18B20温度传感器读写探讨(续: 程序)—— 采用中断方式实现读写之程序
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[提要] 本文为“18B20温度传感器读写探讨”一文之续，将前文所构思的方法具体实现的程序公布，以期抛砖引玉。
“18B20温度传感器读写探讨”一文发表后，有不少读者来咨询、交流，为了大家能进一步加深对18B20的理解和掌握，并通过这个尝试提高编程水平，我将自己所写的程序公布，希望能起到抛砖引玉的作用。
前文详细分析了程序设计的需求、构思，此处不再赘述。
我所用的MCU是STC12LE5610AD，属于改进型51单片机，其主要优势是速度和内置PCA，以及I/O口的模式设置，这三个特征程序中均用到了。因为18B20属于单总线，所以必须使用OC门驱动，STC12LE5610AD的I/O口可以设置成开漏模式（实际上，目前新型单片机均支持I/O 口的模式设置，ARM更是如此）。
根据前文所述，18B20整个读写周期还是比较长的，而且对时序要求极严格，所以如果不用中断方式实现，只能关闭其它中断，专做此事，似乎在嵌入式系统中基本不允许，特别是实时控制类的应用，因为必然有一些随机任务需要响应。
为此，我做了尝试：用PCA的定时功能来控制18B20的读写时序，通过PCA的中断完成读写。
具体如下：
首先，根据程序的需要定义所用常数：
/* —————— 18B20常数定义 090511—————— */
#define RESET_18B20 1 // 操作定义
#define WRITE_18B20 2
#define READ_18B20 3
#define SKIP_ROM 0xCC
#define WRITE_RAM 0x4E
#define READ_RAM 0xBE
#define START_MEA 0x44
#define TEMP_12BIT 0x7F
#define RD18B20_PERIOD 1000 // 18B20 读周期 ，1ms 计数
#define RD18B20_COMMAND_NUM 14 // 一次操作的总命令数，13个命令
#define RD18B20_START_DELAY 10000 // 启动延时，约1ms, 为避免别的中断导致未初始化完即到了。
#define OUT_0_2us 1 //位操作定义
#define OUT_0_480us 2
#define OUT_1_12us 3
#define OUT_1_70us 4
#define OUT_BIT_58us 5
#define IN_BIT_58us 6
#define IN_BIT_410us 7
#define DELAY480us 5308
#define DELAY70us 774
#define DELAY410us 4534
#define DELAY58us 575 // 52us 对应值，因为有指令造成的延时
#define DELAY2us 0 // 特殊处理
#define DELAY12us 10 // 高字节为零，则用循环延时
定义变量：
typedef union
{
unsigned int all;
unsigned char b[2];
}timer_val;
// ------------------18B20 处理用变量 090511
unsigned int idata gc_uiRead18B20TimeCnt; // 18B20 数据读时间间隔计数
bit g_bRead18B20; // 启动 18B20 读处理
bit g_b18B20Reading; // 正在读18B20
// 复位 SkipROM 读命令 温度低字节 温度高字节 复位 SkipROM 写命令 TH（0xFF) TL(0xFF) Config 复位 SkipROM 启动转换
Unsigned char code ga_uc18B20Command[23] =
{ RESET_18B20, WRITE_18B20,SKIP_ROM, WRITE_18B20,READ_RAM, READ_18B20, READ_18B20, RESET_18B20, WRITE_18B20,SKIP_ROM, WRITE_18B20, WRITE_RAM, WRITE_18B20, 0x00,WRITE_18B20, 0x00,WRITE_18B20, TEMP_12BIT, RESET_18B20,WRITE_18B20, SKIP_ROM,WRITE_18B20,START_MEA};
unsigned char data gc_uc18B20CommandCnt; // 18B20 命令处理计数器
unsigned char data gi_uc18B20CommandPtr; // 18B20 取命令指针
timer_val idata ga_iTemperature[2]; // 18B20 温度值 , 用两个单元保存，存2次数据，以免读错误
bit g_b18B20SaveFirst; // 保存标志，用此方式提高中断中处理的速度（似乎数组处理偏慢）
unsigned char data gi_uc18B20BytePtr; // 高低字节存放指针
unsigned char data gc_uc18B20BitCnt; // 处理字节的位计数器
unsigned char data gc_uc18B20BitStatCnt; // 位处理中的时间状态计数
timer_val data g_ui18B20CtrlTime; // 18B20 用的比较时间寄存器
timer_val data g_ui18B20TimeBuf; // 延时用缓冲单元
unsigned char code ga_uc18B20BitOp[9] =
{ OUT_0_480us, OUT_1_70us,IN_BIT_410us, OUT_0_2us,OUT_BIT_58us,OUT_1_12us,OUT_0_2us, OUT_1_12us, IN_BIT_58us};
unsigned char data gi_ucBitOpPtr;
unsigned char data g_uc18B20Command; // 操作命令
unsigned char data g_uc18B20RW_Data; // 读写字节缓冲
bit g_b18B20_OK; // 如果复位得到正确回应，则为真
通过以下函数启动读写过程：
/********************************************/
/*名称: Read18B20 */
/*用途: 启动18B20读处理，在PCA中断中完成 */
/********************************************/
// 因为18B20的读写时间较长 约10ms,而且位时序要球严格，所以安排在PCA中断中完成 090511
// 改用 PCA3 20100124
void Read18B20(void)
{
gc_uc18B20CommandCnt = RD18B20_COMMAND_NUM;
gi_uc18B20CommandPtr = 0;
gc_uc18B20BitCnt = 0;
gc_uc18B20BitStatCnt = 0;
gi_uc18B20BytePtr = 1; // 因为 18B20 是先低后高存放
g_uc18B20Command = RESET_18B20; // 避免误操作
g_ui18B20CtrlTime.b[0] = CH;
g_ui18B20CtrlTime.b[1] = CL;
if(g_ui18B20CtrlTime.b[0] != CH)
{
g_ui18B20CtrlTime.b[0] = CH;
g_ui18B20CtrlTime.b[1] = CL;
}
g_ui18B20CtrlTime.all += RD18B20_START_DELAY;
CCAP3L = g_ui18B20CtrlTime.b[1]; // 加载比较值
CCAP3H = g_ui18B20CtrlTime.b[0];
CCAPM3 = EnCMP_C|EnMAT_C|EnCCFI_C; // PCA 的模块 3 用于控制18B20读时序，计时器模式，比较、匹配中断，100124
g_b18B20Reading = true; // 建立正在读写处理标志
}
PCA中断处理程序：
if(g_b18B20Reading)
{
// 18B20 处理 20100124
if(gc_uc18B20BitStatCnt == 0)
{
if(gc_uc18B20BitCnt == 0)
{
if(g_uc18B20Command == READ_18B20)
{
// 保存所读的数据
if(g_b18B20SaveFirst)
{
ga_iTemperature[0].b[gi_uc18B20BytePtr] = g_uc18B20RW_Data;
}
else
{
ga_iTemperature[1].b[gi_uc18B20BytePtr] = g_uc18B20RW_Data;
}
gi_uc18B20BytePtr--;
}
if(gc_uc18B20CommandCnt == 0)
{
// 完成一次读写处理
g_b18B20Reading = false;
g_b18B20SaveFirst = ~g_b18B20SaveFirst; //完成一次读，将另一个作为工作单元
CCAPM3 = 0; // 停止中断
}
else
{
// 命令处理
g_uc18B20Command = ga_uc18B20Command[gi_uc18B20CommandPtr];
switch(g_uc18B20Command)
{
case RESET_18B20:
{
gc_uc18B20BitCnt = 0; // 因复位操作发完三个状态后即结束，没有处理
gc_uc18B20BitStatCnt = 3;
gi_ucBitOpPtr = 0;
break;
}
case WRITE_18B20:
{
gc_uc18B20BitCnt = 7; // 因先操作后计数，所以 7 - 0 对应 8 位
gc_uc18B20BitStatCnt = 3;
gi_ucBitOpPtr = 3;
gi_uc18B20CommandPtr++; // 取要写的内容
g_uc18B20RW_Data =
ga_uc18B20Command[gi_uc18B20CommandPtr];
break;
}
case READ_18B20:
{
gc_uc18B20BitCnt = 7; // 因先操作后计数，所以 7 - 0 对应 8 位
gc_uc18B20BitStatCnt = 3;
gi_ucBitOpPtr = 6;
break;
}
default: break;
}
gc_uc18B20CommandCnt--; // 命令计数
gi_uc18B20CommandPtr++; // 指向下一个命令
CCF3 = true; // 强制再次进入中断，处理位状态
}
}
else
{
// 下一位处理
gc_uc18B20BitStatCnt = 3; // 恢复位状态计数
gi_ucBitOpPtr -=3;
gc_uc18B20BitCnt --; // 位计数
CCF3 = true; // 强制再次进入中断，处理位状态
}
}
else
{
//进入下一个状态处理
repeat:
ucBitOp = ga_uc18B20BitOp[gi_ucBitOpPtr];
gi_ucBitOpPtr++;
gc_uc18B20BitStatCnt--; // 状态计数
// 位状态操作
if(ucBitOp == OUT_0_2us)
{
g_b18B20_Data = 0;
goto repeat;
}
if(ucBitOp == OUT_1_12us)
{
g_b18B20_Data = 1;
//短延时，采用循环方式实现
for(i=0; i<DELAY12us; i++)
{
}
if(g_uc18B20Command == READ_18B20)
{
goto repeat; // 读必须快处理
}
else
{
CCF3 = true; // 强制再次进入中断，写无所谓，同时需要处理下一位
}
}
if(ucBitOp == OUT_1_70us)
{
g_b18B20_Data = 1;
// 长延时，使用 PCA
g_ui18B20CtrlTime.all += DELAY70us;
CCAP3L = g_ui18B20CtrlTime.b[1];
CCAP3H = g_ui18B20CtrlTime.b[0];
}
if(ucBitOp == OUT_BIT_58us)
{
if(g_uc18B20RW_Data&0x01)
{
g_b18B20_Data = 1;
}
else
{
g_b18B20_Data = 0;
}
g_uc18B20RW_Data >>= 1;
// 长延时，使用 PCA
g_ui18B20CtrlTime.b[0] = CH; // 恢复控制时间
g_ui18B20CtrlTime.b[1] = CL;
if(g_ui18B20CtrlTime.b[0] != CH)
{
g_ui18B20CtrlTime.b[0] = CH;
g_ui18B20CtrlTime.b[1] = CL;
}
g_ui18B20CtrlTime.all += DELAY58us;
CCAP3L = g_ui18B20CtrlTime.b[1];
CCAP3H = g_ui18B20CtrlTime.b[0];
}
if(ucBitOp == IN_BIT_58us)
{
g_uc18B20RW_Data >>= 1;
if(g_b18B20_Data)
{
g_uc18B20RW_Data |= 0x80; // 因为移位后高位填“0”，所以不用处理 g_b18B20_Data = 0
}
// 长延时，使用 PCA
g_ui18B20CtrlTime.b[0] = CH; // 恢复控制时间
g_ui18B20CtrlTime.b[1] = CL;
if(g_ui18B20CtrlTime.b[0] != CH)
{
g_ui18B20CtrlTime.b[0] = CH;
g_ui18B20CtrlTime.b[1] = CL;
}
g_ui18B20CtrlTime.all += DELAY58us;
CCAP3L = g_ui18B20CtrlTime.b[1];
CCAP3H = g_ui18B20CtrlTime.b[0];
}
if(ucBitOp == IN_BIT_410us)
{
if(g_b18B20_Data)
{
g_b18B20_OK = false; // 因为是复位操作
}
else
{
g_b18B20_OK = true;
}
// 长延时，使用 PCA
g_ui18B20CtrlTime.all += DELAY410us;
CCAP3L = g_ui18B20CtrlTime.b[1];
CCAP3H = g_ui18B20CtrlTime.b[0];
}
if(ucBitOp == OUT_0_480us)
{
g_b18B20_Data = 0;
// 长延时，使用 PCA
g_ui18B20CtrlTime.all += DELAY480us;
CCAP3L = g_ui18B20CtrlTime.b[1];
CCAP3H = g_ui18B20CtrlTime.b[0];
}
}
}
以上就是中断读写18B20的全部程序，MCU所用晶振是 22.1184MHz。
因为是C语言编写，所以应该可以很容易移植到别的MCU上，只要速度够，有PCA，且I/O口支持开漏输出。如目前流行的STM32，我想应该可以。
本程序也只是个尝试，肯定有不完善之处，期待大家改善之。
南京嵌入之梦工作室
2010年6月8日星期二
