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2018年1月15日 星期一

DS18B20-認識CRC(2)

上一篇從基本的CRC認識開始,到簡化的CRC-4 計算中,各位若有依我的建議自已演練一番,應該在過程中會有所領悟,而此篇是我自已的領悟(不是最終答案,只是我自已的思路整理喲!)

CRC-4的規律

下圖是我在簡化的CRC-4中,整理出的運算規律概念圖,以其中一個運算點來呈現CRC-4碼的運算規律,我將其分為五個步驟,各位可以看看先,是否與你的規律相同(※其中A代表位元變數,可能是"1"也可以是"0")


CRC-8的規律

下圖是從CRC-4簡化後,再進行CRC-8運算,整理出的運算規律,同樣將其分為五個步驟,各位可以與CRC-4的一起比較,應可以知曉其基本運算規律相同,只是位元數較長些(※其中X/A/B代表位元變數,可能是"1"也可以是"0")


結語

到目前為止,我們都是用最笨的方式來演練CRC碼的運算,不加入數學運算原理,很笨但若是認真的演練,就能體會【熟】能生【巧】,那麼下一步是什麼?

下一步,從規律中演化出程式碼!

2018年1月6日 星期六

DS18B20-溫度值計算

 基本的命令及讀取程序完備後,接下來要進入取值並計算成溫度值的程序。由下面DS18B20的讀取溫度值程序中,可以知道,在Arduino命令DS18B20啟動溫度轉換命令(0x44)後,待待其轉換時間750μs(DS18B20會將溫度值放入暫存區中),再進行重啟、省略ROM確認,再通知DS18B20開始讀取暫存器資料(0xbe),此時DS18B20會依序(從暫存器依序從byte 0開始到byte 8)逐位元(從bit 0到bit 7)傳遞資料給Arduino

而我們會讀取兩次資料,第一次會讀到的Byte為LS Byte(簡寫為LSB)為溫度值的低位元值,再讀一次,會讀到MS Byte(簡稱MSB)為溫度值的高位元值。而溫度值就是MSB+LSB的組合的轉換。

DS18B20的暫存器結構 

 下圖為DS18B20的官方資料,其中左方為暫存器(SCRATCHPAD)結構,及右方EEPROM資料,在此不多介紹EEPROM,簡單的說它就是上下限警告值及位元設定的資料。我們將焦點置於暫存器。
下圖是將官方的暫存器重繪後,並以啟始的狀態呈現。由下圖可看到DS18B20暫存器共有9個byte,但可區分為五個部份


1、溫度值(byte0~1):存放量測到的溫度值,byte 0為溫度值的LSB,而byte 1為溫度值的MSB,以通電後之初值而言,LSB為[01010000]而MSB為[00000101]

2、警示溫度上下限(byte2~3)

3、精確度位元(byte 4): 如下表,使用R1與R0來設定其位元精度(有效值)
4、無效區(byte5~7):未使用

5、CRC檢驗碼(byte 8):通CRC的運算的檢驗碼,可提供Arduino確認資料的正確性。

DS18B20溫測範圍及精度差異

 在了解DS18B20的暫存器後,下圖是DS18B20的量測溫度值、暫存器之二進位元輸出值及十六進位表示值。
由官方資料及表中可知,DS18B20量測的溫度區間為-55~+125℃(-10~85℃時精度為±0.5℃),在12位元的解析度時,其可分辨的溫度最小的量測單位為0.0625℃。

 

由MSB與LSB組成的溫度值

DS18B20的溫度值是用16位元(MSB+LSB)組合,如官方所提供的資料如下:

底下將其區段內容及計算的概念整理之。

溫度值區段


如上圖所示,溫度值位元資料其實是MSB+LSB的組合成十六位元(bit)資料,可區分為符號區、整數值區及精確度區。

符號區(MSB之bit3~bit7):使用5個位元,當溫度值為正時皆為0,而當溫度值為負時則為1,故於程式設計時,只要MSB大於7就意謂著溫度值為負。

整數值區:使用7個位元,MSB之bit 0~2加LSB之bit 4~7組合而成。

精確度區:以12位元為例,正負號(1)+整數值(7)+小數點(4)共計為12位元,而一般作溫度數值計算時,會直接以12位元做計算,再取正確小數點既可。

溫度值計算

 有了上述的基礎知識後,接下來,就是計算的程序,整理如下圖:先判斷正負值,若為負值是做二補數處理並設定負號值,再將兩數結合運算乘於單位量測值0.0625,既得溫度值,若負號值為真,則補上負號,傳回溫度值。
下圖以溫度值-25.0625℃為例(資料於十六位元表示為FE6FH),在12位元的狀態下,其計算的變化:正負號判定、取反值、加1的位元變化(※"~"代表取反值,既0與1互換的動作)。
當初也被LSB負值的計算方式:[取反加一]的為何"加1"所困,後來了解後才知道,因為"0"被算到正值的陣營去了,只好用加1位補足。(詳細的部份,各位可用"二補數"作關鍵字搜索,再細探之)

程式說明

程式中有使用到位元運算反相(~):0與1互換,向左移位(<<)的指令,不難,只是不習慣,可參考上圖的位元變化程序及程式說明,應可掌握

程式碼

float Caculate_Temperature(uint8_t temp_LSB , uint8_t temp_MSB)
{
 boolean  fp_minus = false;        //温度正負標誌:預設為false,因為通常為零度以上
 //當temp_MSB>7代表此溫度為負數值時,測到的數值需要先反相再加 1
 if(temp_MSB > 0x7f)  
 {
  fp_minus = true;      //溫度正負指標,負數時fg_Minus=0
  temp_MSB = ~temp_MSB;     //將temp_MSB中的每一位元反相(0、1互換)
  temp_LSB = ~temp_LSB + 1;
  //將temp_LSB中的每一位元反相(0、1互換),要記得加一,才能正確的反應其值
 }
 //以十六位元空箱來結合MSB及LSB
 uint16_t raw_temp =
     (((uint16_t)temp_MSB) << 8) |   //將MSB先用空的十六位元左移8個位元
     (((uint16_t)temp_LSB));
 //將十六位元的整數值再乘於0.0625的單位值,既得溫度值
 float fp_temp = raw_temp * 0.0625;
 if(fp_minus) {fp_temp = -fp_temp;} //當fp_minus是1,代表是負數,將溫度加上負號
 return fp_temp;
}

結語

此篇資料要花點時間了解,因為包含了DS18B20的硬體、暫存器及位元數值運算、位移等,當初研究時,也不怎麼順利,不過,一去二回,熟了就懂了,但其實只是不習慣而已,只要花點時間,相信就能掌握,而且一旦了解後,你會發覺,好像電子元件的運作就是這麼一回事,很簡單,但這個簡單(Simple)卻不容易(Easy)!

總算完成所有的準備功夫了,下一步,就最讀取溫度值了!

2018年1月2日 星期二

DS18B20-讀取溫度值【整合篇】

萬事俱備,整合吧!

 在上一篇中了解了DS18B20的暫存器架構及溫度值的計算後,本篇就是完成讀取溫度值的最後一步:整合!
底下我們從接線方式、程式架構及程式碼等三個方面依序說明!

接線方式

 再次重申,此程式只適用於Arduino與DS18B20於一對一的連接狀況下喲!此外,請注意,於Arduino的接線pin腳是7不是2,若你的接腳有調整時,請調整程式內的設定!


程式架構

底下之讀取溫度架構圖是關鍵函式-getTemp()的架構解析,而數字所標明的區域為前面所寫的工具副程式:

1、重啟程序(綠色):Arduino將電位拉低並維持480μs,DS18B20應簽低電位值既代表重啟程序OK。

2、命令程序(藍色):命令拆解成為位元,再使用寫位元(Write bit)程序使用DS18B20

3、讀取程序(黃色):讀取DS18B20給予之位元值,並組合成一字元(Byte)

4、計算溫度值(紅色):將讀取程序的位元值(LSB及MSB)轉換為溫度值
 除了整合上述四個工具副程式外,其中,要注意的是等待轉換的時間設定,
不同的位元(9-12位元)精密度有不同的轉換時間如下表所示,在這裡直接設定750μs,可確保其轉換時間充足。


程式碼及輸出

 程式碼有點長,但其實就是初始設定、關鍵程式庫(getTemp()-程式行號為17至31行)及工具程式碼的結合!
 

程式碼

const uint8_t  g_dq_pin =7; //Arduino數位腳位7接到DS18B20
#define Skip_ROM    0xcc //用於1對1時,省略每次作ROM序號確認程序
#define Convert_T   0x44 //啟動溫度轉換
#define Read_Scratchpad  0xbe //讀取暫存器值,有9個字元

void setup() {
 Serial.begin(9600);
 Serial.println("<>");
}

void loop() {
 Serial.print("DS18b20's Temperature ->");
 Serial.println(getTempC());
 delay(1000);
}

float getTempC()
{
 while(!CommandReset());       //重啟成功,再進行動作
 SendCommand(Skip_ROM);  //主機下0xcc命令(1對1的省略ROM確認作業)
 SendCommand(Convert_T);  //0x44啟動溫度轉換
 delay(750);
 //再次重啟,因為要作通訊作業
 while(!CommandReset());          //重啟成功,再進行動作
 SendCommand(Skip_ROM);        //主機下0xcc命令(1對1的省略ROM確認作業)
 SendCommand(Read_Scratchpad);   //0xBE溫度暫存器中的訊息(共9個字元)
 //前兩個字元就是溫度的訊息
 uint8_t LSB = ReceiveData();   //第一個讀到的是低位
 uint8_t MSB = ReceiveData();      //第二個讀到的是高位
 return Caculate_Temperature(LSB,MSB);
}

float Caculate_Temperature(uint8_t temp_LSB , uint8_t temp_MSB)
{
 boolean  fp_minus = false;        //温度正負標誌:預設為false,因為通常為零度以上
 if(temp_MSB > 0x7f)  //當temp_MSB>7代表此溫度為負數值時,測到的數值需要先反相再加 1
 {
  fp_minus = true;     //溫度正負指標,負數時fg_Minus=0
  temp_MSB = ~temp_MSB;     //將temp_MSB中的每一位元反相(0、1互換)
  temp_LSB = ~temp_LSB + 1;
  //將temp_LSB中的每一位元反相(0、1互換),要記得加一,才能正確的反應其值
 }
 //以十六位元空箱來結合MSB及LSB
 uint16_t raw_temp =
     (((uint16_t)temp_MSB) << 8) | //將MSB先用空的十六位元左移8個位元,等於乘256
     (((uint16_t)temp_LSB));
 float fp_temp = raw_temp * 0.0625;
 //將十六位元的整數值再乘於0.0625的單位值,既得溫度值
 if(fp_minus) {fp_temp = -fp_temp;} //當fp_minus是1,代表是負數,將溫度加上負號
 return fp_temp;
}

uint8_t ReceiveData()
{
 uint8_t byte_in=0;
 for(uint8_t i = 0; i < 8; i++)
 {
  //此時所測到的電位,就是此位元的資料
  if(ReadSlot()) {
   //看看此時主機線的電位狀況若為高位,就是1
   bitSet(byte_in, i);     //將byte_in第i個位元值,設置為1
  }
  else {
   bitClear(byte_in, i);   //將byte_in第i個位元值,設置為0
  }
 }
 return (byte_in);
}

uint8_t ReadSlot() {
 delayMicroseconds(1);
 pinMode(g_dq_pin, OUTPUT);       //轉為輸出,可達到高電位
 digitalWrite(g_dq_pin, LOW);   //將電位拉低告訴DS18B20,主機已準備好了
 delayMicroseconds(2);
 pinMode(g_dq_pin, INPUT);    //轉為輸入狀態,同時釋放線路
 delayMicroseconds(10);     //加前面的延時,約於12~13us時取樣
 uint8_t fp=digitalRead(g_dq_pin);
 delayMicroseconds(55);    //加上延時過渡此段作業時間60us
 return fp;
}

void SendCommand(uint8_t instruction)
{
 for(uint8_t i = 0; i < 8; i++) {
  WriteSolt(bitRead(instruction, i));
 }
}

void WriteSolt(uint8_t order_bit)
{
 if(order_bit) {        //當值為1時的處理,
  pinMode(g_dq_pin, OUTPUT);      //先將pin腳改為輸出狀態
  digitalWrite(g_dq_pin, LOW);    //將電位拉低,等於通知DS18B20要do something
  delayMicroseconds(10);       //至少要等待1us,但於15us前轉為高電位
  pinMode(g_dq_pin, INPUT);     //將接收轉成INPUT狀態,轉為高電位
  delayMicroseconds(60);      //加前段的延時至少等待60us過此周期
 }
 else {           //當寫入值為'0'時,Tx拉低電位時段60~120us
  pinMode(g_dq_pin, OUTPUT);    //先轉為輸出狀態
  digitalWrite(g_dq_pin, LOW);   //將電位輸出低電位
  delayMicroseconds(65);         //靜靜的等待DS18B20來讀取資料
  pinMode(g_dq_pin, INPUT);      //釋放電位控制轉回輸入狀態
  delayMicroseconds(5);     //等待上拉電阻將電位復位為HIGH
 }
}

uint8_t CommandReset()
{
 pinMode(g_dq_pin, OUTPUT);
 digitalWrite(g_dq_pin, LOW);
 delayMicroseconds(720);
 pinMode(g_dq_pin, INPUT);
 delayMicroseconds(70);
 uint8_t is_exist = !digitalRead(g_dq_pin);
 delayMicroseconds(410);
 return is_exist;
}

程式輸出 



結語

 歷經了前面淺水區的練功期,再加上此階段的暫存器、溫度值轉換,如今,終於看到溫度值了!不過,高興一下就好!

這樣就結束了嗎?當然沒那麼簡單,讀到溫度值只是此階段的甜頭,但不是終點,因為,溫度值雖然出來了,但我們要保證讀取到DS18B20的溫度值是正確無誤,要達到這個功能就必須掌握DS18B20的檢核功能-CRC碼檢驗,只要通過了檢驗,就代表此數值無誤,我們可以安心使用了!

那麼,就讓我們邁入檢核程式階段吧!

2017年12月30日 星期六

DS18B20-讀取溫度值【準備篇】

恭禧!過了淺水區!

恭禧各位!已經過了淺水區,並撰寫了使用DS18B20最基礎的三項工具程式:重啟程序、寫位元及讀位元程式。

接下來,只要將它們作加強及掌握DS18B20的使用命令、程序、溫度值位置及溫度值轉換後,既可取得DS18B20的溫度值喲!

本篇文章,就是講述溫度值的讀取程序架構,並將所使用的三個主要工具(重啟、命令、讀取)的相應關係及其功能作一說明,並對於讀取、命令的工具程式作必要說明,這樣就完成了讀取DS18B20溫度值的熱身運動了!

讀取溫度值的程序架構

底下這圖就是讀取DS18B20的程序架構圖,請參考!
讀取程序的細部會於後面說明,此架構主要是標明其使用的三項工具的使用順序,以三個顏色區分:
1、重啟程序(綠色):Arduino將電位拉低並維持480μs,DS18B20應簽低電位值既代表重啟程序OK。

2、命令程序(藍色):命令拆解成為位元,再使用寫位元(Write bit)程序使用DS18B20

3、讀取程序(黃色):讀取DS18B20給予之位元值,並組合成一字元(Byte)

此三項程序於前面都有講述,其中,重啟程序已OK!但命令及讀取程序部份需由再作補充說明,故列舉於下!

命令工具:從寫位元(bit)到下命令

 在讀取程式架構中,會使用到的命令主要有三個:省略ROM確認(0xcc)、啟動溫度轉換(0x44)及讀取暫存器資料(0xbe)等。

似乎有點難,但其實就是將十六進位的命令值拆解成8個二進位位元值,再依序給予(Write)DS18B20既可,底下會以省略ROM確認命令(0xcc)說明之。

程式架構

"省略ROM確認"命令的使用必須是Arduino與DS18B20在一對一的狀況,等同於生活中的一對一相親,所以不用使用一對多的狀況,必須別名牌或是編號以作區別。

其命令值以十六進位表示就是0xcc,在二進位的表示為[11001100],而程式的架構就是將指令(instruction)分八次將位元值傳給DS18B20。簡單的說,就是從低位元起,讀位元值、寫位元(WriteSlot)並重覆8次的動作。


程式碼

void SendCommand(uint8_t instruction)
{
 for(uint8_t i = 0; i < 8; i++) {
  WriteSolt(bitRead(instruction, i));
 }
}

void WriteSolt(uint8_t order_bit)
{
 if(order_bit) {        //當值為1時的處理,
  pinMode(g_dq_pin, OUTPUT);      //先將pin腳改為輸出狀態
  digitalWrite(g_dq_pin, LOW);    //將電位拉低,等於通知DS18B20要do something
  delayMicroseconds(10);       //至少要等待1us,但於15us前轉為高電位
  pinMode(g_dq_pin, INPUT);     //將接收轉成INPUT狀態,轉為高電位
  delayMicroseconds(60);      //加前段的延時至少等待60us過此周期
 }
 else {           //當寫入值為'0'時,Tx拉低電位時段60~120us
  pinMode(g_dq_pin, OUTPUT);    //先轉為輸出狀態
  digitalWrite(g_dq_pin, LOW);   //將電位輸出低電位
  delayMicroseconds(65);         //靜靜的等待DS18B20來讀取資料
  pinMode(g_dq_pin, INPUT);      //釋放電位控制轉回輸入狀態
  delayMicroseconds(5);     //等待上拉電阻將電位復位為HIGH
 }
}

讀取資料工具:從讀位元(bit)到讀取字元(Byte)

從讀取溫度值的程式架構中,Arduino進了了重啟、略過ROM序號確認、啟動溫度轉換、等待轉換,再重啟、略過ROM、讀取暫存器資料後,DS18B20已準備好進行資料的交換,此時,讀取資料程序就必須上場了。

程式架構




讀取資料程序的步驟就是先準備一空白字元值(Byte=0),然後從最低位元(bit 0)開始,讀取DS18B20給予的位元值 (1/0),並將其值放入位槽中,並重覆執行到字元結束(bit 7)。

程式說明

程式中除了基礎的迴圈使用外,多了兩個位元命令[bitSet()]及[bitClear()],說明如下:

bitSet(x, n):將字元變數x的第n位元值設置為1

bitClear(x, n):將字元變數x的第n位元值設置為0


※n值-右起第一位為0、第二位為1


程式碼

uint8_t ReceiveData()
{
 uint8_t byte_in=0;
 for(uint8_t i = 0; i < 8; i++)
 {
  //此時所測到的電位,就是此位元的資料
  if(ReadSlot()) {
   //看看此時主機線的電位狀況若為高位,就是1
   bitSet(byte_in, i);     //將byte_in第i個位元值,設置為1
  }
  else {
   bitClear(byte_in, i);   //將byte_in第i個位元值,設置為0
  }
 }
 return (byte_in);
}

uint8_t ReadSlot() {
 delayMicroseconds(1);
 pinMode(g_dq_pin, OUTPUT);       //轉為輸出,可達到高電位
 digitalWrite(g_dq_pin, LOW);   //將電位拉低告訴DS18B20,主機已準備好了
 delayMicroseconds(2);
 pinMode(g_dq_pin, INPUT);    //轉為輸入狀態,同時釋放線路
 delayMicroseconds(10);     //加前面的延時,約於12~13us時取樣
 uint8_t fp=digitalRead(g_dq_pin);
 delayMicroseconds(55);    //加上延時過渡此段作業時間60us
 return fp;
}


 萬事俱備,讀取溫度去!

此篇是熱身準備,將前面的讀、寫位元的基礎工具進化到讀取資料及命令的程序

好了!工具齊全了,下一步驟就是依讀取溫度的步驟組合工具,讀取得溫度值去!

2017年12月25日 星期一

DS18B20-Write-寫個位元

跨出第二步



要掌握DS18B20,其實就只要三個基礎程序,第一項就是啟動程序:包含了重置及應答程序,而第二項就是寫位元(Write a bit)及第三項讀位元(Read a bit),有了這三項基本程序就能延伸出所有的後續操作如命令、讀取溫度值等。

啟動程序已在上一篇談過,本篇開始就進入第二項基礎程序寫字元(Write a bit),關鍵還是時序的掌握。

如何寫入一個位元至DS18B20

首先我會先介紹位元與字元的差異,以免混淆觀念,然後就是將官方資料(Datasheet)的資料呈現出來,再附上寫位元的時序分段概念圖,以供各位參考。

 基本概念:位元(bit)與字元(byte)

位元(bit) :目前電腦的最基本的單位就是位元(bit),每個位元,透過電壓(High/Low)的判別,可以儲存(1/0)兩種訊息

字元(byte):字元(byte)就是8個位元的組合,要注意的是位元序號是由0開始,且由右至左的升序,最左的位元為bit 7,由於每個位元有兩種狀態(0/1),因此8個位元組合而成的字元(byte)就有2^8(2的8次方)=256種狀態可區分。

基本應用:透過標準的狀態規定,可以達到訊息的傳遞。以電腦中常用的A,其基本組成如上圖例中的"01000001",而透過ASCII編碼表中,電腦可顯示它為"A"。

官方資料及其時序圖


資料來源:Datasheet之第15頁及第16頁的圖示

寫位元的時序圖

Arduino 寫"0"訊息進位元槽的時序
1-將電位拉高
2-將電位拉低
3-持續於低電位(60~120μS),讓DS18B20採樣讀取時間
4-釋放電位控制(上拉電阻會將其電位拉高)
5-等待間隔:等待上拉電阻將電位復位為High的時間

Arduino 寫"0"訊息進位元槽的時序1-將電位拉高
2-將電位拉低並持續於低電位(1~15μS)至少1μS,且於15μS前要回復高電位
3-轉換為高電位
4-加上前段的延時,至少要等待60μS(DS18B20採樣時間)

※簡單的來說:寫程序都是拉高電位,再拉低電位作開端,
所以整個寫的時序,需注意的是以下兩項重點:
1、程序間隔時間
2、在DS18B20的採樣時間中給予正確的位元訊息


程式碼撰寫

掌握了時序圖後,再配合程式碼中的說明,應該沒什麼問題,此程式碼沒有輸出,需等第三步Read程序的撰寫,才會有具體的輸出顯示。


程式碼


程式碼是一個WriteSolt(uint8_t order_bit)的副程式,會讀取一個位元值(傳值變數是order_bit),副程式依其值(1或0)來作不同的處理程序。
void WriteSolt(uint8_t order_bit)
{
 if(order_bit) {        //當欲寫入的值(變數名稱:order_bit)為1時的處理,
  pinMode(g_dq_pin, OUTPUT);      //先將pin腳改為輸出狀態
  digitalWrite(g_dq_pin, LOW);    //將電位拉低,等於通知DS18B20要do something
  delayMicroseconds(10);       //至少要等待1us,但於15us前轉為高電位
  pinMode(g_dq_pin, INPUT);     //將接收轉成INPUT狀態,轉為高電位
  delayMicroseconds(60);      //加前段的延時至少等待60us過此周期
 }
 else {           //當寫入值為'0'時,Tx拉低電位時段60~120us
  pinMode(g_dq_pin, OUTPUT);    //先轉為輸出狀態
  digitalWrite(g_dq_pin, LOW);   //將電位輸出低電位
  delayMicroseconds(65);         //靜靜的等待DS18B20來讀取資料
  pinMode(g_dq_pin, INPUT);      //釋放電位控制轉回輸入狀態
  delayMicroseconds(5);     //等待上拉電阻將電位復位為HIGH
 }
}

結語 

完成此一步驟,基本上對於DS18B20的時序圖及其英文資訊應該不會太排斥了吧!其實,電子類的操作英文都不會太難,只是我們不常接觸!

時序圖只要掌握到重點,再加上適當的步驟分解,也可以輕易的轉換成程式!

寫入一個位元,沒問題了,下一步應是講寫入一個字元(byte),但其實就是拆解字元命令,再重覆八次的寫入程序,必要但不重要,所以...

下一步,就是讀取一個位元值的程序!


2017年12月20日 星期三

DS18B20-Reset-3-連線檢測

 特務接頭前的觀察要點

一個特務,一定了解執行任何一次的接頭任務前,都要先觀察據點是否正常。意味著,它可能被"破了",若有出現"異常"的訊息,則立馬回報組織。

Arduino與DS18B20的連接檢測

上一篇[DS18B20-Reset-02-啟動程序]中,執行時可以重啟DS18B20,且當收到DS18B20的應答訊息後,會顯示"DS18B20 Exist"的回饋訊息,而當無法重啟DS18B20時,它會顯示"No DS18B20 right here"。
當一切連線正常時,它會如實的執行,不過此程式只能偵測DS18B20的正常反應,卻無法處理另一狀態,就是Arduino與DS18B20斷線時的錯誤回饋,而此篇的程式就是補強此一短處。

而程式設計的關鍵也不難,如Datasheet中第10頁[Hardware Configuration]中所言,就是當Arduino與DS18B20正常連接並外接一上拉電阻時,它會處於高電位的狀態。反之,當未執行任何執行命令時,連線若出現低電位既是異常。

程式設計說明

簡單而言,程式設計的理念就是在執行啟動程序前,先觀察連線的電位狀態一段時間,期間若有任何的低電位出現,就是連線異常

※ 硬體連線資料請參考[DS18B20-Reset-02-啟動程序]

STEP-1-程式架構

 此程式使用了四個副程式,其架構如下圖:
1.TestConnect():測試連線副程式,為此篇的重點,主要是偵測輸入pin腳,當出現低電位時, 就顯示錯誤訊息"DQ_pin no connect",並傳"0"值給ResetResult()副程式,若通過觀察期, 它仍處於高電位,就傳"1"值給ResetResult()副程式。

2.ResetResult():啟動結果副程式,統合連線測試及啟動測試兩功能,但先測連線,再測啟動, 兩者皆OK才傳"1"值給ShowOkInfo(),否則傳"0"值給ShowOkInfo()。

3.isReset():啟動程序副程式,主要功能為傳回重啟狀態值

4.ShowOkInfo():顯示程程式,當一切正常為"Reset OK",有任何異常顯示"Reset Fail"



STEP-2-關鍵程式碼說明 

此次程式的關鍵是測試連線副程式TestConnect(),觀察期間為240μs,每隔4μs觀察一次電位值,觀察60次,中間若有任何一次出現低電位,則傳回"0"值並結束程式,若整個觀察期間皆為高電位,則傳回"1"值。
uint8_t TestConnect()
{
 uint8_t retries = 60;
 //先拉高電位(轉為讀取狀態)
 pinMode(g_dq_pin, INPUT);
 //若是正常就會處於高電位(DS18B20的一般狀態)
 while(!digitalRead(g_dq_pin))
 {
  retries--;
  if(retries == 0) {
   Serial.println("DQ_pin no connect!");
   return 0;
  }
  delayMicroseconds(4);
 }
 return 1;
}

STEP-3-程式碼

#define g_dq_pin 7
void setup(){
	Serial.begin(9600);
	Serial.println("<>");
}

void loop(){
	ShowOkInfo(ResetResult()) ;
	delay(2000);
}

uint8_t ResetResult()
{
	//傳回檢測Arduino與DS18B20連接狀態
	if(!TestConnect()) {return 0;}
	//直接傳回Reset結果,1既存在,0為非
	return isReset();
}

void ShowOkInfo(uint8_t isOk)
{
	if(isOk) {
		Serial.println("Reset OK");
	} else {
		Serial.println("Reset Fail");
	}
}
//測試Arduino與DS18B20的連接狀態並傳回測試值
uint8_t TestConnect()
{
	uint8_t retries = 60;
	//先拉高電位(轉為讀取狀態)
	pinMode(g_dq_pin, INPUT);
	//若是正常就會處於高電位(DS18B20的一般狀態)
	while(!digitalRead(g_dq_pin))
	{
		retries--;
		if(retries == 0) {
			Serial.println("DQ_pin no connect!");
			return 0;
		}
		delayMicroseconds(4);
	}
	return 1;
}
//啟動程序並傳回狀態值
uint8_t isReset() {
	pinMode(g_dq_pin, OUTPUT);
	digitalWrite(g_dq_pin, LOW);
	delayMicroseconds(720);
	pinMode(g_dq_pin, INPUT);
	delayMicroseconds(70);
	uint8_t is_exist = !digitalRead(g_dq_pin);
	delayMicroseconds(410);
	return is_exist;
}

STEP-4-程式輸出

輸出結果中,可看出有成功四次Reset,然後兩次的失敗,因為我將Arduino與DS18B20的連線拔除, 然後,再插回去就顯示重啟正常。


結語

 其實此一功能是整個讀取溫度程序都完成了之後,到[檢錯/中斷設置及類別化(Object)]時才加上去,當初認為是多此一舉,沒必要,但後來考量到整體的檢錯功能時,就知道不加不行,且要能防止系統出問題,需傳回一異常值(-127℃),才能保證系統就算有硬體連線/元件異常時,也不會出大錯。當然,先在此補充了此功能,也讓各位有一個觀念。

接下來,要用實際數值,來檢驗Datasheet的數字是"正確"的嗎?

2017年12月9日 星期六

DS18B20的過河導航行前說明!

 想在不用外部程式庫的狀態下,自己能讀取DS18B20嗎?Simple!就是底下這張圖,只要8個步驟,就可以掌握DS18B20喲!想知道嗎?來參加<<DS18B20的過河導航行前說明會吧>>

岸邊熱身(Setup):準備及前置知識

首先,我們會簡介1-Wire通訊的訊息,必須有的常識是DS18B20於"平常"狀態,處於高電位的實現:上拉電阻的使用及直觀替代概念(彈簧)

淺水區(STEP 1-3):工具製作及練習

 以特務接頭的例子,來說明DS18B20如何作啟始(Reset)、命令發佈(Write)及資料讀取(Read),並於階段過程中檢驗官方數據與DS18B20實際表現的差異。

第一島礁(STEP-4):簡易讀取溫度值


常前置基礎工具準備好後,既可以獲得DS18B20的溫度數據組(LSB/MSB),並於了解DS18B20的數據架構及原理後,既可透過轉換程序,獲得初步的溫度值


島礁探索(STEP 5-6):讀取暫存器及CRC檢驗 

 既然,我們可以讀取暫存區的溫度數據組(LSB/MSB),那就可以讀取整組數據,同樣的,也可讀取ROM資料(但不會深入,因為這不是此次的主題),然後,就是數據的檢驗(CRC)的實務操作(不說原理,只明操作)程序,來檢驗溫度數據的正確性。
有了CRC的檢驗,那麼,我們就可以透過測試結果,回頭檢測關鍵程序(Read),並透過合理調整參數值,來增其數據穩定性(小概念:好的產品不是檢查出來的,而是透過檢查改善製程來達到產品的良率提升)

深水區(STEP-7):檢錯/中斷設置及類別化(Object)

 我們強化的工具,並使用CRC檢核DS18B20溫度數據正確性,基本上已完成主要工作,而透過檢錯功能的加入及回饋訊息(-127℃),能讓其安全性提高。禁止/停止中斷的設置,可增加讀取DS18B20的穩定性。
當上述的程序皆已達成後,基本上程式目標已完成。接下來,是將程式碼類別轉換成程式庫的過程,簡單但同樣是不容易,過程中,會說明類別化其實就是從名店轉換成加盟總店的過程的例子讓你更了解。最後,我們會獲得SimpleDs18b20的類別程式碼(.h/.cpp)

彼岸(STEP-8) :程式庫及範例

一步一步的從SimpleDs18b20函式碼(.h/.cpp),先撰寫範例程式(example),確認可正確執行後,再進行程式庫相關文件的生成(keywords-程式關鍵字/README.MD/LICENSE)。
最後,就是上傳到GitHub的簡易程序,到此,搞定,收功,享用海鮮吧!

少說了一個,那個最前面的Ghost是什麼意思?


"Everything you want is on the other side of fear!"

看了行前說明,難嗎?有點,但就是煩了點,不過你會收獲什麼?
嗯!你會知道怎麼看Datasheet、會知道DS18B20的時序圖、內部資料結構、CRC檢核操作、程式類別化、程式庫的建立與上傳!
然後呢?當你完成了這些,我想你已進了Arduino的大門,透過格物的過程,你知了,你就可以善用DS18B20了,既然你會用DS18B20,那麼,其他的又有什麼問題呢?一法通萬法通!

想要嗎?那麼就前進吧!開始這偉大的航程!


2017年12月6日 星期三

SimpleDs18b20就是這麼簡單!

你看,這就是我釣的魚!


話說老鄭拿著一條魚向朋友炫耀,說是他自己釣回來的!
然而,朋友們都不相信,此時,老鄭的老婆剛好路過,看了一下魚
就說:「這魚確實是老鄭自己釣的!,因為,市場沒這麼小條的魚!」
老鄭:「再小.........也是魚呀!」

沒有張屠夫,還是得吃肉

標準的使用DS18B20要使用兩個程式庫, OneWire及DallasTemperature,前者是1-Wire通訊協定,後者是此元件的專用程式庫。品牌好且大家使用也沒問題,真是一好三公道,且將DS18B20的功能發揮到完美。
不過, 各位有沒有想過,前面的溫度感測器DHT22、DS18B20、MAX6755等,我們最想要的其實就只是溫度值!
正如同,喝咖啡,你可以用這個頂級咖啡機來沖泡,大約18000美元,可以給你極致的美味咖啡!
圖片來源:https://shop.forfivecoffee.com/products/la-marzocco-strada-mp

也可以用這個越南咖啡壺來沖泡,價格約10元(在越南的價格),也是咖啡
http://oceanlinktravel.vn/news-travel-guide/cafe-sua-da-thuc-qua-rieng-cua-nguoi-sai-gon.html
其實,程式庫就是工具,它可以是豪華也可以簡單,在我眼中,現有的程式庫,就像是高級遊艇,而且功能齊全,又高大上(高端大氣上檔次),不過說穿了,不就是個出海的工具嗎?咱們用保麗龍板拼一拼也是可以出海不是嗎?
別人寫的出來,很好很強大,是否自己也可以寫一個試試!咱們要的也不多,不用功能齊全(什麼設定位元解析度、一線多元件的)!就設一個小目標:自己寫一個程式庫來就讀取溫度值。

是驢子?是馬?拉出來溜一溜就知道了!

對一個初學Arduino的人來說,這有點挑戰,但也還好,花了一點時間,摸著石頭過河,先參考現有的程式庫,不懂的就找Google、Datasheet,就這樣,一步一腳印的摸著石頭過了河,算是達到自己設定的目標-->程式庫名稱:SimpleDs18b20,功能:讀取DS18B20溫度值。

程式庫的限制 


【注意:這個程式庫只能於Arduino 1pin 接1個DS18B20的情況下使用】
使用條件:
1、Arduino 1pin 只能接1個DS18B20
2、外接電源模式
在滿足上述條件下,這個程式庫就能(也只能)讀取溫度值
※注意:當接線有問題或是DS18B20故障時,會出現"-127"異常值

STEP-1-零配件清單及接線圖

此圖依序為Datasheet上之外部接線圖、材料清單及零件示意圖
此圖為Arduino與DS18B20接線圖及其局部放大,要注意的是DS18B20之接腳的接線:
1- GND 為電源地。
2- DQ 為數位資號輸入/輸出端。
3-VDD 為外接供電電源輸入端。
【注意:我使用的是Pin 7不是Pin 2喲!】

STEP-2- 程式碼說明

SimpleDs18b20既然是Simple,那就是Simple
只有一個功能,就是讀取攝氏溫度值(Get Temperature)
所以只有一個函式GetTemperature()

範例程式的第15行:
Serial.println(ds01.GetTemperature());

讀取(GetTemperature)感測器物件(ds01)的溫度值,並將其值印出

STEP-3-程式碼及輸出

// 引用程式庫SimpleDs18b20
#include <SimpleDs18b20.h&gt
//將連接Pin腳設定於pin 7
uint8_t dq_pin=7;
//建立物件ds01(它是位於pin7的DS18B20)
SimpleDs18b20 ds01(dq_pin);

void setup() {
    Serial.begin(9600);
}

void loop() {
    Serial.print("Ds18B20's Temperature --> ");
    // 使用GetTemperature()來讀取溫度值,並顯示
    Serial.println(ds01.GetTemperature());
    delay(1000);
}

輸出結果 


STEP-4-下載/安裝程式庫(SimpleDs18b20)

有興趣的朋友,可以到以下的連結下載試用看看!內含接線圖、範例程式及程式庫!

 SimpleDs18b20程式庫下載連結




掌握DS18B20就只要過9塊石 

自己寫程式庫很難嗎?說真的,對一個初學者而言,寫DS18B20真有點難!因為到後來,我才發覺,它的水有點深但還不會太深,摸著石頭過河後,回頭看看,喲!不多,要過DS18B20這條河,就只要過九塊石!想試試嗎?且待下回分曉!。