【文章內(nèi)容簡介】 為時鐘輸入端。 工作原理 DS1302 工作時為了對任何數(shù)據(jù)傳送進行初始化，需要將復(fù)位腳（ RST）置為高電平且將 8位地址和命令信息裝入移位寄存器。數(shù)據(jù)在時鐘（ SCLK）的上升沿串行輸入，前8位指定訪問地址，命令字裝入移位寄存器后，在之后的時鐘周期，讀操作時輸出數(shù)據(jù)，寫操作時輸出數(shù)據(jù)。時鐘脈沖的個數(shù)在 單字節(jié)方式下為 8+8（ 8位地址 +8位數(shù)據(jù)），在多字節(jié)方式下為 8加最多可達 248 的數(shù)據(jù)。 寄存器和控制命令 對 DS1302 的操作就是對其內(nèi)部寄存器的操作， DS1302 內(nèi)部共有 12 個寄存器，其中有 7 個寄存器與日歷、時鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為 BCD 碼形式。此外， DS1302 還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時鐘突發(fā)寄存器及與 RAM 相關(guān)的寄存器等。時鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫除充電寄存器以外的寄存器。日歷、時間寄存器及控制字如表 32所示： 表 32 日歷、時鐘寄存器與控制字對照表 寄存器名稱 7 6 5 4 3 2 1 0 1 RAM/CK A4 A3 A2 A1 A0 RD/W 秒寄存器 1 0 0 0 0 0 0 分寄存器 1 0 0 0 0 0 1 小時寄存器 1 0 0 0 0 1 0 日寄存器 1 0 0 0 0 1 1 月寄存器 1 0 0 0 1 0 0 星期寄存器 1 0 0 0 1 0 1 年寄存器 1 0 0 0 1 1 0 寫保護寄存器 1 0 0 0 1 1 1 慢充電寄存器 1 0 0 1 0 0 0 時鐘突發(fā)寄存器 1 0 1 1 1 1 1 最后一位 RD/W，為“ 0”時表示進行寫操作，為“ 1”時表示讀操作。 第 13 頁 共 40 頁 DS1302 內(nèi)部寄存器列表如表 33 所示： 表 33： DS1302內(nèi)部主要寄存器分布表 寄存器名稱 命令字 取值范圍 各位內(nèi)容 寫 讀 7 6 5 4 3 2 1 0 秒寄存器 80H 81H 0059 CH 10SEC SEC 分寄存器 82H 83H 0059 0 10MIN MIN 小時寄存器 84H 85H 0112 或 0023 12/24 0 A HR HR 日期寄存器 86H 87H 0128， 29， 30，31 0 0 10DATE DATE 月份寄存器 88H 89H 0112 0 0 0 10M MONTH 周寄存器 8AH 8BH 0107 0 0 0 0 0 DAY 年份寄存器 8CH 8DH 0099 10YEAR YEAR DS1302 內(nèi)部的 RAM 分為兩類，一類是單個 RAM 單元，共 31個，每個單元為一個 8位的字節(jié)，其命令控制字為 COH~FDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作；再一類為突發(fā)方式下的 RAM，此方式下可一次性讀寫所有的 RAM的 31個字節(jié)，命令控制字為 FEH（寫）、FFH（讀）。 我們現(xiàn)在已經(jīng)知道了控制寄存器和 RAM 的邏輯地址，接著就需要知道如何通過外部接口來訪問這些資源。單片機是通過簡單的同步串行通訊與 DS1302 通訊的，每次通訊都必須由單片機發(fā)起，無論是讀還是寫操作，單片機都必須先向 DS1302 寫入一個命令幀，這個幀的格式如 表 32所示，最高位 BIT7 固定為 1， BIT6 決定操作是針對 RAM 還是時鐘寄存器，接著的 5個 BIT是 RAM 或時鐘寄存器在 DS1302 的內(nèi)部地址，最后一個BIT表示這次操作是讀操作抑或是寫操作。 物理上， DS1302 的通訊接口由 3 個口 線組成，即 *RST， SCLK， I/O。其中 *RST 從低電平變成高電平啟動一次數(shù)據(jù)傳輸過程 ， SCLK 是時鐘線， I/O 是數(shù)據(jù)線。具體的讀寫時序參考圖 35，但是請注意，無論是哪種同步通訊類型的串行接口，都是對時鐘信號敏感的，而且一般數(shù)據(jù) 寫入有效是在上升沿，讀出有效是在下降沿 （ DS1302 正是如此的，但是在芯片手冊里沒有明確說明），如果不是特別確定， 則把程序設(shè)計成這樣：平時 SCLK保持低電平，在時鐘變動前設(shè)置數(shù)據(jù)，在時鐘變動后讀取數(shù)據(jù)， 即數(shù)據(jù)操作總是在 SCLK保持為低電平的時候，相鄰的操作之間間隔有一個上升沿和一 個下降沿。 第 14 頁 共 40 頁 圖 36 DS1302的命令字結(jié)構(gòu) SCLK 為 0—— 寫入的數(shù)據(jù) —— SCLK 為 1—— SCLK 為 0—— 讀出的數(shù)據(jù) 圖 37 DS1302時鐘模塊 DS18B20 溫度采集模塊 DS18B20 是美國 DALLAS 半導(dǎo)體公司繼 DS1820 之后最新推出的一種改進型智能溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，他能夠直接讀出被測溫度并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn) 9～ 12 位的數(shù)字值讀數(shù)方式?？梢苑謩e在 ms 和 750 ms 內(nèi)完成 9 位和 12 位的數(shù)字量，并且從 DS18B20 讀出的信息或?qū)懭?DS18B20 的信息僅需要一根口線讀寫，溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的 DS18B20 供電，而無需額外電源。因而使用 DS18B20 可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單，可靠性更高。他在測溫精度、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離、分辨率等方面較 DS1820 有了很大的改進，給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果。 *RST I/O SCLK 第 15 頁 共 40 頁 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳 圖 38 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖 39 DS18B20引腳排列 測溫原理 DS18B20 的測溫原理如圖 39 所示，圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計數(shù)器 1，高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器 2 的脈沖輸入，圖中還隱含著計數(shù)門，當(dāng)計數(shù)門打開時， DS18B20 就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖后進行計數(shù)，進而完成溫度測量。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將 55℃所對應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計數(shù)器 1和溫度寄存 器中，減法計數(shù)器 1和溫度寄存器被預(yù)置在 55℃ 所對應(yīng)的一個基數(shù)值。減法計數(shù)器 1 對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當(dāng)減法計數(shù)器 1的預(yù)置值減到 0時溫度寄存器的值將加 1，減法計數(shù)器 1 的預(yù)置將重新被裝入，減法計數(shù)器 1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到減法計數(shù)器 2計數(shù)到 0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。圖 39中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正減法計數(shù)器的預(yù)置值，只要計數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直至溫度寄存器值達到被測溫 度值，這就是 DS18B20 的測溫原理。 VCC DQ GND 高速緩存儲存器 8 位 CRC 生成器 儲存器和控制器 溫度靈敏器件 低溫觸發(fā)器 TL 高溫觸發(fā)器 TH 64 位ROM和單線接口 電源檢測 配置寄存器 第 16 頁 共 40 頁 圖 310 DS18B20的測溫原理 框圖 工作過程及時序 DS18B20 內(nèi)部的低溫度系數(shù)振蕩器是一個振蕩頻率隨溫度變化很小的振蕩器，為計數(shù)器 1提供一頻率穩(wěn)定的計數(shù)脈沖。 高溫度系數(shù)振蕩器是一個振蕩頻率對溫度很敏感的振蕩器，為計數(shù)器 2 提供一個頻率隨溫度變化的計數(shù)脈沖。 初始時，溫度寄存器被預(yù)置成 55℃ ，每當(dāng)計數(shù)器 1 從預(yù)置數(shù)開始減計數(shù)到 0 時，溫度寄存器中寄存的溫度值就增加 1℃ ，這個過程重復(fù)進行，直到計數(shù) 器 2 計數(shù)到 0 時便停止。 初始時，計數(shù)器 1 預(yù)置的是與 55℃ 相對應(yīng)的一個預(yù)置值。以后計數(shù)器 1 每一個循環(huán)的預(yù)置數(shù)都由斜率累加器提供。為了補償振蕩器溫度特性的非線性性，斜率累加器提供的預(yù)置數(shù)也隨溫度相應(yīng)變化。計數(shù)器 1的預(yù)置數(shù)也就是在給定溫度處使溫度寄存器寄存值增加 1℃ 計數(shù)器所需要的計數(shù)個數(shù)。 DS18B20 內(nèi)部的比較器以四舍五入的量化方式確定溫度寄存器的最低有效位。在計數(shù)器 2停止計數(shù)后，比較器將計數(shù)器 1 中的計數(shù)剩余值轉(zhuǎn)換為溫度值后與 ℃ 進行比較，若低于 ℃ ，溫度寄存器的最低位就置 0；若高于 ℃ ， 最低位就置 1；若高于 ℃ 時，溫度寄存器的最低位就進位然后置 0。這樣，經(jīng)過比較后所得的溫度寄存器的值就是最終讀取的溫度值了，其最后位代表 ℃ ，四舍五入最大量化誤 差為177。1/2LSB ，即 ℃。 預(yù)置 低溫度系數(shù) 振蕩器 高溫度系數(shù) 振蕩器 減法計數(shù)器 2 斜率 累加器 減法計數(shù)器 1 =0 =0 比較器 預(yù)置 溫度寄存器 LSB 置 1/清零 +1 停止 第 17 頁 共 40 頁 溫度寄存器中的溫度值以 9位數(shù)據(jù) 格式表示，最高位為符號位，其余 8 位以二進制補碼形式表示溫度值。測溫結(jié)束時，這 9位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到暫存存儲器的前兩個字節(jié)中，符號位占用第一字節(jié)， 8位溫度數(shù)據(jù)占據(jù)第二字節(jié)。 DS18B20 測量溫度時使用特有的溫度測量技術(shù)。 DS18B20 內(nèi)部的低溫度系數(shù)振蕩器能產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率信號；同樣的， 高溫度系數(shù)振蕩器則將被測溫度轉(zhuǎn)換成頻率信號。當(dāng)計數(shù)門打開時， DS18B20 進行計數(shù)，計數(shù)門開通時間由高溫度系數(shù)振蕩器決定。芯片內(nèi)部還有斜率累加器，可對頻率的非線性度加以補償。測量結(jié)果存入溫度寄存器中。一般情況下的溫度值應(yīng)該為 9 位，但因符號位擴展成高 8 位，所以最后以 16 位補碼形式讀出。 DS18B20 工作過程一般遵循以下協(xié)議：初始化 —— ROM 操作命令 —— 存儲器操作命令 —— 處理數(shù)據(jù) 。 單總線上的所有處理均從初始化序列開始。初始化序列包括總線主機發(fā)出一復(fù)位脈沖，接著由從屬器件送出存在脈沖。存在脈沖讓總 線控制器知道 DS18B20 在總線上且已準(zhǔn)備好操作。 操作命令 一旦總線主機檢測到從屬器件的存在，它便可以發(fā)出器件 ROM 操作命令之一。所有ROM操作命令均為 8 位長。這些命令列表如下： Read ROM（讀 ROM） [33h] 此命令允許總線主機讀 DS18B20 的 8位產(chǎn)品系列編碼，唯一的 48 位序列號，以及 8位的 CRC。此命令只能在總線上僅有一個 DS18B20 的情況下可以使用。如果總線上存在多于一個的從屬器件，那么當(dāng)所有從片企圖同時發(fā)送時將發(fā)生數(shù)據(jù)沖突的現(xiàn)象（漏極開路會產(chǎn)生線與的結(jié)果）。 Match ROM（ 符合 ROM） [55h] 此命令后繼以 64 位的 ROM 數(shù)據(jù)序列，允許總線主機對多點總線上特定的 DS18B20尋址。只有與 64 位 ROM 序列嚴(yán)格相符的 DS18B20 才能對后繼的存貯器操作命令作出響應(yīng)。所有與 64 位 ROM 序列不符的從片將等待復(fù)位脈沖。此命令在總線上有單個或多個器件的情況下均可使用。 Skip ROM（ 跳過 ROM ） [CCh] 第 18 頁 共 40 頁 在單點總線系統(tǒng)中，此命令通過允許總線主機不提供 64 位 ROM 編碼而訪問存儲器操作來節(jié)省時間。如果在總線上存在多于一個的從屬器件而且在 Skip ROM 命令之后發(fā)出讀命令，那 么由于多個從片同時發(fā)送數(shù)據(jù)，會在總線上發(fā)生數(shù)據(jù)沖突（漏極開路下拉會產(chǎn)生線與的效果）。 Search ROM（ 搜索 ROM） [F0h] 當(dāng)系統(tǒng)開始工作時，總線主機可能不知道單線總線上的器件個數(shù)或者不知道其 64位 ROM 編碼。搜索 ROM 命令允許總線控制器用排除法識別總線上的所有從機的 64 位編碼。 Alarm Search（告警搜索） [ECh] 此命令的流程與搜索 ROM 命令相同。但是，僅在最近一次溫度測量出現(xiàn)告警的情況下， DS18B20 才對此命令作出響應(yīng)。告警的條件定義為溫度高于 TH 或低于 TL。只要DS18B20 一上電，告警條件就保持在設(shè)置狀態(tài)，直到另一次溫度測量顯示出非告警值或者改變 TH 或 TL 的設(shè)置，使得測量值再一次位于允許的范圍之內(nèi)。貯存在 EEPROM 內(nèi)的觸發(fā)器值用于告警。 Write Scratchpad（寫暫存存儲器） [4Eh] 這個命令向 DS18B20 的暫存器中寫入數(shù)據(jù)，開始位置在地址 2。接下來寫入的兩個字節(jié)將被存到暫存器中的地址位置 2和 3?？梢栽谌魏螘r刻發(fā)出復(fù)位命令來中止寫入。 Read Scratchpad（讀暫存存儲器） [BEh] 這個命令讀取暫存器的內(nèi)容。讀取將從字節(jié) 0開始，一 直進行下去，直到第 9（字節(jié) 8， CRC）字節(jié)讀完。如果不想讀完所有字節(jié)，控制器可以在任何時間發(fā)出復(fù)位命令來中止讀取。 Copy Scratchpad（復(fù)制暫存存儲器） [48h] 這條命令把暫存器的內(nèi)容拷貝到 DS18B20 的 E2 存儲器里，即把溫度報警觸發(fā)字節(jié)存入非易失性存儲器里。如果總線控制器在這條命令之后跟著發(fā)出讀時間隙，而 DS18B20又正在忙于把暫存器拷貝到 E2存儲器， DS18B20 就會輸出一個 “0” ，如果拷貝結(jié)束的話， DS18B20 則輸出 “1” 。如果使用寄生電源，總線控制器必須在這條命令發(fā)出后立即起動 強上拉并最少保持 10