【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 度報(bào)警上、下限設(shè)定； （ 8） 報(bào)警檢測(cè)命令可識(shí)別和定位溫度超限節(jié)點(diǎn)。 溫度測(cè)量原理 DS1820 型數(shù)字溫度傳感器封裝如圖所示， 1 腳 G 為公共地端， 2 腳 DO 為數(shù)據(jù)輸出 輸入端， 3 腳 XDD 為外部電源輸入端。 DS1820 內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)如圖所示，內(nèi)部包含 7 個(gè)主要的電路單元： 64 位 ROM（只讀存儲(chǔ)器）、溫度傳感器、非易失報(bào)警溫度上下限單元、便箋簿存儲(chǔ)器、存儲(chǔ)器和控制邏輯單元、 8位冗余校驗(yàn)碼發(fā)生器和電壓檢測(cè)單元等。 （ 1） 64 位 ROM（只讀存儲(chǔ)器） 圖 92 DS1820 封裝 圖 93 DS1820 內(nèi)部電路結(jié)構(gòu) 每一片 DS1820 具有全球惟一的 64位 ROM 代碼。其中第一個(gè)字節(jié)（ 8位）為單總線產(chǎn)品代碼（ DS1820 為 10H）；接下來(lái)的 48 位為惟一的硅系列號(hào)；最后 8位是前面 56的校驗(yàn)碼。由于 64 位 ROM 的惟一性，在采用單總線 的多點(diǎn)分布式測(cè)溫系統(tǒng)中，系統(tǒng)可以通過(guò) ROM 命令對(duì)不同的傳感器進(jìn)行區(qū)分很定位。作為列車(chē)軸溫傳感器時(shí)，由于各個(gè)傳感器都有各自獨(dú)立的引線，各軸位互不干涉， ROM 的功能沒(méi)有用上。 （ 2）溫度傳感器 溫度傳感器的作用是將模擬溫度值轉(zhuǎn)換成數(shù)字值。 DS1820 測(cè)溫通過(guò)對(duì)時(shí)鐘周期計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)的，其原理是：電路中有兩個(gè)振蕩器 a和 b，其中 a為低溫度系數(shù)振蕩器，門(mén)控周期長(zhǎng)； b為高溫度系數(shù)振蕩器，振蕩周期短。這樣，由于振蕩器b 的振蕩周期對(duì)溫度很敏感（成比例變化），而振蕩器 a 對(duì)溫度變化不敏感（振蕩周期不隨溫度變化）而且周期長(zhǎng)，電路在 振蕩器 a的一個(gè)振蕩正半周期內(nèi)（即門(mén)控周期），對(duì)振蕩器 b 的周期計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)的結(jié)果就對(duì)應(yīng)了溫度變化，如圖所示。 圖 94 數(shù)字溫度傳感器測(cè)溫原理 （ 3） DS1820 的存儲(chǔ)器 DS1820 的存儲(chǔ)器由便箋簿存儲(chǔ)器和非易失報(bào)警溫度上下限單元組成。便箋簿存儲(chǔ)器由 8 個(gè)字節(jié)組織起來(lái)，它們是：溫度結(jié)果低字節(jié)、溫度結(jié)果高字節(jié)（符號(hào)）、報(bào)警上限、報(bào)警下限、兩個(gè)空字節(jié)和另外兩個(gè)用于計(jì)算溫度結(jié)果最終值的中間字節(jié)，第 9字節(jié)是上面 8個(gè)字節(jié)的冗余校驗(yàn)碼。非易失報(bào)警溫度上下限單元實(shí)際上是兩個(gè)電可擦除存儲(chǔ)器（ E2PROM），存放傳感器報(bào) 警上下限溫度值。存儲(chǔ)器的組織如圖所示。 對(duì)于非易失報(bào)警溫度上下限值來(lái)說(shuō)，變箋簿有利于單總線通信過(guò)程中數(shù)據(jù)的完整性。報(bào)警值首先寫(xiě)入變箋簿中，并可以讀出；對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)后，一個(gè)復(fù)制命令將報(bào)警值再存到 E2PROM 中。這個(gè)過(guò)成保證在修改便箋簿存儲(chǔ)器時(shí)數(shù)據(jù)的完整性。如果不需要設(shè)置報(bào)警值，該單元可做它用。便箋簿存儲(chǔ)器用存儲(chǔ)器命令進(jìn)行操作。 溫度低字節(jié)LSP 溫度高字節(jié)MSB 溫度上限 TH 溫度下限 TL 不用 不用 保留計(jì)數(shù)值 每度計(jì)數(shù)值 冗余校驗(yàn)碼 溫度上限TH 溫度下限TL （ 4） 存儲(chǔ)器和控制邏輯單元 存儲(chǔ)器和控制邏輯單元是傳感器內(nèi)部的控制核心，控制 ROM 命令、存儲(chǔ)器命令、溫度上下限比較等。 （ 5） 8 位冗余校驗(yàn)碼（ CRC）發(fā)生器 DS1820 內(nèi)部有兩個(gè)字節(jié)的校驗(yàn)碼，其中一位于 64 位 ROM 的最高字節(jié)，它是下面 56 位的校驗(yàn)碼，它保證讀出的傳感器系列碼的正確性；其二是便箋簿內(nèi)8 個(gè)字節(jié)的校驗(yàn)碼，用于保證報(bào)警溫度上下限寫(xiě)入和傳感器溫度讀出的正確性。 冗余校驗(yàn)碼能夠保證數(shù)據(jù)的正確性，因?yàn)樾ｒ?yàn)碼由傳感器內(nèi)部的校驗(yàn)碼發(fā)生器產(chǎn)生后可以隨同數(shù)據(jù)讀出；主機(jī)讀出傳感器數(shù)據(jù)后，可以根據(jù) 所讀數(shù)據(jù)計(jì)算出一個(gè)校驗(yàn)碼，當(dāng)校驗(yàn)出來(lái)的校驗(yàn)碼等于讀出的校驗(yàn)碼就表明數(shù)據(jù)正確了。例如，讀傳感器的溫度時(shí)，需要一次連續(xù)讀出 9 個(gè)字節(jié)，其中第 9 個(gè)字節(jié)就是校驗(yàn)碼，根據(jù)前 8 個(gè)字節(jié)計(jì)算出校驗(yàn)碼，結(jié)果如等于讀出的校驗(yàn)碼（第 9 字節(jié)），則說(shuō)明讀書(shū)正確。 校驗(yàn)碼發(fā)生器是產(chǎn)生校驗(yàn)碼的電路環(huán)節(jié)，實(shí)質(zhì)是由一個(gè)移位寄存器和異或門(mén)組成德函數(shù)發(fā)生器。產(chǎn)生的原理按下面的多項(xiàng)式計(jì)算： CRC=X8+X5+X4+1 過(guò)程是這樣的：位移寄存器初始為 0，數(shù)據(jù)從低位開(kāi)始一位一位地移入，滿足條件后進(jìn)行異或運(yùn)算，移動(dòng)最后一位時(shí)校驗(yàn)碼已產(chǎn)生 了，這就是編制軟件計(jì)算校驗(yàn)碼的原理。 在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)，往往因傳感器線長(zhǎng)接觸阻抗大、供電電源較弱、電氣干擾較大等諸多因素，有時(shí)候甚至?xí)霈F(xiàn)某一位傳感器一直讀不出溫度（或是不正確）的情況，這是因?yàn)椋安捎密浖ｒ?yàn)?zāi)軌虮ＷC數(shù)據(jù)正確”有一個(gè)前提條件，即：一段時(shí)間內(nèi)，比如說(shuō)一個(gè)軸位的巡查時(shí)間內(nèi)，至少要有一位讀出數(shù)據(jù)時(shí)完全正確的。但如果這段時(shí)間內(nèi)（甚至更長(zhǎng)時(shí)間）內(nèi)一直沒(méi)有讀出一次正確的數(shù)值，這種問(wèn)題就發(fā)生了。出現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題后，儀器要么現(xiàn)實(shí)開(kāi)路，要么顯示的是以前的軸溫?？梢哉f(shuō)，這是數(shù)字傳感器設(shè)計(jì)機(jī)理上的一個(gè)缺陷，如設(shè) 計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)交換方式抗干擾強(qiáng)一些（如電流環(huán)、高頻調(diào)制方式等）就更好了。 （ 6）電壓檢測(cè)單元 電壓檢測(cè)單元能夠判斷傳感器是由獨(dú)立的外部電源供電或是由信號(hào)線通過(guò)對(duì)芯片內(nèi)部的電容充電提供電源。 DS1820 的兩種供電方案 如前所述， DS1820 內(nèi)部有一個(gè)電壓檢測(cè)單元，用于區(qū)分傳感器的供電方式。其實(shí)， DS1820 有兩種供電模式 ：由電源線供電或信號(hào)線供電，信號(hào)線供電方式也叫寄生電源方式，如圖所示。 DS1820 兩種供電模式 內(nèi)外部電源供電時(shí)，因 DS1820 具有充足的電源，故能保證測(cè)溫精確，而且操作 可靠性高，如對(duì)傳感器引線無(wú)特殊要求，最好采用此方式。 目前，因?yàn)閭鞲衅髦荒苡袃筛€，軸溫傳感器只能采用寄生電源方式，電源信號(hào)線配合，強(qiáng)上拉電路提供。在通信線為“ 1”期間，傳感器所需的電能由內(nèi)部的電容充電提供，但這個(gè)電容很小，因而儲(chǔ)能非常微弱。為保證測(cè)溫的精確性，DS1820 的電氣參數(shù)要求轉(zhuǎn)換時(shí)一定要保證充足的電能。 為了克服這個(gè)矛盾，電路必須增加強(qiáng)上拉電路，以增強(qiáng)通信線的供電能力。圖中的 9012 三極管就起這個(gè)作用，其原理如下：通信線為“ 0”和通信線繁忙時(shí)，如正在進(jìn)行讀寫(xiě)數(shù)據(jù)操作時(shí)，控制 9012 截止，通信線空閑為“ 1”時(shí)（比如正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換）， 9012 導(dǎo)通，這樣就相當(dāng)于電源線直接接到了通信線上，彌補(bǔ)了直接用主機(jī)端口提供電源 不足的缺陷。 在電路設(shè)計(jì)中，采用這種強(qiáng)上拉電路是必不可少的。但現(xiàn)場(chǎng)的使用情況較為復(fù)雜，比如傳感器線較長(zhǎng)、接觸電阻大、干擾信號(hào)強(qiáng)等。 DS1820 的基本時(shí)序、命令操作 DS1820 數(shù)據(jù)輸入輸出 時(shí)均借助一根通信線，必須采用嚴(yán)格的協(xié)議以保證數(shù)據(jù)的完整性。協(xié)議包括下列信號(hào)波形：由主機(jī)發(fā)出的復(fù)位脈沖和由電感器應(yīng)答的在線脈沖；主機(jī)向傳感器寫(xiě)入“ 0”、“ 1”；主機(jī)從傳感器讀出“ 0”、“ 1”等三類時(shí)序波形。 （ 1） 復(fù)位脈沖 主機(jī)必須選發(fā)復(fù)位脈沖，等 DS1820 發(fā)出應(yīng)答信號(hào)后，對(duì) DS1820 的操作才能進(jìn)行。過(guò)程如下：主機(jī)先使總線（即通信線）變成“ 0”并保持 480μ s 以上，隨后釋放總線進(jìn)入接受模式，總線由上拉電阻（最大不超過(guò) ）變?yōu)椤?1”；DS1820 檢測(cè)到總線上電壓跳變的上升沿后，等待 15～ 60μ s，發(fā)生在線脈沖（ 60～240μ s 的“ 0”）如圖所示。 圖 97 復(fù)位脈沖和在線脈沖 （ 2） 主機(jī)向傳感器寫(xiě)“ 0”和“ 1” 主機(jī)對(duì) DS1820 進(jìn)行操作時(shí)，必須先送入命令。數(shù)據(jù)是按位送入的，分為寫(xiě)“ 0”和“ 1”兩種。寫(xiě) “ 0”、“ 1”的意思是主機(jī)將“ 0”、“ 1”如何送到總線上，位與位之間有大于 1μ s的間隙。 DS1820 檢測(cè)到總線電平下降沿的 15～ 60μ s期間從總線上采樣數(shù)據(jù)，如圖所示。 圖 98 主機(jī)向傳感器寫(xiě)“ 0”和“ 1”的時(shí)序 （ 3） 主機(jī)從傳感器讀入“ 0”和“ 1” 主機(jī)通過(guò)總線讀取傳感器的數(shù)據(jù)。傳感器數(shù)據(jù)輸出，同 樣也是一位一位地進(jìn)行。主機(jī)在總線上每提供一個(gè)下降沿， DS1820 就輸出一位數(shù)據(jù)。讀時(shí)序和寫(xiě)時(shí)序類似，只是采樣的時(shí)間不同，如圖所示。 圖 99 主機(jī)從傳感器讀入“ 0”和“ 1”的時(shí)序 上面分析的時(shí)序是基本的操作協(xié)議，主機(jī)對(duì) DS1820 的控制功能都建立在這個(gè)基礎(chǔ)之上。另外，數(shù)據(jù)輸出輸入格式都是低位在先。 1． DS1820 的命令與操作 對(duì) DS1820 的命令操作協(xié)議：初始化→ ROM 功能命令→存儲(chǔ)器功能命令→數(shù)據(jù)交換。下面對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行說(shuō)明。 （ 1） 初始化 主機(jī)和 DS1820 進(jìn)行數(shù)據(jù)交換以前首先是初始化。初始化的過(guò)程就是主機(jī) 發(fā)復(fù)位脈沖后，接在總線上的 DS1820 應(yīng)答在線脈沖，表明傳感器已準(zhǔn)備操作。 （ 2） ROM 功能命令 一旦主機(jī)發(fā)復(fù)位脈沖后接到 DS1820的在線響應(yīng)，主機(jī)就可以發(fā)如下五種 ROM功能命令之一，進(jìn)行下一步的操作，所有的命令都以 16 進(jìn)制表示，且都為 8位。作為軸溫傳感器時(shí)，只有 ROM 忽略命令用到。 ① ROM讀「 33H」 該命令用于讀出 DS1820 的 64 位 ROM 代碼（包括 8 位單線產(chǎn)品代碼、 48 位唯一的硅系列號(hào)和 8位校正碼），該命令只能用于總線上只接一個(gè) DS1820的情況。 ② ROM匹配「 55H」 ROM 匹配命令使主機(jī)選中某一特 定的 DS1820。只有當(dāng) ROM 代碼與命令制定的ROM 代碼完全一致的 DS1820 才響應(yīng)，可以繼續(xù)下面的操作，其他 ROM 代碼不一致的 DS1820 則不響應(yīng)。 ③ ROM 忽略「 CCH」 在總線上只有單一的 DS1820 時(shí)，使用該命令可以不必發(fā)送 64 位 ROM 代碼而節(jié)省時(shí)間。 ④ ROM 搜索「 FOH」 一個(gè)新的系統(tǒng)初始化時(shí)，主機(jī)可能不知道總線上已接了多少個(gè) DS1820，該命令可使用主機(jī)排除法來(lái)確認(rèn)總線上所接的 DS1820 數(shù)量。 ⑤ 報(bào)警搜索「 ECH」 該命令格式和 ROM 搜索命令相同，但是只有在總線上某個(gè) DS1820 最新一次的數(shù) 據(jù)刷新中有報(bào)警發(fā)生時(shí)才響應(yīng)該命令。 （ 3） 存儲(chǔ)器功能命令 存儲(chǔ)器功能命令有 6 種：便箋簿寫(xiě)、便箋簿讀、便箋簿復(fù)制、氣動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換、恢復(fù) E2PROM、讀電源狀態(tài)等。作為軸溫傳感器時(shí)，用到了便箋簿讀和氣動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換兩個(gè)命令，分別用于氣動(dòng)換換和讀取溫度。具體描述如表所示。 DS1820 操作應(yīng)用 如上所述，主機(jī)對(duì) DS1820 的操作必須按協(xié)議嚴(yán)格進(jìn)行：初始化、 ROM 功能命令、存儲(chǔ)器功能命令、數(shù)據(jù)交換。以軸溫傳感器所采用的寄生電源供