【文章內(nèi)容簡介】 第 2 章 溫度采集程序設(shè)計 DS18B20 的時序 由于 DS18B20 采用的是 1－ Wire 總線協(xié)議方式，即在一根數(shù)據(jù)線實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，而對 AT89C51 單片機(jī)來說，硬件上并不支持單總線協(xié)議，因此，我們必須采用軟件的方法來模擬單總線的協(xié)議時序來完成對 DS18B20 芯片的訪問。 由于 DS18B20 是在一根 I/O 線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時序要求。 DS18B20 有嚴(yán)格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該協(xié)議定義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。所有時序都是將主機(jī)作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。而每一次命令和數(shù) 據(jù)的傳輸都是從主機(jī)主動啟動寫時序開始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進(jìn)行寫命令后，主機(jī)需啟動讀時序完成數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。 DS18B20 的復(fù)位時序 DS18B20 的復(fù)位時序如圖 所示，主機(jī)發(fā)出復(fù)位脈沖， DS18B20 的單總線即（ DQ）接收到高電平，最少 480us，最多 960us。主機(jī)將 DQ 拉低，延時大于 480us，然后 DS18B20發(fā)出應(yīng)答脈沖， DQ 為 0 復(fù)位成功，否則失敗，繼續(xù)復(fù)位。 DS18B20 的讀寫時序 對于 DS18B20 的讀時序分為讀 0 時序和讀 1 時序兩個過程，如圖 所示。 主機(jī)發(fā)出復(fù)位脈沖min： 480us max： 960us 主 機(jī)接收所需最短時間 480us DS18B20 發(fā)出 應(yīng)答脈沖 15~ 60 us DQ GND 圖 DS18B20 的復(fù)位時序 中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 13 DS18B20 的讀時隙是從主機(jī)把單總線拉低之后，在 15us 之內(nèi)就得釋放單總線，以讓 DS18B20 把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。 DS18B20 在完成一個讀時序過程，至少需要 60us才能完成。 對于 DS18B20 的寫時序仍然分為寫 0 時序和寫 1 時序兩個過程如圖 和 。 DS18B20 寫 0 時序和寫 1 時序的要求不同，當(dāng)要寫 0 時序時，單總線要被拉低至少 60us，保證 DS18B20 能夠在 15us 到 45us 之間能夠正確地采樣 IO 總線上的 ―0‖電平，當(dāng)要寫 1 時序時，單總線被拉低之后，在 15us 之內(nèi)就得釋放單總線。 主機(jī)寫 0 時隙 60~120us DQ GND DS18B20 采樣 1us 15us 15us 30us 1us 圖 DS18B20 的寫 0 時序 主機(jī)讀 0 或讀 1 時隙 DQ GND 主 CPU 采樣 1us 15us 15us 30us 圖 DS18B20 的讀時序 中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 14 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)和指令 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成： 64 位光刻 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器 [14]。 光刻 ROM 中的 64 位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該 DS18B20 的地址序列碼。 64 位光刻 ROM 的排列是：開始 8 位（ 28H）是產(chǎn)品類型標(biāo)號，接著的 48位是該 DS18B20 自身的序列號，最后 8 位是前面 56 位的循環(huán)冗余校驗碼（ CRC=X8+X5+X4+1）。光刻 ROM 的作用是使每一個 DS18B20 都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個 DS18B20 的目的。 DS18B20 中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以 12 位轉(zhuǎn)化為例 :用 16 位符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形 式提供，以 ℃ /LSB 形式表達(dá)，其中 S 為符號位。見表 。 表 溫度值存放格式 LS Byte bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0 23 22 21 20 21? 22? 23? 24? MS Byte bit15 bit14 bit13 bit12 bit11 bit10 bit9 bit8 S S S S S 26 25 24 12 位轉(zhuǎn)化后得到的 12 位數(shù)據(jù)，存儲在 18B20 的兩個 8 比特的 RAM 中，二進(jìn)制中的前面 5位是符號位，如果測得的溫度大于 0，這 5位為 0，只要將測到的數(shù)值乘于 主機(jī)寫 1 時隙 60~120us DQ GND DS18B20 采樣區(qū) 1us 15us 15us 30us 圖 DS18B20 寫 1 時序 中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 15 即可得到實際溫度；如果溫度小于 0，這 5位為 1，測到的數(shù)值需要取反加 1再乘于 即可得到實際溫度。 DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括一個高速暫存 RAM 和一個非易失性的可電擦除的 EEPRAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器 TH、 TL 和結(jié)構(gòu)寄存器。用戶還可根據(jù)實際情況設(shè)定非易失性溫度報警上下限值 TH 和 TL。 DS18B20 檢測到溫度值經(jīng)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后，自動存入存儲器中，并與設(shè)定值 TH 或 TL 進(jìn)行比較，當(dāng)測量溫度超出給定范圍時，就輸出報警信號，并自動識別是高溫超限還是低溫超限。 高速暫存存儲器包含了 8 個連續(xù)字節(jié)，前兩個字節(jié)是測得的溫度信息，第一個字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低八位，第二個字節(jié)是溫度的高八位。第三個和第四個字節(jié)是 TH、TL 的易失性拷貝，第五個字節(jié)是結(jié)構(gòu)寄存器的易失性拷貝，這三個字節(jié)的內(nèi)容在每一次上電復(fù)位時被刷新。第六、七、八 個字節(jié)用于內(nèi)部計算。第九個字節(jié)是冗余檢驗字節(jié)。 DS18B20 的指令表 在編程過程中需要給單總線寫入命令，如常用的啟動溫度轉(zhuǎn)換，讀出 DS18B20 的序列號，匹配 ROM 以選定溫度傳感器。表 和表 中是常用的 ROM 和 RAM 指令。 表 ROM 指令表 指 令 約定代碼 功 能 讀 ROM 33H 讀 DS1820ROM 中的編碼（即 64 位地址） 符合 ROM 55H 發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出 64 位 ROM 編碼，訪問單總線上與該編碼相對應(yīng)的 DS1820 使之作出響應(yīng)，為下一步對該 DS1820 的讀寫作準(zhǔn)備。 搜索 ROM 0F0H 用于確定掛接在同一總線上 DS1820 的個數(shù)和識別 64 位 ROM 地址。為操作各器件作好準(zhǔn)備。 跳過 ROM 0CCH 忽略 64 位 ROM 地址，直接向 DS1820 發(fā)溫度變換命令。適用于單片工作。 告警搜索命令 0ECH 執(zhí)行后只有溫度超過設(shè)定值上限或下限的片子才做出響應(yīng)。 表 RAM 指令表 中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 16 指 令 約定代碼 功 能 溫度變換 44H 啟動 DS1820進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時最長為 500ms（典型為 200ms）。結(jié)果存入內(nèi)部 9 字節(jié) RAM 中。 讀暫存器 0BEH 內(nèi)部 RAM 中 9 字節(jié)的內(nèi)容 寫暫存器 4EH 發(fā)出向內(nèi)部 RAM 的 4 字節(jié)寫上、下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟該命令之后，是傳送兩字節(jié)的數(shù)據(jù)。 復(fù)制暫存器 48H 將 RAM 中第 4 字節(jié)的內(nèi)容復(fù)制到 EEPROM 中。 溫度測量程序 選擇 DS18B20 函數(shù) 每一個 DS18B20 在出廠時就有一個特有的序列號，所以在訪問它的時候，會進(jìn)行序列號的匹配，匹配正確，可以對它進(jìn)行讀寫，否則不可以。如果在一定的條件下，寫入 Skip ROM 命令（寫入 0xcc），默認(rèn)情況下跳過匹配過程。 當(dāng)單總線上接多個 DSl8B20 時，用各個芯片的 ID 號選中特定的芯片進(jìn)行操作。如果己經(jīng)獲得 ID號，則先發(fā)送尋求匹配命令 (OX55H)，再發(fā)送 ID號，選中特定的 DSl8B20。 uchar code id[4][8]={ {… }, /* 保存已有 18b20ID */ {…}, }。 /******************************************* *選擇 ds18b20 ********************************************/ void selectedDq(uchar select) { uchar i。 if(select3) writeByte(0xcc)。 //默認(rèn)狀況下 Skip ROM else { writeByte(0x55)。 // matchROM 中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 17 for(i=0。i8。i++) { writeByte(id[select][i])。 //將選中的 DS18B20 序列號寫入 } } } 獲取 DS18B20 序列號程序 如果還沒有獲得特定 DSl8B20 的 ID 號，先只接一個 DSl8B20，發(fā)送讀序列號命令(OX33H)，然后讀取 DSl8B20 返回的該芯片自身的 lD 號，將讀出的多個 DSl8B20 芯片的 ID 號順序保存到單片機(jī) EEPROM 的指定位置。 在進(jìn)行溫度采集與無線傳輸系統(tǒng)設(shè)計之前，先把 4 個 DS18B20 的序列號讀出，方便后面的調(diào)試需要。通過單片機(jī)開發(fā)板與計算機(jī)連接，使用串口調(diào)試助手這個界面將序列號讀出。 void main(void) { uchar i。 uint j。 resetDQ()。 // ds18b20 復(fù)位 writeByte(0x33)。 // 寫 ReadRom命令 for(i=0。i8。i++) // 讀取 id { ids[i]=readByte()。 } SCON= 0x40。 //串口方式 1 PCON=0。 //SMOD=0 REN=1。 //允許接收 TMOD= 0x20。 //定時器 1 定時方式 2 TH1= 0xe8。 // 1200 波特率 TL1= 0xe8。 中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 18 TR1= 1。 //啟動定時器 while(1) { for(i=0。i8。i++) { SBUF=ids[i]。 //DS18B20 的序列號通過串行調(diào)試讀出 while(TI==0)。 TI=0。 } for (j=0。j50000。j++)。 } } DS18B20 測溫程序 應(yīng)用 DS18B20 的溫度 采集電路進(jìn)行溫度測量時，先對總線復(fù)位，發(fā)送轉(zhuǎn)換命令0x44，等待轉(zhuǎn)換結(jié)束，再對總線復(fù)位，然后發(fā)讀溫度命令 0xbe，讀出溫度值低字節(jié)、高字節(jié)，并將兩字節(jié)合成一個整型變量。測溫流程圖見圖 。 中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 19 resetDQ()。 //總線復(fù)位 _nop_()。 //延時 selectedDq(selected)。 writeByte(0x44)。 //發(fā)轉(zhuǎn)換命令 resetDQ()。 //總線復(fù)位 selectedDq(selected)。 writeByte(0xbe)。 //發(fā)讀溫度命令 tempdata[0]=readByte()。 //讀溫度值的低字節(jié) tempdata[1]=readByte()。 //讀溫度值的高字節(jié) temp=tempdata[1]。 //溫度值高字節(jié)先賦給 temp temp=8。 //temp 左移 8 位，高字節(jié)放在高 8 位 temp=temp|tempdata[0]。 // 兩字節(jié)合成一個整型變量 return temp。 //返回溫度值 開始 總線復(fù)位 延時 選擇 DS18B20 發(fā)轉(zhuǎn)換命令 總線復(fù)位 延時 發(fā)讀溫度命令 讀溫度值低字節(jié) 讀溫度值高字節(jié) 兩字節(jié)合成一個整形變量 返回溫度值 結(jié)束 圖 DS18B20 測溫流程圖 中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本