【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 行讀寫(xiě)操作。 溫度傳感器DS18B20DS18B20是新研發(fā)生產(chǎn)的傳感器，具備單總線(xiàn)方式和數(shù)字化的特點(diǎn)，這種傳感器適配微處理器屬于一種改進(jìn)型器件，具備了智能化的特點(diǎn)，可直接讀出被測(cè)溫度[14]。這種溫度傳感器的內(nèi)部都刻錄有64位序列號(hào)，做到每個(gè)器件序號(hào)的唯一性，這種特點(diǎn)有助于在通信過(guò)程中的器件識(shí)別。又采用單總線(xiàn)這樣的獨(dú)特的接口方式，也就是多個(gè)數(shù)字式傳感器可以同時(shí)掛在一根信號(hào)線(xiàn)上，所以比較容易實(shí)現(xiàn)用單塊微控制器去控制分布在很多區(qū)域的DS18B20。這樣的一種特性在過(guò)程監(jiān)測(cè)和控制、機(jī)器溫度探測(cè)、儀器溫度探測(cè)、建筑物溫度探測(cè)等方面都極其有用[1516]。有兩個(gè)字節(jié)的溫度寄存器包含于高速暫存器中，傳感器采集得的溫度數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)到這兩個(gè)寄存器中，以便后續(xù)的輸出。每個(gè)器件的片序列號(hào)被存放到64 位只讀存儲(chǔ)器中。除了這些，一個(gè)字節(jié)的配置寄存器和一個(gè)用于溫度報(bào)警值存儲(chǔ)的寄存器也包含在這個(gè)高速暫存器里。有這種配置寄存器，用戶(hù)可以設(shè)定溫度的精度為1110還有9 位這四種中的其中一種。配置寄存器，TL 和TH是一種不容易丟失數(shù)據(jù)的可擦除程序寄存器，因此在器件得不到供電的情況下寄存器中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)依然保留著。 DS18B20引腳圖 DS18B20方框圖 DS18B20的引腳說(shuō)明表DS18B20引腳詳細(xì)說(shuō)明8引腳SOIC封裝 T092封裝 符號(hào)說(shuō)明51GND接地42DQ數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。對(duì)于單線(xiàn)操作：漏極開(kāi)路。當(dāng)工作在寄生電源模式時(shí)用來(lái)提供電源。33VDD可選的VDD 引腳。工作于寄生電源模式時(shí)VDD必須接地。所有表中未提及的腳均都無(wú)連接 DS18B20接口電路DS18B20使用一個(gè)單線(xiàn)端口就能夠?qū)崿F(xiàn)通訊，其中使用的是一種非常獨(dú)特的單總線(xiàn)協(xié)議。當(dāng)在所有器件都經(jīng)由漏極開(kāi)路端口或者一個(gè)3態(tài)端口與總線(xiàn)連接到一塊的情況下，控制線(xiàn)需要連接一個(gè)弱上拉電阻。在所設(shè)計(jì)的總線(xiàn)系統(tǒng)上，微控制器會(huì)根據(jù)每個(gè)器件獨(dú)有的64位片序列號(hào)來(lái)辨認(rèn)總線(xiàn)上的器件和記錄總線(xiàn)上的器件地址。因?yàn)槊總€(gè)器件內(nèi)都有一個(gè)獨(dú)特的片序列碼，所有從理論上講在單根總線(xiàn)上能夠連接的器件個(gè)數(shù)是無(wú)限的，但是在實(shí)際應(yīng)用中總線(xiàn)上掛有的器件越多，溫度檢測(cè)的時(shí)間也越長(zhǎng)，精度也有所下降。DS18B20有兩種供電模式，一種是外部電源供電模式，即把外部電源接到VDD引腳即可完成供電，另一種是寄生電源供電模式，該模式允許DS18B20工作于無(wú)外部電源需求狀態(tài)。在本設(shè)計(jì)中DS18B20采用外部供電模式，把5V電源接到VDD引腳，這是一種典型的接法。采用這種接法的好處就是單總線(xiàn)上省去了強(qiáng)上拉。此外在溫度轉(zhuǎn)換期間總線(xiàn)不用總維持在高電平。 DS18B20典型接口電路 DS18B20工作原理DS18B20的顯著特點(diǎn)是它能夠直接讀數(shù)字的溫度傳感器。DS18B20成功啟動(dòng)之后處于低功耗等待狀態(tài)，如果要進(jìn)行溫度測(cè)量以及AD轉(zhuǎn)換時(shí)，主控制器向傳感器發(fā)送[44H]命令。完成這個(gè)操作后，進(jìn)行溫度測(cè)量，轉(zhuǎn)換后得的溫度數(shù)據(jù)以?xún)蓚€(gè)字節(jié)的形式被存放到高速暫存器的溫度寄存器中，接著DS18B20繼續(xù)處在等待狀態(tài)[17]。采用外部電源供電模式下的DS18B20，主控制器在向它發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換指令之后接著發(fā)起“讀時(shí)序”，如果溫度傳感器把檢測(cè)來(lái)的溫度轉(zhuǎn)換完畢則返回1，處在溫度轉(zhuǎn)換過(guò)程則返回0。由一個(gè)或多個(gè)從機(jī)和一塊總線(xiàn)控制器組成的系統(tǒng)通常稱(chēng)為單總線(xiàn)系統(tǒng)。當(dāng)只有一只從機(jī)掛在總線(xiàn)上時(shí)，系統(tǒng)被稱(chēng)為“單點(diǎn)”系統(tǒng)；如果由多只從機(jī)掛在總線(xiàn)上，系統(tǒng)被稱(chēng)為“多點(diǎn)”系統(tǒng)。在本設(shè)計(jì)中DS18B20只能充當(dāng)從機(jī)的角色。單總線(xiàn)系統(tǒng)中的指令和數(shù)據(jù)的傳遞一般從最低有效位開(kāi)始，器件間的通信要嚴(yán)格遵循通信協(xié)議。通過(guò)單線(xiàn)總線(xiàn)端口訪(fǎng)問(wèn)DS18B20的協(xié)議如下：步驟1：初始化。在單總線(xiàn)中，初始化序列是任何執(zhí)行操作處理的開(kāi)始。組成初始化序列的內(nèi)容有兩個(gè)部分，一個(gè)部分是由總線(xiàn)控制器向從機(jī)發(fā)出的復(fù)位脈沖，另一部分是從機(jī)向總線(xiàn)控制器發(fā)出的存在脈沖。有存在脈沖的產(chǎn)生說(shuō)明總線(xiàn)上有DS18B20器件，同時(shí)也提示主控制器，表明自身已經(jīng)做好執(zhí)行其它操作的準(zhǔn)備。步驟2：ROM操作指令。如果有一個(gè)存在脈沖被總線(xiàn)控制器探測(cè)到，控制器就會(huì)發(fā)送一條ROM指令。當(dāng)有若干只DS18B20連接到總線(xiàn)上，總線(xiàn)控制器要識(shí)別總線(xiàn)上的器件型號(hào)和器件數(shù)目也是得根據(jù)這些指令來(lái)完成的。這些指令都是基于每個(gè)器件獨(dú)有的64 位ROM片序列碼，這樣可以讓總線(xiàn)控制器知道對(duì)眾多器件中的具體一個(gè)進(jìn)行操作。ROM指令總共為五條，每一條指令的長(zhǎng)度都為八位。總線(xiàn)控制器只有在發(fā)出一條ROM指令之后才能發(fā)送一條DS18B20功能指令?？刂艱S18B20的5條ROM指令如下：(1)搜索ROM指令 [F0H]。給系統(tǒng)上電完成系統(tǒng)初始化，總線(xiàn)控制器得到從機(jī)的型號(hào)和數(shù)目是根據(jù)識(shí)別總線(xiàn)上所有ROM片序列碼來(lái)實(shí)現(xiàn)的。器件的ROM編碼被總線(xiàn)控制器通過(guò)搜索ROM指令不停的搜索，直到所有從機(jī)器件被確認(rèn)為止。當(dāng)只有一個(gè)從機(jī)在總線(xiàn)上時(shí)，那么可以用較為簡(jiǎn)單的讀取ROM指令代替搜索ROM指令。在每次搜索ROM指令之后，總線(xiàn)控制器必須返回步驟1。(2)讀取ROM指令 [33H]。當(dāng)總線(xiàn)上單掛著一個(gè)DS18B20溫度傳感器的情況下，這條命令才能夠直接使用。在這樣的指令下總線(xiàn)控制器可以直接讀取從機(jī)中的64 位片序列碼，不在需要用到搜索ROM指令。如果總線(xiàn)上不止有一個(gè)從機(jī)時(shí)，直接使用這條指令就會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)沖突，因?yàn)樗袕臋C(jī)在接收到這條指令之后會(huì)同時(shí)向控制器傳送信號(hào)。(3)匹配ROM指令 [55H]。匹配ROM指令，控制器發(fā)送這個(gè)指令后，接著發(fā)送器件的64位ROM編碼序列，目的是在總線(xiàn)上尋找與所發(fā)送的編碼序列匹配的器件。當(dāng)總線(xiàn)上的某個(gè)器件的片序列號(hào)與從控制器傳送來(lái)的片序列號(hào)相匹配時(shí)，此器件就會(huì)做出響應(yīng)，然后執(zhí)行隨后的其它操作指令；所有和64位ROM片序列碼不匹配的器件都將等待復(fù)位脈沖。(4)忽略ROM指令 [CCH]。此條指令的功能是讓總線(xiàn)控制器在沒(méi)有得到某個(gè)器件片序列碼的情況下也可以發(fā)送功能指令。比如，為了實(shí)現(xiàn)溫度轉(zhuǎn)換的操作，總線(xiàn)控制器首先把一條忽略ROM指令發(fā)送到溫度傳感器，接著又把溫度轉(zhuǎn)換指令[44H]發(fā)送到溫度傳感器。值得注意的是當(dāng)總線(xiàn)上僅有一個(gè)器件時(shí)，不管怎樣，當(dāng)要把一條讀取暫存器指令[BEH]發(fā)出之前必須先發(fā)送忽略ROM指令。當(dāng)總線(xiàn)上只有一個(gè)器件時(shí)，采用這條命令可以提高系統(tǒng)的反應(yīng)速度，因?yàn)槠骷挥冒l(fā)回64 位ROM 編碼，省掉了一部分的時(shí)間?？偩€(xiàn)上有若干個(gè)從機(jī)的情況下，不可以使用這條指令，以避免因多只從機(jī)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)而引發(fā)的數(shù)據(jù)沖突。(5)報(bào)警搜索指令 [ECH]。在多個(gè)器件掛接在總線(xiàn)上的情況下，此條命令用于搜索符合報(bào)警條件的器件，只有滿(mǎn)足報(bào)警條件的從機(jī)才對(duì)該命令作出響應(yīng)。DS18B20會(huì)做出響應(yīng)的條件是在最近一次測(cè)溫后遇到符合報(bào)警的溫度。在每次報(bào)警搜索指令周期之后，總線(xiàn)控制器必須返回步驟1。步驟3：DS18B20功能指令。要完成對(duì)DS18B20的操作不得不使用兩種指令，一種是ROM指令，另一種是功能指令。在系統(tǒng)中總線(xiàn)控制器發(fā)送一條DS18B20功能指令之前一定要先發(fā)送一條ROM命令，兩者的發(fā)送順序不可顛倒，否則出現(xiàn)錯(cuò)誤。用了這些功能指令，總線(xiàn)控制器可以對(duì)DS18B20的暫存器進(jìn)行讀寫(xiě)，可以判斷器件采用了那種電源模式還有可以啟動(dòng)器件進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換。DS18B20的功能指令詳見(jiàn)下文。溫度傳感器DS18B20的功能指令具體說(shuō)明如下[18]：(1)溫度轉(zhuǎn)換指令 [44H]。此條命令的作用是完成一次溫度轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)。執(zhí)行溫度轉(zhuǎn)換指令后，產(chǎn)生的溫度轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)以?xún)蓚€(gè)字節(jié)的形式被存放于高速暫存器中，當(dāng)溫度傳感器接收到讀的命令，就把暫存器里的數(shù)據(jù)傳輸給主控制器。(2)寫(xiě)暫存器指令 [4EH]。向DS18B20的暫存器寫(xiě)入數(shù)據(jù)就需要用到這條命令，從開(kāi)始到最后，寫(xiě)入的地方也會(huì)有所變化的，可以分為三個(gè)階段，每個(gè)階段寫(xiě)人一個(gè)字節(jié)。開(kāi)始時(shí)寫(xiě)入TH 寄存器，這是第一個(gè)階段，第二階段是寫(xiě)入到TL 寄存器，寫(xiě)入配置寄存器即為第三個(gè)階段。傳送數(shù)據(jù)時(shí)是從最低位開(kāi)始的，在總線(xiàn)控制器發(fā)出復(fù)位命令前必須完成上邊講到的那三個(gè)字節(jié)的寫(xiě)入，一旦執(zhí)行復(fù)位命令就不可以寫(xiě)入。(3)讀暫存器指令 [BEH]。暫存器內(nèi)容的讀取就需要這條指令。字節(jié)0作為讀取數(shù)據(jù)的開(kāi)始位，一位一位的讀取，當(dāng)讀完第9字節(jié)也就是字節(jié)8時(shí)算是讀取完成，當(dāng)不必把所有的字節(jié)讀完，可以在任意時(shí)刻通過(guò)控制器發(fā)出復(fù)位命令的方式中止讀取。(4)拷貝暫存器指令 [48H]。如果想把配置寄存器、TH還有TL中的內(nèi)容依次拷貝到EEPROM內(nèi)，就需要用到這一條命令。(5)召回EEPROM指令 [B8H]。此條指令的作用是將EEPROM中的配置數(shù)據(jù)、TH中的報(bào)警值和TL中的報(bào)警值從拷回暫存器中。該命令被發(fā)出之后，總線(xiàn)控制器進(jìn)入讀時(shí)序狀態(tài)，拷回標(biāo)識(shí)從DS18B20輸出：1標(biāo)識(shí)表示拷回結(jié)束，0標(biāo)識(shí)表示正在拷回