【文章內(nèi)容簡介】 度傳感器 高溫度觸發(fā) 低溫度觸發(fā) 配置寄存器 8位 CRC發(fā)生器 供電方式檢測 GND VDD I/O 器的第二、三字節(jié)中，主機可再讀出其中內(nèi)容進(jìn)行驗證，如果正確，當(dāng)主機發(fā)送復(fù)制暫存器命令，暫存器的第二、三字節(jié)將被復(fù)制到 TH、 TL 中，這樣處理有利于確保該數(shù)據(jù)在單總線上傳輸?shù)耐暾?。暫存存儲器作用是在單線通信時確保數(shù)據(jù)的完整性，它由 8 字節(jié)組成 ，頭兩個字節(jié)表示測暫存器結(jié)構(gòu) EEPROM結(jié)構(gòu) 圖 27 內(nèi)部存儲器結(jié)構(gòu)圖 得的溫度讀數(shù)，數(shù)據(jù)格式如下 : MS Byte LS Byte S=1 時表示溫度為負(fù)， S=0 時表示溫度為正，其余低位以二進(jìn)制補碼形式表示，最低位為 1時表示 0. 0625℃ 溫度 /數(shù)字對應(yīng)關(guān)系如表 21 所示。 表 21 DS18B20溫度 /數(shù)據(jù)對應(yīng)關(guān)系表 溫度（ ℃） 輸出的二進(jìn)制碼 對應(yīng)的十六制碼 +125 0000 0111 1101 0000 07D0H +85 0000 0101 0101 0000 0550H + 0000 0001 1001 0001 0191H + 0000 0000 1010 0010 00A2H + 0000 0000 0000 1000 0008H 0 0000 0000 0000 0000 0000H 1111 1111 1111 1000 FFF8H 1111 1111 0101 1110 FF5EH 1111 1110 0110 1111 FE6FH 55 1111 1100 1001 0000 FC90H CRC BYTE8 暫存器結(jié)構(gòu) 溫度低字節(jié) BYTE0 溫度高字節(jié) BYTE1 上 限 報 警 溫 度 TH BYTE2 下 限 報 警 溫 度 TL BYTE3 結(jié) 構(gòu) 寄 存 器 BYTE4 保留 BYTE5 保留 BYTE6 保留 BYTE7 TH TL 結(jié)構(gòu)寄存器 EEPROM 結(jié)構(gòu) 第三、四個字節(jié)存放 TH, TL。每次上電重新更新 。第五個字節(jié)是結(jié)構(gòu)寄存器，它主要用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。字節(jié)結(jié)構(gòu)如下 : BIT7 BIT6 BIT5 BIT4 BIT3 BIT2 BIT1 BIT0 TM=0 R1 R0 1 1 1 1 1 低五位一直都是 1， TM 是測試模式位，用于設(shè)置 DS18B20 在工作模式還是在測試模式。在 DS18B20 出廠時該位被設(shè)置為 0，用戶不要去改動。其中 R1 和 RO 用來設(shè)置分辨率，如表 (DS18B20 出廠時被設(shè)置為 12 位 )。 表 DS18B20分辨率設(shè)置 表 R1 R0 溫度分辨率 最大轉(zhuǎn)換時間 (ms) 0 0 9位 0 1 10位 1 0 11位 375 1 1 12位 750 第六、七、八個字節(jié)保留，當(dāng)讀暫存器時，他們均為 FFH,當(dāng)執(zhí)行讀暫存器指令時，可以得到第九個字節(jié) .該字節(jié)是以上 8 字節(jié)的 CRC 碼。 (3) DS18B20 的讀寫時序 由于 DS18B20 的測溫分辨率提高了 (12 位 )，因此對時序及電特性參數(shù)要求較高，必須嚴(yán)格按照 DS18B20 的時序要求去操作。與 DS 1820 相同， DS18B20 數(shù)據(jù)的讀寫也是由主機讀寫 特定時間片來完成的，包括初始化、讀時間片和寫時間片。 主機控制 DS18B20完成任何操作之前必須先初始化，即主機發(fā)一復(fù)位脈沖〔最短為 480us的低電平 )，接著主機釋放總線進(jìn)入接收狀態(tài)， DS18B20在檢測到 I/0引腳上的上升沿之后，等待 1560us然后發(fā)出存在脈沖 (60240)us的低電平 )。時序圖如 28所示。 圖 28 DS18B20初始化時序圖 讀 /寫時間片 : 寫時間片 :將數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平，產(chǎn)生寫起始信號。有兩種類型的寫時間片：寫 0 時間片和寫 1 時間片。所有的時間片必須有最短為 60us 的 持續(xù)期，在各寫周期之間必須有最短為 1us 的高電平恢復(fù)期時間。 在 I/O線由高電平變?yōu)榈碗娖街?DS18B20 在 15us 到 60us 之內(nèi)對 I/O 采樣。如果數(shù)據(jù)線為高電平，則寫 1；如果數(shù)據(jù)線是低電平，則寫 0。 對于產(chǎn)生寫 1的時間片的情況，數(shù)據(jù)線必須先被拉至低電平，然后被釋放，使數(shù)據(jù)線在寫時間片開始之后的 15us 之內(nèi)拉至高電平。 對于產(chǎn)生寫 0 的時間片的情況，數(shù)據(jù)線必須被拉至低電平且至少保持低電平 60us 。時序圖如圖 29所示 . 讀時間片 :主機將數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平 lus 以上，再使數(shù)據(jù)線升為高電平，從 而產(chǎn)生讀起 始信號。主機在讀時間片下降沿之后 15us 內(nèi)完成讀位。每個讀周期最短的持續(xù)期為 60us,各個讀周期之間也必須有 lus以上的高電平恢復(fù)期。時序圖如圖 210 所示。 圖 29寫時間片 圖 210讀時間片 (4) DS18B20 的命令格式 DS18B20 的命令是靠嚴(yán)格的通信協(xié)議來支撐的，為保證數(shù)據(jù)可靠的傳輸，同一時 刻單總線上只能有一個控制信號或數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時一定要符合單總線協(xié)議，主機對測控對象操作時，一般有以下四個過程：（ 1）初始化信號；（ 2）發(fā) ROM 命令；（ 3）發(fā) RAM 命令；（ 4）進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。其工作流程圖如圖 211。 圖 211 DS18B20的命令流程圖 主機對 DS18B20 發(fā)送任何命令前，必須先對其進(jìn)行初始化，只有當(dāng) DS18B20 應(yīng)答準(zhǔn)備好以后，主機才可以發(fā)操作命令。 ROM 命令代碼及其含義： Read ROM（ 33H）：如果只有一片 DS18B20，可以用此命令讀出其序列號，若在線的DS18B20 多于一個，將發(fā)生沖突。 Match ROM（ 55H）：如果有多個 DS18B20，可以用此命令匹配一個序列號的 DS18B20，此后的 RAM命令就針對該 DS18B20。 主機發(fā)送初始化信號 DS18B20發(fā)響應(yīng)信號 主機發(fā) ROM命令 主機發(fā) RAM命令 DS18B20完成相應(yīng)的命令 DS18B20準(zhǔn)備好 ？ N Y Skip ROM（ CCH）：此命令執(zhí)行后的 RAM 命令將針對所有 DS18B20。 Search ROM（ F0H）：用以讀出所有在線的 DS18B20 的序列號。 Alarm Seaech（ ECH）：當(dāng)有溫度報警時，用以讀出報警 DS18B20 的序列號。 RAM 命令代碼及其含義： Write Scratchpad（ 4EH）：寫報警溫度和設(shè)置寄存器的內(nèi)容到存儲器中。 Read Scratchpad（ BEH）：讀存儲器的內(nèi)容。 Copy Scratchpad（ 48H）：將存儲器中的報警溫度和設(shè)置寄存器的內(nèi)容拷貝到 EEPROM中。 Convert T（ 44H）：啟動在線 DS18B20 進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換。 Recall E2（ B8h）： 將 EEPROM 中的內(nèi)容拷貝到存儲器中。 Read Power Supply（ B4H）： 在此命令發(fā)送后的每一個讀數(shù)間隙，指出電源的模式。 2. 3 DS1820 的單總 線系統(tǒng)構(gòu)成及其工作原理 DS1820的單總線系統(tǒng)構(gòu)成 這里 DS18B20 采用寄生電源供電方式，多個 DS1820 直接并接在一條單總線上，所有DS 18B20 的 VDD端都與地線 (GND)相連。為了保證在有效的時鐘周期內(nèi)，提供足夠的電流，當(dāng) DS 18B20 處于寫存儲器操作時，總線上必須有強力的上拉，上拉的開啟時間最大為 10U S。電路中采用個 MOSFET管配合單片機來完成對 DS18B20總線的上拉。采用寄生電源方式，將 DS18B20 的 VDD 與 GND 接在一起。如若 VDD 與 GND 脫開未接好，傳感器將只 送 +℃的溫度值。由 DS 18B20和數(shù)據(jù)采集器組成的單總線系統(tǒng)如圖 211所示 圖 211寄生電源方式 一般測溫電纜線采用屏蔽 4 芯雙絞線，其中一對接地線與信號線，另一對接 V。和地線，屏蔽層在源端單點接地。由此可見，采用 DS18B20 溫度傳感器的冷庫檢測系統(tǒng)的測溫電纜與熱敏電阻測溫電纜大不相同，該測溫電纜最多只需 3 根導(dǎo)線即可連接多個 DS18B20溫度傳感器。最為簡潔的結(jié)構(gòu)是利用 DS18B20 可以通過數(shù)據(jù)線供電的特點，在測溫電纜中只放置兩根平行的細(xì)鋼絲繩即可連接多個 DS18B20 溫度傳感器，這樣不 僅使測溫電纜的制造簡便、成本下降，而且提高了測溫電纜的抗拉強度、便于溫度傳感器的更換。正是這些特點使得采用 DS18B20 溫度傳感器的檢測系統(tǒng)更適用于冷庫的應(yīng)用環(huán)境，可以解決冷庫在不需重新安裝測溫電纜的情況下更換測溫電纜內(nèi)部的溫度傳感器以及改變溫度傳感器相對位置。 DS1820的單總線系統(tǒng)工作原理 無論是單點還是多點溫度檢測，在系統(tǒng)安裝及工作之前，要逐個與 DS18B20掛接，讀 出其序列號。其工作過程為 。Tx 發(fā)一個脈沖，待 +0 電平大于 480 u S 后，復(fù)位 DS 1820，待 DS 1820 所發(fā)響應(yīng)脈 沖由 Rx 接收后， Tx 再發(fā)讀 ROM 命令代碼 33H(低位在前 )，然后發(fā)一個脈沖 (15uS),并接著讀取 DS 1820 序列號的一位。用同樣方法讀取序列號的 56 位。 它分三步完成 :①系統(tǒng)通過反復(fù)操作，搜索 DS 18B20 的序列號 。②啟動所有在線DS18B20 做溫度檢測 :③逐個讀出在線 DS18B20 輸出的溫度數(shù)據(jù)。 3 硬件電路設(shè)計 硬件設(shè)計思路 采用 DALLAS 公司的單總線技術(shù)，可以構(gòu)建現(xiàn)場監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)一般稱為“微型局域網(wǎng)”（ MicorLAN），網(wǎng)絡(luò)通過一對總線傳輸數(shù)據(jù)、地址和控制信號并可以給從設(shè)備提 供電源。它與當(dāng)今流行的計算機局域網(wǎng)有本質(zhì)的不同，后者在每節(jié)點上的計算機或外設(shè)都自備電源，網(wǎng)線上只傳輸數(shù)據(jù)信息，而 MicorLAN 的兩根線不僅僅傳輸數(shù)據(jù)，還要通過它由主機集中給各節(jié)點設(shè)備饋送電源。這樣的微型局域網(wǎng)是一種主從式網(wǎng)絡(luò)，它以 PC 或單片機為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，這是系統(tǒng)中的主設(shè)備，而網(wǎng)上的其它設(shè)備全部稱為從設(shè)備，他們由主設(shè)備集中管理，實現(xiàn)主設(shè)備和從設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信。網(wǎng)絡(luò)規(guī)模可大可小，從設(shè)備的節(jié)點數(shù)可從幾個到數(shù)千個，理論上幾乎沒有限制。這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，只需要一對普通雙絞線就能組網(wǎng)，從設(shè)備無須自備電源，因而 建網(wǎng)快、成本低，最適合現(xiàn)場應(yīng)用。 在上一章已經(jīng)全面介紹了 DALLAS 公司的數(shù)字溫度傳感器 DS18B20，它是單總線器件，它使用的是 1Wire 總線，在這我們只要用一個串口 UART/RS232 至單總線通信協(xié)議的轉(zhuǎn)接橋，就可以實現(xiàn)本設(shè)計的要求。在這選用了將具有 TXD (發(fā)送 )和 RXD (接收 )線路的 5V 串行通信直接接口至 1Wire 總線的 DS2480B 芯片。 通用串口至單總線接口芯片 DS2480B DS2480B 是一種串口至 1Wire 的接口芯片，支持標(biāo)準(zhǔn)和高速兩種模式。它可以直接連至UART 或 5V 的 RS232 系統(tǒng)。與 RS232C (177。12V 電平 )相接時，還需要一個無源箝位電路和一個 5V 電平至 177。12V 電平的轉(zhuǎn)換電路。 DS2480B 內(nèi)部帶有定時器，因此主機就不再需要產(chǎn)生 1Wire 通信所需的要求嚴(yán)格的時序波形。而在 DS9097(U)中，主機必須為每一個1Wire 時隙發(fā)送一個完整的字符。比較而言， DS2480B 則是將每個字符轉(zhuǎn)換成 8個 1Wire時隙，因此大大地提高了數(shù)據(jù)的吞吐量。另外， DS2480B 可以采用四種不同的通信速率，分別為 、 、 ， 其中 是系統(tǒng)上電后默認(rèn)的通信速率。來自主機的晶振源 UART 的命令碼充當(dāng)時鐘基準(zhǔn)，不斷地校準(zhǔn)時鐘發(fā)生器。 DS2480B 采用獨特的通信協(xié)議，合并數(shù)據(jù)和控制信息，而無需控制引腳，這樣就保證了通用串口至無線轉(zhuǎn)換器的兼容性，允許更容易實現(xiàn) 1Wire 接口轉(zhuǎn)換。 DS2480B 的多種控制功能針對 MicroLAN 1Wire 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了優(yōu)化，支持當(dāng)前所有 1Wire 器件，包括：加密 iButton、 EPROM、 EEPROM 器件以及 1Wire 溫度計等特殊要求。 DS2480B主要特性 (1) 串 口 UART/RS232 至單總線通信協(xié)議的轉(zhuǎn)接橋，可直接連到 UART 和 5V RS232 系 統(tǒng)中 , 支持 Dallas 全系列單總線器件，如數(shù)字溫度傳感器 DS18B A/D 轉(zhuǎn)換器 DS2450等； (2) 將主機從單總線時序控制中解脫出來，提供規(guī)范的、靈活的和強驅(qū)動的單總線定時； (3) 支持標(biāo)準(zhǔn) UART 通信，支持 （默認(rèn)）、 、 和 kbps 速率； (4) 具有較強的總線驅(qū)動能力，通信距離可達(dá) 300 m； (5) 可編程下拉擺率控制和有源上拉，工作范圍 5 V， 40 ℃ — +85 ℃， 8引腳 SOIC封裝。 DS2480B的引腳封裝與引腳功能 (1) 8 引腳 SOIC 封裝如圖