【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 8腳 VCC2作 為主電源引腳； 欽州學(xué)院本科畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 7 圖 DS1302管腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 DS1302的寄存器 DS1302內(nèi)部含有時(shí)鐘相關(guān)的寄存器，通過向 相關(guān) 寄存器寫入 一些 命令字實(shí)現(xiàn) 對(duì)時(shí)鐘 DS1302的操作，例如 在需改變 某時(shí)刻 分 的初 始值， 首 先 要 把命令字 82H寫入 寄存器 ,然后 就可以把初始值寫入分 寄存器； 當(dāng)某時(shí)刻分的值需 要讀出 時(shí) ，需要先寫入命令字 82H,然后才 可以 從 分 寄存器讀取數(shù)據(jù)。表 DS1302內(nèi)部和時(shí)鐘相關(guān)的寄存器分布。 表 DS1302內(nèi)部和時(shí)鐘相關(guān)的寄存器分布 寄存器名稱 命令字 取值范圍 各位名稱 寫 讀 7 6 5 4 3 2 1 0 秒寄存器 80H 81H 00~59 CH 10SEC SEC 分寄存器 82H 82H 00~59 0 10MIN MIN 時(shí)寄存器 84H 85H 01~12， 00~23 12/24 0 AP HR HR 日寄存器 86H 87H 01~28， 29,30,31 0 0 10DATE DATE 月寄存器 88H 89H 01~12 0 0 0 10M MONTH 周寄存器 8AH 8BH 01~07 0 0 0 0 0 DAY 年寄存器 8CH 8DH 09~99 10YEAR 10YEAR 上表中各寄存器存放的數(shù)據(jù)位均為 BCD碼，所用符號(hào)的意義如下： （ 1） CH為時(shí)鐘停止位， CH=0，振蕩器開始工作； CH=1，振蕩器停止工作。 黃日剛 基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì) 8 （ 2） 10SEC為秒的十位 數(shù)字， SEC為秒的個(gè)位數(shù)字； （ 3） 10MIN為分的十位數(shù)字， MIN為分的個(gè)位數(shù)字； （ 4） AP為小時(shí)的格式設(shè)置位， AP=0，上午模式（ AP）； AP=1，下午模式（ PM）； （ 5） 10DATE為日期的十位數(shù)字， DATE為日期的個(gè)位數(shù)字； （ 6） 10M為月的十位數(shù)字， MONTH為月的個(gè)位數(shù)字； （ 7） DAY為周的個(gè)位數(shù)字； （ 8） 10YEAR為年的十位數(shù)字， YEAR為年的個(gè)位數(shù)字； DS1302內(nèi)部的 RAM共有 兩 種 ，一 種 是單個(gè) RAM單元， 總共 31個(gè)，一個(gè) 8位的字節(jié) 作為每一個(gè)單元 [13]。 C0H到 FDH作為 命令控制字 ，偶數(shù) 表示 寫操作 ，奇數(shù)表示讀操作 ；另 一種是 突發(fā)方式下的 RAM, 所有的 RAM的 31個(gè)字節(jié) 可一次性 被 讀寫 ， FFH和FEH分別作為讀寫 命令控制字。 在 一般情況下，不需要對(duì) RAM進(jìn)行操作。 DS1302的讀寫方式 如圖 DS1302的命令字結(jié)構(gòu)。 第 8位 為 最高 控制 位，當(dāng)它為 1時(shí)， 表示 允許寫入；如果不為 1，則 表示 禁止寫入。 第 7位 表示 操作對(duì)象是 RAM還是寄存器，該位為 1，對(duì) RAM操作；不為 1，對(duì)時(shí)鐘寄存器操作。 最后一位為 0，表示寫；為 1，表示讀。 剩下的 5個(gè)位是 RAM或時(shí)鐘寄存器的內(nèi)部地址。 1 RAM/CK A4 A3 A2 A1 A0 R/W 圖 DS1302的命令字結(jié)構(gòu) 圖 DS1302工作時(shí)序圖 單片機(jī)和 DS1302之間的通信協(xié)議規(guī)定：無數(shù)據(jù)傳遞時(shí)， SCLK這個(gè)引腳會(huì) 保持低電平 的狀態(tài) ，此時(shí)如果 CE從低電平變成高電平時(shí)即啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸， CE為低電平時(shí)禁欽州學(xué)院本科畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 9 止數(shù)據(jù)傳輸。在時(shí)鐘脈沖的上升沿?cái)?shù)據(jù) 被 寫入 到時(shí)鐘芯片內(nèi)， 而在時(shí)鐘脈沖的 另一種狀態(tài)，數(shù)據(jù)被 從 時(shí)鐘芯片 中讀出。傳遞數(shù)據(jù)時(shí)，低位（ bit0）在前，高位（ bit7）在后。工作時(shí)序如圖 。根據(jù)這些規(guī)則，即可對(duì) DS1302進(jìn)行讀寫 操作。 溫度傳感器 DS18B20 DS18B20 是 新 研發(fā)生產(chǎn) 的 傳感器， 具備單總線方式和 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)有助于在通信過程中的器件識(shí)別。 又 采用單總線這樣的 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]。 圖 是 DS18B20 的引腳排列，表 是 DS18B20 的引腳說明，圖 是DS18B20 的方框圖。 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 可以設(shè)定 溫度的精度 為 1 1 10 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 。 圖 DS18B20引腳圖 圖 DS18B20方框圖 黃日剛 基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì) 10 表 DS18B20 的引腳說明表 DS18B20 引腳詳細(xì)說明 8 引腳 SOIC 封裝 T092 封裝 符號(hào) 說明 5 1 GND 接地 4 2 DQ 數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳。對(duì)于單線操作：漏極開路。當(dāng)工作在寄生電源模式時(shí)用來提供電源。 3 3 VDD 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連接 DS18B20 接口電路 DS18B20 使用 一個(gè)單線端口就能夠?qū)崿F(xiàn)通訊，其中使用的是一種非常 獨(dú) 特 的單總線協(xié)議。當(dāng) 在 所有 器件 都 經(jīng)由 漏極開路端口或者 一個(gè) 3態(tài)端口與總線連接 到一塊 的情況下 ，控制線需要連接一個(gè)弱上拉電阻。在 所設(shè)計(jì)的 總線系統(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 辨認(rèn)總線上的器件和記錄總線上的器件地址。 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 上能夠 連接的器件個(gè)數(shù)是無限的，但是在實(shí)際應(yīng)用中總線上掛 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， 見圖 。 采用這種接法的 好處 就 是單總線上 省去了 強(qiáng)上拉。 此外 在溫度轉(zhuǎn)換期間 總線不用總維持在 高電平。 圖 DS18B20 典型接口電路 DS18B20 工作原理 欽州學(xué)院本科畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 11 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)以兩個(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)來的 溫度 轉(zhuǎn)換完畢 則返回 1， 處 在溫度轉(zhuǎn)換 過程則 返回 0。 由一個(gè)或多個(gè)從機(jī)和一塊總線控制器組成的系統(tǒng)通常稱為 單總線系統(tǒng) 。 當(dāng)只有一只從機(jī)掛在總線上時(shí)，系統(tǒng)被稱為“單點(diǎn)”系統(tǒng)；如果由多只從機(jī)掛在總線上，系統(tǒng)被稱為“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 。 單總線系統(tǒng)中 的指令 和數(shù)據(jù) 的傳遞 一般 從最低有效位開始 ，器件間的通信要嚴(yán)格遵循通信協(xié)議 。通過單線總線端口訪問 DS18B20 的協(xié)議如下： 步驟 1：初始化。 在 單總線 中，初始化序列是任何 執(zhí)行操作處理 的 開始。 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) 向總線控制器 發(fā)出的 存在脈沖。 有 存在脈沖 的產(chǎn)生說明總線上有 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 總線上 ， 總線控制器 要 識(shí)別 總線上的器件型號(hào)和器件數(shù)目也是得根據(jù)這些指令 來完成的 。 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?？偩€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?DS18B20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)別總線上所有 ROM 片序列碼 來實(shí)現(xiàn)的 。 器件的 ROM 編碼被總線控制器通過搜索 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，總線控制器必須返回步驟 1。 (2)讀取 ROM指令 [33H]。 當(dāng) 總線上 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 總線控制器 可以直接 讀取從機(jī) 中 的 64 位黃日剛 基于單片機(jī)的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì) 12 片序列碼 ，不 在 需要用到 搜索 ROM 指令 。如果總線上不止 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)?所有從機(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 總線上 尋找與所發(fā)送的編碼序列匹配的器件。 當(dāng)總線上的某個(gè)器件的片序列號(hào)與從控制器傳送來的片序列號(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 總線控制器 在沒有 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 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)?器件 不用 發(fā)回 64 位 ROM 編碼 ， 省掉了一部分的時(shí)間 。總線上有 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