【文章內(nèi)容簡介】 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 ) 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 命令字實現(xiàn) 對時鐘 DS1302的操作，例如 在需改變 某時刻 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)某時刻分的值需 要讀出 時 ，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)部和時鐘相關(guān)的寄存器分布。 表 DS1302內(nèi)部和時鐘相關(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，所用符號的意義如下： （ 1） CH為時鐘停止位， 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)字溫度計的設(shè)計 8 （ 2） 10SEC為秒的十位 數(shù)字， SEC為秒的個位數(shù)字； （ 3） 10MIN為分的十位數(shù)字， MIN為分的個位數(shù)字； （ 4） AP為小時的格式設(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為日期的個位數(shù)字； （ 6） 10M為月的十位數(shù)字， MONTH為月的個位數(shù)字； （ 7） DAY為周的個位數(shù)字； （ 8） 10YEAR為年的十位數(shù)字， YEAR為年的個位數(shù)字； DS1302內(nèi)部的 RAM共有 兩 種 ，一 種 是單個 RAM單元， 總共 31個，一個 8位的字節(jié) 作為每一個單元 [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 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， 表示 允許寫入；如果不為 1，則 表示 禁止寫入。 第 7位 表示 操作對象是 RAM還是寄存器，該位為 1，對 RAM操作；不為 1，對時鐘寄存器操作。 最后一位為 0，表示寫；為 1，表示讀。 剩下的 5個位是 RAM或時鐘寄存器的內(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， SCLK這個引腳會 保持低電平 的狀態(tài) ，此時如果 CE從低電平變成高電平時即啟動數(shù)據(jù)傳輸， CE為低電平時禁欽州學(xué)院本科畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 9 止數(shù)據(jù)傳輸。在時鐘脈沖的上升沿數(shù)據(jù) 被 寫入 到時鐘芯片內(nèi)， 而在時鐘脈沖的 另一種狀態(tài)，數(shù)據(jù)被 從 時鐘芯片 中讀出。傳遞數(shù)據(jù)時，低位（ bit0）在前，高位（ bit7）在后。工作時序如圖 。根據(jù)這些規(guī)則，即可對 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 ， 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 ，可直接讀出被測溫度 [14]。 這種溫度傳感器的內(nèi)部都刻錄有 64 位序列號， 做到每個器件序號的唯一性，這種特點有助于在通信過程中的器件識別。 又 采用單總線這樣的 獨特的接口方式， 也就是多個數(shù)字式傳感器可以同時掛在 一 根 信號線上， 所以比較容易實現(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)測和控制、 機(jī)器 溫度探測 、 儀器 溫度探 測 、 建筑物溫度 探測 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)被存儲到 這兩個寄存器 中，以便后續(xù)的輸出 。 每個器件的片序列號被存放到 64 位只讀存儲器中。 除 了這些 ， 一個字節(jié)的配置寄存器和 一個 用于 溫度報警值 存儲的 寄存器 也包含在這個 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)字溫度計的設(shè)計 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 說明 5 1 GND 接地 4 2 DQ 數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳。對于單線操作：漏極開路。當(dāng)工作在寄生電源模式時用來提供電源。 3 3 VDD 可選的 VDD 引腳。工作于 寄生電源模式時 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 一個單線端口就能夠?qū)崿F(xiàn)通訊，其中使用的是一種非常 獨 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 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弱上拉電阻。在 所設(shè)計的 總線系統(tǒng) 上 ，微控制器 會 根據(jù)每個器件獨有的 64 位片序列號 來 辨認(rèn)總線上的器件和記錄總線上的器件地址。 因為每個 器件內(nèi) 都 有一個獨特的片序列碼， 所有 從理論上講在單根 總線 上能夠 連接的器件個數(shù)是無限的，但是在實際應(yīng)用中總線上掛 有的器件越多 ，溫度檢測的時間也越長，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 ) 11 DS18B20 的 顯著特點 是它 能夠 直接讀數(shù)字的溫度傳感器。 DS18B20 成功 啟動 之后 處于 低功耗等待狀態(tài)， 如果要進(jìn)行 溫度測量 以及 AD 轉(zhuǎn)換時， 主 控制器 向傳感器 發(fā)送 [44H]命令。 完成這個操作后 ， 進(jìn)行溫度測量， 轉(zhuǎn)換后得 的溫度數(shù)據(jù)以兩個字節(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“讀時序”， 如果 溫度傳感器把檢測來的 溫度 轉(zhuǎn)換完畢 則返回 1， 處 在溫度轉(zhuǎn)換 過程則 返回 0。 由一個或多個從機(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，系統(tǒng)被稱為“單點”系統(tǒng)；如果由多只從機(jī)掛在總線上，系統(tǒng)被稱為“多點” 系統(tǒng) 。 在本設(shè)計中 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)容有兩個部分， 一個 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。 如果有一個存在脈沖被 總線控制器探測到， 控制器 就 會發(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 識別 總線上的器件型號和器件數(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 器件獨有的 64 位 ROM 片序列碼， 這樣可以 讓總線控制器知道對眾多器件中的具體一個進(jìn)行操作。 ROM 指令 總共為五 條， 每一條指令的長度 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)的型號和數(shù)目是根據(jù) 識別總線上所有 ROM 片序列碼 來實現(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 從機(jī) 在總線上時 ，那么可以用較為簡單的讀取 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 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)字溫度計的設(shè)計 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 從機(jī) 時 ， 直接使用這條指令就會發(fā)生數(shù)據(jù)沖突， 因為 所有從機(jī) 在接收到這條指令之后會 同時 向控制器 傳送信號。 (3)匹配 ROM 指令 [55H]。匹配 ROM 指令， 控制器發(fā)送這個指令后，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)總線上的某個器件的片序列號與從控制器傳送來的片序列號相匹配時， 此器件就會做出響應(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 僅有一個器件時 ， 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 上只有一個器件時，采 用 這條 命令 可以提高系統(tǒng)的反應(yīng)速度 ， 因為 器件 不用 發(fā)回 64 位 ROM 編碼 ， 省掉了一部分的時間 ?？偩€上有 若干個 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 發(fā)送數(shù)據(jù)而引發(fā)的 數(shù)據(jù)沖突。 (5)報警搜索指令 [ECH]。 在多個器件掛接在總線上的情況下， 此 條命令 用于搜索符合報警條件的器件， 只有滿足報警條件的從機(jī)才對該命令作出響應(yīng)。 DS18B20會做出響應(yīng)的條件是 在最近一次測溫后遇到符合報警 的溫度 。在每次報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 DS18B20 的操作不得不使用