畢業(yè)設計(論文)外文資料翻譯DS18B20可編程分辨率的單總線數(shù)字溫度計

1、南 京 理 工 大 學畢業(yè)設計(論文)外文資料翻譯學院（系）： 電子工程與光電技術學院 專 業(yè)： 電子信息工程 姓 名： 學 號： 外文出處： www.21ic.com 指導教師評語： 簽名： 年 月 日注：請將該封面與附件裝訂成冊。ds18b20可編程分辨率的單總線數(shù)字溫度計1.特征獨特的單線接口，只需1個接口引腳即可通信每個設備都有一個唯一的64位串行代碼存儲在光盤片上多點能力使分布式溫度檢測應用得以簡化不需要外部部件可以從數(shù)據(jù)線供電，電源電壓范圍為3.0v至5.5v測量范圍從-55 c 至+125 c（-67 f至257 f）從-10至+85 c的精度為0.5 c溫度計分辨率是用戶可選擇

2、的9至12位轉(zhuǎn)換12位數(shù)字的最長時間是750ms用戶可定義的 非易失性的溫度告警設置告警搜索命令識別和尋址溫度在編定的極限之外的器件 （溫度告警情況）采用8引腳so（150mil），8引腳sop和3引腳to - 92封裝軟件與ds1822兼容應用包括溫度控制、工業(yè)系統(tǒng)、消費品、溫度計、或者任何熱感測系統(tǒng)引腳排列引腳說明 gnd 接地 dq 數(shù)據(jù)輸入/輸出 vdd 電源電壓 nc 不連接2.簡介該ds18b20的數(shù)字溫度計提供9至12位的攝氏溫度測量，并具有與非易失性用戶可編程上限和下限報警功能。信息單線接口送入 ds1820 或從 ds1820 送出，因此按照定義只需要一條數(shù)據(jù)線（和地線）與中

3、央微處理器進行通信。它的測溫范圍從-55 c到 +125 c，其中從-10 c至+85 c可以精確到0.5c 。此外，ds18b20可以從數(shù)據(jù)線直接供電（“寄生電源”），從而消除了供應需要一個外部電源每個ds18b20的有一個唯一的64位序列碼，它允許多個ds18b20同時連在一根單線總線上，因此，用一個微處理器控制大面積分布的許多ds18b20是非常簡單的。此特性的應用范圍包括 hvac、環(huán)境控制、建筑物、設備或機械內(nèi)的溫度檢測以及過程監(jiān)視和控制系統(tǒng)。訂購信息表1 詳細描述引腳表3.綜述圖1顯示了ds18b20的框圖，引腳說明如表1。64位rom存儲設備的獨特序號。存貯器包含2個字節(jié)的溫度寄

4、存器，它存儲來自溫度傳感器的數(shù)字輸出。此外，暫存器可以訪問的1個字節(jié)的上下限溫度告警觸發(fā)器（th和tl）和1個字節(jié)的配置寄存器。配置寄存器允許用戶設置的溫度到數(shù)字轉(zhuǎn)換的分辨率為9，10，11或12位。th，tl和配置寄存器是非易失性的，因此掉電時依然可以保存數(shù)據(jù)。該ds18b20使用dallas的單總線協(xié)議，總線之間的通信用一個控制信號就可以實現(xiàn)?？刂凭€需要一個弱上拉電阻，因為所有的設備都是通過3線或開漏端口連接（在ds18b20中用dq引腳）到總線的。在這種總線系統(tǒng)中，微處理器（主設備）和地址標識上使用其獨有的64位代碼。因為每個設備都有一個唯一的代碼，一個總線上連接設備的數(shù)量幾乎是無限的。

5、單總線協(xié)議，包括詳細的解釋命令和“時間槽”，此資料的單總線系統(tǒng)部分包括這些內(nèi)容。ds18b20的另一個特點是：沒有外部電源供電仍然可以工作。當dq引腳為高電平時，電壓是單總線上拉電阻通過dq引腳供應的。高電平信號也可以充當外部電源，當總線是低電平時供應給設備電壓。這種從但總線提供動力的方法被稱為“寄生電源“。作為替代電源，該ds18b20也可以使用連接到vdd引腳的外部電源供電。圖1 ds18b20方框圖4.運用 測量溫度該ds18b20的核心功能是它是直接輸出數(shù)字信號的溫度傳感器。該溫度傳感器的分辨率為用戶配置至9，10，11或12位，相當于0.5c，0.25c，0.125 c和0.0625

6、c的增量。其中傳感器默認為12位。該ds18b20在低功耗空閑狀態(tài)；啟動溫度測量和模數(shù)轉(zhuǎn)換，主機必須發(fā)出一個轉(zhuǎn)換命令。轉(zhuǎn)換后，所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)存儲在內(nèi)存中的2比特溫度寄存器中，ds18b20返回其空閑狀態(tài)。如果ds18b20是由外部電源供電的，主機可以發(fā)出“讀時隙”（見單總線系統(tǒng)部分），轉(zhuǎn)換后，通過發(fā)送低電平t命令和ds18b20將響應，同時溫度轉(zhuǎn)換繼續(xù)進行，當轉(zhuǎn)換完成時變?yōu)楦唠娖?。如果ds18b20的是寄生電源供電的，在整個溫度轉(zhuǎn)換過程中此通知技術不能使用，因為總線必須變?yōu)楦唠娖??？偩€需要寄生電源供電將在此資料的ds18b20驅(qū)動部分將詳細介紹。ds18b20的輸出溫度數(shù)據(jù)為標準攝氏度;對于華氏

7、溫度的應用，必須通過查表或運用轉(zhuǎn)換方法。溫度數(shù)據(jù)在溫度寄存器存儲為一個16位符號擴展位和2位的補碼（見表2）。該標志位（s）表示溫度的正負符號位：為正數(shù)時s = 0，為負數(shù)時s = 1。如果是ds18b20配置為12位分辨率，在溫度寄存器的所有位將包含有效數(shù)據(jù)。對于11位分辨率，位0是未定義的。對于10位分辨率，位1和0是未定義的。對于9位分辨率，位2，1和0是未定義的。表2給出了輸出數(shù)字數(shù)據(jù)和相應的12位分辨率溫度讀數(shù)轉(zhuǎn)換例子。圖2 溫度寄存器格式表2 溫度/數(shù)據(jù)關系溫度 數(shù)據(jù)輸出（二進制）數(shù)據(jù)輸出（十六進制）+1250000 0111 1101 000007d0h+850000 0101

8、0101 00000550h+25.06250000 0001 1001 00010191h+10.1250000 0000 1010 001000a2h+0.50000 0000 0000 10000008h00000 0000 0000 00000000h-0.51111 1111 1111 1000fff8h-10.1251111 1111 0101 1110ff5eh-25.06251111 1110 0110 1111fe6eh-551111 1100 1001 0000fc90h*上電復位時溫度寄存器默認值855.運用 - 報警信號ds18b20溫度轉(zhuǎn)換完成后，溫度值與用戶定義的2

9、個報警觸發(fā)值存儲在1個字節(jié)的th和tl寄存器（見圖3）。符號位（s）表示溫度值的正負：s = 0時為正值， s = 1為負值。th和tl寄存器是非易失（eeprom），因此他們將保留設備掉電時的數(shù)據(jù)。th和tl可通過暫存器中字節(jié)2和3獲得，此內(nèi)容在本數(shù)據(jù)表內(nèi)存部分解釋。圖3 th和tl寄存器格式只有溫度寄存器4中的11位用于和tl的比較中，由于th和tl都是8位寄存器。如果測量溫度低于或等于tl或超過th，報警情況存在而且報警標志將設置在ds18b20的內(nèi)部。每個溫度測量后，這個標志位將被更新，因此，如果報警條件消失，下一個溫度轉(zhuǎn)換后，該標志位將被關閉。主設備可以通過搜索ech命令檢查總線上所

10、有ds18b20報警標志位的狀態(tài)。任何有設置報警標志位的ds18b20將響應命令，所以主設備可以決定到底是哪個ds18b20在經(jīng)歷一個報警條件。如果報警的情況存在，th和tl設置已經(jīng)改變了，另一個溫度轉(zhuǎn)換應該去驗證報警條件。6.ds18b20供電該傳感器ds18b20可以用外部電源接vdd端供電，或者它可以工作在“寄生電源”模式下，這種模式允許ds18b20在沒有外部電源下工作。寄生電源在遠程或者空間受限情況下感溫是非常有用的。圖1顯示了的的寄生功率控制電路，其中當總線引腳為高電平時，力部門宿舍從ds18b20通過連接單總線的dq端“偷”電。當總線是高電平或者總線是低電平，而一些能量存貯在cp

11、p中來提供電源，“偷”來的電位ds18b20提供驅(qū)動。當ds18b20在寄生電源模式下使用時，vdd引腳必須接地。在寄生電源模式下，單總線和cpp可以提供足夠的電流給ds18b20的大部分操作，只要指定的時間和電壓的要求得到滿足（參考本數(shù)據(jù)手冊dc電氣特性和ac電氣特性章節(jié)）。然而，當ds18b20溫度轉(zhuǎn)換或復制暫存器的數(shù)據(jù)到eeprom時，工作電流可高達1.5毫安。這個電流會導致無法接受的電壓下降，整個單總線電阻壓降減小，更多的電流可以由寄生電源供應。為了確保ds18b20有足夠的電流供應，無論正在發(fā)生溫度轉(zhuǎn)換或復制暫存器的數(shù)據(jù)到eeprom，單總線都必須接一個強上拉電阻。這可以通過使用一個

12、mosfet以直接把總線電壓下降到如圖4所示。單總線必須在轉(zhuǎn)換t44h或暫存器復制48h命令發(fā)出后， 10秒內(nèi)（最大）轉(zhuǎn)換到強上拉狀態(tài)，而且總線必須在轉(zhuǎn)換（tconv）或數(shù)據(jù)傳輸（twr = 10ms）期間通過上拉保持高電平。在單總線上拉使能時，其他活動不能發(fā)生。該ds18b20的也可以采用的連接外部電源到vdd腳上的傳統(tǒng)方法，如圖5所示。這種方法的優(yōu)點是不需要mosfet的上拉， 而且單總線可以在進行溫度轉(zhuǎn)換時間自由地進行其他操作。在+100以上的高溫時不推薦使用寄生電源，因為在這些溫度下存在較高泄漏電流，ds18b20可能無法維持通信。對于像在這種高溫下的使用，強烈建議由一個ds18b20

13、的外部電源供電。在某些情況下，總線主機可能不知道ds18b20是外部電源還是寄生電源供電。主機需要這些信息來確定是否強大的總線上拉應在溫度轉(zhuǎn)換時使用。要獲得這些信息，主機可以在“閱讀時段” 一個讀取電源b4h命令后，發(fā)出一個跳過romcch命令。在讀時隙，寄生電源給ds18b20供電將把總線電平拉低，外部供電時ds18b20將會讓總線仍然保持高電平。如果總線拉低，主機知道在溫度轉(zhuǎn)換期間它必須提供單總線強上拉。圖4 ds18b20溫度轉(zhuǎn)換期間的強上拉供電圖5 外部電源給ds18b20供電7.64位激光rom每一個ds1820都包括一個唯一的64位長的rom編碼。開紿的8位是單線產(chǎn)品系列編碼：28

14、h，接著的48位是唯一的系列號。最重要的8位是開始56位crc位，從56位的rom端計算而來。crc比特的詳細內(nèi)容將在crc概述一章中介紹。64位rom代碼和相關rom功能控制邏輯使ds18b20作為使用協(xié)議的單線設備的運作，單總線系統(tǒng)的數(shù)據(jù)表部分詳細介紹了這個協(xié)議。圖6 64位光刻只讀存儲器8.存貯器ds1820的存貯器如圖7所示那樣被組織 存貯器由一個高速暫存 便箋式 ram、一個存貯高溫度和低溫度和觸發(fā)器 th 和 tl的非易失性電可擦除 e2ram和存儲配置寄存器組成。請注意，如果ds18b20的報警功能不使用，th和tl寄存器可以作為通用存儲器。ds18b20的功能命令部分詳細敘述了

15、所有內(nèi)存的命令。暫存器的字節(jié)0和字節(jié)1分別包含lsb和msb溫度寄存器。這些字節(jié)是只讀的。字節(jié)2和3提供是提供接入的th和tl寄存器。字節(jié)4包含配置寄存器數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)表配置寄存器部分詳細解釋了它的內(nèi)容。字節(jié)5，6和7是保留供內(nèi)部使用的設備，不能被覆蓋，當被讀到時，這些字節(jié)將返回1秒。8字節(jié)暫存器是只讀的，并且包含了循環(huán)冗余校驗碼，通過暫存器的0到7字節(jié)。ds18b20使用在crc生成一節(jié)中描述的方法生成該crc。數(shù)據(jù)寫入字節(jié)2，3，暫存器4使用寫入暫存4eh指令;數(shù)據(jù)必須傳輸?shù)絛s18b20以最低有效位開始的第2字節(jié)。為了驗證數(shù)據(jù)的完整性，數(shù)據(jù)被寫入后暫存器可以讀?。ㄊ褂脭?shù)據(jù)讀取暫存器與beh命

16、令）。當讀取暫存器，數(shù)據(jù)是從最低有效位的0字節(jié)開始的。要傳送的th，tl和配置數(shù)據(jù)從暫存器到eeprom，主機必須發(fā)起復制暫存 48h命令。設備關機時，在eeprom寄存器的數(shù)據(jù)將被保留，上電時eeprom中的數(shù)據(jù)到相應的位置暫存器重新加載。數(shù)據(jù)也可以使用召回e2 b8h命令在任何時間從eeprom中重新加載向暫存器。主機可以在召回e2命令后發(fā)出讀時隙后，ds18b20的將通過傳輸0表明處在召回狀態(tài)，當召回完成時將傳輸1。圖7 ds18b20存儲器9.配置寄存器暫存存儲器的第四字節(jié)包含配置寄存器，其組織結(jié)構(gòu)如圖8所示。用戶可以使用該寄存器如表3所示的r0和r1的位設置ds18b20的轉(zhuǎn)換分辨率

17、。這些位默認是r0和r1都等于1（12位）的分辨率。請注意，兩者之間是有直接的分辨率和轉(zhuǎn)換時間的對比。第7位，并在配置寄存器0至4位是保留供內(nèi)部使用的設備，不能被覆蓋，這些位被讀出時將返回1秒。圖8 配置寄存器表3 溫度計精確度配置表10.crc生成crc字節(jié)是ds18b20的64位rom代碼的一部分，在暫存器的第9比特。crc的代碼是由前56位的rom代碼計算出的，并處在rom中最重要的字節(jié)。暫存器中的crc代碼是由儲存器中的數(shù)據(jù)計算出來的，因此它變化時，在暫存器中的數(shù)據(jù)也會變化。crc提供總線主機數(shù)據(jù)驗證方法，當主機從ds18b20讀取數(shù)據(jù)時。為了驗證數(shù)據(jù)已被正確讀取，總線主機必須從接收到

18、的數(shù)據(jù)中重新計算crc，然后比較此值無論是rom代碼（為rom讀）或暫存器的crc（為暫存器讀?。?。如果計算出的crc與讀到的crc匹配，說明已收到的數(shù)據(jù)準確無誤。 crc的值比較，是否繼續(xù)運作完全由總線主機決定。如果ds18b20的crc（rom或暫存器）與由總線主機產(chǎn)生的值不匹配，ds18b20中沒有任何電路阻止命令序列的進程。由總線主機產(chǎn)生的價值電路。crc的同等多項式函數(shù)（rom或暫存器）是：crc = x8+ x5 + x4+ 1總線主機可以重新計算crc，然后使用如圖9所示的多項式發(fā)生器與從ds18b20得到用的crc值進行比較。該電路由一個移位寄存器和xor門組成，移位寄存器初始

19、化為0。從暫存器最低有效位或0字節(jié)的最低有效位的開始，每次一比特應該移入移位寄存器。從rom或從暫存器中最重要的第7字節(jié)轉(zhuǎn)移到第56比特后，多項式發(fā)生器將包含重新計算的crc校驗碼。接下來，8位rom代碼或暫存器從ds18b20的crc必須轉(zhuǎn)移到電路。此時，如果重新計算的crc是正確的，移位寄存器將包含所有0。對達拉斯的單總線循環(huán)冗余校驗的更多信息在應用筆記27：理解和使用觸摸與達拉斯半導體存儲器產(chǎn)品的循環(huán)冗余校驗中有詳細介紹。圖9 crc發(fā)生器11.單總線系統(tǒng)單總線包括一個總線控制器和一個或多個從機。ds18b20總是充當從機。當 只有一只從機掛在總線上時，系統(tǒng)被稱為“單點”系統(tǒng)；如果由多只

20、從機掛在總 線上，系統(tǒng)被稱為“多點”。所有的數(shù)據(jù)和指令的傳遞都是從最低有效位開始通過單總線。關于單總線系統(tǒng)分三個題目討論：硬件結(jié)構(gòu)、執(zhí)行序列和單總線信號（信號類型和時序）。12.硬件結(jié)構(gòu)單總線系統(tǒng)只有一條定義的信號線。每一個總線上的器件必須是漏極開路或三態(tài)輸出。這樣的系統(tǒng)允許每一個掛在總線上的區(qū)間都能在適當?shù)臅r間驅(qū)動它。 ds18b20的單總線端口（dq 引腳）是漏極開路式的，內(nèi)部等效電路見圖 10。單總線需要一個約 5k的外部上拉電阻；單總線的空閑狀態(tài)是高電平。無論任何理由需要暫停某一執(zhí)行過程時，如果還想恢復執(zhí)行的畫，總線必須停留在空閑狀態(tài)。在恢復期間，如果單總線處于非活動（高電平）狀態(tài)，位

21、與位間的恢復時間可以無限長。如果總線停留在低電平超過 480us，總線上的所有器件都將被復位。圖10 硬件結(jié)構(gòu)13.執(zhí)行排序通過單線總線端口訪問 ds18b20的協(xié)議如下：步驟1. 初始化 步驟2. rom 操作指令 步驟3. ds18b20功能指令每一次 ds18b20的操作都必須滿足以上步驟，若是缺少步驟或是順序混亂，器件 將不會返回值。例如這樣的順序：發(fā)起 rom搜索指令f0h和報警搜索指令ech 之后，總線控制器必須返回步驟 1。14初始化通過單總線的所有執(zhí)行操作處理都從一個初始化序列開始。初始化序列包括一個由總線控制器發(fā)出的復位脈沖和其后由從機發(fā)出的存在脈沖。存在脈沖讓總線控制器知道

22、 ds18b20在總線上且已準備好操作，詳見單總線信號節(jié)。15.rom指令一旦總線控制器探測到一個存在脈沖，它就發(fā)出一條 rom指令。如果總線上掛有多只 ds18b20，這些指令將基于器件獨有的 64位 rom片序列碼使得總線控制器 選出特定要進行操作的器件。這些指令同樣也可以使總線控制器識別有多少只， 什么型號的器件掛在總線上，同樣，它們也可以識別哪些器件已經(jīng)符合報警條件。 rom 指令有 5條，都是 8位長度?？偩€控制器在發(fā)起一條 ds18b20 功能指令之前 必須先發(fā)出一條 rom 指令。rom指令操作流程圖見圖 11。16.搜索rom指令當系統(tǒng)上電初始化的時候，總線控制器必須通過識別總

23、線上所有 rom片序列碼去得到從機的數(shù)目和型號。總線控制器通過搜索 rom指令多次循環(huán)搜索 rom 編碼，以確認所有從機器件。如果總線上只有一只從機，那么可以用較為簡單的讀取rom 指令（見下文）代替搜索rom指令，關于 ibutton book of standards 見 /ibuttons/standard.pdf。在每次搜索 rom指令之后，總線控制器必須返回步驟 1。17.讀取rom指令只有在總線上存在單只ds18b20的時候從能使用這條命令。該命令允許總線控制器在不使用搜索rom指令的情況下讀取從機的 64位片序列碼。如果總線上有不 止一只從機，當所有

24、從機試圖同時傳送信號時就會發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。18.匹配rom匹配rom指令，后跟64位rom編碼序列，讓總線控制器在多點總線上定位一只 特定的 ds18b20。只有和 64 位rom片序列完全匹配 ds18b20才能響應隨后的存儲器操作指令；所有和 64位 rom片序列碼不匹配的從機都將等待復位脈沖。19.忽略rom指令這條指令允許總線控制器不用提供 64位 rom編碼就使用功能指令。例如，總線控制器可以先發(fā)出一條忽略rom指令，然后發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換指令44h，從而完成溫度轉(zhuǎn)換操作。注意：當只有一只從機在總線上時，無論如何，忽略 rom指令之后只能跟著發(fā)出一條讀取暫存器指令beh。在單點總線情況下使用

25、該命令，器件無需發(fā)回 64 位 rom編碼，從而節(jié)省了時間。如果總線上有不止一只從機，若發(fā)出忽略 rom指令，由于多只從機同時傳送信號，總線上就會發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。20.報警搜索指令這條命令的流程和搜索 rom指令相同，然而，只有滿足報警條件的從機才對該命令做出響應。只有在最近一次測溫后遇到符合報警的狀況，ds18b20才會響 應這條命令。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。關于 報警操作流程見報警信號操作節(jié)。21.ds18b20功能指令在總線控制器發(fā)給欲連接的ds18b20 一條rom 命令后，跟著可以發(fā)送一條ds18b20功能指令。這些命令允許總線控制器讀寫 ds18b20 的暫存器，發(fā)起溫度轉(zhuǎn)換和識別電源模式。ds18b20的功能詳見下文，同時概括于表 4，并用流程圖示 于圖 12。22.溫度轉(zhuǎn)換指令這條命令用以啟動一次溫度轉(zhuǎn)換。溫度轉(zhuǎn)換指令被執(zhí)行，產(chǎn)生的溫度轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù) 據(jù)以 2個字節(jié)的形式被存儲在高速暫存器中，而后 ds18b20保持等待狀態(tài)。如果寄生電源模式下發(fā)出該命令后，在溫度轉(zhuǎn)換期間（tconv），必須在 10us(最多), 內(nèi)給單總線一個強上拉，見 ds18b20供電節(jié)