DSB使用方法解析

會(huì)計(jì)學(xué)1DSB使用方法解析串行單總線原理與應(yīng)用串行單總線概述數(shù)字化溫度傳感器DS18B20DS18B20的溫度采集程序?qū)嵺`與思考第1頁/共25頁串行單總線概述單總線適用于單主機(jī)系統(tǒng)，能夠控制一個(gè)或多個(gè)從機(jī)設(shè)備。主機(jī)可以是微控制器，從機(jī)可以是單總線器件，它們之間的數(shù)據(jù)交換只通過一條信號(hào)線。當(dāng)只有一個(gè)從機(jī)設(shè)備時(shí)，系統(tǒng)可按單節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)操作；當(dāng)有多個(gè)從設(shè)備時(shí)，系統(tǒng)則按多節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)操作。單總線的工作原理單總線的時(shí)序

單總線器件第2頁/共25頁單總線的工作原理單總線即只有一根數(shù)據(jù)線，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交換、控制都由這根線完成。設(shè)備（主機(jī)或從機(jī)）通過一個(gè)漏極開路或三態(tài)端口連至該數(shù)據(jù)線，以允許設(shè)備在不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)能夠釋放總線，而讓其他設(shè)備使用總線。單總線通常要求外接一個(gè)約為4.7k的上拉電阻，這樣，當(dāng)總線閑置時(shí)，其狀態(tài)為高電平。主機(jī)和從機(jī)之間的通信可通過3個(gè)步驟完成，分別為初始化One-Wire器件、識(shí)別One-Wire器件和交換數(shù)據(jù)。由于它們是主從結(jié)構(gòu)，只有主機(jī)呼叫從機(jī)時(shí)，從機(jī)才能應(yīng)答，因此主機(jī)訪問One-Wire器件都必須嚴(yán)格遵循單總線命令序列，即初始化、ROM命令、功能命令。如果出現(xiàn)序列混亂，One-Wire器件將不響應(yīng)主機(jī)（搜索ROM命令、報(bào)警搜索命令除外）。第3頁/共25頁單總線的時(shí)序One-Wire協(xié)議定義了復(fù)位脈沖、應(yīng)答脈沖、寫0、讀0和讀1時(shí)序等幾種信號(hào)類型。所有的單總線命令序列（初始化，ROM命令，功能命令）都是由這些基本的信號(hào)類型組成的。在這些信號(hào)中，除了應(yīng)答脈沖外，其他均由主機(jī)發(fā)出同步信號(hào)，并且發(fā)送的所有命令和數(shù)據(jù)都是字節(jié)的低位在前。初始化時(shí)序讀、寫時(shí)序第4頁/共25頁初始化時(shí)序初始化時(shí)序圖第5頁/共25頁讀、寫時(shí)序?qū)憰r(shí)序圖第6頁/共25頁讀、寫時(shí)序讀時(shí)序圖第7頁/共25頁單總線器件通常把掛在單總線上的器件稱為單總線器件，單總線器件內(nèi)一般都具有控制、收/發(fā)、存儲(chǔ)等電路。為了區(qū)分不同的單總線器件，廠家生產(chǎn)單總線器件時(shí)都要刻錄一個(gè)64位的二進(jìn)制ROM代碼，以標(biāo)志其ID號(hào)。目前，單總線器件主要有數(shù)字溫度傳感器（如DS18B20）、A/D轉(zhuǎn)換器（如DS2450）、門標(biāo)、身份識(shí)別器（如DS1990A）、單總線控制器（如DS1WM）等。第8頁/共25頁數(shù)字化溫度傳感器DS18B20美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。現(xiàn)在，新一代的DS18B20體積更小、更經(jīng)濟(jì)、更靈活。DS18B20測(cè)量溫度范圍為55℃～+125℃。在10℃～+85℃范圍內(nèi)，精度為0.5℃?，F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。DS18B20的主要特性DS18B20的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20工作原理DS18B20的4個(gè)主要數(shù)據(jù)部件高速暫存存儲(chǔ)器指令表DS18B20的應(yīng)用電路DS18B20使用中注意事項(xiàng)第9頁/共25頁DS18B20的主要特性（1）適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3～5.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。（2）獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通信。（3）DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫。（4）DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。（5）測(cè)溫范圍55℃～+125℃，在10℃～+85℃時(shí)精度為0.5℃。（6）可編程的分辨率為9～12位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫。（7）在9位分辨率時(shí)最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時(shí)最多在750ms時(shí)間內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快。（8）測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以“一線總線”串行傳送給CPU，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力。（9）負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。第10頁/共25頁DS18B20的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由4部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的外形及管腳排列如圖所示。DS18B20外形及引腳排列圖DS18B20引腳定義如下：（1）DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端。（2）GND為電源地。（3）VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）。第11頁/共25頁DS18B20工作原理DS18B20測(cè)溫原理框圖如圖所示：圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給計(jì)數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在55℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加1，計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器1重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過程中的非線性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值。DS18B20測(cè)溫原理框圖第12頁/共25頁DS18B20的4個(gè)主要數(shù)據(jù)部件（1）光刻ROM中的64位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，它可以看做是該DS18B20的地址序列碼，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)DS18B20的目的。

64位光刻ROM的排列是：開始8位（28H）是產(chǎn)品類型標(biāo)號(hào)，接著的48位是該DS18B20自身的序列號(hào)，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC=X8+X5+X4+1）。（2）DS18B20中的溫度傳感器可完成對(duì)溫度的測(cè)量，以12位轉(zhuǎn)化為例：用16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以0.0625℃/LSB形式表達(dá)，其中S為符號(hào)位。DS18B20溫度值格式表如表所示。第13頁/共25頁DS18B20的4個(gè)主要數(shù)據(jù)部件（3）DS18B20溫度傳感器的存儲(chǔ)器。DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫存RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的E2PROM，后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH、TL和結(jié)構(gòu)寄存器。（4）配置寄存器。配置寄存器的格式如表所示。TMR1R011111低5位一直都是“1”，TM是測(cè)試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測(cè)試模式。在DS18B20出廠時(shí)該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動(dòng)。R1和R0用來設(shè)置分辨率，如右表所示（DS18B20出廠時(shí)被設(shè)置為12位）。R1R0分辨率溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí)間/ms009位93.750110位187.51011位3751112位750溫度分辨率設(shè)置表第14頁/共25頁高速暫存存儲(chǔ)器高速暫存存儲(chǔ)器由9個(gè)字節(jié)組成，其分配如表所示。當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補(bǔ)碼形式存放在高速暫存存儲(chǔ)器的第0和第1個(gè)字節(jié)。單片機(jī)可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時(shí)低位在前，高位在后。對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算：當(dāng)符號(hào)位S=0時(shí)，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)S=1時(shí)，先將補(bǔ)碼變?yōu)樵a，再將數(shù)據(jù)部分轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制。第9個(gè)字節(jié)是冗余檢驗(yàn)字節(jié)。寄存器內(nèi)容字節(jié)地址溫度值低位（LSByte）0溫度值高位（MSByte）1高溫限值（TH）2低溫限值（TL）3配置寄存器4保留5保留6保留7CRC校驗(yàn)值8DS18B20暫存寄存器分布第15頁/共25頁高速暫存存儲(chǔ)器根據(jù)DS18B20的通信協(xié)議，主機(jī)（單片機(jī)）控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過3個(gè)步驟：每一次讀寫之前都要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位操作，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對(duì)DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500s，然后釋放，當(dāng)DS18B20收到信號(hào)后等待16～60s左右，后發(fā)出60～240s的應(yīng)答低脈沖，主CPU收到此信號(hào)表示復(fù)位成功。第16頁/共25頁指令表指令約定代碼功能讀ROM33H讀DS1820溫度傳感器ROM中的編碼（即64位地址）符合ROM55H發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出64位ROM編碼，訪問單總線上與該編碼相對(duì)應(yīng)的DS1820，使之做出響應(yīng)，為下一步對(duì)該DS1820的讀寫做準(zhǔn)備搜索ROM0F0H用于確定掛接在同一總線上DS1820的個(gè)數(shù)和識(shí)別64位ROM地址。為操作各器件做好準(zhǔn)備跳過ROM0CCH忽略64位ROM地址，直接向DS1820發(fā)溫度變換命令。適用于單片工作告警搜索命令0ECH執(zhí)行后只有溫度超過設(shè)定值上限或下限的片子才做出響應(yīng)ROM指令表第17頁/共25頁指令表RAM指令表指令約定代碼功能溫度變換44H啟動(dòng)DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，12位轉(zhuǎn)換時(shí)最長(zhǎng)為750ms（9位為93.75ms）。結(jié)果存入內(nèi)部9字節(jié)RAM中讀暫存器0BEH讀內(nèi)部RAM中9字節(jié)的內(nèi)容寫暫存器4EH發(fā)出向內(nèi)部RAM的2、3、4字節(jié)寫上、下限溫度數(shù)據(jù)和配置寄存器命令，緊跟該命令之后，是傳送三字節(jié)的數(shù)據(jù)復(fù)制暫存器48H將RAM中第2、3字節(jié)的內(nèi)容復(fù)制到E2PROM中重調(diào)E2PROM0B8H將E2PROM中內(nèi)容恢復(fù)到RAM中的第2、3字節(jié)讀供電方式0B4H讀DS18B20的供電模式。寄生供電時(shí)DS18B20發(fā)送“0”，外接電源供電DS18B20發(fā)送“1”第18頁/共25頁DS18B20的應(yīng)用電路1．DS18B20寄生電源供電方式電路圖寄生電源方式特點(diǎn)：（1）進(jìn)行遠(yuǎn)距離測(cè)溫時(shí)，無須本地電源。（2）可以在沒有常規(guī)電源的條件下讀取ROM。（3）電路更加簡(jiǎn)潔，僅用一根I/O口實(shí)現(xiàn)測(cè)溫。（4）只適應(yīng)于單一溫度傳感器測(cè)溫情況下使用，不適于采用電池供電系統(tǒng)中。DS18B20寄生電源供電方式第19頁/共25頁DS18B20的應(yīng)用電路2．DS18B20寄生電源強(qiáng)上拉供電方式電路圖DS18B20寄生電源強(qiáng)上拉供電方式在強(qiáng)上拉供電方式下可以解決電流供應(yīng)不足的問題，因此也適合于多點(diǎn)測(cè)溫應(yīng)用，缺點(diǎn)就是要多占用一根I/O口線進(jìn)行強(qiáng)上拉切換。第20頁/共25頁DS18B20的應(yīng)用電路3．DS18B20的外部電源供電方式外部電源供電方式是DS18B20最佳的工作方式，工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)，而且電路也比較簡(jiǎn)單，可以開發(fā)出穩(wěn)定可靠的多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)，如圖所示。外部供電方式的多點(diǎn)測(cè)溫電路圖第21頁/共25頁DS18B20使用中注意事項(xiàng)（1）較小的硬件開銷需要相對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于DS18B20與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對(duì)DS18B20進(jìn)行讀寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格地保證讀寫時(shí)序，否則將無法讀取測(cè)溫結(jié)果。在使用PL/M、C等高級(jí)語言進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)DS18B20操作部分最好采用匯編語言實(shí)現(xiàn)。（2）在DS18B20的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛DS18B20數(shù)量問題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個(gè)DS18B20，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。（3）連接DS18B20的總線電纜是有長(zhǎng)度限制的。在采用DS18B20進(jìn)行長(zhǎng)距離測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。（4）在DS18B20測(cè)溫程序設(shè)計(jì)中，向DS18B20發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS18B20的返回信號(hào)，一旦某個(gè)DS18B20接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該DS18B20時(shí)，將沒有返回信號(hào)，程序進(jìn)入死循環(huán)。（5）測(cè)溫電纜線建議采用屏蔽4芯雙絞線，其中一對(duì)線接地線與信號(hào)線，另一對(duì)線接VCC和地線，屏蔽層在源端單點(diǎn)接地。第22頁/共25頁DS18B20的溫度采集程序1