微控制器和1-Wire溫度傳感器的軟件接口

桃塢通信工程有限公司 吳康

1-Wire(一線制)數(shù)字溫度傳感器

DALLAS公司產(chǎn)的1-Wire(一線制)數(shù)字溫度傳感器己被廣泛應(yīng)用于各工業(yè)控制與撿測(cè)的設(shè)備儀器之中,但如何應(yīng)嵌入與連接在系統(tǒng)之術(shù)是設(shè)計(jì)人員所關(guān)切的技術(shù)問(wèn)題。

DSl8B20、DS18C20或DSl822是業(yè)內(nèi)更高( 0.5℃)的1-Wire多點(diǎn)數(shù)字溫度傳感器，其特點(diǎn)是:

*具有1-Wire數(shù)字接口
*的64位序列號(hào)
*寬廣的溫度測(cè)量范圍為-55℃至+125℃
*具有非易失用戶(hù)(2字節(jié)EEPROM)可編程觸發(fā)點(diǎn)的過(guò)熱告警
*測(cè)量分辨率可由用戶(hù)配置為9至12位
*封裝形式包括TO-92,150mil8腳SOIC和倒裝片

DSl8x20或DSl822溫度傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖0所示。

目前有數(shù)種方法，可將1-Wire器件，如DSl8B20、DSl822或DSl8S20與微控制器接口。這些方法包括：從簡(jiǎn)單的軟件方案，到串行接口芯片，如DS2480及Dallas 1-Wire ASIC即(將經(jīng)過(guò)整合的半導(dǎo)體超高規(guī)模集成電路硬件描述語(yǔ)言1-Wire主控器制造成專(zhuān)用集成電路)等 。本文陳述了一種簡(jiǎn)單的軟件解決方案，可實(shí)現(xiàn)微控制器和任意個(gè)數(shù)的DSl8x20或DSl822溫度傳感器之間的1-Wire通信。

硬件配置

圖1的框圖說(shuō)明了在采用多個(gè)1-Wire溫度傳感器時(shí)，該硬件配置很簡(jiǎn)單。一線制(1-Wire)總線向所有的器件既提供通信連接，又提供工作電源?？偩€電源經(jīng)由一個(gè)連接于3V至5．5V電源端的4．7kf2上拉電阻提供。由于每個(gè)器件具有的64位ROM識(shí)別碼，所以掛接在總線上的1-Wire器件數(shù)量幾乎不受限制。多個(gè)1-Wire溫度傳感器通過(guò)1-Wire總線與采用DS5000(與MCS-8051單片機(jī)兼容)的微控制器相接口。

接口時(shí)序

與DSl8x20／DSl822的通信，通過(guò)操作時(shí)隙完成1-Wire總線上的數(shù)據(jù)傳輸。每個(gè)通信周期起始于微控制器發(fā)出復(fù)位脈沖，其后緊跟DSl8x20／DSl822發(fā)出的應(yīng)答脈沖，如圖2所示。

當(dāng)主機(jī)將1-Wire總線從邏輯高(空閑狀態(tài))拉為邏輯低時(shí)，即啟動(dòng)一個(gè)寫(xiě)時(shí)隙。所有的寫(xiě)時(shí)隙必須在60 s至120 s(見(jiàn)圖3 60 s<Tx"0" <120 s 標(biāo)注)內(nèi)完成，且在每個(gè)循環(huán)之間至少需要1 s的恢復(fù)時(shí)間(見(jiàn)圖3 1 s<Trec <∞ 標(biāo)注)。寫(xiě)0和寫(xiě)1時(shí)隙如圖3所示。在寫(xiě)"0"時(shí)隙(Write"0" slot)期間，微控制器在整個(gè)時(shí)隙中將總線拉低；而寫(xiě)"1"時(shí)隙(Write"1" slot)期間，微處理器將總線拉低，然后在時(shí)隙起始后15 s內(nèi)釋放總線。

讀時(shí)隙起始于微處理器將總線拉低1 s，接著釋放總線，這樣DSl8x20／DSl822就能夠接管總線，輸出有效數(shù)據(jù)(高或低)。所有讀時(shí)隙在60 s至120 s完成,且在每個(gè)循環(huán)之間至少 需要1 s的恢復(fù)時(shí)間(圖3)。

軟件控制

為了地控制1-Wire接口的特殊時(shí)序要求，必須先建立幾個(gè)關(guān)鍵的函數(shù)。個(gè)函數(shù)應(yīng)該是延時(shí)函數(shù)，它是所有讀和寫(xiě)控制的組成部分。這個(gè)函數(shù)完全依賴(lài)于微處理器的速度。為了更好地理解，值此以DS5000(與8051兼容)微控制器(工作時(shí)鐘11．059MHz)為例。圖4列舉了一個(gè)用于創(chuàng)建時(shí)間延時(shí)的C(C語(yǔ)言)原型函數(shù)。

由于每個(gè)通信周期起始于微處理器發(fā)出的復(fù)位脈沖，因而復(fù)位函數(shù)(見(jiàn)圖5)是下一個(gè)為重要的函數(shù)。復(fù)位時(shí)隙為480 s。首先以參數(shù)3，接著以參數(shù)25分別調(diào)用延時(shí)函數(shù)數(shù)，將產(chǎn)生所要求的復(fù)位脈沖，緊接著復(fù)位之后微處理器釋放總線，以便DSl8x20／DSl822通過(guò)拉低總線來(lái)指示其是否在線。如果多個(gè)溫度傳感器在此總線上，它們將同時(shí)發(fā)出應(yīng)答脈沖。

讀和寫(xiě)函數(shù)實(shí)例如圖6、7、8和9所示，提供了所有讀/寫(xiě)數(shù)據(jù)位和字節(jié)操作的基本結(jié)構(gòu)。

結(jié)束語(yǔ)

以上是新型多點(diǎn)1-wire數(shù)字溫度傳感器與微控制器軟件接口簡(jiǎn)易的設(shè)計(jì)方案,經(jīng)過(guò)多路溫度巡迥監(jiān)控系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)采集與檢測(cè)使用,其特點(diǎn)是具有較高的性能比,即程式簡(jiǎn)單、檢測(cè)準(zhǔn)確、使用方便可靠。