基于數(shù)字溫度傳感器實(shí)現(xiàn)單總線測溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

引言

單總線技術(shù)是美國Dallas公司的一項(xiàng)專有技術(shù)，采用單根信號(hào)線傳輸數(shù)據(jù)，具有節(jié)省I／O口資源、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、便于總線擴(kuò)展和維護(hù)等諸多優(yōu)點(diǎn)。單總線技術(shù)適用于單個(gè)主機(jī)系統(tǒng)控制一個(gè)或多個(gè)從機(jī)設(shè)備。Dallas公司的單總線產(chǎn)品中均有一個(gè)8字節(jié)只讀存儲(chǔ)器（ROM），用于存放產(chǎn)品的序列號(hào)（每個(gè)芯片唯一的64位標(biāo)識(shí)代碼）。如圖1所示，從低位起第一個(gè)字節(jié)（8位）是器件的家族代碼，表示產(chǎn)品的分類；接下來的6個(gè)字節(jié)（48位）是每個(gè)器件唯一的ID號(hào)；最后一個(gè)字節(jié)（8位）是前56位的CRC校驗(yàn)碼。同一種類型的器件有248個(gè)ID號(hào)碼總量，確保了在總線上不會(huì)產(chǎn)生地址沖突。

傳統(tǒng)的基于單總線的測溫系統(tǒng)采用ROM搜索的方式在線識(shí)別掛接在總線上器件的注冊碼和器件的類型，由此可在線確定總線上的器件數(shù)量。但是，隨著掛接在總線上的單總線器件增加，搜索ROM的時(shí)間也隨之增加，系統(tǒng)開銷增大?；诖?，本設(shè)計(jì)采用支持菊鏈模式的新型數(shù)字溫度傳感器芯片DS28EA00組建單總線測溫網(wǎng)絡(luò)。該方案無需進(jìn)行傳統(tǒng)的ROM搜索步驟，允許用戶將器件在鏈路中的物理位置與序列號(hào)對應(yīng)，節(jié)省了RAM開銷，簡化了基于單總線的應(yīng)用設(shè)計(jì)。

1、 DS28EA00特性分析

DS28EA00是具有9位（0．5℃）至12位（0．062 5℃）分辨率和用戶可編程非易失性（NV）上／下觸發(fā)點(diǎn)報(bào)警功能的數(shù)字溫度計(jì)。每個(gè)DS28EA 00都有工廠編程的唯一64位序列號(hào)。DS28EA00具有滯回和干擾濾波功能，使其能夠在大的單總線網(wǎng)絡(luò)中可靠工作。與其他單總線器件（例如DS18B20）不同，DS28EA00具有兩個(gè)額外的引腳用以執(zhí)行順序檢測功能。該特性允許用戶將器件在鏈路中的物理位置與序列號(hào)對應(yīng)，例如用來測量儲(chǔ)存塔不同高度處的溫度。如果無需順序檢測功能，這些引腳可作為通用輸入或輸出。

2 、基于DS28EA00的測溫系統(tǒng)的硬件連接

采用DS28EA00的單總線測溫系統(tǒng)硬件連接圖如圖2所示，主控制器采用51系列單片機(jī)，通過一個(gè)通用I／O口與單總線器件DS28EA00連接。與Dallas其他的數(shù)字溫度傳感器不同，DS28EA00具有兩個(gè)額外的引腳PIOA和PIOB。其中，除了連接在總線上的第一個(gè)DS28EA00的PIOB接地外，其他每一個(gè)器件的PIOA均與下一個(gè)器件的PIOB相連接，最后一個(gè)DS28EAOO的PIOA懸空或接地，所有的DS28EA00采用菊鏈的方式互連在一起。微控制器的其他部分連接輸入設(shè)備、輸出設(shè)備和通信接口。

3、 單總線菊鏈模式下的順序檢測分析

如表1所列，在菊鏈模式連接方式下，DS28EA00有3種工作狀態(tài)：OFF、ON和DONE。這3種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換由Chain command命令控制。當(dāng)接通電源后，總線上所有的DS28EA00均處于OFF狀態(tài)，在該狀態(tài)下順序檢測ROM命令“Conditional Read ROM”不起作用。當(dāng)處于ON狀態(tài)時(shí)，如果DS28EA00的PIOB引腳處于低電平狀態(tài)，那么它將響應(yīng)“Conditional Read ROM”命令，發(fā)送自己的ROM序列號(hào)。當(dāng)發(fā)送完成后，該DS28EA00將處于DOWN狀態(tài)，不再響應(yīng)“Conditional Read ROM“命令，并將自己的PIOA引腳置“0”電平，使得下一個(gè)DS28EA00繼續(xù)響應(yīng)“Conditional Read ROM”命令，發(fā)送自己的ROM序列號(hào)，直到連接在單總線上的最后一個(gè)DS28EAOO。當(dāng)微控制器把所有DS28EA00的序列號(hào)都讀到后，發(fā)送Chain DOWN命令，使得總線上掛接的所有DS28EA00均回復(fù)到OFF狀態(tài)。如此，便完成了對總線上所有DS28EA00的ROM檢測，并且是按照順序一個(gè)一個(gè)檢測的，這使得檢測的序列號(hào)與器件在鏈路中的物理位置相對應(yīng)。如圖3所示，主控制器采用Chain command命令可以使DS28EA00在3種狀態(tài)間切換，當(dāng)發(fā)送Chain command命令后，主控制器必須接著往總線上先寫入一個(gè)字符的命令碼，然后把該命令碼以反碼的形式再寫入一遍。3個(gè)命令碼3Ch、5Ah、96h分別對應(yīng)狀態(tài)OFF、ON和DOWN。如果菊鏈狀態(tài)改變成功，則微控制器收到字符AAh，否則收到OOh。

4 、基于DS28EA00的測溫系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

菊鏈狀態(tài)下利用DS28EA00進(jìn)行多點(diǎn)測溫的程序流程如圖4所示，測溫主要分為下面幾步：

①首先，單片機(jī)通過I／O口發(fā)送Skip ROM命令，同時(shí)向多個(gè)DS28EA00發(fā)送信號(hào)，接在Skip ROM命令后，發(fā)送Chain ON命令，使得所有的DS28EA00均處在ON狀態(tài)，此時(shí)所有從器件的PIOA／PIOB引腳都是高電平狀態(tài)除了總線網(wǎng)絡(luò)中的第一個(gè)DS28EA00，它的PIOB是接地的。

②主控制器發(fā)送Conditional Read ROM命令，此時(shí)菊鏈網(wǎng)絡(luò)中的第一個(gè)DS28EA00將響應(yīng)此命令，并發(fā)送自己的64位ROM序列號(hào)，當(dāng)主控制器接收到序列號(hào)后，接著發(fā)送Chain DONE命令，把第一個(gè)DS28EA00置為DOWN狀態(tài)，并且使其PIOA腳輸出低電平，由于狀態(tài)變?yōu)镈OWN，第一個(gè)DS28EA00將不再響應(yīng)ConditionalRead ROM命令。

③主控制器繼續(xù)發(fā)送Conditional Read ROM命令，此時(shí)由于第二個(gè)DS28EA00的PIOB腳被置低電平，所以將響應(yīng)該條命令，并發(fā)送自己的64位ROM序列號(hào)，當(dāng)主控制器接收到序列號(hào)后，繼續(xù)發(fā)送Chain DONE命令，把第二個(gè)DS28EA00也置為DOWN狀態(tài)，并且使其PIOA腳輸出低電平，將選通第三個(gè)DS28EA00。

④主控制器將重復(fù)的執(zhí)行Conditional Read ROM命令，直到總線上所有的DS28EA00都完成發(fā)送ROM序列號(hào)。

⑤主控制器通過發(fā)送Skip ROM命令和Chain OFF命令結(jié)束順序檢測操作。

⑥主控制器根據(jù)讀到的DS28EA00序列號(hào)，向指定的DS28EA00讀取溫度值。

以下為部分測溫的源程序，編程環(huán)境是Keil C。

5 、小結(jié)

本文介紹了一種基于DS28EA00的單總線測溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。采用Dallas公司生產(chǎn)的支持菊連模式的數(shù)字溫度傳感器DS28EA00作為基本測溫元件，重點(diǎn)分析了菊連模式下的順序檢測過程，給出了硬件連接圖及軟件流程。采用該方案無需進(jìn)行傳統(tǒng)的ROM序列號(hào)搜索步驟，節(jié)省了RAM開銷，簡化了基于單總線測溫的設(shè)計(jì)。

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