數字溫度傳感器DS1621在Linux下的IIC接口驅動(dòng)設計

IIC總線(xiàn)作為一種申行傳輸總線(xiàn)，其使用連線(xiàn)少，結構簡(jiǎn)單，是一種應用廣泛的高性能總線(xiàn)方式。而Linux作為一個(gè)源代碼公開(kāi)、易于裁剪的操作系統，非常適合于嵌入式系統的應用。Linux操作系統下的嵌入式設備驅動(dòng)，通過(guò)IIC總線(xiàn)，實(shí)現ARM與外圍模塊間的協(xié)同工作，有著(zhù)廣泛的應用。

1 IIC總線(xiàn)協(xié)議以及選用芯片功能
1．1 IIC總線(xiàn)的特點(diǎn)以及工作協(xié)議
IIC串行總線(xiàn)由兩根信號線(xiàn)組成：一根雙向傳輸的數據線(xiàn)SDA；另一根是時(shí)鐘線(xiàn)SCL。IIC總線(xiàn)通過(guò)簡(jiǎn)單的結構即能實(shí)現半雙工的同步數據傳輸。
IIC總線(xiàn)采用一主多從的運行機制，在同一時(shí)間只能有一臺設備作為主設備，總線(xiàn)的運行由主設備控制，主設備控制數據的傳送起始信號、發(fā)出時(shí)鐘信號、從機地址信號、數據信號，由接收數據方在傳送結束時(shí)發(fā)出應答信號，每個(gè)IIC總線(xiàn)上的設備都有一個(gè)唯一的地址，和主設備進(jìn)行通信。
IIC總線(xiàn)時(shí)序如圖1所示，在IIC總線(xiàn)使用過(guò)程中，傳輸開(kāi)始和停止的條件如下：當SCL持續為“1”而SDA從“1”變?yōu)椤?”時(shí)表示將要開(kāi)始發(fā)送數據；而當SCL持續為“1”而SDA從“0”變?yōu)椤?”表示停止發(fā)送數據。其中SDA線(xiàn)上的數據在時(shí)鐘線(xiàn)SCL為“1”期間必須是穩定的，只有當SCL線(xiàn)上的時(shí)鐘信號為低時(shí)數據線(xiàn)上的狀態(tài)才能改變。

SDA線(xiàn)上的每個(gè)字節必須為8位，每次傳輸的字節數不限制，每發(fā)送1個(gè)字節都有1個(gè)ACK應答位。
1．2 選用ARM9芯片功能介紹
MCU采用某公司的S3C2440芯片，S3C2440A是某公司的一款基于A(yíng)RM920T內核的16／32位RISC嵌入式微處理器，主要面向手持設備以及高性?xún)r(jià)比、低功耗的應用，且集成了1個(gè)IIC總線(xiàn)控制器，能夠方便的與帶有IIC接口外設的通信。
1．3 數字溫度傳感器DS1621的芯片功能介紹
DS1621是DALLAS公司生產(chǎn)的一種功能強大的數字式溫度傳感器和恒溫控制器。接口與IIC總線(xiàn)兼容，一片控制器控制可控制多達8片的DS1621，工作電壓為2．7～5．5 V，適用于低功耗應用系統。
DS1621可作為恒溫控制器單獨使用，也可通過(guò)2線(xiàn)接口在A(yíng)RM的控制下完成溫度的測量及計算?？梢酝ㄟ^(guò)寄存器設置調整。DS1621無(wú)需外圍元件即可測量溫度，結果以9位數字量(兩字節)給出，測量范圍為-55～+155℃，精度為0．5℃：典型轉換時(shí)間為1 s。

2 電路結構設計
設計采用了S3C2440作為電路中的主設備，控制IIC總線(xiàn)上從器件，由主設備控制IIC總線(xiàn)上的時(shí)鐘信號以及各種數據信號。采用2片DS16 21作為IIC總線(xiàn)上的從設備，由于DS1621具備IIC總線(xiàn)接口，可直接與S3C2440的SDA和SCL腳相接，通過(guò)對DS1621的A2、A1、A0腳(5、6、7腳)組合輸入不同的片選信號，可以確定其在IIC總線(xiàn)下工作的從機地址。因為IIC從設備一般都是MOS工藝，所以總線(xiàn)都有上拉電阻。工作時(shí)，通過(guò)IIC總線(xiàn)將DS1621設置為溫度傳感器功能和逐次獲取數據的工作方式，電路的原理圖設計如圖2所示。

3 驅動(dòng)程序設計
在Linux下的驅動(dòng)程序將所有設備看作文件，驅動(dòng)程序則為應用程序和硬件設備之間提供了操作訪(fǎng)問(wèn)的接口，使應用程序可以像操作普通文件一樣對硬件設備操作訪(fǎng)問(wèn)。Linux內核把驅動(dòng)程序劃分為3種類(lèi)型：字符設備、塊設備和網(wǎng)絡(luò )設備。其中，字符設備和塊設備可以像文件一樣被訪(fǎng)問(wèn)。DS1621的IIC驅動(dòng)屬于字符設備。
開(kāi)始工作時(shí)，DS1621的工作方式是由片上的設置／狀態(tài)寄存器來(lái)決定的：1)當通過(guò)IIC總線(xiàn)向DS1621寫(xiě)入讀寫(xiě)設置命令ACh之后ARM發(fā)出的一字節將設置DS1621的工作方式，然后發(fā)出溫度轉換命令EEh，讀溫度命令AAh；2)DONE比特位表示工作在測溫功能時(shí)，溫度數據已轉換完畢，保存在非易失性寄存器中；3)THF、TLF是DS1621作為恒溫器時(shí)的狀態(tài)標識位，當超過(guò)TH預置值或低于TL預置值時(shí)被置為1；4)1SHOT為一次模式位，該位為1時(shí)每次收到溫度轉換命令就執行一次溫度轉換，為0時(shí)將執行連續溫度轉換。DS1621寄存器配置如圖3所示。

在調試過(guò)程中發(fā)現，若使用連續轉換模式時(shí)，在極少數情況下出現數據明顯不正確，故采用了逐次讀取數據模式，即逐次配置DS1621的溫度轉換，逐次獲取數據，并每次判斷DS1621工作狀態(tài)、數據范圍和精度，從而獲得了更加穩定、精確的實(shí)驗結果。
驅動(dòng)程序的功能包括：初始化以及釋放硬件設備；S3C2440通過(guò)IIC總線(xiàn)對DS1621的控制寄存器進(jìn)行配置；S3C2440讀取DS1621寄存器內的溫度數據，通過(guò)接口函數，將數據從內核空間發(fā)送到用戶(hù)空間。驅動(dòng)程序設計流程圖如圖4所示。

3．1 設備驅動(dòng)的主要函數
對于字符設備，Linux內核對這些操作進(jìn)行了統一的抽象，把它們定義在結構體file-operation中。通常，字符設備提供給應用程序的是一個(gè)流控制接口，主要包括open、release、read、ioctl等。