分布式測溫中傳感器時(shí)序與溫度讀取研究

在分布式測溫系統中應用了大量的新型傳感器DS18B20，DS18B20是單總線(xiàn)數字溫度傳感器其硬件接線(xiàn)簡(jiǎn)單，但時(shí)序非常復雜。要實(shí)現溫度的正確讀取，既要有對DS18B20的ROM操作命令，又有一些功能命令。這些命令的執行，既有一定順序，又有特定含義。都需要基于數字溫度傳感器初始化時(shí)序、寫(xiě)時(shí)序和讀時(shí)序，按照嚴格的時(shí)序配合才能完成溫度正確采集與讀取。因此要想正確使用單總線(xiàn)數字溫度傳感器，必須分析其時(shí)序關(guān)系，并且基于時(shí)序編制正確程序。單總線(xiàn)數字溫度傳感器時(shí)序分析與應用研究具有及其重要意義。

2．數字溫度傳感器時(shí)序
DS18B20與單片機只通過(guò)一條數據線(xiàn)連接，所以其數據的傳輸方式為串行方式。為了正確讀取溫度值，必須嚴格按照時(shí)序配合關(guān)系，進(jìn)行程序編制。DS18B20有嚴格的通信協(xié)議來(lái)保證數據傳輸的正確性和完整性。通信協(xié)議規定了總線(xiàn)上的多種信號的時(shí)序。如：復位脈沖、響應脈沖、寫(xiě)0、寫(xiě)1、讀0和讀1等信號的時(shí)序。DS18B20是在嚴格的時(shí)序控制下進(jìn)行正常操作的。換句話(huà)講，就是用較為復雜的軟件來(lái)?yè)Q取簡(jiǎn)單的硬件接口。因此要正確使用DS18B20，就必須了解其初始化時(shí)序、寫(xiě)時(shí)序和讀時(shí)序。

2．1 數字溫度傳感器初始化時(shí)序
初始化時(shí)序有時(shí)也稱(chēng)復位時(shí)序，它是數據線(xiàn)上所有傳輸過(guò)程的開(kāi)始。整個(gè)初始化過(guò)程由主設備發(fā)出的復位脈沖和DS18B20的響應脈沖組成。在主設備初始化的過(guò)程中，主設備通過(guò)拉低數據線(xiàn)至少480μS ，DS18B20即認為是接收到一個(gè)初始化脈沖，接著(zhù)主設備釋放數據線(xiàn)，在數據線(xiàn)上上拉電阻的作用下，數據線(xiàn)電平被拉高，并且主設備進(jìn)入接收模式。在DS18B20檢測到上升沿后，延時(shí)15~60μS ，接著(zhù)通過(guò)拉低總線(xiàn)60~240μS以產(chǎn)生應答脈沖。初始化時(shí)序如圖2所示。圖1是圖2、圖3和圖4的線(xiàn)型示意圖。

圖1 線(xiàn)型示意圖

圖2 初始化時(shí)序

在分布式測溫系統中CPU采用AT89S52，溫度讀取的初始化程序如下所示：
DAT BIT P1.0
INI10: SETB DAT
MOV R2, #185
INI11: CLR DAT
DJNZ R2, INI11 ; 復位脈沖時(shí)間600us
SETB DAT ; 釋放數據線(xiàn)
MOV R2, #28
INI12: DJNZ R2, INI12 ; 等待60us
CLR C
ORL C, DAT ; 有無(wú)應答低電平
JC INI10 ; 若無(wú)應答，初始化失敗
MOV R6, #40
INI13: ORL C, DAT
JC INI14 ; 數據線(xiàn)變高。初始化成功
DJNZ R6, INI13 ; 低電平最多240us
SJMP INI10 ; 低電平持續大于240us,失敗
INI14: MOV R2, #222
INI15: DJNZ R2, INI15 ; 應答信號至少要持續480us
RET

2．2 數字溫度傳感器寫(xiě)時(shí)序
寫(xiě)時(shí)序包括寫(xiě)“0”時(shí)序和寫(xiě)“1”時(shí)序。寫(xiě)“1”時(shí)序用于主設備向DS18B20寫(xiě)入1，寫(xiě)“0”時(shí)序用于主設備向DS18B20寫(xiě)入0。無(wú)論是哪種寫(xiě)時(shí)序都至少需要60μS ，且在兩次獨立的寫(xiě)時(shí)序之間至少需要1μS的恢復時(shí)間。兩種寫(xiě)時(shí)序均起始于主設備拉低數據線(xiàn)電平。對于寫(xiě)“1”時(shí)序，主設備在拉低數據線(xiàn)之后，緊接著(zhù)必須在15μS之內釋放數據線(xiàn)，由上拉電阻將數據線(xiàn)拉至高電平；而對于寫(xiě)“0”時(shí)序，在主設備拉低數據線(xiàn)后，只需在整個(gè)時(shí)序內保持低電平即可至少60μS。在寫(xiě)時(shí)序開(kāi)始后的15~60μS期間內，DS18B20讀取數據線(xiàn)電平狀態(tài)。如果此期間數據線(xiàn)為高電平 ，則對器件寫(xiě)入邏輯1，否則寫(xiě)入邏輯0。寫(xiě)時(shí)序如圖3所示。