34． 帶有存儲器功能的數字溫度計

1．DS1624基本原理
DS1624是美國DALLAS公司生產(chǎn)的集成了測量系統和存儲器于一體的芯片。數字接口電路簡(jiǎn)單，與I2C總線(xiàn)兼容，且可以使用一片控制器控制多達8片的DS1624。其數字溫度輸出達13位，精度為0.03125℃。DS1624可工作在最低2.7V電壓下，適用于低功耗應用系統。
（1）．DS1624基本特性
◆無(wú)需外圍元件即可測量溫度
◆測量范圍為－55℃～＋125℃，精度為0.03125℃
◆測量溫度的結果以13位數字量（兩字節傳輸）給出
◆測量溫度的典型轉換時(shí)間為1秒
◆集成了256字節的E2PROM非易性存儲器
◆數據的讀出和寫(xiě)入通過(guò)一個(gè)2－線(xiàn)（I2C）串行接口完成
◆采用8腳DIP或SOIC封裝，如圖2.34.1
圖2.34.1
（2）．引腳描述及功能方框圖

其引腳描述如表1所示：

DS1624的功能結構圖如圖4.34.2所示：

圖4.34.2（3）．DS1624工作原理
溫度測量
圖4.34.3是溫度測量的原理結構圖

圖4.34.3溫度測量的原理結構圖
DS1624在測量溫度時(shí)使用了獨有的在線(xiàn)溫度測量技術(shù)。它通過(guò)在一個(gè)由對溫度高度敏感的振蕩器決定的計數周期內對溫度低敏感的振蕩器時(shí)鐘脈沖的計數值的計算來(lái)測量溫度。DS1624在計數器中預置了一個(gè)初值,它相當于－55℃。如果計數周期結束之前計數器達到0，已預置了此初值的溫度寄存器中的數字就會(huì )增加，從而表明溫度高于－55℃。
與此同時(shí)，計數器斜坡累加電路被重新預置一個(gè)值，然后計數器重新對時(shí)鐘計數，直到計數值為0。
通過(guò)改變增加的每1℃內的計數器的計數，斜坡累加電路可以補償振蕩器的非線(xiàn)性誤差，以提高精度，任意溫度下計數器的值和每一斜坡累加電路的值對應的計數次數須為已知。
DS1624通過(guò)這些計算可以得到0.03125℃的精度，溫度輸出為13位，在發(fā)出讀溫度值請求后還會(huì )輸出兩位補償值。表2給出了所測的溫度和輸出數據的關(guān)系。這些數據可通過(guò)2線(xiàn)制串行口連續輸出，MSB在前，LSB在后。
表2溫度與輸出數據關(guān)系表
溫度
數字量輸出（二進(jìn)制）
數字量輸出（十六進(jìn)制）
＋125℃
0111，1101，0000，0000
7D00H
＋25.0625℃
0001，1001，0001，0000
1910H
＋0.5℃
0000，0000，1000，0000
0080H
＋0℃
0000，0000，0000，0000
0000H
-0.5℃
1111，1111，1000，0000
FF80H
-25.0625℃
1110，0110，1111，0000
E6F0H
-55℃
1100，1001，0000，0000
C900H
由于數據在總線(xiàn)上傳輸時(shí)MSB在前，所以DS1624讀出的數據可以是一個(gè)字節(分辨率為1℃)，也可以是兩個(gè)字節，第二個(gè)字節包含的最低位為0.03125℃。
表2是13位溫度寄存器中存儲溫度值的數據格式
高八位字節低八位字節
S
B14
B13
B12
B11
B10
B9
B8

B7
B6
B5
B4
B3
0
0
0
表3溫度值的數據存儲格式
其中S－為符號位，當S＝0時(shí)，表示當前的測量的溫度為正的溫度；當S＝1時(shí)，表示當前的測量的溫度為負的溫度。B14－B3為當前測量的溫度值。最低三位被設置為0。
DS1624工作方式
DS1621的工作方式是由片上的配置/狀態(tài)寄存器來(lái)決定的，如表4，該寄存器的定義如下：
表4配置/狀態(tài)寄存器格式
DONE
1
0
0
1
0
1
1SHOT
其中DONE為轉換完成位，溫度轉換結束時(shí)置1，正在進(jìn)行轉換時(shí)為0；1SHOT為溫度轉換模式選擇。1SHOT為1時(shí)為單次轉換模式，DS1624在收到啟動(dòng)溫度轉換命令EEH后進(jìn)行一次溫度轉換。1SHOT為0時(shí)為連續轉換模式，此時(shí)DS1624將連續進(jìn)行溫度轉換，并將最近一次的結果保存在溫度寄存器中。該位為非易失性的。
片內256字節存儲器操作
控制器對DS1624的存儲器編程有兩種模式：一種是字節編程模式，另一種是頁(yè)編程模式。
在字節編程模式中，主控制器發(fā)送地址和一個(gè)字節的數據到DS1624。
在主器件發(fā)出開(kāi)始（START）信號以后，主器件發(fā)送寫(xiě)控制字節即1001A2A1A00（其中R/W控制位為低電平“0”）。指示從接收器被尋址，DS1624接收后應答，再由主器件發(fā)送訪(fǎng)問(wèn)存儲器指令（17H）后，DS1624接收后應答，接著(zhù)由主器件發(fā)送的下一個(gè)字節字地址將被寫(xiě)入到DS1624的地址指針。主器件接收到來(lái)自DS1624的另一個(gè)確認信號以后，發(fā)送數據字節，并寫(xiě)入到尋址的存儲地址。DS1624再次發(fā)出確認信號，同時(shí)主器件產(chǎn)生停止條件STOP，啟動(dòng)內部寫(xiě)周期。在內部寫(xiě)周期DS1624將不產(chǎn)生確認信號。
在頁(yè)編程模式中，如同字節寫(xiě)方式，先將控制字節、訪(fǎng)問(wèn)存儲器指令（17H）、字地址發(fā)送到DS1624，接著(zhù)發(fā)N個(gè)數據字節，其中以8個(gè)字節為一個(gè)頁(yè)面。主器件發(fā)送不多于一個(gè)頁(yè)面字節的數據字節到DS1624，這些數據字節暫存在片內頁(yè)面緩存器中，在主器件發(fā)送停止信號以后寫(xiě)入到存儲器。接收每一個(gè)字節以后，低位順序地址指針在內部加1。高位順序字地址保持為常數。如果主器件在產(chǎn)生停止條件以前要發(fā)送多于一頁(yè)字的數據，地址計數器將會(huì )循環(huán)，并且先接收到的數據將被覆蓋。像字節寫(xiě)操作一樣，一旦停止條件被接收到，則內部寫(xiě)周期將開(kāi)始。
存儲器的讀操作
在這種模式下，主器件可以從DS1624的EEPROM中讀取數據。主器件在發(fā)送開(kāi)始信號之后，主器件首先發(fā)送寫(xiě)控制字節1001A2A1A00，主器件接收到DS1624應答之后，發(fā)送訪(fǎng)問(wèn)存儲器的指令（17H），收到DS1624的應答之后，接著(zhù)發(fā)送字地址將被被寫(xiě)入到DS1624的地址指針。這時(shí)DS1624發(fā)送應答信號之后，主器件并沒(méi)有發(fā)送停止信號，而是重新發(fā)送START開(kāi)始信號，接著(zhù)又發(fā)送讀控制字節1001A2A1A01，主器件接收到DS1624應答之后，開(kāi)始接收DS1624送出來(lái)的數據，主器件每接收完一個(gè)字節的數據之后，都要發(fā)送一個(gè)應答信號給DS1624，直到主器件發(fā)送一個(gè)非應答信號或停止條件來(lái)結束DS1624的數據發(fā)送過(guò)程。
DS1624的指令集
數據和控制信息的寫(xiě)入讀出是以表5和表6所示的方式進(jìn)行的。在寫(xiě)入信息時(shí)，主器件輸出從器件(即DS1624)的地址，同時(shí)R/W位置0。接收到響應位后，總線(xiàn)上的主器件發(fā)出一個(gè)命令地址，DS1624接收此地址后，產(chǎn)生響應位，主器件就向它發(fā)送數據。如果要對它進(jìn)行讀操作，主器件除了發(fā)出命令地址外，還要產(chǎn)生一個(gè)重復的啟動(dòng)條件和命令字節，此時(shí)R/W位為1，讀操作開(kāi)始。下面對它們的命令進(jìn)行說(shuō)明。
訪(fǎng)問(wèn)存儲器指令［17H］：該指令是對DS1624的EEPROM進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，發(fā)送該指令之后，下一個(gè)字節就是被訪(fǎng)問(wèn)存儲器的字地址數據。
訪(fǎng)問(wèn)設置寄存器指令［ACH］：如果R/W位置0，將寫(xiě)入數據到設置寄存器。發(fā)出請求后，接下來(lái)的一個(gè)字節被寫(xiě)入。如果R/W位置1，將讀出存在寄存器中的值。
讀溫度值指令［AAH］：即讀出最后一個(gè)測溫結果。DS1624產(chǎn)生兩個(gè)字節，即為寄存器內的結果。
開(kāi)始測溫指令［EEH］：此命令將開(kāi)始一次溫度的測量，不需再輸入數據。在單次測量模式下，可在進(jìn)行轉換的同時(shí)使DS1624保持閑置狀態(tài)。在連續模式下，將啟動(dòng)連續測溫。
停止測溫指令［22H］：該命令將停止溫度的測量，不需再輸入數據。此命令可用來(lái)停止連續測溫模式。發(fā)出請求后，當前溫度測量結束，然后DS1624保持閑置狀態(tài)。直到下一個(gè)開(kāi)始測溫的請求發(fā)出才繼續進(jìn)行連續測量。
表5主機對DS1624寫(xiě)操作通信格式
I2C通信開(kāi)始主器件發(fā)送控制字節（DS1624地址和寫(xiě)操作）DS1624應答主器件發(fā)送訪(fǎng)問(wèn)DS1624的指令DS1624應答主器件發(fā)送的數據字節DS1624應答I2C通信停止表6主機對DS1624讀操作通信格式
I2C通信開(kāi)始主器件發(fā)送控制字節（DS1624地址和寫(xiě)操作）DS1624應答主器件發(fā)送訪(fǎng)問(wèn)DS1624的指令DS1624應答I2C通信開(kāi)始主器件發(fā)送控制字節（DS1624地址和讀操作）DS1624應答數據字節0主機應答數據字節1主機非應答I2C通信停止2．實(shí)驗任務(wù)
用一片DS1624完成本地數字溫度的測量，并通過(guò)8位數碼管顯示出測量的溫度值。其硬件電路圖如圖4.34.4所示
3．電路原理圖

圖4.34.4
4．系統板上硬件連線(xiàn)
（1）．把“單片機系統”區域中的P0.0－P0.7用8芯排線(xiàn)連接到“動(dòng)態(tài)數碼顯示”區域中的ABCDEFGH端子上。
（2）．把“單片機系統”區域中的P2.0－P2.7用8芯排線(xiàn)連接到“動(dòng)態(tài)數碼顯示”區域中的S1S2S3S4S5S6S7S8端子上。
（3）．把DS1624芯片插入到“二線(xiàn)總線(xiàn)模塊”區域中的8腳集成座上，注意芯片不插反。
（4）．把“二線(xiàn)總線(xiàn)模塊”區域中的PIN1PIN2分別用導線(xiàn)連接到“單片機系統”區域中的P1.6和P1.7端子上。
（5）．把“二線(xiàn)總線(xiàn)模塊”區域中的PIN4PIN5PIN6分別用導線(xiàn)連接到“電源模塊”區域中的GND端子上。
5．程序設計內容
（1）．由于DS1624是I2C總線(xiàn)結構的串行數據傳送，它只需要SDA和SCL兩根線(xiàn)完成數據的傳送過(guò)程。因此，我們在進(jìn)行程序設計的時(shí)候，也得按著(zhù)I2C協(xié)議來(lái)對DS1624芯片數據訪(fǎng)問(wèn)。有關(guān)I2C協(xié)議參看有關(guān)資料，這里不詳述。對于A(yíng)T89S51單片機本身沒(méi)有I2C硬件資源，所以必須用軟件來(lái)模擬I2C協(xié)議過(guò)程。
（2）．要從DS1624中讀取溫度值，首先啟動(dòng)DS1624的內部溫度A/D開(kāi)始轉換，對應著(zhù)有相應的命令用來(lái)啟動(dòng)開(kāi)始溫度轉換，有關(guān)DS1624的指令集參考前面的敘述。一般情況下，DS1624經(jīng)過(guò)一次溫度的變換，需要經(jīng)過(guò)1秒鐘左右的時(shí)間，所以等待1秒鐘后，即可讀取內部的溫度值，對于讀取的溫度值，仍然通過(guò)DS1624的指令集來(lái)完成溫度的讀取。但所有有數據的傳送過(guò)程必須遵循I2C協(xié)議。
6．C語(yǔ)言源程序
#include
#include

unsignedcharcodedisplaybit[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,
0xef,0xdf,0xbf,0x7f};
unsignedcharcodedisplaycode[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,
0x66,0x6d,0x7d,0x07,
0x7f,0x6f,0x77,0x7c,
0x39,0x5e,0x79,0x71,0x00};

unsignedcharcodedotcode[32]={0,3,6,9,12,16,19,22,
25,28,31,34,38,41,44,48,
50,53,56,59,63,66,69,72,
75,78,81,84,88,91,94,97};
sbitSDA=P1^6;
sbitSCL=P1^7;
unsignedchardisplaybuffer[8]={0,1,2,3,4,5,6,7};
unsignedchareepromdata[8];
unsignedchartemperdata[2];
unsignedchartimecount;
unsignedchardisplaycount;
bitsecondflag=0;
unsignedcharsecondcount=0;
unsignedcharretn;
unsignedintresult;
unsignedcharx;
unsignedintk;
unsignedintks;
voiddelay(void);
voiddelay10ms(void);
voidi_start(void);
voidi_stop(void);
voidi_init(void);
voidi_ack(void);
biti_clock(void);
biti_send(unsignedchari_data);
unsignedchari_receive(void);
bitstart_temperature_T(void);
bitread_temperature_T(unsignedchar*p);
voiddelay(void)
{
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
}
voiddelay10ms(void)
{
unsignedinti;
for(i=0;i<1000;i++)
{
delay();
}
}
voidi_start(void)
{
SCL=1;
delay();
SDA=0;
delay();
SCL=0;
delay();
}
voidi_stop(void)
{
SDA=0;
delay();
SCL=1;
delay();
SDA=1;
delay();
SCL=0;
delay();
}
voidi_init(void)
{
SCL=0;
i_stop();
}
voidi_ack(void)
{
SDA=0;
i_clock();
SDA=1;
}
biti_clock(void)
{
bitsample;
SCL=1;
delay();
sample=SDA;
_nop_();
_nop_();
SCL=0;
delay();
return(sample);
}
biti_send(unsignedchari_data)
{
unsignedchari;
for(i=0;i<8;i++)
{
SDA=(bit)(i_data&0x80);
i_data=i_data<<1;
i_clock();
}
SDA=1;
return(~i_clock());
}
unsignedchari_receive(void)
{
unsignedchari_data=0;
unsignedchari;
for(i=0;i<8;i++)
{
i_data*=2;
if(i_clock())i_data++;
}
return(i_data);
}
bitstart_temperature_T(void)
{
i_start();
if(i_send(0x90))
{
if(i_send(0xee))
{
i_stop();
delay();
return(1);
}
else
{
i_stop();
delay();
return(0);
}
}
else
{
i_stop();
delay();
return(0);
}
}
bitread_temperature_T(unsignedchar*p)
{
i_start();
if(i_send(0x90))
{
if(i_send(0xaa))
{
i_start();
if(i_send(0x91))
{
*(p+1)=i_receive();
i_ack();
*p=i_receive();
i_stop();
delay();
return(1);
}
else
{
i_stop();
delay();
return(0);
}
}
else
{
i_stop();
delay();
return(0);
}
}
else
{
i_stop();
delay();
return(0);
}
}
voidmain(void)
{
P1=0xff;
timecount=0;
displaycount=0;
TMOD=0x21;
TH1=0x06;
TL1=0x06;
TR1=1;
ET1=1;
ET0=1;
EA=1;
if(start_temperature_T())//向DS1624發(fā)送啟動(dòng)A/D溫度轉換命令，成功則啟動(dòng)T0定時(shí)1s。
{
secondflag=0;
secondcount=0;
TH0=55536/256;
TL0=55536%256;
TR0=1;
}
while(1)
{
if(secondflag==1)
{
secondflag=0;
TR0=0;
if(read_temperature_T(temperdata))//T0定時(shí)1s時(shí)間到，讀取DS1624的溫度值
{
for(x=0;x<8;x++)
{
displaybuffer[x]=16;
}
x=2;
result=temperdata[1];//將讀取的溫度值進(jìn)行數據處理，并送到顯示緩沖區
while(result/10)
{
displaybuffer[x]=result%10;
result=result/10;
x++;
}
displaybuffer[x]=result;
result=temperdata[0];
result=result>>3;
displaybuffer[0]=(dotcode[result])%10;
displaybuffer[1]=(dotcode[result])/10;
if(start_temperature_T())//溫度值數據處理完畢，重新啟動(dòng)DS1624開(kāi)始溫度轉換
{
secondflag=0;
secondcount=0;
TH0=55536/256;
TL0=55536%256;
TR0=1;
}
}
}
}
}
voidt0(void)interrupt1using0//T0用于定時(shí)1s時(shí)間到
{
secondcount++;
if(secondcount==100)
{
secondcount=0;
secondflag=1;
}
TH0=55536/256;
TL0=55536%256;
}
voidt1(void)interrupt3using0//T1定時(shí)1ms用數碼管的動(dòng)態(tài)刷新
{
timecount++;
if(timecount==4)//T1定時(shí)1ms到
{
timecount=0;
if(displaycount==5)
{
P0=(displaycode[displaybuffer[7-displaycount]]|0x80);//在該位同時(shí)還要顯示小數點(diǎn)
}
else
{
P0=displaycode[displaybuffer[7-displaycount]];
}
P2=displaybit[displaycount];
displaycount++;
if(displaycount==8)
{
displaycount=0;
}
}
}