基于單總線數(shù)字溫度傳感器的單總線多點(diǎn)測(cè)溫技術(shù)

劉 彬

(遼寧石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 錦州 121001)

DS1820是單總線數(shù)字溫度傳感器，可以實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制9位溫度信息的測(cè)量，測(cè)量范圍-55～125℃，分辨率0.5℃。每片DS1820都有唯一的產(chǎn)品序列號(hào)存儲(chǔ)于其內(nèi)部ROM。

筆者以AT89C51單片機(jī)作為控制單元，在單總線上掛接多個(gè)DS1820，構(gòu)成多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)，主要介紹硬件電路和軟件流程的設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)溫度的數(shù)字化采集。

數(shù)字式溫度傳感器DS1820的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，由內(nèi)部寄生電源、溫度傳感器、64位ROM、8位CRC發(fā)生器、電源傳感器及暫存寄存器等組成。

寄生電源由二極管D1、D2和電容C1組成，通過(guò)電源傳感器可以判斷供電方式，一種由VCC直接供電，另一種為VCC接地，由內(nèi)部寄生電源VDD供電。寄生電源供電時(shí)，利用單總線DQ高電平期間通過(guò)D1對(duì)C1充電，產(chǎn)生寄生電源VDD。

圖1 DS1820內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖

采用寄生電源供電的多點(diǎn)溫度測(cè)量電路如圖2所示，為保證系統(tǒng)供電的可靠性，提供足夠大的工作電流，除了加了一個(gè)4.7kΩ的上拉電阻外，還用一個(gè)P1.0控制的MOS管和QD對(duì)DS1820總線進(jìn)行強(qiáng)上拉，以保證多片DS1820的正常工作；P1.1為數(shù)據(jù)通信口，通過(guò)測(cè)試可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量距離不超過(guò)80m的30個(gè)DS1820穩(wěn)定可靠工作[1]。

圖2 DS1820多點(diǎn)測(cè)溫電路

2 DS1820的操作命令與時(shí)序特性

一般情況下，每個(gè)DS1820的溫度值為9位(符號(hào)位占1位)，由于符號(hào)位擴(kuò)展成高8位，因而溫度數(shù)值以16位補(bǔ)碼形式讀出，測(cè)量溫度與輸出數(shù)字量的關(guān)系見表1。

表1 測(cè)量溫度與輸出數(shù)字量關(guān)系

初始化命令，由單片機(jī)發(fā)出一個(gè)復(fù)位脈沖，DS1820響應(yīng)發(fā)出存在脈沖；ROM操作命令有讀ROM、匹配ROM、搜索ROM、跳過(guò)ROM及警告搜索等；存儲(chǔ)器操作命令，有讀、寫和復(fù)制暫存寄存器以及重調(diào)非易失性存儲(chǔ)器等；溫度變換命令，通過(guò)單總線對(duì)DS1820時(shí)間進(jìn)行讀寫數(shù)據(jù)操作，所有操作通過(guò)對(duì)DS1820寫1和寫0時(shí)間和單片機(jī)本身的延時(shí)實(shí)現(xiàn)[2]。需要注意的是，DS1820獲得溫度信息的操作，必須遵循DS1820協(xié)議。

3 軟件流程

多個(gè)DS1820掛接在一條總線上去識(shí)別不同的器件，在程序設(shè)計(jì)過(guò)程中一般有初始化命令、傳送ROM命令、傳送RAM命令和數(shù)據(jù)交換命令。

在系統(tǒng)安裝和工作之前，應(yīng)將主機(jī)逐個(gè)與DS1820掛接，并讀取其序列號(hào)，其過(guò)程為：主機(jī)發(fā)出一個(gè)脈沖，待“0”電平大于480μs后復(fù)位DS1820，當(dāng)DS1820發(fā)出的響應(yīng)脈沖由主機(jī)接收后，主機(jī)再次發(fā)讀ROM命令代碼33H，然后發(fā)出一個(gè)寬度為15μs的脈沖，并接著讀取DS1820序列號(hào)的1位；用同樣的方法讀取序列號(hào)的56位；由于DS1820通信是按照時(shí)序概念分時(shí)完成的，因此DS1820的各種操作必須遵循初始化DS1820(發(fā)復(fù)位脈沖)、發(fā)ROM功能命令、發(fā)存儲(chǔ)器操作命令和處理數(shù)據(jù)協(xié)議進(jìn)行操作[3]。對(duì)DS1820的整體操作流程如圖3所示。

圖3 DS1820整體操作流程

4 結(jié)束語(yǔ)

DS1820單總線多點(diǎn)測(cè)溫硬件電路簡(jiǎn)單，故占用硬件端口資源少，但是DS1820與AT89C51之間采用串行數(shù)據(jù)傳輸，因此在對(duì)DS1820進(jìn)行編程時(shí)，必須嚴(yán)格保證讀/寫時(shí)序，否則無(wú)法實(shí)現(xiàn)測(cè)溫。在單總線上掛接DS1820的數(shù)量與供電形式、連接電纜形式和長(zhǎng)度密切相關(guān)，要考慮長(zhǎng)距離傳輸過(guò)程中總線分布電容和阻抗的匹配問(wèn)題，合理處理好增加MOS管來(lái)提高寄生電源供電能力的控制時(shí)序。對(duì)筆者所設(shè)計(jì)的多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試的結(jié)果表明：該系統(tǒng)的抗干擾和工作效率均有所提升，并且系統(tǒng)硬件也更加簡(jiǎn)潔。

[1] 賈振國(guó).DS1820及其高精度溫度測(cè)量的實(shí)現(xiàn)[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2000,(1):58～59.

[2] 何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編(1～6)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1997.

[3] 金偉正.單線數(shù)字溫度傳感器的原理與應(yīng)用[J].儀表技術(shù)與傳感器,2000,36(7):44～45,48.