发表于：2010/5/7 21:00:12
#0楼
英创嵌入式主板以其优异的稳定性、独特的设计及方便使用等优点，在嵌入式领域占有一席之地。在工业现场，经常有监测环境温度的需求，本方案应用DS18B20为温度采集芯片，与英创嵌入式主板的GPIO相连，就可以组成完整的测温系统。由于DS18B20每条总线上可以最多接8个测温点，那么英创嵌入式主板至少可以接64个测温点。
DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1-Wire即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温，测量温度范围在-55°C到+125°C之间，数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择；并且内部有温度上、下限告警设置，使用非常方便。
TO-92封装的DS18B20的引脚排列见图1，其引脚功能描述见表1。
图1 DS18B20管脚示意图
表1 DS18B20详细引脚功能描述：
序号
名称
引脚功能描述
1 GND 地信号
2 DQ 数据输入/输出引脚。开漏单总线接口引脚。
当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源。
3 VDD 可选的VDD引脚。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。
DS18B20的使用方法
由于DS18B20采用的是1-Wire总线协议方式，即在一根数据线实现数据的双向传输，而对嵌入式主板来说，硬件上并不支持单总线协议，因此，我们必须采用GPIO的方法来模拟单总线的协议时序来完成对DS18B20芯片的访问。在本示例中，只需把管脚2接英创嵌入式主板的GPIO，管脚3接5V电源，管脚1接地，就可以搭建起测试环境，如图二所示。如果需要测试多点温度，可以把多个DS18B20并起。
图2 嵌入式主板与DS18B20连接示意图 由于DS18B20是在一根I/O线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求。DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。该协议定义了几种信号的时序：初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将嵌入式主板作为主设备，单总线器件作为从设备。每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件送回数据，在进行写命令后，主机需要启动读时序完成数据接收。数据和命令的传输都是低位在先。
下面是18B20的时序图，根据时序的要求，改变GPIO的电平，可以完成18B20的操作。
DS18B20复位时序
图3 DS18B20复位时序 根据以上DS18B20的时序，初始化的函数如下：
Init18b20()
{
char flag;
OutBit(1);
Delayus(1);
OutBit(0);
Delayus(600); //复位信号480—960us
OutBit(1);
Delayus(60); //等待15-60us
if(ReadBit()) //检查存在电平，如果为低，说明18B20正确复位
{
printf('init fail');
return false; //detect 1820 fail!
}
else
{
Sleep(1);
OutBit(1);
return true; //detect 1820 success!
}
}
DS18B20的数据读写时通过时间间隙处理位和命令字来确认信息交换。
DS18B20的写时间隙
当主机把数据线从逻辑高电平拉到逻辑低电平的时候，写时间隙开始。有两种写时间隙：写1时间隙和写0时间隙。所有写时间隙必须最少持续60us，包括两个写周期间至少1us的恢复时间。
I/O线电平变低后，DS18B20在一个15us到60us的窗口内对I/O线采样。如果线上是高电平，就是写1，如果线上是低电平，就是写0。如图所示。
图4 DS18B20写时序图 void DS18B20::WriteByte(uchar wr)
{
uchar i;
OutBit(1);
Delayus(1);
for (i=0;i<8;i++) //写8bit
{
OutBit(0) ; // 总线拉低，写间隙开始
Delayus(10); //延时 2-12us
OutBit(wr&0x01) ; //写数据到总线
Delayus(30); //在15us—60us之间采用
OutBit(1); //释放总线
wr >>= 1;
Delayus(2);
}
Sleep(1); //字节之间最好间隔的稍微长一点
}
DS18B20的读时间隙
当从DS18B20读取数据时，主机生成读时间隙。当主机把数据线从高电平拉到低电平时，读时间隙开始，数据线必须保持至少1us；从DS8B20输出的数据在读时间隙的下降沿出现后15us内有效。对于DS18B20的读时隙是从主机把总线拉低之后，在15微秒之内就得释放单总线，以让DS18B20把数据传输到单总线上。DS18B20在完成一个读时序过程，至少要60us才能完成。
图5 DS18B20读时序图 根据以上的读时序图，读字节函数如下：
UCHAR DS18B20::ReadByte()
{
uchar i,u=0;
OutBit(1);
Delayus(1);
for(i=0;i<8;i++) //读一字节
{
OutBit(0) ; // 总线拉低，读间隙开始
Delayus(2);
OutBit(1) ; //拉高总线
Delayus(4); //在1-14us之内读取总线数据
u >>= 1;
if(ReadBit()==1) u |= 0x80;
Delayus(60); //读取数据周期至少60us
OutBit(1) ;
}
return(u);
}
在读温度之前，要先启动温度转换，如果采用寄生电源供电，温度转换的时间应该大于500毫秒。对于一条总线的多个18B20来说，启动转换不需要匹配18B20的ROM地址。
void DS18B20::StartConvert()
{
Init18b20 ();
WriteByte(0xcc); //跳过ROM
WriteByte(0x44); //启动转换命令
}
在读指定的18B20时，就要先发匹配命令，再发ROM序列号，具体请参考下面的程序：
void DS18B20::TemperatuerResult(char id)
{
uchar i;
Init18b20 ();
WriteByte(0x55); //匹配ROM地址
for(i=0;i<8;i++) //发18B20地址码
{
WriteByte(b20rom[id][i]);
}
WriteByte(0xbe); //发读温度命令
read_bytes(2); //前2个字节为温度值
temp=temp_buff[1]&0x0f; //去掉符号位
temp=temp<<8;
temp=temp+temp_buff[0];
Temperature=temp*0.0625; //得到温度值
}
源程序请参考光盘源码。
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DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1-Wire即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温，测量温度范围在-55°C到+125°C之间，数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择；并且内部有温度上、下限告警设置，使用非常方便。
TO-92封装的DS18B20的引脚排列见图1，其引脚功能描述见表1。
图1 DS18B20管脚示意图
表1 DS18B20详细引脚功能描述：
序号
名称
引脚功能描述
1 GND 地信号
2 DQ 数据输入/输出引脚。开漏单总线接口引脚。
当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源。
3 VDD 可选的VDD引脚。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。
DS18B20的使用方法
由于DS18B20采用的是1-Wire总线协议方式，即在一根数据线实现数据的双向传输，而对嵌入式主板来说，硬件上并不支持单总线协议，因此，我们必须采用GPIO的方法来模拟单总线的协议时序来完成对DS18B20芯片的访问。在本示例中，只需把管脚2接英创嵌入式主板的GPIO，管脚3接5V电源，管脚1接地，就可以搭建起测试环境，如图二所示。如果需要测试多点温度，可以把多个DS18B20并起。
图2 嵌入式主板与DS18B20连接示意图 由于DS18B20是在一根I/O线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求。DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。该协议定义了几种信号的时序：初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将嵌入式主板作为主设备，单总线器件作为从设备。每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件送回数据，在进行写命令后，主机需要启动读时序完成数据接收。数据和命令的传输都是低位在先。
下面是18B20的时序图，根据时序的要求，改变GPIO的电平，可以完成18B20的操作。
DS18B20复位时序
图3 DS18B20复位时序 根据以上DS18B20的时序，初始化的函数如下：
Init18b20()
{
char flag;
OutBit(1);
Delayus(1);
OutBit(0);
Delayus(600); //复位信号480—960us
OutBit(1);
Delayus(60); //等待15-60us
if(ReadBit()) //检查存在电平，如果为低，说明18B20正确复位
{
printf('init fail');
return false; //detect 1820 fail!
}
else
{
Sleep(1);
OutBit(1);
return true; //detect 1820 success!
}
}
DS18B20的数据读写时通过时间间隙处理位和命令字来确认信息交换。
DS18B20的写时间隙
当主机把数据线从逻辑高电平拉到逻辑低电平的时候，写时间隙开始。有两种写时间隙：写1时间隙和写0时间隙。所有写时间隙必须最少持续60us，包括两个写周期间至少1us的恢复时间。
I/O线电平变低后，DS18B20在一个15us到60us的窗口内对I/O线采样。如果线上是高电平，就是写1，如果线上是低电平，就是写0。如图所示。
图4 DS18B20写时序图 void DS18B20::WriteByte(uchar wr)
{
uchar i;
OutBit(1);
Delayus(1);
for (i=0;i<8;i++) //写8bit
{
OutBit(0) ; // 总线拉低，写间隙开始
Delayus(10); //延时 2-12us
OutBit(wr&0x01) ; //写数据到总线
Delayus(30); //在15us—60us之间采用
OutBit(1); //释放总线
wr >>= 1;
Delayus(2);
}
Sleep(1); //字节之间最好间隔的稍微长一点
}
DS18B20的读时间隙
当从DS18B20读取数据时，主机生成读时间隙。当主机把数据线从高电平拉到低电平时，读时间隙开始，数据线必须保持至少1us；从DS8B20输出的数据在读时间隙的下降沿出现后15us内有效。对于DS18B20的读时隙是从主机把总线拉低之后，在15微秒之内就得释放单总线，以让DS18B20把数据传输到单总线上。DS18B20在完成一个读时序过程，至少要60us才能完成。
图5 DS18B20读时序图 根据以上的读时序图，读字节函数如下：
UCHAR DS18B20::ReadByte()
{
uchar i,u=0;
OutBit(1);
Delayus(1);
for(i=0;i<8;i++) //读一字节
{
OutBit(0) ; // 总线拉低，读间隙开始
Delayus(2);
OutBit(1) ; //拉高总线
Delayus(4); //在1-14us之内读取总线数据
u >>= 1;
if(ReadBit()==1) u |= 0x80;
Delayus(60); //读取数据周期至少60us
OutBit(1) ;
}
return(u);
}
在读温度之前，要先启动温度转换，如果采用寄生电源供电，温度转换的时间应该大于500毫秒。对于一条总线的多个18B20来说，启动转换不需要匹配18B20的ROM地址。
void DS18B20::StartConvert()
{
Init18b20 ();
WriteByte(0xcc); //跳过ROM
WriteByte(0x44); //启动转换命令
}
在读指定的18B20时，就要先发匹配命令，再发ROM序列号，具体请参考下面的程序：
void DS18B20::TemperatuerResult(char id)
{
uchar i;
Init18b20 ();
WriteByte(0x55); //匹配ROM地址
for(i=0;i<8;i++) //发18B20地址码
{
WriteByte(b20rom[id][i]);
}
WriteByte(0xbe); //发读温度命令
read_bytes(2); //前2个字节为温度值
temp=temp_buff[1]&0x0f; //去掉符号位
temp=temp<<8;
temp=temp+temp_buff[0];
Temperature=temp*0.0625; //得到温度值
}
源程序请参考光盘源码。
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