基于ARM和DS18B20的数字测温系统

前言
   热误差是数控机床的最大误差源，数控机床的温度测试为机床热误差的补偿提供依据。传统的测温方案是将模拟信号通过电缆远距离传输至数据采集卡进行A/D转换并处理，实用中必须解决长线传输和模拟量传感器布线等问题。本文介绍了一种新型的设计方案，控制器采用SAMSUNG公司的32位ARM微控制器S3C44BOX，温度传感器采用单总线数字温度传感器DS18B20。采用数字温度传感器即在测试点完成了信号的数字化，提高了传输的可靠性，同时简化了外围电路，也便于传感器在机床上的布置安装。ARM处理器控制数字温度信号的采集，并与上位PC机通讯，同时其他硬件资源提供热补偿系统其他功能。本文在介绍数字温度传感器DS18B20的基础上，给出了系统的软硬件设计方案，对软件实现中的关键点做了详尽的注释说明。
1 数字温度传感器DS18B20介绍
   1.1 DS18B20的结构
   DS18B20是美国DALLAS公司推出的一种可组网数字温度传感器。DS18B20只有一个数据输入/输出口，是单总线专用芯片。DS18B20工作时，被测温度值直接以单总线的数字方式传输。
   DS18B20体积小，电压适用范围宽（3V-5V），可以通过编程实现9～12位的温度读数，即有可调的温度分辨率。测温范围－55℃～＋125℃，在－10℃～＋85℃时，精度为±0.5℃。其可选封装有TO-92、SOIC及CSP封装。
   每个DS18B20出厂时都有一个唯一的64位序列号，因此一条总线上可以同时挂接多个DS18B20而不会出现混乱。DS18B20包括一个暂存RAM和一个E2RAM。暂存存储器RAM用于存放工作参数和测量值，其作用是保证在单线通讯时的完整性，包括8个字节。E2RAM用于设定非易失性温度报警上下限值TH和TL（调电后依然保存）。内部结构如图1所示。

头两个字节表示测得的温度读数，数据格式如图2所示：

=1时表示温度为负，S=0时表示温度为正，其余低位以二进制补码形式表示，最低位为1，表示0.0625℃
   内部存储器的第五个字节是结构寄存器，主要用于温度值的数字转换分辨率。
   1.2 DS18B20的工作时序
   DS18B20严格遵循单总线协议，工作时，主机先发一复位脉冲，使总线上的所有DS18B20都被复位，接着发送ROM操作指令，使序列号编码匹配的DS18B20被激活，准备接受下面的RAM访问指令。RAM访问指令控制选中的DS18B20工作状态，完成整个温度转换，读取等工作。在ROM命令发送之前RAM命令命令不起作用。表1列出了所有操作命令。

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