清华单片机ppt

3．单总线数据通讯协议 数字式温度传感器和模拟传感器最大的区别，是将温度信 号直接转化成数字信号，然通过串行通信方式输出。所有 的单总线器件要求采用严格的通信协议，以保证数据的完 整性。该协议定义了几种信号类型：复位脉冲、应答脉冲 序列；写0、写1、和读0、读1。所有这些信号，除了应答 脉冲以外，都由主机发出同步信号。并且发送所有的命令 和数据都是字节的低位在前，这一点与多数串行通信格式 不同（多数为字节的高位在前）。 1）初始化序列——复位和应答脉冲 单总线上的所有通信都是以初始化序列开始。主机通过拉 低单线480us以上，产生复位脉冲，然后释放该线，进入 Rx接收模式。主机释放总线时，4.7K的电阻将单总线拉高， 产生一个上升沿。单线器件DS18B20检测到该上升沿后， 延时15～60us，DS18B20通过拉低总线60～240us来产生 应答脉冲。主机接收到从机的应答脉冲后，说明有单线器 件在线。

单总线的开发使用过程分三步：1）单总线的 硬件连接结构；2）单总线的操作命令序列；3） 单总线的通信协议，总线的操作时序。 1．硬件结构 主机或从机通过一个漏极开路或三态端口连接 至该数据线，这样允许设备在不发送数据时释 放数据总线，以便总线被其它设备所使用。
为了使总线上所有电路的输出能完成“线与” 的功能，连接到总线上的器件的输出级必须为 “开漏”或“开集”的形式。其内部等效电路 如图8-3所示



较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由 于DS1820与微处理器间采用串行数据传送，因此， 在对DS1820进行读写编程时，必须严格的保证读 写时序，否则将无法读取测温结果。 每次执行相应操作时，都应该遵循单总线的命令周 期，复位——ROM命令——功能命令，否则无法完 成命令。 从DS18B20中读取温度数据，是按照先低字节再高 字节，先低位（LSB）再高位（MSB的顺序读取。
总线初始化脉冲时序图如图8-5：

2）写时隙 当主机将单总线DQ从逻辑高（空闲状态）拉为逻辑低时， 即启动一个写时序。存在两种写时隙：“写1”和“写0”。 主机采用写1时隙向从机写入1，而采用写0时隙向从机写 入0。所有写时隙至少需要60us，且在两次独立的写时隙 之间至少需要1us的恢复时间。
两种写时隙均起始于主机拉低总线（图8-6所示）。 产生 写1时隙的方式：主机在拉低总线后，接着必须在15 us之 内释放总线（向总线写1），由4.7K上拉电阻将总线拉至 高电平；而产生写0时隙的方式：在主机拉低总线后，只 需在整个时隙期间保持低电平即可（至少60us）。 在写时隙起始后15-60 us期间，单总线器件采样总线电平 状态。如果在此期间采样为高电平，则逻辑1被写入该器 件；如果为0，则写入逻辑0。


3）温度传感器 DS18B20中的温度传感器可以完成对温度的测量。 DS18B20的温度测量范围是-55℃～+125℃,分辨率 的默认值是12位。DS18B20温度采集转化后得到 16位数据，存储在DS18B20的两个8位RAM中，高 字节的高5位S代表符号位，如果温度值大于或等于 零，符号位为0；温度值小于零，符号位为1。低字 节的第四位是小数部分，中间7位是整数部分。 4)内部存储器 DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂 存RAM和一个非易失性的可电擦除的EEPROM， EEPROM用于存放高温度和低温度触发器TH、TL 和配置寄存器的内容。高速暂存存储器由9个字节 组成。

2 . DS18B20的构成
DS18B20内部结构图如图8-2所示。主要包括： 寄生电源、温度传感器、64位激光(lasered)ROM、存放 中间数据的高速暂存器RAM、非易失性温度报警触发器 TH和TL、配置寄存器等部分。


1）寄生电源 寄生电源由二极管VD1、VD2、寄生电容C和电源检测电路 组成，电源检测电路用于判定供电方式，DS18B20有两种 供电方式：3V～5.5V的电源供电方式和寄生电源供电方式 （直接从数据线获取电源）。寄生电源供电时，VCC端接 地，器件从单总线上获取电源。当I/O总线呈低电平时，由 电容C上的电压继续向器件供电。该寄生电源有两个优点： 第一，检测远程温度时无需本地电源；第二，缺少正常电 源时也能读ROM。 2）64位只读存储器ROM ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是 该DS18B20的地址序列码。光刻ROM的作用是使每一个 DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多 个DS18B20的目的。64位光刻ROM序列号的排列是：开始 8位（28H）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自 身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码 （CRC=X8+X5+X4+1）。

2．起始和终止信号
对IIC器件的操作总是从一个规定的"启动（Start）"时序开 始，即SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开 始传送数据；信息传输完成后总是以一个规定的"停止 （Stop）"时序结束，即SCL为高电平时，SDA由低电平 向高电平跳变，结束传送数据。时序图如图8-10。 起始信号和终止信号都是由主机发出的，在起始信号产生 后，总线就处于被占用的状态；在终止信号产生一段时间 后，总线就处于空闲状态。

3）读时隙 总线器件仅在主机发出读时隙时，才向主机传输数据，所 以，在主机发出读数据命令后，必须马上产生读时隙，以 便从机能够传输数据。所有读时隙至少需要60us， 且在 两次独立的读时隙之间至少需要1us的恢复时间。每个读 时隙都由主机发起，至少拉低总线1us 图8-7所示。

DS18B20的编程注意事项：

２．单总线操作命令序列
典型的单总线命令序列如图8-4所示，每次访问单 总线器件,必须严格遵守这个命令序列,否则，单总 线器件不会响应主机。但是，这个准则对于搜索 ROM命令和报警搜索命令例外，在执行两者中任 何一条命令之后，主机不能执行其后的功能命令， 必须返回，从初始化开始。


1）初始化 基于单总线上的所有传输过程都是以初始化开始的，初始化 过程由主机发出的复位脉冲和从机响应的应答脉冲组成。应 答脉冲使主机知道总线上有从机设备，且准备就绪。复位和 应答脉冲的时间详见单总线信号部分。 2）ROM操作命令 在主机检测到应答脉冲后，就可以发出ROM命令。这些命 令与各个从机设备的唯一64位ROM代码相关，允许主机在 单总线上连接多个从机设备时，指定操作某个从机设备。这 些命令还允许主机能够检测到总线上有多少个从机设备以及 其设备类型，或者有没有设备处于报警状态。从机设备可能 支持5种ROM命令（实际情况与具体型号有关）每种命令长 度为8位，主机在发出功能命令之前，必须送出合适的ROM 命令。以下为几个ROM命令的功能：
8.2

IIC总线接口
IIC总线是PHILIPS公司推出的串行总线，它是 一种简单、双向二线制同步串行总线，它只需 要两根线即可在连接于总线上的器件之间传送 信息。易于扩展凡是具有IIC接口的器件都可 以挂接在IIC总线上。
8.2.1

IIC总线简介
下面是IIC总线的一些特征: 1．只要求两条总线线路 一条串行数据线 SDA 一条串行时钟线 SCL。 2． 每个连接到总线的器件都可以通过唯一的地址和一直存在的 简单的主机 从机关系软件设定地址 主机可以作为主机发送器 或主机接收器。 3． 它是一个真正的多主机总线 如果两个或更多主机同时初始 化数据传输可以通过冲突检测和仲裁防止数据被破坏。 4．串行的8位双向数据传输位速率在标准模式下可达100kbit/s 快速模式下可达400kbit/s 高速模式下可达3.4Mbit/s。 5．片上的滤波器可以滤去总线数据线上的毛刺波 保证数据完整。 6．连接到相同总线的IC数量只受到总线的最大电容400pF限制。
8.1.1 DS18B20的简介

DS18B20可以程序设定9～12位的分辨率，测 量温度范围为-55°C～+125°C，在-10～ +85°C范围内，在-10～+85°C范围内,精度 为±0.5°C。可选更小的封装方式，更宽的电 压适用范围，新的产品支持3V～5.5V的电压 范围。分辨率设定，及用户设定的报警温度存 储在EEPROM中，掉电后依然保存。温度以 单总线的数字方式传输，大大提高了系统的抗 干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如： 环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子 产品等，使系统设计更灵活、方便。

5)配置寄存器 暂存器的第五字节是配置寄存器，可以通过相应的写命令 进行配置其内容如下表：
低五位一直都是“1”，TM是测试模式位，用于设置 DS18B20在工作模式还是在测试模式。在DS18B20出厂 时该位被设置为0，用户不要去改动。R1和R0用来设置 DS18B20的分辨率 。
8.1.3
单总线开发使用
（1）搜索ROM[F0h]命令 （2）读ROM[33h]命令(仅适合于单节点) （3）匹配ROM[55h]命令 （5）报警搜索[ECh]命令（仅少数1-wire器件支持） （4）跳越ROM[CCh]命令（仅适合于单节点） 3）功能命令 在主机发出ROM命令，以访问某个指定的DS18B20， 接着就可以发出DS18B20支持的某个功能命令。这些命令 允许主机写入或读出DS18B20暂存器、启动温度转换以及 判断从机的供电方式。
8.1.2 DS18B20的引脚及内部结构
1 .DS18B20的封装 DS18B20的封装采用TO-92和8-Pin SOIC封装， 外形及管脚排列如图8-1。 DS18B20引脚定义： GND 为电源地。 DQ 为数字信号输入/输出端。 VDD 为外接供电电源输入端（在寄生 电源接线方式时接地）。 NC 空引脚。
在进行数据传输时，SDA线上的数据必须在时 钟的高电平周期保持稳定，数据线的高或低电 平状态只有在SCL线的时钟信号是低电平时才 能改变，如图8-11所示。