基于Linux的温度传感器DS18B20驱动程序设计

2011-05-19 18:28:01来源: 互联网

 引言
 传统的模拟温度测量抗干扰能力差,放大电路零点漂移大,导致测量值误差大,难以达到所需精度。在实际应用中,采用抗干扰能力强的数字温度传感器是解决上述问题的有效办法。

  DS18B20是Dallas公司生产的数字温度传感器,具有体积小、适用电压宽、经济灵活的特点。它内部使用了onboard专利技术,全部传感元件及转换电路集成在一个形如三极管的集成电路内。DS18B20有电源线、地线及数据线3根引脚线,工作电压范围为3~5.5 V,支持单总线接口。

  准确的温度测量是很多嵌入式系统中重要的一点。在Linux操作系统下使用数字温度传感器DS18B20,不仅可以得到高精度的温度测量值,而且硬件简单可靠。

  1Linux的设备驱动程序

  在Linux中,驱动程序是内核的一部分,它屏蔽了硬件细节,是整个操作系统的基础。驱动程序与Linux内核结合有两种方式:在编译内核时,静态地链接进内核;在系统运行时,以模块加载的方式加载进内核。

  驱动的对象是存储器和外设。Linux将存储器和外设分为3个基础类:字符设备、块设备、网络设备。字符设备是指必须以串行顺序依次进行访问的设备,不需要经过系统的快速缓冲;而块设备要经过系统的快速缓冲,可以任意顺序进行访问,以块为单位进行操作。字符设备和块设备并没有严格的界限,有些设备(如Flash)既可看作字符设备,也可作为块设备来访问。网络设备面向数据包的接收和发送而设计,并不对应于文件系统节点。内核与网络设备的通信方式完全不同于内核与字符设备、块设备的通信方式。

  DS18B20是单总线温度传感器,主机只能以“位”为单位对其进行访问。因此,在Linux系统中,将DS18B20作为一种典型的字符设备来访问。

  2 DS18B20的结构和工作原理

  2.1DS18B20的内外结构

  DS18B20的外部结构如图1所示。其中,VDD为电源输入端,DQ为数字信号输入/输出端,GND为电源地。


  DS18B20内部结构主要包括4部分:64位光刻ROM、温度传感器、非易失的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器,如图2所示。


  64位ROM中,在产品出厂前就被厂家通过光刻刻录好了64位序列号。该序列号可以看作是DS18B20的地址序列码,用来区分每一个DS18B20,从而更好地实现对现场温度的多点测量。

 图2中的暂存器是DS18B20中最重要的寄存器。暂存器由9个字节组成,各字节定义如表1所列。


  配置寄存器用于用户设置温度传感器的转换精度,其各位定义如下:


  TM位是测试模式位,用于设置DS18B20是工作模式(0)还是测试模式(1),其出厂值为0。R1、R0用于设置温度传感器的转换精度:00,分辨率为9位,转换时间为93.75ms;01,分辨率为10位,转换时间为187.5 ms;10,分辨率为11位,转换时间为375 ms;11,分辨为12位,转换时间为750 ms。R1、R0的出厂值为11。其余5位值始终为1。

  第0和第1字节为16位转换后的温度二进制值,其中前4位为符号位,其余12位为转换后的数据位(分辨率为12位)。如果温度大于0,则前4位值为0,只要将测到的数值乘上0.062 5即可得到实际温度值;如果温度小于0,则前4位为1,需将测得的数值取反加1后,再乘上0.062 5。第0和第1字节各位的二进制值如下:


  2.2 DS18B20的应用电路结构

  按DS18B20的供电方式,其应用电路结构可分为如下3种:寄生电源供电方式;寄生电源强上拉供电方式;外部电源供电方式。实际应用中,以外部电源供电方式为主。其应用原理图如图3所示。

 2.3DS18B20的工作原理

  根据DS18B20的通信协议,MCU对其操作主要有如下3个步骤:读写之前,对DS18B20发送约500 μs的低电平进行复位;复位成功,发送ROM指令;发送RAM指令。MCU对DS18B20的具体操作流程如图4所示。

  3Linux的DS18B20驱动程序实现

  选取mini2440开发板为硬件平台(主芯片为Samsung公司的S3C2440),选取Linux的最新内核Linux2.6.29为软件平台。通过mini2440的扩展接口引出GPIO口(GPBl)为数据线DQ。

  DS18B20为单总线器件,因此对其操作的时序比较严格。DS18B20驱动最终能否得以正常运行,获得实时温度值,关键在于能否正确地编写复位程序、位写程序和位读程序。

  3.1复位程序

  对DS18B20进行读写之前要对其复位初始化,以检测DS18B20的存在。复位要求MCU将数据线下拉480~960 μs,再释放数据线,等待约60 μs。若MCU接收到DS18B20发出的存在低电平,则表示复位成功。

  下面是复位程序代码:

 3.2写1字节子程序

  发送ROM和RAM指令,需向DS18B20写入数据。写1字节子程序如下:


  3.3读N字节子程序

  当温度转换完毕,需从DS18B20的RAM中读取第0和第1字节的二进制数据。

  读1字节子程序如下:


  读N字节子程序如下:

  4结论

  本文采用模块加载的方法来调试DS18B20的驱动程序。调试结果如图5所示。

  图5显示的是手离开DS18B20后温度值不断降低的情况。由显示结果可知,DS18B20驱动成功加载进了Linux2.6.29内核,能实时显示当前的温度值。

关键字:linux  温度  温度传感器  传感器

编辑:eeleader 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/gykz/2011/0519/article_6029.html
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