DS1820单总线(1-wire)数字温度传感器

2012-09-13 16:40:11来源: 互联网

DS1820是美国DALLAS公司生产的一种单总线(1-wire)数字温度传感器,采用1-wire总线通信协议。具有独特的单总线通信方式以及较高的测量精度,从而获得了广泛应用。参考文献[1]详细介绍了DS1820的基本原理和通信时序,提出由单片机的I/O端口模拟单总线时序来控制DS1820的方法[1]。参考文献[2]更进一步地将DS1820测量温度的分辨率由0.5 ℃提高到了0.1 ℃。将DS1820应用于不同领域,同样取得了较好的效果[3-5]。上述文献在使用DS1820时均采用微处理器作为总线主机,利用微处理器的I/O端口,用软件模拟单总线时序,实现与DS1820的通信。因为1-wire器件对总线时序要求严格,因此,为了保证与DS1820的可靠通信,微处理器需要采用关闭中断的办法,以防止操作时序被中断服务所破坏。这种方法增加了软件的设计难度,影响了系统的实时性[6]。

  VHDL作为电子设计主流硬件描述语言,采用了层次化设计方式,具有电路行为描述能力强、灵活、通用、运算速度快的特点,能够较容易地实现时序逻辑控制[7]。以数字温度传感器DS1820为例,设计一个基于VHDL的单总线控制器,实现与DS1820的通信。本文介绍的单总线控制器,有较强的可扩展性,可以连接多种单总线器件,且微处理器可以不用被迫关闭中断,满足实时性严格要求的应用。

  1 DS1820简介

  1.1 DS1820内部结构

  DS1820主要由4部分组成:64 bit光刻ROM、温度敏感器件、高速暂存存储器和温度报警触发器TH、TL。64 bit光刻ROM保存DS1820的唯一64 bit的ROM编码。高速暂存存储器包含9个连续的字节,存放测得的温度(补码)、TH和TL的拷贝、计数器余值和CRC校验等数据,其结构如图1所示。所有数据均以最低有效位在前的方式读写。

  


 

  DS1820可以采用寄生电源的方式供电,在信号线为高电平的时间周期内,把能量储存在内部电容器中,在信号线为低电平期间,由存储在电容器内的电荷供电。DS1820工作时信号线须接4.7 kΩ的上拉电阻,以保证信号线有足够的驱动能力。

  1.2 DS1820时序及工作方式

  DS1820时序如图2所示,时序波形的电平分为3种类型:主机作用的高低电平、DS1820输出的高低电平和由上拉电阻拉起的高电平(后2种情况主机释放信号线)。DS1820闲置时信号线应保持高电平。对DS1820的任何操作(读、写、复位等)都是由主机对信号线由逻辑高电平拉至低电平开始。

  

  由时序图可知,单总线的通信协议由6种信号类别组成:复位脉冲、存在脉冲、写0、写1、读0、读1。所有这些信号除了存在脉冲之外,均由总线主机产生。

  主机通过单总线对DS1820的操作必须首先由ROM操作命令之一开始。现以单总线只挂接一个DS1820,读取温度数据为例,其工作过程如下:

  (1)主机产生复位脉冲,DS1820返回响应脉冲;

  (2)主机写入Skip ROM(CCH,跳过ROM)命令,该命令为5种ROM操作命令之一;

  (3)主机写入温度转换(44H)命令;

  (4)主机再次产生复位脉冲,DS1820返回响应脉冲;

  (5)主机写入Skip ROM(CCH,跳过ROM)命令;

  (6)主机写入读暂存存储器命令(BEH);

  (7)读暂存存储器的温度数据。

  2 控制器设计

  2.1 控制器结构

  控制器结构如图3所示,控制器由4部分组成,即逻辑控制、单总线时序控制、数据缓存和计数器。逻辑控制部分用于实现与CPU的通信,D0~D7为8位双向数据线,EN为启动信号,下降沿有效。A1、A0为地址信号,其组合决定控制器的工作状态。A1A0=00,控制器对DS1820执行复位操作;A1A0=01,控制器执行写入操作;A1A0=10,控制器执行读出操作。控制器由外部提供200 kHz的时钟信号CLK,产生5 μs的计数周期,控制器以5 μs为一个时间片形成DS1820的读写时序。计数器的计数输出值控制读写周期。单总线时序控制部分的主要功能是产生单总线的读写时序,并向DS1820输出控制命令,读出DS1820测得的数字温度值及其他输出信息。

  

  2.2 读写时序的实现

  DS1820要求引脚驱动必须是漏极开路引脚,控制器用三态门与DS1820连接,如图4所示。其中ctrl为三态门控制信号,当ctrl=0时输出信号,ctrl=1时输入信号。控制器采用5 μs作为基本计时单位,可以保证DS1820时序关系有一定的余地。

  

  写字节部分VHDL代码:

  PROCESS(cq)—输出1 bit

  SIGNAL cout:STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);

  VARIABLE di:STD_LOGIC;

  BEGIN

  ctrl<=‘0’;

  IF(cq>=“0000” AND cq<=“0010”)THEN

  di:=‘0’;——拉低输出电位10 ms

  ELSIF(cq>“0010”AND cq<“1110”)THEN

  di:=rq; ——取发送移位寄存器的输出位

  ELSIF(cq>=“1110”)THEN

  di:=‘1’;cout<=cout + 1;

  END IF;

  dqo<=di;

  END PROCESS;

  PROCESS(cout) —计数

  SIGNAL f:STD_LOGIC;

  IF cout=“111” THEN

  f<=‘0’;—8位输出结束,停止计时

  ELSE f<=‘1’;

  END IF;

  END PROCESS;

  3 仿真波形

  控制器的VHDL程序在MAX+plusII平台编译通过,并获得了正确的复位、读、写时序。图5为写时序波形,写入77H字节。每次写入新的bit前,控制器将总线电平拉底10 μs。

  

  基于VHDL的嵌入式DS1820控制器,具有转换速度快、精度高、通用性好等优点。同时,嵌入软核的FPGA可以分担许多微处理器的工作,降低系统对CPU实时性的要求,也降低了软件开发的难度。本文虽然是针对DS1820设计的控制器,但由于单总线通信协议的通用性,也可以用于其他单总线器件。

关键字:DS1820  单总线  温度传感器

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2012/0913/article_16778.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
DS1820
单总线
温度传感器

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved