分布式測溫中傳感器時序與溫度讀取研究

在分布式測溫系統中應用了大量的新型傳感器DS18B20，DS18B20是單總線數字溫度傳感器其硬件接線簡單，但時序非常復雜。要實現溫度的正確讀取，既要有對DS18B20的ROM操作命令，又有一些功能命令。這些命令的執行，既有一定順序，又有特定含義。都需要基于數字溫度傳感器初始化時序、寫時序和讀時序，按照嚴格的時序配合才能完成溫度正確采集與讀取。因此要想正確使用單總線數字溫度傳感器，必須分析其時序關系，并且基于時序編制正確程序。單總線數字溫度傳感器時序分析與應用研究具有及其重要意義。

2．數字溫度傳感器時序
DS18B20與單片機只通過一條數據線連接，所以其數據的傳輸方式為串行方式。為了正確讀取溫度值，必須嚴格按照時序配合關系，進行程序編制。DS18B20有嚴格的通信協議來保證數據傳輸的正確性和完整性。通信協議規定了總線上的多種信號的時序。如：復位脈沖、響應脈沖、寫0、寫1、讀0和讀1等信號的時序。DS18B20是在嚴格的時序控制下進行正常操作的。換句話講，就是用較為復雜的軟件來換取簡單的硬件接口。因此要正確使用DS18B20，就必須了解其初始化時序、寫時序和讀時序。

2．1 數字溫度傳感器初始化時序
初始化時序有時也稱復位時序，它是數據線上所有傳輸過程的開始。整個初始化過程由主設備發出的復位脈沖和DS18B20的響應脈沖組成。在主設備初始化的過程中，主設備通過拉低數據線至少480μS ，DS18B20即認為是接收到一個初始化脈沖，接著主設備釋放數據線，在數據線上上拉電阻的作用下，數據線電平被拉高，并且主設備進入接收模式。在DS18B20檢測到上升沿后，延時15~60μS ，接著通過拉低總線60~240μS以產生應答脈沖。初始化時序如圖2所示。圖1是圖2、圖3和圖4的線型示意圖。

圖1 線型示意圖

圖2 初始化時序

在分布式測溫系統中CPU采用AT89S52，溫度讀取的初始化程序如下所示：
DAT BIT P1.0
INI10: SETB DAT
MOV R2, #185
INI11: CLR DAT
DJNZ R2, INI11 ; 復位脈沖時間600us
SETB DAT ; 釋放數據線
MOV R2, #28
INI12: DJNZ R2, INI12 ; 等待60us
CLR C
ORL C, DAT ; 有無應答低電平
JC INI10 ; 若無應答，初始化失敗
MOV R6, #40
INI13: ORL C, DAT
JC INI14 ; 數據線變高。初始化成功
DJNZ R6, INI13 ; 低電平最多240us
SJMP INI10 ; 低電平持續大于240us,失敗
INI14: MOV R2, #222
INI15: DJNZ R2, INI15 ; 應答信號至少要持續480us
RET

2．2 數字溫度傳感器寫時序
寫時序包括寫“0”時序和寫“1”時序。寫“1”時序用于主設備向DS18B20寫入1，寫“0”時序用于主設備向DS18B20寫入0。無論是哪種寫時序都至少需要60μS ，且在兩次獨立的寫時序之間至少需要1μS的恢復時間。兩種寫時序均起始于主設備拉低數據線電平。對于寫“1”時序，主設備在拉低數據線之后，緊接著必須在15μS之內釋放數據線，由上拉電阻將數據線拉至高電平；而對于寫“0”時序，在主設備拉低數據線后，只需在整個時序內保持低電平即可至少60μS。在寫時序開始后的15~60μS期間內，DS18B20讀取數據線電平狀態。如果此期間數據線為高電平 ，則對器件寫入邏輯1，否則寫入邏輯0。寫時序如圖3所示。