溫度作為一種基本的環境因素，直接影響著工業控制、化工、醫藥、航空航天等生產工藝過程。因此如何安全、可靠、快速地取得溫度值就顯得尤為重要。隨著計算機軟件、硬件技術及集成電路工業的迅速發展，各種溫度采集技術不斷出現。這里介紹一種基于DSl8820的1一Wire總線的嵌入式測溫系統設計。
　　
　　1一Wire總線是美國Dallas公司的一項專有技術——單總線技術（1一WireBusTechnology），該技術在理論上每條總線連接的1一Wire器件數量可達248。支，適用于單主機、多從設備的系統。它與其他串行通信方式zui大的不同在于它采用單根信號線雙向傳輸數據。以其節省I／0口線資源，成本低廉，體積小，便于總線擴展和維護等優點，在串行數據通信領域占有越來越重要的地位。
　　
　　1一Wire網絡構成簡單，一般情況下只使用電源線、地線、信號線3條線，當使用寄電方式供電時只需電源／信號線和地線2根線。
　　
　　DSl8820是Dallas公司生產的一種簡便易用的數字式溫度傳感器。它體積小巧，溫度測量范圍廣（一55～+125℃），測量分辨率可選，分別為0．0625oC，0．125℃，0．25℃，0．5℃。
　　
　　1主要器件結構及工作原理
　　
　　1．1DSl8820結構及工作原理
　　
　　Dallas公司生產的DSl8820可編程單總線數據溫度傳感器共有3種封裝形式：8管腳SO封裝、8管腳μSOP封裝和3管腳TO一92封裝。該設計中為了節省空間采用3管腳的TO一92封裝，它的管腳排列圖和底視圖如圖1所示，其中GND為接地管腳，VDD為外部供電電源管腳，DQ為數據輸入／輸出管腳。　　
　　DSl8820內部結構如圖2所示，包括供電電路、64bROM、內部存儲器和存儲器控制邏輯4部分。64bROM中存儲著每個DSl8820芯片*的64位ROMID碼，這是系統用來識別DSl8820芯片的標志。其中zui低8位是DSl8820的家族碼：28H。中間48位是每片DSl8820*的串行碼。zui高8位是用前56位計算得到的循環冗余校驗碼。
　　
　　內部存儲器由9。ByteSRAM和3BE。PROM組成。SRAM中：ByteO和By是溫度寄存器，用來存儲采集到的溫度值。Byte0的內容是溫度的低8位，By是溫度的高8位。。Byte2和Byte3為高低溫警報寄存器。Byte4為配置寄存器，用來設置器件溫度采集精度。這3個字節中的值可以拷貝到E。PROM中，保證掉電后數據不會丟失，重新上電后E。PROM中的值將自動重載人SRAM中。Byte5，Byte6，Byte7保留為內部使用。Byte8存儲CRC碼。
　　
　　DSl8820有2種供電方式：寄電方式和外部供電方式。寄電方式非常適用于需要遠程溫度測量和空間受限的場合。當工作于這種方式時，管腳3必須接地?？偩€處于高電平時DSl8820通過DQ管腳從1一Wire網絡上竊取能量并存儲一部分電荷到寄電電容中，總線處于低電平時釋放寄電電容中的電荷給DSl8820供電。在寄電方式中寄電電容中存儲的電荷能滿足DSl8820大部分操作的要求，但是當執行溫度轉換和數據拷貝命令時操作電流提高到1．5mA，這將導致內部弱上拉電阻上產生不可接受的壓降，同時這個電流也高于寄電電容能夠提供的電流，所以必須外接強上拉電路以滿足這一類命令的要求。當處于外部供電方式下時則不需要外接強上拉電路，直接通過管腳3從外部供電。

　　
　　在溫度超過100℃條件時，處于寄電方式下的DSl8B20可能不能保證正常通信，所以在某些特殊場合下使用外部供電方式比寄電方式更加可靠。DSl8820是一種可編程的基于1一Wire總線標準的數字式溫度傳感器，可以通過SRAM中的配置寄存器來選擇測量分辨率，其上電默認值為12位精度，對應分辨率為0．0625℃。其他可選擇的精度包括11位、10位和9位，對應的分辨率分別為O．125℃，O．25℃，O．5℃。DSl8820上電后處于空閑狀態，可通過微處理器發送轉換命令44H來啟動1次溫度測量和A／D轉換，并將結果存儲在溫度寄存器中，此后DSl8820返回空閑狀態。如果Dsl8820處于外部供電模式，微處理器可以發送“讀時隙”來查看溫度采集轉換過程是否完畢，如果結束則應答為1，沒結束則應答為O。如果DSl8820處于寄電方式下則不能使用該功能。DSl8820的溫度數據值是以攝氏度為單位的。
　　
　　1．2DS2480B介紹及工作原理
　　
　　1一Wire通信協議可以通過微處理器上的一個I／O引腳實現，但是要創建可靠的1一Wire網絡，必須提供正確的時序和適當的輸出電壓擺率，如果1一Wire主機發送的時序不正確會導致與1一Wire從器件之間的通信間斷或*失敗，并限制網絡的長度。DS2480B是從串行接口到1一Wire網絡協議轉換的橋接器。使用這個橋接器和UART連接就能產生嚴格定時和電壓擺率控制的1一Wire波形，并能減輕主機產生1一Wire時序信號和對1一Wire總線進行采樣的負擔。Ds2480B接收指令與數據，執行1一Wire操作，并將結果返回至主機。圖3為1一Wire復位操作、寫1／讀數據操作、寫0操作的時序圖，這3種操作是1一Wire操作中必須具備的基本操作，幾乎所有的其他1一Wire操作都可以由這3種操作構成。由于該設計工作在Flexible模式下，以下提供的參數都是Flexible模式下適用的參數。

　　
　　1．2．1復位／應答時序
　　
　　DS2480B接到主機復位命令后將總線拉低512μs后釋放總線，等待2μs（短路／中斷采樣）后檢測總線上是否有短路或中斷信號，如果沒有則等待8μs（應答采樣）后檢測總線上是否有應答脈沖，再等待512μs（延遲）后向主機發送命令應答字。如果總線上有短路或中斷信號則等待4096μs后再次檢測總線。時序如圖3所示。
　　
　　1．2．2寫1／讀數據時序
　　
　　DS2480B在寫1／讀數據時序中先將總線拉低8～15μs（寫1低），3～10μs（數據采樣）數據采樣偏移后對總線采樣并讀從器件應答。再經過49μs（等待高）1／讀數據時序結束。時序圖如圖4所示。
　　
　　l.2．3寫0時序
　　
　　DS2480B的寫O時序中先將總線拉低57弘s（寫O低）然后釋放總線，3～10μs后寫0時序結束。如圖5所示。

　　
　　DS2480B可以被看作包含2個靜態和多個動態的狀態機。上電后DS2480B自動進入兩個靜態之一的命令模式。此時主機應向DS2480B發送1次復位命令，用來校準DS2480B內部的時序產生器，所有的1一Wire通信過程都必須以復位命令開始。此后DS2480B準備好接收及執行任何合法命令。在命令模式下微處理器可以改變1一Wire網絡的通信速度、供電方式、改變1一wire通信波形等。DS2480B從命令模式轉換到下一個靜態一數據模式后將從TXD管腳上收到的信息字節轉換成相應的1一Wire通信波形并將從器件返回的應答字節通過RXD管腳返回給微處理器。也就是說對1一wire從器件DSl8820的操作必須在數據模式下進行。
　　
　　2系統設計
　　
　　系統設計包括硬件設計和軟件設計2部分。
　　
　　2．1系統硬件設計
　　
　　與DS2480B橋接器一起工作的UART應支持8位字長、無奇偶校驗、9600波特率（b／s）的通信方式。該系統采用Silicon公司生產的C8051F040作為主處理器，（；8051F040有2個uART串口，且滿足橋接器對UART的要求。溫度采集轉換芯片為Dallas公司生產的DSl8820。系統原理圖如圖6所示。

　　
　　其中從C8051F040的UART到DS2480B需用1片QS3245進行3～5V的電平轉換。1一Wire總線上過多的噪聲會影響l—wire通信的正確性，為了濾除電路中的噪聲保護。DS2480B的1一Wire端口不受靜電損傷DS2480B的1一w管腳外接RC濾波電路。在本設計中只涉及到基本DS2480B操作，在需要進行EPROM編程的設計中應串接2個DS9503。
　　
　　2．2系統軟件設計
　　
　　給出的1一Wire總線驅動程序是結合圖4所述電路，以C8051F040單片機為主控制器，使用內部時鐘頻率24．5MHz編寫而成，其中包括DS24．80B復位子程序、DS2480B初始化子程序、總線復位子程序、溫度采集子程序、溫度值讀取子程序。C8051F040系統內部有64KBFLASH存儲器可以用來存儲程序代碼。C代碼設計調試工具為Silicon公司提供的單片機集成開發環境。
　　
　　控制器上電后，對自身和DS2480B進行初始化并與DS2480B取得同步。由于DS2480B中沒有晶振，它必須通過采樣主機發送的字節來調節自身的時基。主控制器在低于9600波特率條件下發送1次0字節可以產生1次復位信號。Ds2480B復位后所有參數恢復到缺省狀態，在該設計中1一Wire網絡長度在10m之內，屬于小型長度，為了取得良好的性能，選擇在“flexi—blespeed”下進行標準速度通信。對DS2480B復位和初始化是進行正確1一Wire通信的前提，當網絡中應答數據包長度或格式不正確時，也必須重新對DS2480B復位和初始化。
　　
　　所有的1一Wire操作都是從復位1一Wire總線開始的。每次采集溫度值和讀取溫度值操作前對總線進行1次復位操作，同時檢測來自總線上的從器件的在線應答脈沖。驅動程序流程圖如圖7所示，部分程序代碼如下所示：




　　
　　3結語
　　
　　介紹一種1一Wire總線嵌入式測溫系統，并給出了硬件電路及部分驅動代碼。該系統具有設計簡單，擴展方便，占用主控制器資源少，軟件控制方便易于實現自動化測試等特點，并成功應用于工程實踐中。在設計成本、費用和復雜度方面相對于CAN，RS485等總線有著*的優勢，更適合小型工控系統使用，在今后的工業應用領域中必將有著更為廣闊的空間。