单片机原理第10章-一线总线

单片机原理及程序设计 1）DS18B20内部存储器布局
第10章
18B20内部存储器布局如图10-18所示。分为两个区，
图中左边9个SRAM单元，称为暂存寄存器，括号内的数
据为18B20的上电复位值。
图右侧3个非易失性（EEPROM）存储单元。由于 TH和TL及芯片配置寄存器与18B20的工作任务有关，需 要长期保存。它们的内容（出厂值或用户设定值），决定 了图中左边暂存寄存器组中第2、3、4字节的内容。
即ROM。用于多从器件系统的识别。其数据板式如图1022所示。其中最低8位为18B20家族编码，固定为28H；接
下来是48位序列号，最高位是前56位（7字节）数据的
CRC校验值。
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6） CRC算法
DALLAS一总线器件的CRC方程统一为：
CRC X X X 1
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设“两读”结果为01，说明总线上所有器件该位
ROM码均为0，为保持器件与总线的联系，“一写”内容 0。同理，如“两读”数据为10，主机则应写1。“一写” 的“排除”功能，使每64次 “两读一写”，确定一个器 件的64位编码成为可能。
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2）ROM编码的“排除”搜索算法示例
单片机原理及程序设计 10.4.3 DS18B20的应用
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1．DS18B20命令流程
为应用好DS18B20，使用者需要具备以下条件：
（1）对DS18B20的数据手册中关于工作原理和操作 技术细节的内容有深入的理解。
（2）深入理解DS18B20的操作时序。 （3）掌握实现DS18B20各种功能的流程，并能编写 驱动程序实现其功能。
态、温度转换和数据传输的正确性等状态的判别。
DS18B20中有两个不同意义的CRC值。一个是暂存 寄存器组中的CRC值，它是寄存器组中前8个寄存器值的 CRC值，用于检验温度转换和数据传输的正确性。上电 后，该CRC值由EEPROM的值决定，见图10-18。
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另一个是18B20内部有唯一的64位激光编码，只读，
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图10-25是单片机与18B20的接口电路图。图中
18B20采用外接电源方式，其VDD端用3～5.5V电源供电。
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图10-26是18B20寄生供电方式。为此，VDD必须接
地。单片机通过I/O控制图中的MOSFET管，为18B20提 供能量。以这种寄生供电方式构成的系统，可以带更多的 一线产品，并能可达到较远的传输距离。
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Powerpoint 制作：
五邑大学信息工程学院
刘焕成
课程主讲：刘焕成
电话：0750-3299035(O)
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内容提要
第10章
一线总线时序分析及应用
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10.4 一线总线时序分析应用
代表产品是温度传感器和ID码芯片。特点如下：
（1）一线传输。数据线和串行时钟线合并，统称
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（1）工作电压范围3~5V，并可通过数据线对器件供电。 （2）温度测量范围为－55℃~+125℃。在－10℃~+85℃范围 内，保证±0.5℃的测量精度；整个测量范围内，保证±2℃的测量
精度。其测量结果可选择9位或12位转换输出。
（3）温度转换速度：12位数字转换时间为750ms。 （4）具有温度报警功能，可长期保存报警温度的设置值， 掉电不丢失。 （5）64位串行地址编码，用于系统主机对其识别与通信。
WRITE_BYTE
单片机原理及程序设计 LCALL MOV LCALL INC MOV SJMP CLR MOV DJNZ
温度上或下限值时，“S”位被置“1”。如在下一次温度转
换后，温度不超限，则“S”位被自动复位。
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4）DS18B20的芯片配置寄存器的数据格式
18B20的芯片配置寄存器的功能是确定18B20的温度 芯片配置寄存器数据格式如图10-21所示。
转换结果的位数，以实现不同测量精度和转换时间的要求，
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2. DS18B20的内部结构 18B20内部结构如图10-17所示。18B20主要由 一线接口和64位ROM、寄存器组和控制电路、温 度传感器和CRC（循环校验码产生器）等4个部分 组成。器件外部只有DQ（数据传送线）、VDD和
GND三个管脚。
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又如，温度转换值为FF5EH=1111111101011110B
求补码：0000000010100001+1=0000000010100010
则检测到的温度值为-（23+21+2-3） = -10.125℃
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3） TH和TL触发寄存器
18B20的温度报警功能是通过设置其内部TH和TL触
工作，参考的汇编程序如下：
单片机原理及程序设计 DQ EQU
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P1.1
RESULT
ORG
EQU
0000H
40H
LJMP
ORG MAIN： MOV MOV LCALL MOV
MAIN
0040H SP，#5FH R0，#RESULT INIT ；复位一总线，并检测应答 A，#0CCH
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18B20的操作一般由以下固定的步骤顺序组成：
（1）初始化18B20，包括主机发复位脉冲，18B20
应答，主机确认等。 （2）主机发ROM命令到18B20，后跟所需的数据。 （3）主机发功能命令，后跟所需的数据。 DS18B20的ROM命令流程如图10-29所示，其功能 命令流程如图10-30所示。
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单片机原理及程序设计 2）读/写时序
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18B20读/写操作是靠时间片来识别总线信息的。又
有读、写“0”和“1”时间片两种。写时间片至少要持续
60μs（但不要超过120μs），包括两个时间片中间的至少
1μs的电平转换时间。图10-28（a）为写时序，图10-28 （b）为读时序。
发寄存器实现的。他们存储用户设定的报警温度上、下限
图中的“S”位为报警标志位，当S=1时，表示被测温度超 出了设定的报警温度上或下限值。
值。TH和TL触发寄存器的数据格式相同，如图10-20所示。
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DS18B20每次完成温度转换后，与TH和TL触发寄
存器的内容进行比较，当测得的温度超出用户设定的报警
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2） 转换温度寄存器格式
DS18B20的转换温度存于其内部的转换温度寄存器
中，其格式如图10-19所示。
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当温度为负值时，输出值以补码的形式输出，表1011为典型温度的对应输出值。DS18B20上电复位时转换温
度寄存器的内容为0550H即85℃。
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单片机原理及程序设计 （3）读时序
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读数据的过程从DQ端由高向低电平跃变开始。读与
写不同于：在读时间片开始后，主机要在15μs之内完成读
进程，因为在读命令下达后，读时间片就开始了，总线状
态随18B20的输出而变化。因此，在读过程中主机要保持 DQ为低电平15μs。之后，主机要释放DQ端，总线回到高 电平状态最长时间为45μs，整个过程应在60μs之内完成。 见图10-28。
单片机原理及程序设计 5.一线总线时序分析
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（1）初始化时序
初始化时序如图10-27所示。主器件将总线拉低至少
480μs后，将总线拉成高电平，之后等待从器件的应答信
号，等待时间在15~60μs之间。正常情况下，从器件将产 生60~240μs宽的低脉冲作为应答信号，表示从器件在线， 可接收主器件的命令与读操作。
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LCALL
MOV LCALL LCALL LCALL MOV LCALL
WRITE_BYTE；发跳过ROM命令
A，#44H WRITE_BYTE INIT A，#0CCH；发跳过ROM命令 WRITE_BYTE
；发启动转换命令
DEYAY1S；延时1s待温度转换完成
MOV
LCALL
A，#0BEH ；发读存储器命令
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2．搜索ROM原理
1）搜索算法的物理基础
要在众多器件中，一个个地确定它们的64位ROM编
码，需要18B20对搜索ROM命令（F0H）有特别的反应。 事实正是如此，听到搜索广播命令后，每个18B20会向总 线输出两个数据位，前面是64位ROM编码之一，后跟此 位的“非” 。主机读到的是所有器件码的“与”值。
【例10-5】为使讨论的问题简单扼要，假设某一线
总线器件有4位ROM编码，器件具有DS18B20的功能。现 0101、1010。试描述ROM编码的“排除”搜索算法确定 它们编码的过程。 解：4个4位编码器件在总线上，需要4轮4循环“两 读一写”才能完成搜索。表10-15为一个器件编码搜索的
有4个这种器件在总线上，它们的编码分别为 0000、1111、
现的，其算法如图10-23所示。
8
5
4
（8-1）
在18B20中的循环冗余校验，是通过CRC发生器实
单片机原理及程序设计 3. DS18B20的ROM功能命令集
第10章
18B20命令集分ROM命令和功能命令两类。ROM命
令用于器件64位编码的识别、总线上器件的数量和种类； 功能命令用于实现DS18B20的功能。现将DS18B20命令集 列于表10-13中，以便在整体上掌握其指令系统。
单片机原理及程序设计 的位数及转换时间。
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图中R1、R0位的组合，确定了芯片对温度转换结果
转换结果的位数及转换时间与R1、R0的关系如表 10-12所示。
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5）DS18B20的循环冗余校验码（CRC）的意义
CRC由DS18B20的CRC发生器自动生成。借用CRC
值，用户可实现对多点温度采集系统中节点位置、工作状
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当温度为负值时，输出值以补码的形式输出，表1011为典型温度的对应输出值。DS18B20上电复位时转换温 度寄存器的内容为0550H即85℃。 例如，温度转换值为191H=0000000110010001B
则检测到的温度值为+24+23+20+2-4=25.0625℃
“两读”内容的4种组合，对搜索ROM编码所提供的信息
及分析结果如表10-14所示。
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单片机原理及程序设计 算法的物理基础之一。
第10章
“两读”内容（原码、非码、线与）的特征，是搜索
“一写”，写什么？18B20对 “一写”的内容有如 下反应：如果器件编码位与写的值相同，则继续保持与总 线的联系；否则从总线上“退出”，不再响应主机发布的 命令，直到主机进行下一次复位为止。这就是识别算法的 物理基础之二。
DQ线，为数据数输入/输出端。 （2）单主机，外围接口器件都是从器件。 （3）总线中的从器件采用器件地址编码方法。每个 器件唯一的64位串行码，用于主机对从器件识别和寻址。 （4）一线总线时序中有严格的时间参数，对时间操 作的精度要求很高。
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10.4.1 DS18B20简介
1. DS18B20的一般特性
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6. DS18B20的引脚功能及供电方式
18B20采用TO-92、8Pin SO及8Pin μSOP三种封装。 图10-24为TO-92封装器件引脚图。注意：当面对芯片的 标称平面时，最左边为1号引脚（GND）。当1、3接反时， 18B20在短时间内不会烧毁，但器件发热，不能正常读、 写。
全过程，确定总线上有一个ROM编码为0000的器件。
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3.DS18B20的51机应用程序举例
【例10-6】 DS18B20的基本功能-温度采集的用法。
设总线上只有一片一总线器件，即一片18B20。设在图825（b）中，51机用P1.0与DS18B20的DQ端相连接。并设 系统时钟频率为：fosc=12MHz。 解：在系统中若一总线上只有一个器件，可以利用 DS18B20命令，直接命令器件进行温度转换或读取温度的