四川大學 蔣鴻宇 王勇 植涌

     引 言

     在傳統(tǒng)的溫度測量系統(tǒng)設計中,往往采用模擬技術進行設計,這樣就不可避免地遇到諸如引線誤差補償、多點測量中的切換誤差和信號調(diào)理電路的誤差等問題;而其中某一環(huán)節(jié)處理不當,就可能造成整個系統(tǒng)性能的下降。隨著現(xiàn)代科學技術的飛速發(fā)展,特別是大規(guī)模集成電路設計技術的發(fā)展,微型化、集成化、數(shù)字化正成為傳感器發(fā)展的一個重要方向「1」。美國dallas半導體公司推出的數(shù)字溫度傳感器dsl8820,具有獨特的單總線接口,僅需要占用一個通用i/o端口即可完成與微處理器的通信;在－10～＋85℃溫度范圍內(nèi)具有±0.5℃精度;用戶可編程設定9～12位的分辨率。以上特性使得dsl8820非常適用于構建高精度、多點溫度測量系統(tǒng)。

     1 dsl8b20簡介

     1.1 dsl8b20的特點

     dsl8820是美國dallas半導體公司繼dsl820之后最新推出的一種改進型智能數(shù)字溫度傳感器［2］。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比,它能夠直接讀出被測溫度,并且可根據(jù)實際要求通過編程實現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式;可以分別在93.75 ms和750 ms內(nèi)完成9位和12位的數(shù)字量;從dsl8820讀出信息或寫入dsl8820信息僅需要1根口線(單線接口)；溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線,總線身也可以向所掛接的dsl8820供電,而無需額外電源。使用dsl8820可使系統(tǒng)結構更趨簡單,可靠性更高。dsl8b20在測溫精度、轉換時間、傳輸距離、分辨率等方面較dsl820有了很大的改進。

     1.2 dsl8b20內(nèi)部結構及工作原理

     dsl8b20的內(nèi)部結構「3」如圖1所示,主要包括寄生電源電路、64位只讀存儲器(rom)和單線接口、存儲器和控制邏輯、存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存存儲器、溫度傳感器、報警上限寄存器th、報警下限寄存器tl、配置寄存器和8位crc(循環(huán)冗余校驗碼)發(fā)生器。

     dsl8b20的核心是其數(shù)字溫度傳感器,精度可以通過用戶編程配置為9、10、11和12位，其分別對應于o.5℃、o.25℃、o.125℃和o.062 5℃,可以滿足各種不同的分辨率要求。開始一次溫度轉換時,微處理器需要向dsl8b20發(fā)出convert t指令。轉換完成之后,該溫度數(shù)據(jù)存放在高速暫存存儲器的溫度寄存器中,占用2字節(jié),并且dsl8b20返回到空閑狀態(tài)。當dsl8b20采用外部供電方式時,主機可以在發(fā)送溫度轉換指令后發(fā)起一次讀時隙。若此時該dsl8820已經(jīng)完成溫度轉換,它將會返回"1",否則返回"o"。

     2 溫度測量系統(tǒng)設計

     由dsl8b20和美國microchip公司推出的pic單片機picl8f8620以及相關外圍電路組成的高精度、多點溫度測量系統(tǒng)的結構框圖如圖2所示。系統(tǒng)采用6片dsl8820構成小型溫度傳感器網(wǎng)絡,通過單線連接方式連接至微處理器的通用i/o端口rbo。其中dsl8b20的分辨率為11位模式，即0.125℃。微處理器通過單線協(xié)議與溫度傳感器網(wǎng)絡實現(xiàn)通信。微處理器獲得溫度信息后,通過特定的算法,將處理后的溫度信息通過usb口或rs485接口傳送至上位機。

     2．1 dsl8820的自動搜索算法「4」

     由于系統(tǒng)中使用了多片dsl8b20構成溫度傳感器網(wǎng)絡,因此,如何準確、有效地對每一溫度傳感器進行尋址成為該系統(tǒng)設計的一個核心問題。結合dsl8b20的實際特點和系統(tǒng)的需求,提出如下解決方案:首先利用dsl8b20的內(nèi)部報警上限寄存器(如圖1所示,以下簡稱"th寄存器")存放溫度傳感器的編號,并將其編號貼在溫度傳感器表面。由于th寄存器具有掉電不丟失數(shù)據(jù)功能,因此,便把每片dsl8b20的唯一64位注冊碼及其編號一一對應起來。這一過程需要對dsl8b20進行單獨編程。然后,將確定好編號的溫度傳感器接入單線網(wǎng)絡,利用dsl8b20特有的單線網(wǎng)絡自動搜索功能,即可搜尋到每片dsl8b20的注冊碼,再利用該注冊碼和相應的rom操作指令,即可從每片dsl8b20的th寄存器中讀出相應的設定編號,實現(xiàn)每片dsl8820的尋址功能。下面重點介紹一下該自動搜索功能。

     每片dsl8b20有唯一的64位注冊碼,存儲在只讀存儲器(rom)中,其結構如下:

     其中低8位是產(chǎn)品的工廠代碼(dsl8b20為28h),接著是每個器件的唯一序號,共48位,最高8位是前56位的循環(huán)冗余校驗碼。這就準許總線主機對總線上特定的dsl8b20進行尋址。只有與64位注冊碼嚴格相符的dsl8b20,才能對后續(xù)的操作作出反應。所有與64位注 冊碼不符的dsl8b20將等待復位脈沖。

     搜索算法首先通過復位和在線應答脈沖時隙將單線總線上的所有dsl8b20復位。成功地執(zhí)行該操作后