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帶有存儲器功能的數字溫度計-DS1624技術應用

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ID:287880 發表于 2018-3-12 19:22 | 只看該作者 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
1． DS1624基本原理
　　 DS1624是美國DALLAS公司生產的集成了測量系統和存儲器于一體的芯片。數字接口電路簡單，與I2C總線兼容，且可以使用一片控制器控制多達8片的DS1624。其數字溫度輸出達13位，精度為0.03125℃。DS1624可工作在最低2.7V電壓下，適用于低功耗應用系統。
（1）． DS1624基本特性
　　◆　無需外圍元件即可測量溫度
◆ 測量范圍為－55℃～＋125℃，精度為0.03125℃
◆ 測量溫度的結果以13位數字量（兩字節傳輸）給出
◆ 測量溫度的典型轉換時間為1秒　　　　　　　　
◆ 集成了256字節的E2PROM非易性存儲器
◆ 數據的讀出和寫入通過一個2－線（I2C）串行接口完成
◆ 采用8腳DIP或SOIC封裝，如圖2.34.1　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖2.34.1
　
（2）． 引腳描述及功能方框圖
其引腳描述如表1所示：
DS1624的功能結構圖如圖4.34.2所示：
圖4.34.2
（3）． DS1624工作原理
溫度測量
圖4.34.3是溫度測量的原理結構圖
　　　　　　　　　　　圖4.34.3　溫度測量的原理結構圖
DS1624在測量溫度時使用了獨有的在線溫度測量技術。它通過在一個由對溫度高度敏感的振蕩器決定的計數周期內對溫度低敏感的振蕩器時鐘脈沖的計數值的計算來測量溫度。DS1624在計數器中預置了一個初值,它相當于－55℃。如果計數周期結束之前計數器達到0，已預置了此初值的溫度寄存器中的數字就會增加，從而表明溫度高于－55℃。
與此同時，計數器斜坡累加電路被重新預置一個值，然后計數器重新對時鐘計數，直到計數值為0。
通過改變增加的每1℃內的計數器的計數，斜坡累加電路可以補償振蕩器的非線性誤差，以提高精度，任意溫度下計數器的值和每一斜坡累加電路的值對應的計數次數須為已知。
　　DS1624通過這些計算可以得到0.03125℃的精度，溫度輸出為13位，在發出讀溫度值請求后還會輸出兩位補償值。表2給出了所測的溫度和輸出數據的關系。這些數據可通過2線制串行口連續輸出，MSB在前，LSB在后。
表2　溫度與輸出數據關系表
溫度
數字量輸出（二進制）
數字量輸出（十六進制）
＋125℃
0111，1101，0000，0000
7D00H
＋25.0625℃
0001，1001，0001，0000
1910H
＋0.5℃
0000，0000，1000，0000
0080H
＋0℃
0000，0000，0000，0000
0000H
-0.5℃
1111，1111，1000，0000
FF80H
-25.0625℃
1110，0110，1111，0000
E6F0H
-55℃
1100，1001，0000，0000
C900H
由于數據在總線上傳輸時MSB在前，所以DS1624讀出的數據可以是一個字節(分辨率為1℃)，也可以是兩個字節，第二個字節包含的最低位為0.03125℃。
表2是13位溫度寄存器中存儲溫度值的數據格式
高八位字節　　　　　　　　　　　　　　　　　　　低八位字節
S
B14
B13
B12
B11
B10
B9
B8

B7
B6
B5
B4
B3
0
0
0
　　　　　　　　　表3　溫度值的數據存儲格式
其中 S－為符號位，當S＝0時，表示當前的測量的溫度為正的溫度；當S＝1時，表示當前的測量的溫度為負的溫度。B14－B3為當前測量的溫度值。最低三位被設置為0。
DS1624工作方式
DS1621的工作方式是由片上的配置/狀態寄存器來決定的，如表4，該寄存器的定義如下：
　　　　　　　　表4　配置/狀態寄存器格式
DONE
1
0
0
1
0
1
1SHOT
其中DONE為轉換完成位，溫度轉換結束時置1，正在進行轉換時為0；1SHOT為溫度轉換模式選擇。1SHOT為1時為單次轉換模式，DS1624在收到啟動溫度轉換命令EEH后進行一次溫度轉換。1SHOT為0時為連續轉換模式，此時DS1624將連續進行溫度轉換，并將最近一次的結果保存在溫度寄存器中。該位為非易失性的。
片內256字節存儲器操作
控制器對DS1624的存儲器編程有兩種模式：一種是字節編程模式，另一種是頁編程模式。
在字節編程模式中，主控制器發送地址和一個字節的數據到DS1624。
在主器件發出開始（START）信號以后，主器件發送寫控制字節即1001A2A1A00（其中R/W控制位為低電平“0”）。指示從接收器被尋址，DS1624接收后應答，再由主器件發送訪問存儲器指令（17H）后，DS1624接收后應答，接著由主器件發送的下一個字節字地址將被寫入到DS1624的地址指針。主器件接收到來自DS1624的另一個確認信號以后，發送數據字節，并寫入到尋址的存儲地址。DS1624再次發出確認信號，同時主器件產生停止條件STOP，啟動內部寫周期。在內部寫周期DS1624將不產生確認信號。
在頁編程模式中，如同字節寫方式，先將控制字節、訪問存儲器指令（17H）、字地址發送到DS1624，接著發N個數據字節，其中以8個字節為一個頁面。主器件發送不多于一個頁面字節的數據字節到DS1624，這些數據字節暫存在片內頁面緩存器中，在主器件發送停止信號以后寫入到存儲器。接收每一個字節以后，低位順序地址指針在內部加1。高位順序字地址保持為常數。如果主器件在產生停止條件以前要發送多于一頁字的數據，地址計數器將會循環，并且先接收到的數據將被覆蓋。像字節寫操作一樣，一旦停止條件被接收到，則內部寫周期將開始。
存儲器的讀操作
　　在這種模式下，主器件可以從DS1624的EEPROM中讀取數據。主器件在發送開始信號之后，主器件首先發送寫控制字節1001A2A1A00，主器件接收到DS1624應答之后，發送訪問存儲器的指令（17H），收到DS1624的應答之后，接著發送字地址將被被寫入到DS1624的地址指針。這時DS1624發送應答信號之后，主器件并沒有發送停止信號，而是重新發送START開始信號，接著又發送讀控制字節1001A2A1A01，主器件接收到DS1624應答之后，開始接收DS1624送出來的數據，主器件每接收完一個字節的數據之后，都要發送一個應答信號給DS1624，直到主器件發送一個非應答信號或停止條件來結束DS1624的數據發送過程。
DS1624的指令集
數據和控制信息的寫入讀出是以表5和表6所示的方式進行的。在寫入信息時，主器件輸出從器件(即DS1624)的地址，同時R/W位置0。接收到響應位后，總線上的主器件發出一個命令地址，DS1624接收此地址后，產生響應位，主器件就向它發送數據。如果要對它進行讀操作，主器件除了發出命令地址外，還要產生一個重復的啟動條件和命令字節，此時R/W位為1，讀操作開始。下面對它們的命令進行說明。
　　訪問存儲器指令［17H］：該指令是對DS1624的EEPROM進行訪問，發送該指令之后，下一個字節就是被訪問存儲器的字地址數據。
　　訪問設置寄存器指令［ACH］：如果R/W位置0，將寫入數據到設置寄存器。發出請求后，接下來的一個字節被寫入。 如果R/W位置1，將讀出存在寄存器中的值。
讀溫度值指令［AAH］：即讀出最后一個測溫結果。DS1624產生兩個字節，即為寄存器內的結果。
開始測溫指令［EEH］：此命令將開始一次溫度的測量，不需再輸入數據。在單次測量模式下，可在進行轉換的同時使DS1624保持閑置狀態。在連續模式下，將啟動連續測溫。
停止測溫指令［22H］：該命令將停止溫度的測量，不需再輸入數據。此命令可用來停止連續測溫模式。發出請求后，當前溫度測量結束，然后DS1624保持閑置狀態。直到下一個開始測溫的請求發出才繼續進行連續測量。
表5　主機對DS1624寫操作通信格式
I2C通信開始
主器件發送控制字節（DS1624地址和寫操作）
DS1624應答
主器件發送訪問DS1624的指令
DS1624應答
主器件發送的數據字節
DS1624應答
I2C通信停止
表6　主機對DS1624讀操作通信格式
I2C通信開始
主器件發送控制字節（DS1624地址和寫操作）
DS1624應答
主器件發送訪問DS1624的指令
DS1624應答
I2C通信開始
主器件發送控制字節（DS1624地址和讀操作）
DS1624應答
數據字節0
主機應答
數據字節1
主機非應答
I2C通信停止
2． 實驗任務
用一片DS1624完成本地數字溫度的測量，并通過8位數碼管顯示出測量的溫度值。其硬件電路圖如圖4.34.4所示
3． 電路原理圖
圖4.34.4
4． 系統板上硬件連線
（1）． 把“單片機系統”區域中的P0.0－P0.7用8芯排線連接到“動態數碼顯示”區域中的ABCDEFGH端子上。
（2）． 把“單片機系統”區域中的P2.0－P2.7用8芯排線連接到“動態數碼顯示”區域中的S1S2S3S4S5S6S7S8端子上。
（3）． 把DS1624芯片插入到“二線總線模塊”區域中的8腳集成座上，注意芯片不插反。
（4）． 把“二線總線模塊”區域中的PIN1 PIN2分別用導線連接到“單片機系統”區域中的P1.6和P1.7端子上。
（5）． 把“二線總線模塊”區域中的PIN4 PIN5　PIN6分別用導線連接到“電源模塊”區域中的GND端子上。
5． 程序設計內容
（1）． 由于DS1624是I2C總線結構的串行數據傳送，它只需要SDA和SCL兩根線完成數據的傳送過程。因此，我們在進行程序設計的時候，也得按著I2C協議來對DS1624芯片數據訪問。有關I2C協議參看有關資料，這里不詳述。對于AT89S51單片機本身沒有I2C硬件資源，所以必須用軟件來模擬I2C協議過程。
（2）． 要從DS1624中讀取溫度值，首先啟動DS1624的內部溫度A/D開始轉換，對應著有相應的命令用來啟動開始溫度轉換，有關DS1624的指令集參考前面的敘述。一般情況下，DS1624經過一次溫度的變換，需要經過1秒鐘左右的時間，所以等待1秒鐘后，即可讀取內部的溫度值，對于讀取的溫度值，仍然通過DS1624的指令集來完成溫度的讀取。但所有有數據的傳送過程必須遵循I2C協議。

單片機源程序如下:
  1. #include <AT89X52.H>
  2. #include <INTRINS.H>
  3. unsigned char code displaybit[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,
  4. 0xef,0xdf,0xbf,0x7f};
  5. unsigned char code displaycode[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,
  6. 0x66,0x6d,0x7d,0x07,
  7. 0x7f,0x6f,0x77,0x7c,
  8. 0x39,0x5e,0x79,0x71,0x00};
  9. 　
  10. unsigned char code dotcode[32]={0,3,6,9,12,16,19,22,
  11. 25,28,31,34,38,41,44,48,
  12. 50,53,56,59,63,66,69,72,
  13. 75,78,81,84,88,91,94,97};
  14. sbit SDA=P1^6;
  15. sbit SCL=P1^7;
  16. 　
  17. unsigned char displaybuffer[8]={0,1,2,3,4,5,6,7};
  18. unsigned char eepromdata[8];
  19. unsigned char temperdata[2];
  20. 　
  21. unsigned char timecount;
  22. unsigned char displaycount;
  23. 　
  24. bit secondflag=0;
  25. unsigned char secondcount=0;
  26. unsigned char retn;
  27. unsigned int result;
  28. unsigned char x;
  29. unsigned int k;
  30. unsigned int ks;
  31. 　
  32. void delay(void);
  33. void delay10ms(void);
  34. void i_start(void);
  35. void i_stop(void);
  36. void i_init(void);
  37. void i_ack(void);
  38. bit i_clock(void);
  39. bit i_send(unsigned char i_data);
  40. unsigned char i_receive(void);
  41. bit start_temperature_T(void);
  42. bit read_temperature_T(unsigned char *p);
  43. void delay(void)
  44. {
  45. _nop_();
  46. _nop_();
  47. _nop_();
  48. _nop_();
  49. _nop_();
  50. _nop_();
  51. }
  52. 　
  53. void delay10ms(void)
  54. {
  55. unsigned int i;
  56. for(i=0;i<1000;i++)
  57. {
  58. delay();
  59. }
  60. }
  61. 　
  62. void i_start(void)
  63. {
  64. SCL=1;
  65. delay();
  66. SDA=0;
  67. delay();
  68. SCL=0;
  69. delay();
  70. }
  71. 　
  72. void i_stop(void)
  73. {
  74. SDA=0;
  75. delay();
  76. SCL=1;
  77. delay();
  78. SDA=1;
  79. delay();
  80. SCL=0;
  81. delay();
  82. }
  83. void i_init(void)
  84. {
  85. SCL=0;
  86. i_stop();
  87. }
  88. 　
  89. void i_ack(void)
  90. {
  91. SDA=0;
  92. i_clock();
  93. SDA=1;
  94. }
  95. 　
  96. bit i_clock(void)
  97. {
  98. bit sample;
  99. 　
  100. SCL=1;
  101. delay();
  102. sample=SDA;
  103. _nop_();
  104. _nop_();
  105. SCL=0;
  106. delay();
  107. return(sample);
  108. }
  109. 　
  110. bit i_send(unsigned char i_data)
  111. {
  112. unsigned char i;
  113. 　
  114. for(i=0;i<8;i++)
  115. {
  116. SDA=(bit)(i_data & 0x80);
  117. i_data=i_data<<1;
  118. i_clock();
  119. }
  120. SDA=1;
  121. return(~i_clock());
  122. }
  123. unsigned char i_receive(void)
  124. {
  125. unsigned char i_data=0;
  126. unsigned char i;
  127. 　
  128. for(i=0;i<8;i++)
  129. {
  130. i_data*=2;
  131. if(i_clock()) i_data++;
  132. }
  133. return(i_data);
  134. }
  135. 　
  136. bit start_temperature_T(void)
  137. {
  138. i_start();
  139. if(i_send(0x90))
  140. {
  141. if(i_send(0xee))
  142. {
  143. i_stop();
  144. delay();
  145. return(1);
  146. }
  147. else
  148. {
  149. i_stop();
  150. delay();
  151. return(0);
  152. }
  153. }
  154. else
  155. {
  156. i_stop();
  157. delay();
  158. return(0);
  159. }
  160. }
  161. 　
  162. bit read_temperature_T(unsigned char *p)
  163. {
  164. i_start();
  165. if(i_send(0x90))
  166. {
  167. if(i_send(0xaa))
  168. {
  169. i_start();
  170. if(i_send(0x91))
  171. {
  172. *(p+1)=i_receive();
  173. i_ack();
  174. *p=i_receive();
  175. i_stop();
  176. delay();
  177. return(1);
  178. }
  179. else
  180. {
  181. i_stop();
  182. delay();
  183. return(0);
  184. }
  185. }
  186. else
  187. {
  188. i_stop();
  189. delay();
  190. return(0);
  191. }
  192. }
  193. else
  194. {
  195. i_stop();
  196. delay();
  197. return(0);
  198. }
  199. }
  200. 　
  201. void main(void)
  202. {
  203. P1=0xff;
  204. timecount=0;
  205. displaycount=0;
  206. TMOD=0x21;
  207. TH1=0x06;
  208. TL1=0x06;
  209. TR1=1;
  210. ET1=1;
  211. ET0=1;
  212. EA=1;
  213. 　
  214. if(start_temperature_T()) //向DS1624發送啟動A/D溫度轉換命令，成功則啟動T0定時1s。
  215. {
  216. secondflag=0;
  217. secondcount=0;
  218. TH0=55536/256;
  219. TL0=55536%256;
  220. TR0=1;
  221. }
  222. while(1)
  223. {
  224. if(secondflag==1)
  225. {
  226. secondflag=0;
  227. TR0=0;
  228. if(read_temperature_T(temperdata)) //T0定時1s時間到，讀取DS1624的溫度值
  229. {
  230. for(x=0;x<8;x++)
  231. {
  232. displaybuffer[x]=16;
  233. }
  234. x=2;
  235. result=temperdata[1]; //將讀取的溫度值進行數據處理，并送到顯示緩沖區
  236. while(result/10)
  237. {
  238. displaybuffer[x]=result%10;
  239. result=result/10;
  240. x++;
  241. }
  242. displaybuffer[x]=result;
  243. result=temperdata[0];
  244. result=result>>3;
  245. displaybuffer[0]=(dotcode[result])%10;
  246. displaybuffer[1]=(dotcode[result])/10;
  247. if(start_temperature_T()) //溫度值數據處理完畢，重新啟動DS1624開始溫度轉換
  248. {
  249. secondflag=0;
  250. secondcount=0;
  251. TH0=55536/256;
  252. TL0=55536%256;
  253. TR0=1;
  254. }
  255. }
  256. }
  257. }
  258. }
  259. void t0(void) interrupt 1 using 0 //T0用于定時1s時間到
  260. ……………………

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