单总线数字温度传感器的自动识别技术

1、单总线数字温度传感器的自动识别技术线结构和星型结构。总线结构是指在一根I/O口线上挂接若干只温度传感器，星型结构则在若干根I/O口线上分别挂接若干只温度传感器(图中虚线表示)。实际应用时考虑单总线的驱动能力、布线问题，更多地是采用星型结构，同时这种结构更容易对多个温度传感器进行出错指示、自动识别其序列号和排序。 总线结构的传感器识别 获取序列号的ROM操作命令     操作单总线数字温度传感器必须严格按规定的协议操作，即应按以下顺序操作：初始化、ROM操作命令、暂存存储器操作命令。在ROM操作命令中，有两条命令专门用于获取传感器序列号：读ROM命令(33H)和搜索

2、ROM命令(F0H)。读ROM命令只能在总线上仅有一个传感器的情况下使用。搜索ROM命令则允许总线主机使用一种“消去”处理方法来识别总线上所有的传感器序列号。搜索过程为三个步骤：读一位，读该位的补码，写所需位的值。总线主机在ROM的每一位上完成这三个步骤，在全部过程完成后，总线主机便获得一个传感器ROM的内容，其他传感器的序列号则由相应的另外一个过程来识别。具体的搜索过程为：(1)总线主机发出复位脉冲进行初始化，总线上的传感器则发出存在脉冲做出响应；(2)总线主机在单总线上发出搜索ROM命令；(3)总线主机从单总线上读一位。每一个传感器首先把它们各自ROM中的第一位放到总线上，产生“线与”，总

3、线主机读得“线与”的结果。接着每一个传感器把它们各自ROM中的第一位的补码放到总线上，总线主机再次读得“线与”的结果。总线主机根据以上读得的结果，可进行如下判断：结果为00表明总线上有传感器连着，且在此数据位上它们的值发生冲突；为01表明此数据位上它们的值均为0；为10表明此数据位上它们的值均为1；11表明总线上没有传感/TL中(两个字节的EEPROM)。使用该方法，系统可以由运行人员来维护，并减少维护工作量，但仍有缺点：需要专门的编码器，维护工作量减少得仍不够；必须是在TH/TL不使用的前提下。本文给出一种方法，只需在系统中增加一片EEPROM芯片，通过编程，可实现多个传感器的出错指示、自动

4、识别。 图1 系统电路原理图硬件设计     图1为系统电路原理图，主要由PIC单片机PIC16C63、四位LED显示器、锁存器74LS373、二-四译码器74LS139、2KB的EEPROM存储器DCM0016C、拨位开关K以及数字温度传感器DS18B20等组成。PIC系列单片机是一种采用精简指令集(RISC)、哈佛(Harvard)双总线和两级指令流水线结构的高性价比的8位嵌入式控制器，I/O口线直接驱动LED，片内有4KB的程序存储器和256B的数据存储器。可电改写的DCM0016C主要用于存储DS18B20的序列号。LED显示器用于显示各测量点的编号、温度

5、以及传感器故障时的指示。拨位开关K在系统正常运行时处于打开状态，需要更换传感器时将其拨至闭合位置，单片机调用相应的子程序进行传感器自动识别。图中数字温度传感器DS18B20的接线拓扑结构考虑了两种结构：总线结构和星型结构。总线结构是指在一根I/O口线上挂接若干只温度传感器，星型结构则在若干根I/O口线上分别挂接若干只温度传感器(图中虚线表示)。实际应用时考虑单总线的驱动能力、布线问题，更多地是采用星型结构，同时这种结构更容易对多个温度传感器进行出错指示、自动识别其序列号和排序。 总线结构的传感器识别 获取序列号的ROM操作命令     操作单总线数字温度传感器必须

6、严格按规定的协议操作，即应按以下顺序操作：初始化、ROM操作命令、暂存存储器操作命令。在ROM操作命令中，有两条命令专门用于获取传感器序列号：读ROM命令(33H)和搜索ROM命令(F0H)。读ROM命令只能在总线上仅有一个传感器的情况下使用。搜索ROM命令则允许总线主机使用一种“消去”处理方法来识别总线上所有的传感器序列号。搜索过程为三个步骤：读一位，读该位的补码，写所需位的值。总线主机在ROM的每一位上完成这三个步骤，在全部过程完成后，总线主机便获得一个传感器ROM的内容，其他传感器的序列号则由相应的另外一个过程来识别。具体的搜索过程为：(1)总线主机发出复位脉冲进行初始化，总线上的传感器

7、则发出存在脉冲做出响应；(2)总线主机在单总线上发出搜索ROM命令；(3)总线主机从单总线上读一位。每一个传感器首先把它们各自ROM中的第一位放到总线上，产生“线与”，总线主机读得“线与”的结果。接着每一个传感器把它们各自ROM中的第一位的补码放到总线上，总线主机再次读得“线与”的结果。总线主机根据以上读得的结果，可进行如下判断：结果为00表明总线上有传感器连着，且在此数据位上它们的值发生冲突；为01表明此数据位上它们的值均为0；为10表明此数据位上它们的值均为1；11表明总线上没有传感号来，若与存储在0001H0007H单元的内容相同，说明这次识别出的仍是1号传感器的序列号，不存储并接着进行

8、另一个过程，得到不同的序列号(即2号传感器的序列号)，将其存储在0008H000EH单元中。获得序列号的同时也就获得了总线上挂接传感器的个数。 由上述知，总线上挂接多个传感器时，若编制的程序不当，可能同一个传感器要被识别多次，识别时间增长。为了减少识别时间，编程时要注意“需要的位值”取值。传感器序列号的最低8位为产品代号，“需要的位值”可按对应的值给出，关键是其后的48位器件序列号的识别。这里采用了“完全二叉树”的排序思想，如图3所示。具体思路：设在K位首次发生数据位冲突，这时所有的传感器分成两类，即该位为1的传感器和为0的传感器。“需要的位值”给1，K位为1的传感器仍挂接在总线上。若接下来K

9、+M、K+N位发生数据位冲突，“需要的位值”仍分别给1，获得一个序列号。下一个过程在K、K+M位“需要的位值”仍给1，但在K+N位则给0，获得另一个传感器的序列号。第三个过程在K位仍给1，而在K+M位给0，在这条支路上继续识别。K位为1的传感器的序列号识别完后，回到K位时，“需要的位值”给0，按同样的方法识别该支路的传感器序列号。按此思路，多个传感器的序列号只需要分别识别一次。 出错指示 建立关系表后，编制好程序，系统可投入运行。读取每个测温点的温度时，需要用到“符合”ROM命令，该命令要求将关系表中的序列号取出送到总线上，只有序列号与之相符的传感器才挂接在总线上，可读取其温度。若相应的传感器

10、出错，显然不会有序列号与之相符的传感器，这时显示器显示位置编号和“FFFF”，表明该测温点的传感器出错。更换传感器后的自动识别     给8个传感器建立临时关系表，占用EEPROM存储单元地址范围为：0039H0070H，将更换后传感器的序列号存入这些单元中。当只有一个传感器出错时，临时关系表中的序列号与关系表的序列号比较，只有一个号不同，用该号取代前文所述的关系表中序列号，即存入对应的存储单元中，便完成了更换传感器后的自动识别。有两个及以上传感器出错时，若同时将这些传感器更换掉，则它们的序列号同时进入临时关系表，将无法进行排序，因此更换传感器时也要按一定的顺序进

11、行：只能一个一个更换，且位置编号小的先更换；更换一个传感器，显示器显示位置编号和“PPPP”后，再更换下一个传感器。实现该功能的子程序主要流程：(1)建立临时关系表；(2)临时关系表的内容与关系表比较。建立临时关系表子程序与建立关系表的程序基本一样，主要是存储单元地址不同。建立该表的同时也就获得了总线上挂接的传感器数，该数据决定两个表的比较次数。 星型结构的传感器识别     拓扑结构采用星型结构，如图1所示，RA0、RA1、RA2、RA3、RA4、RA5、RC0为七根单总线，分别挂接若干个传感器，以挂接8个为例，建立表2所示的关系表。 因为各单总线分别操作，它们的编程及操作和上述单总线差不多，此处不再详述。采用星型结构有一个主要优点：当七根总线上分别只有一个传感器出错