【国家级精品课程】《微机原理与接口技术》案例设计与分析

1、主要内容主要内容 数据采集系统设计案例数据采集系统设计案例 数字频率计设计案例数字频率计设计案例 温度测控系统设计案例温度测控系统设计案例数据采集系统设计案例数据采集系统设计案例l数据采集系统的结构数据采集系统的结构l多路模拟开关多路模拟开关l采样采样/保持器保持器lA/D转换器选择原则转换器选择原则数据采集系统的结构数据采集系统的结构集中采集式模拟输入通道结构集中采集式模拟输入通道结构传感器传感器调理电路调理电路传感器传感器调理电路调理电路调理电路调理电路A/D转换器转换器传感器传感器采样采样/保持器保持器采样采样/保持器保持器采样采样/保持器保持器控制逻辑控制逻辑A/D转换器转换器A/D转

2、换器转换器分布采集式模拟输入通道结构分布采集式模拟输入通道结构数据采集系统的结构数据采集系统的结构多路模拟开关多路模拟开关多路开关完成多路信号到一路的转换；或反向多路开关多路开关完成多路信号到一路的转换；或反向多路开关（多路分配器），完成一到多的转换。（多路分配器），完成一到多的转换。 模拟开关的主要参数：模拟开关的主要参数：接通电阻：接通电阻：RON，越小越好。，越小越好。断开电阻：断开电阻：ROFF，越大越好。，越大越好。CD4051是双向是双向8通道多路开关，输入电平范围宽，其数字通道多路开关，输入电平范围宽，其数字量信号电平幅度可为量信号电平幅度可为3V20V，模拟量信号的峰值可达，模

3、拟量信号的峰值可达20V。CD4051带有三个通道选择输入端带有三个通道选择输入端A，B，C和一个使能端和一个使能端INH，低电平有效。，低电平有效。 CD4051真值表真值表INHC B A接通通道号接通通道号0000IN00001IN10010IN20011IN30100IN40101IN50110IN60111IN71都不选通都不选通 使用使能端使用使能端INH，可以，可以方便地实现方便地实现通道数的扩通道数的扩展，用两片展，用两片CD4051可可组成组成16路的路的多路开关。多路开关。 1314 CD4051151215 324 A B C INHIN0IN1IN2IN3IN4IN5I

4、N6IN71314 CD4051151215 32 4 A B C INHIN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7D0D1D2D3OUT 2个个CD4051组成的组成的16路模拟开关路模拟开关采样采样/保持器保持器为了保证为了保证A/D转换的精度，在转换时间转换的精度，在转换时间内模拟信号应保持内模拟信号应保持不变。通常在对高频信号进行不变。通常在对高频信号进行A/D转换时，在转换时，在A/D转换器的转换器的前端加入采样前端加入采样/保持（保持（S/H）电路。）电路。采样采样/保持电路有采样和保持两种状态，其原理如图所示。保持电路有采样和保持两种状态，其原理如图所示。电容电容CH为保持

5、电容，运放为保持电容，运放A1和和A2都接成跟随器，其运行状都接成跟随器，其运行状态由方式控制输入端来决定。态由方式控制输入端来决定。S方式控制方式控制输出输出A1A2CH输入输入在采样状态下，在采样状态下，S闭合，由于跟随器闭合，由于跟随器A1的隔离作用，输入模拟电的隔离作用，输入模拟电压以很快的速度给压以很快的速度给CH冲电，输出随输入变化。冲电，输出随输入变化。在保持状态下，在保持状态下，S打开，此时由于跟随器打开，此时由于跟随器A2的隔离作用，电容的隔离作用，电容CH两端的电压（即输出电压）将保持不变，直到新的采样命令到来两端的电压（即输出电压）将保持不变，直到新的采样命令到来为止。为

6、止。t1t2采样u0ui保持u0ut1uit采样采样/保持器的技术参数保持器的技术参数1. 孔径时间孔径时间（tAP）孔径时间是指发出保持指令到开关真正打开所需要的时间。孔径时间对孔径时间是指发出保持指令到开关真正打开所需要的时间。孔径时间对高频信号的转换精度会有影响。孔径时间一般在高频信号的转换精度会有影响。孔径时间一般在10ns20ns量级。（通量级。（通常可以忽略）常可以忽略）2. 捕捉时间捕捉时间（tAC）捕捉时间是指从开始采样至采样保持器输出达到当前输入信号的值所需捕捉时间是指从开始采样至采样保持器输出达到当前输入信号的值所需要的时间。它与保持电容器要的时间。它与保持电容器CH的值，

7、放大器的频响时间以及输入信号的的值，放大器的频响时间以及输入信号的变化幅度有关。变化幅度有关。显然，显然，A/D转换的采样时间必须大于捕捉时间，才能保证采样阶段充分转换的采样时间必须大于捕捉时间，才能保证采样阶段充分地采集到输入模拟信号。一般采样地采集到输入模拟信号。一般采样/保持电路的捕捉时间在几保持电路的捕捉时间在几us到几十到几十us之间。捕捉时间将影响信号的采样频率。之间。捕捉时间将影响信号的采样频率。3. 保持电压的下降保持电压的下降指在保持状态下，由于保持电容的漏电流和其他杂散漏电流而引起的保指在保持状态下，由于保持电容的漏电流和其他杂散漏电流而引起的保持电压的下降，其值一般在持电

8、压的下降，其值一般在0.1V/s15V/s之间。之间。外接保持电容外接保持电容CH ： 保持电容直接影响捕捉时间和保持下降率，这保持电容直接影响捕捉时间和保持下降率，这2个参个参数是相互矛盾的，所以要权衡后作出选择。数是相互矛盾的，所以要权衡后作出选择。1、电容值的大小：电容值小，捕捉时间短，可以提高采、电容值的大小：电容值小，捕捉时间短，可以提高采样频率；但保持下降速率提高，要影响转换精度。样频率；但保持下降速率提高，要影响转换精度。2、电容的材料：要选择滞后小（介质吸收小）的介质做、电容的材料：要选择滞后小（介质吸收小）的介质做成的电容器。成的电容器。最好的是聚丙烯电容，其次是聚苯乙烯、聚

9、四氟乙最好的是聚丙烯电容，其次是聚苯乙烯、聚四氟乙烯电容。烯电容。A/D转换器选择原则转换器选择原则 考虑因素：分辨率、精度、转换速度考虑因素：分辨率、精度、转换速度 （根据数据采集系统的精度指标（总的检测误差），在系统的前（根据数据采集系统的精度指标（总的检测误差），在系统的前向通道进行误差分配。）向通道进行误差分配。）系统总误差是分配在各环节上的（传感器精度、信号调节电路精系统总误差是分配在各环节上的（传感器精度、信号调节电路精度和度和A/D转换精度），根据分配在转换精度），根据分配在A/D上的误差，选择上的误差，选择A/D转换转换器的位数和精度。器的位数和精度。根据检测信号的频率（变化率

10、）及转换精度要求，确定根据检测信号的频率（变化率）及转换精度要求，确定A/D转换转换速度，以保证系统的实时性要求。对快速信号还要考虑是否要加速度，以保证系统的实时性要求。对快速信号还要考虑是否要加采采/保电路。保电路。根据环境条件选择根据环境条件选择A/D芯片的一些环境参数要求。如工作温度、芯片的一些环境参数要求。如工作温度、功耗、可靠性等。功耗、可靠性等。例如：要求设计一温度测量仪，测量范围：例如：要求设计一温度测量仪，测量范围：0100 C，经信号调理后，经信号调理后对应输出电压为对应输出电压为05V；要求测量误差要求测量误差 1 C。误差分配：误差分配：温度传感器测量误差温度传感器测量误

11、差 0.5 C；信号调理电路误差折合：信号调理电路误差折合： 0.2 C；A/D转换器的误差允许：转换器的误差允许： 0.3 C。 A/D转换器分辨率和精度的选择：转换器分辨率和精度的选择：先计算先计算0.3 C对应的电压值是对应的电压值是5000mV0.3/10015mV，所以不能用，所以不能用8位位A/D转换器（分辨率为转换器（分辨率为19.6mV），可选用），可选用10位（分辨率为位（分辨率为4.88mV）或或12位位A/D（分辨率为（分辨率为1.22mV）；精度可以选择）；精度可以选择 12LSB。数字频率计设计数字频率计设计 V/F转换与接口技术转换与接口技术频率测量原理频率测量原理

12、高频测量方法与误差分析高频测量方法与误差分析低频测量方法与误差分析低频测量方法与误差分析V/F转换与接口技术转换与接口技术 V/F转换：把模拟信号转换为与输入电压成比例的频率转换：把模拟信号转换为与输入电压成比例的频率信号。信号。 V/F转换器是把电压信号转变成频率信号的器件，具有转换器是把电压信号转变成频率信号的器件，具有良好的精度、线性和积分输入特点。良好的精度、线性和积分输入特点。 V/F转换器的应用电路简单，外围元件性能要求不高，转换器的应用电路简单，外围元件性能要求不高，适用于对采样速率要求不高的场合。适用于对采样速率要求不高的场合。频率信号与计算机接口特点频率信号与计算机接口特点接

13、口简单、占用计算机硬件资源少。对于一路模拟信号只接口简单、占用计算机硬件资源少。对于一路模拟信号只要占用一个数字输入通道。要占用一个数字输入通道。频率信号输入灵活。可输入到单片机或微处理器的任一根频率信号输入灵活。可输入到单片机或微处理器的任一根I/O线或作为计数输入或作为中断源等。线或作为计数输入或作为中断源等。抗干扰性能好。频率信号与计算机的接口很容易采用光电抗干扰性能好。频率信号与计算机的接口很容易采用光电耦合器进行光电隔离，提高系统的抗干扰能力。耦合器进行光电隔离，提高系统的抗干扰能力。便于远距离传输。它可以调制在射频信号上，进行无线传便于远距离传输。它可以调制在射频信号上，进行无线传

14、输，实现遥测。输，实现遥测。 VccVV+VCC光电耦合器光电耦合器光电耦合器的隔离作用光电耦合器的隔离作用频率信号输入通道结构频率信号输入通道结构 各种被测的物理量，通过不同类型的传感器、信号处各种被测的物理量，通过不同类型的传感器、信号处理电路等，最终转换成与被测量成比例的理电路等，最终转换成与被测量成比例的TTL电平的电平的频率信号，输入到微机应用系统。频率信号，输入到微机应用系统。 根据所选择的传感器不同，频率信号输入通道结构有根据所选择的传感器不同，频率信号输入通道结构有很大不同。很大不同。1最简频率信号输入通道结构最简频率信号输入通道结构 传感器直接把被测物理量变换成频率信号、脉冲

15、周期或脉传感器直接把被测物理量变换成频率信号、脉冲周期或脉冲数。冲数。f、T、N脉冲脉冲数字传感器数字传感器放大整形放大整形光电耦合光电耦合计算机计算机应用系统应用系统TTL电平电平f、T、N最简频率输入通道最简频率输入通道前向通道将脉冲信号通过放大整形、电路转换成前向通道将脉冲信号通过放大整形、电路转换成TTL电平的电平的频率、周期、周期数信号送入计算机应用系统中即可。经频率、周期、周期数信号送入计算机应用系统中即可。经过光电耦合后可滤掉一些干扰信号。过光电耦合后可滤掉一些干扰信号。2V/F转换频率信号输入通道结构转换频率信号输入通道结构 传感器输出的小信号经放大、调理器，再进行传感器输出的

16、小信号经放大、调理器，再进行V/F转换器转转换器转换，转换成换，转换成TTL频率信号，经光电耦合后送入计算机。频率信号，经光电耦合后送入计算机。 传感器传感器小信号小信号V、I信号信号调理器调理器V/F光电光电藕合藕合计算机计算机应用系统应用系统05VfV/F转换频率输入通道结构转换频率输入通道结构3R、L、C/F转换信号频率输入通道结构转换信号频率输入通道结构 参量传感器将被测物理量变换成参量传感器将被测物理量变换成R、L、C的变化，将这些的变化，将这些R、L、C参量接入参量接入R、L、C振荡电路或脉冲宽度调制器，则振振荡电路或脉冲宽度调制器，则振荡电路输出的频率荡电路输出的频率f或脉冲宽度

17、调制器输出的周期与相应的或脉冲宽度调制器输出的周期与相应的R、L、C成正比。成正比。参量参量R、L、C变换器变换器RLC振荡器振荡器/RLC脉宽调制器脉宽调制器放大放大整形整形光电光电耦合耦合计算机计算机应用系统应用系统R/L/Cf/TTTL电平电平R、L、C/F转换频率输入通道结构转换频率输入通道结构频率信号与单片机接口频率信号与单片机接口1脉冲信号接至计数器的输入端脉冲信号接至计数器的输入端 当脉冲信号频率较高时，可将频率信号接至计数器的当脉冲信号频率较高时，可将频率信号接至计数器的输入端，测一定时间内的脉冲数即测频。输入端，测一定时间内的脉冲数即测频。2脉冲信号接至外部中断输入端脉冲信号

18、接至外部中断输入端 当脉冲信号频率较低时，可以采用测周期法。通过测当脉冲信号频率较低时，可以采用测周期法。通过测量被测脉冲的周期，计算得到脉冲信号的频率。量被测脉冲的周期，计算得到脉冲信号的频率。3. 脉冲信号接至脉冲信号接至I/O口线口线 频率测量原理频率测量原理频率：即周期信号在单位时间（秒）内变化的次数。频率：即周期信号在单位时间（秒）内变化的次数。如测量信号为方波脉冲，则要测量的如测量信号为方波脉冲，则要测量的“频率频率”就是在单位时间就是在单位时间内检测到的脉冲数。内检测到的脉冲数。频率测量的两种方法：频率测量的两种方法： 一种是测量单位时间内的脉冲数，称为一种是测量单位时间内的脉冲

19、数，称为“直接测频法直接测频法”，适用，适用于高频信号；于高频信号； 另一种是通过精确测量待测信号的周期，计算出信号的频率，另一种是通过精确测量待测信号的周期，计算出信号的频率，称为称为“间接测频法间接测频法”，一般用于测量低频信号。，一般用于测量低频信号。高频测量方法与误差分析高频测量方法与误差分析 当信号频率较高时，通常采用直接测频法，测一定时当信号频率较高时，通常采用直接测频法，测一定时间内的脉冲数即可得到其频率。间内的脉冲数即可得到其频率。 测量过程：测量过程：如图如图1所示，在闸门时间内，对输入脉冲所示，在闸门时间内，对输入脉冲信号进行计数，即可得到其频率。若闸门开启时间为信号进行计

20、数，即可得到其频率。若闸门开启时间为T，在闸门时间内计数器的计数值为，在闸门时间内计数器的计数值为N，则待测信，则待测信号的频率为号的频率为 fx = N/T 。 假设闸门时间为假设闸门时间为1s，计数器的值为，计数器的值为1000，则待测信，则待测信号频率为号频率为1000Hz即即1kHz。高频测量方法与误差分析高频测量方法与误差分析 图1. 直接测频法 高频测量方法与误差分析高频测量方法与误差分析 直接测频法的硬件连接：直接测频法的硬件连接：频率信号接至一个计数器的输频率信号接至一个计数器的输入端。该定时器入端。该定时器/计数器工作在计数方式，用来记录外计数器工作在计数方式，用来记录外部被

21、测脉冲的个数；设置另一定时器部被测脉冲的个数；设置另一定时器/计数器工作在定计数器工作在定时方式，进行时间的定时。时方式，进行时间的定时。 如由如由T0控制定时的长度为控制定时的长度为1S，T1记录外部脉冲；在定记录外部脉冲；在定时器时器T0开始定时的同时，启动开始定时的同时，启动T1开始计数，在定时开始计数，在定时1S时间到时，关闭时间到时，关闭T1计数；然后读出计数；然后读出T1的计数值（计数的计数值（计数初值设为初值设为0），这样即可求出频率。），这样即可求出频率。高频测量方法与误差分析高频测量方法与误差分析频率测量的误差分析：频率测量的误差分析：假设计数闸门时间为假设计数闸门时间为1秒

22、，计数器是上升秒，计数器是上升沿触发计数；图沿触发计数；图2所示的情况是在闸门时间内，有所示的情况是在闸门时间内，有3个完整的脉个完整的脉冲信号，但实际有冲信号，但实际有4个上升沿，因此实际计数值是个上升沿，因此实际计数值是4，即多计了，即多计了一个脉冲。而图一个脉冲。而图3所示的情况是在闸门时间内，接近有所示的情况是在闸门时间内，接近有4个完整个完整的脉冲信号，但只有的脉冲信号，但只有3个上升沿，实际计数值是个上升沿，实际计数值是3，即少计了一，即少计了一个脉冲。个脉冲。有以上分析可知，采用计数法的频率测量误差为有以上分析可知，采用计数法的频率测量误差为1Hz。对于。对于更一般的情况，设闸门

23、时间为更一般的情况，设闸门时间为T，实际脉冲数为，实际脉冲数为N，则用测频法，则用测频法测得的实际值为测得的实际值为N1。则测量误差为：。则测量误差为：Nfff1TNT1TNTN-T1N实际实际测量高频测量方法与误差分析高频测量方法与误差分析1s脉冲信号脉冲信号123图图2 在在1s时间内，基本上是时间内，基本上是3个脉冲，但有个脉冲，但有4个上个上升沿，故计数值为升沿，故计数值为4，多计了一个。，多计了一个。1s1234图图3 在在1s时间内，基本上有时间内，基本上有4个脉冲，但只有个脉冲，但只有3个上升沿，个上升沿，故计数值为故计数值为3，少计了一个。，少计了一个。脉冲信号脉冲信号高频测量

24、方法与误差分析高频测量方法与误差分析由于计数器是在脉冲的一个边沿加由于计数器是在脉冲的一个边沿加1，在，在1秒时间内脉冲秒时间内脉冲个数都不会正好是整数个，存在多个数都不会正好是整数个，存在多1个或少个或少1个的情况，个的情况，因此频率测量的误差是因此频率测量的误差是1个脉冲；如被测脉冲的频率个脉冲；如被测脉冲的频率为为5KHz，由于脉冲计数误差为，由于脉冲计数误差为1，所以其测量误差为，所以其测量误差为= 。 对于对于16位计数器，能测量的最高频率为位计数器，能测量的最高频率为65.536KHz。通过缩短定时时间或分频外部被测脉冲，可提高测量范通过缩短定时时间或分频外部被测脉冲，可提高测量范

25、围，但是测量精度相应降低。围，但是测量精度相应降低。%2 . 050001高频测量方法与误差分析高频测量方法与误差分析 如当被测频率较低时，如如当被测频率较低时，如100Hz，由于脉冲计数误差，由于脉冲计数误差为为1测量结果为测量结果为99Hz101Hz，因此其测量误差，因此其测量误差为为 。 如被测频率为如被测频率为10Hz，由于脉冲计数误差为，由于脉冲计数误差为1测量结测量结果为果为9Hz11Hz，因此测量误差变为，因此测量误差变为1/10=10%。 因此测频法适用于测量频率较高的信号，对于低频信因此测频法适用于测量频率较高的信号，对于低频信号，误差较大。号，误差较大。%11001低频测量

26、方法与误差分析低频测量方法与误差分析当信号频率较低时，通常采用间接测频法，测量出待测信号当信号频率较低时，通常采用间接测频法，测量出待测信号的周期，再计算获得信号的频率。其测量原理如下图所示。的周期，再计算获得信号的频率。其测量原理如下图所示。定时开始定时开始停止计数，并禁止再中断停止计数，并禁止再中断中断允许中断允许第二次中断第二次中断第一次中断第一次中断中断允许中断允许定时时间内，记录的机器周期数，定时时间内，记录的机器周期数，计数误差为计数误差为1。低频测量方法与误差分析低频测量方法与误差分析可以通过中断或查询的方式检测待测信号相邻的两个下降沿，可以通过中断或查询的方式检测待测信号相邻的

27、两个下降沿，即一个周期的起始和结束位置。在周期开始时，启动定时（时即一个周期的起始和结束位置。在周期开始时，启动定时（时间常数设为间常数设为0000H）；在周期结束时，结束定时，读取定时器）；在周期结束时，结束定时，读取定时器寄存器的值即为定时时间内的脉冲数（寄存器的值即为定时时间内的脉冲数（1个脉冲为个脉冲为1个机器周个机器周期），计数误差为期），计数误差为1个脉冲。个脉冲。设系统频率为设系统频率为12MHz时，如从定时器中读出的计数值是时，如从定时器中读出的计数值是24000，即定时时间为即定时时间为24ms，定时误差为，定时误差为1uS；则频率；则频率为为 。定时误差。定时误差 几乎可以

28、忽略。几乎可以忽略。ss610241TsysT实T实TTTsys实测HZms7 .41241低频测量方法与误差分析低频测量方法与误差分析 间接测频法的硬件连接：间接测频法的硬件连接：外部脉冲直接连到中断输入端。外部脉冲直接连到中断输入端。 设置允许外部中断，下降沿引起中断。这样在第一个下设置允许外部中断，下降沿引起中断。这样在第一个下降沿到来时，申请降沿到来时，申请CPU中断，在中断服务程序中，命令中断，在中断服务程序中，命令一个定时器开始定时（定时器初值设为一个定时器开始定时（定时器初值设为0）；第二个下）；第二个下降沿到来时引起降沿到来时引起CPU中断，在中断服务程序关闭定时器，中断，在中

29、断服务程序关闭定时器，并读出定时器的计数值。根据并读出定时器的计数值。根据2个下降沿之间的定时值，个下降沿之间的定时值，就可以方便地计算出脉冲信号的周期和频率。就可以方便地计算出脉冲信号的周期和频率。测量误差分析举例测量误差分析举例例：某一脉冲信号的频率范围为例：某一脉冲信号的频率范围为10Hz5KHz，要求测频精度，要求测频精度0.2%。请设计测量方法。请设计测量方法。 解：为保证整个范围内的测量精度，对于高频率段要用测频法；对于低解：为保证整个范围内的测量精度，对于高频率段要用测频法；对于低频率段则要用测周法。频率段则要用测周法。 分界频率的确定：分界频率的确定：测频时最大误差：测频时最大

30、误差： 即即f（分界）（分界）=fmin=500Hz 即对于频率即对于频率500Hz的脉冲信号，采用测频法（定时的脉冲信号，采用测频法（定时1S），此时的最大测量误差），此时的最大测量误差是是 0.2% 。 对于频率对于频率500Hz的脉冲信号，采用测周法（周期的脉冲信号，采用测周法（周期2ms），此时最大测量误差是，此时最大测量误差是1us/2000us=0.05%。%2 . 01minfHzf500%2 . 01min脉冲信号接至脉冲信号接至I/O口线口线 对于需要不能丢失地测量到多路脉冲信号，可以将多对于需要不能丢失地测量到多路脉冲信号，可以将多个被测脉冲信号连接到多根输入口线。根据被测

31、脉冲个被测脉冲信号连接到多根输入口线。根据被测脉冲的频率范围，的频率范围，CPU定时读取各口线的状态，根据状态定时读取各口线的状态，根据状态的变化，记录得到每个脉冲信号的个数。的变化，记录得到每个脉冲信号的个数。 例如：测量例如：测量16个电表的脉冲信号，设信号的最小电平个电表的脉冲信号，设信号的最小电平宽度宽度10ms，则可以令一个定时器定时，则可以令一个定时器定时10ms，在，在10ms中断程序中，读取中断程序中，读取16根口线的状态，当某通道检根口线的状态，当某通道检测到上升沿时，则该通道脉冲数测到上升沿时，则该通道脉冲数1。 1-wire总线总线 单总线数字温度传感器单总线数字温度传感

32、器DS18B20特性特性 基于基于DS18B20的温度测控系统设计实例的温度测控系统设计实例8位校验码位校验码48位序列号位序列号8位家族码位家族码l单总线上的所有传输过程都是以初始化开始的：初始化单总线上的所有传输过程都是以初始化开始的：初始化过程由主机发出的复位脉冲和从机响应的应答脉冲组成，过程由主机发出的复位脉冲和从机响应的应答脉冲组成，应答脉冲使主机知道总线上有从机设备且准备就绪。复应答脉冲使主机知道总线上有从机设备且准备就绪。复位和应答脉冲的时间：位和应答脉冲的时间：Reset Pulse 480uSM15uST60uS60uS4T240uSPresence PulseS0SNRec

33、overy45uS3T180uSLegend:Pull UpMasterSlavel 在主机检测到应答脉冲后就可以发出在主机检测到应答脉冲后就可以发出ROM ROM 命令，这些命令与各个从命令，这些命令与各个从机设备的唯一机设备的唯一64 64 位位ROM ROM 代码相关，允许主机在单总线上连接多个代码相关，允许主机在单总线上连接多个从机设备时指定操作某个从机设备。从机设备时指定操作某个从机设备。l 允许主机能够检测到总线上有多少个从机设备及其设备类型或者有允许主机能够检测到总线上有多少个从机设备及其设备类型或者有没有设备处于报警状态。没有设备处于报警状态。l 从机设备可能支持从机设备可能支

34、持5 5 种种ROM ROM 命令，实际情况与具体型号有关。命令，实际情况与具体型号有关。l 每种命令长度为每种命令长度为8 8 位，主机在发出功能命令之前必须送出合适的位，主机在发出功能命令之前必须送出合适的ROM ROM 命令命令l搜索搜索ROMF0hROMF0hl当系统初始上电时，主机必须找出总线上所有从机设备当系统初始上电时，主机必须找出总线上所有从机设备的的ROM ROM 代码，这样主机就能够判断出从机的数目和类型；代码，这样主机就能够判断出从机的数目和类型；主机通过重复执行搜索主机通过重复执行搜索ROM ROM 命令，跟随着位数据交换以命令，跟随着位数据交换以找出总线上所有的从机设

35、备。如果总线只有一个从机设找出总线上所有的从机设备。如果总线只有一个从机设备，则可以采用读备，则可以采用读ROMROM命令来替代搜索命令来替代搜索ROM ROM 命令。命令。 在每在每次执行完搜索次执行完搜索ROM ROM 循环后主机必须返回至命令序列的第循环后主机必须返回至命令序列的第一步（初始化）。一步（初始化）。l读读ROM33h ROM33h （仅适合于单节点）（仅适合于单节点）l该命令仅适用于总线上只有一个从机设备。它允许主机直接读出从机该命令仅适用于总线上只有一个从机设备。它允许主机直接读出从机的的64 64 位位ROM ROM 代码而无须执行搜索代码而无须执行搜索ROM ROM

36、过程。如果该命令用于多节点过程。如果该命令用于多节点系统则必然发生数据冲突，因为每个从机设备都会响应该命令。系统则必然发生数据冲突，因为每个从机设备都会响应该命令。l匹配匹配ROM55hROM55hl匹配匹配ROM ROM 命令跟随命令跟随64 64 位位ROM ROM 代码，从而允许主机访问多节点系统中代码，从而允许主机访问多节点系统中某个指定的从机设备，仅当从机完全匹配某个指定的从机设备，仅当从机完全匹配64 64 位位ROM ROM 代码时才会响应代码时才会响应主机随后发出的功能命令，其它设备将处于等待复位脉冲状态。主机随后发出的功能命令，其它设备将处于等待复位脉冲状态。l跳越跳越ROM

37、CChROMCCh（仅适合于单节点）（仅适合于单节点）l主机能够采用该命令同时访问总线上的所有从机设备而无须发出任何主机能够采用该命令同时访问总线上的所有从机设备而无须发出任何ROM ROM 代码信息，例如主机通过在发出跳越代码信息，例如主机通过在发出跳越ROM ROM 命令后跟随转换温度命命令后跟随转换温度命令令44h 44h ，就可以同时命令总线上所有的，就可以同时命令总线上所有的DS18B20 DS18B20 开始转换温度，这开始转换温度，这样大大节省了主机的时间。值得注意：如果跳越样大大节省了主机的时间。值得注意：如果跳越ROMROM命令跟随的是读命令跟随的是读暂存器暂存器BEhBEh

38、的命令（包括其它读操作命令），则该命令只能应用于的命令（包括其它读操作命令），则该命令只能应用于单节点系统否则将由于多个节点都响应该命令而引起数据冲突。单节点系统否则将由于多个节点都响应该命令而引起数据冲突。l报警搜索报警搜索ECh ECh （仅少数（仅少数1-wire 1-wire 器件支持）器件支持）l除那些设置了报警标志的从机响应外，该命令除那些设置了报警标志的从机响应外，该命令的工作方式完全等同于搜索的工作方式完全等同于搜索ROM ROM 命令。该命令命令。该命令允许主机设备判断哪些从机设备发生了报警：允许主机设备判断哪些从机设备发生了报警：如最近的测量温度过高或过低等，同搜索如最近的

39、测量温度过高或过低等，同搜索ROM ROM 命令一样在完成报警搜索循环后主机必须返回命令一样在完成报警搜索循环后主机必须返回至命令序列的第一步。至命令序列的第一步。 所有的单总线器件要求采用严格的通信协议以保证数据所有的单总线器件要求采用严格的通信协议以保证数据的完整性。该协议定义了几种信号类型：的完整性。该协议定义了几种信号类型：l复位脉冲、应答脉冲复位脉冲、应答脉冲l写时隙（写写时隙（写0 0、写、写1 1 ）l读时隙（读读时隙（读0 0 、读、读1 1 ） 所有这些信号除了应答脉冲以外，都由主机发出同步信所有这些信号除了应答脉冲以外，都由主机发出同步信号，并且发送所有的命令和数据都是字节

40、的低位在前，号，并且发送所有的命令和数据都是字节的低位在前，这一点与多数串行通信格式不同（多数为字节的高位在这一点与多数串行通信格式不同（多数为字节的高位在前）前）l写时隙（写写时隙（写0 0、写、写1 1 ）l存在两种写时隙：写存在两种写时隙：写1 1 和写和写0 0。 主机采用写主机采用写1 1 时隙时隙向从机写入向从机写入1 1， 而采用写而采用写0 0 时隙向从机写入时隙向从机写入0 0。所有。所有写时隙至少需要写时隙至少需要60us60us， 且在两次独立的写时隙之间且在两次独立的写时隙之间至少需要至少需要1us 1us 的恢复时间。两种写时隙均起始于主的恢复时间。两种写时隙均起始于

41、主机拉低总线，产生写机拉低总线，产生写1 1 时隙的方式：主机在拉低总时隙的方式：主机在拉低总线后，接着必须在线后，接着必须在15us 15us 之内释放总线之内释放总线, ,由由5k 5k 上拉电上拉电阻将总线拉至高电平而产生；写阻将总线拉至高电平而产生；写0 0 时隙的方式：在时隙的方式：在主机拉低总线后，只需在整个时隙期间保持低电平主机拉低总线后，只需在整个时隙期间保持低电平即可（至少即可（至少60us60us）l在写时隙起始后在写时隙起始后15-60us 15-60us 期间，单总线器件采样总期间，单总线器件采样总线电平状态：如果在此期间采样为高电平，则逻辑线电平状态：如果在此期间采样为高电平，则逻辑1 1 被写入该器件，如果为被写入该器件，如果为0 0， 则写入逻辑则写入逻辑0 0。Write 1Write 0Read 1Read 015uS T 1usl读时隙（读读时隙（读0 0、读、读1 1 ）l单总线器件仅在主机发出读时隙时，才向主机传输数据，单总线器件仅在主机发出读时隙时，才向主机传输数据，所以在主机发出读数据命令后，必须马上产生读时隙，所以在主机发出读数据命令后，必须马上产生读时隙，以便从机能够传输数据。所有读时隙至少需