帶有存儲器功能的數(shù)字溫度計設計
DS1624是美國DALLAS公司生產(chǎn)的集成了測量系統(tǒng)和存儲器于一體的芯片。數(shù)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(shù)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(tǒng)。
(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(shù)字量(兩字節(jié)傳輸)給出
◆
測量溫度的典型轉(zhuǎn)換時間為1秒
◆ 集成了256字節(jié)的E2PROM非易性存儲器
◆ 數(shù)據(jù)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(shù)周期內(nèi)對溫度低敏感的振蕩器時鐘脈沖的計數(shù)值的計算來測量溫度。DS1624在計數(shù)器中預置了一個初值,它相當于-55℃。如果計數(shù)周期結束之前計數(shù)器達到0，已預置了此初值的溫度寄存器中的數(shù)字就會增加，從而表明溫度高于-55℃。
與此同時，計數(shù)器斜坡累加電路被重新預置一個值，然后計數(shù)器重新對時鐘計數(shù)，直到計數(shù)值為0。
通過改變增加的每1℃內(nèi)的計數(shù)器的計數(shù)，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(shù)器的值和每一斜坡累加電路的值對應的計數(shù)次數(shù)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(fā)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(shù)據(jù)的關系。這些數(shù)據(jù)可通過2線制串行口連續(xù)輸出，MSB在前，LSB在后。
表2 溫度與輸出數(shù)據(jù)關系表
溫度
數(shù)字量輸出(二進制)
數(shù)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(shù)據(jù)在總線上傳輸時MSB在前，所以DS1624讀出的數(shù)據(jù)可以是一個字節(jié)(分辨率為1℃)，也可以是兩個字節(jié)，第二個字節(jié)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(shù)據(jù)格式
高八位字節(jié) 低八位字節(jié)
S
B14
B13
B12
B11
B10
B9
B8
B7
B6
B5
B4
B3
0
0
0
表3 溫度值的數(shù)據(jù)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(tài)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(tài)寄存器格式
DONE
1
0
0
1
0
1
1SHOT
其中DONE為轉(zhuǎn)換完成位，溫度轉(zhuǎn)換結束時置1，正在進行轉(zhuǎn)換時為0;1SHOT為溫度轉(zhuǎn)換模式選擇。1SHOT為1時為單次轉(zhuǎn)換模式，DS1624在收到啟動溫度轉(zhuǎn)換命令EEH后進行一次溫度轉(zhuǎn)換。1SHOT為0時為連續(xù)轉(zhuǎn)換模式，此時DS1624將連續(xù)進行溫度轉(zhuǎn)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(nèi)256字節(jié)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(jié)編程模式，另一種是頁編程模式。
在字節(jié)編程模式中，主控制器發(fā)送地址和一個字節(jié)的數(shù)據(jù)到DS1624。
在主器件發(fā)出開始(START)信號以后，主器件發(fā)送寫控制字節(jié)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(fā)送訪問存儲器指令(17H)后，DS1624接收后應答，接著由主器件發(fā)送的下一個字節(jié)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(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié)，并寫入到尋址的存儲地址。DS1624再次發(fā)出確認信號，同時主器件產(chǎn)生停止條件STOP，啟動內(nèi)部寫周期。在內(nèi)部寫周期DS1624將不產(chǎn)生確認信號。
在頁編程模式中，如同字節(jié)寫方式，先將控制字節(jié)、訪問存儲器指令(17H)、字地址發(fā)送到DS1624，接著發(fā)N個數(shù)據(jù)字節(jié)，其中以8個字節(jié)為一個頁面。主器件發(fā)送不多于一個頁面字節(jié)的數(shù)據(jù)字節(jié)到DS1624，這些數(shù)據(jù)字節(jié)暫存在片內(nèi)頁面緩存器中，在主器件發(fā)送停止信號以后寫入到存儲器。接收每一個字節(jié)以后，低位順序地址指針在內(nèi)部加1。高位順序字地址保持為常數(shù)。如果主器件在產(chǎn)生停止條件以前要發(fā)送多于一頁字的數(shù)據(jù)，地址計數(shù)器將會循環(huán)，并且先接收到的數(shù)據(jù)將被覆蓋。像字節(jié)寫操作一樣，一旦停止條件被接收到，則內(nèi)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(shù)據(jù)。主器件在發(fā)送開始信號之后，主器件首先發(fā)送寫控制字節(jié)1001A2A1A00，主器件接收到DS1624應答之后，發(fā)送訪問存儲器的指令(17H)，收到DS1624的應答之后，接著發(fā)送字地址將被被寫入到DS1624的地址指針。這時DS1624發(fā)送應答信號之后，主器件并沒有發(fā)送停止信號，而是重新發(fā)送START開始信號，接著又發(fā)送讀控制字節(jié)1001A2A1A01，主器件接收到DS1624應答之后，開始接收DS1624送出來的數(shù)據(jù)，主器件每接收完一個字節(jié)的數(shù)據(jù)之后，都要發(fā)送一個應答信號給DS1624，直到主器件發(fā)送一個非應答信號或停止條件來結束DS1624的數(shù)據(jù)發(fā)送過程。
DS1624的指令集
數(shù)據(jù)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(fā)出一個命令地址，DS1624接收此地址后，產(chǎn)生響應位，主器件就向它發(fā)送數(shù)據(jù)。如果要對它進行讀操作，主器件除了發(fā)出命令地址外，還要產(chǎn)生一個重復的啟動條件和命令字節(jié)，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(fā)送該指令之后，下一個字節(jié)就是被訪問存儲器的字地址數(shù)據(jù)。
訪問設置寄存器指令[ACH]：如果R/W位置0，將寫入數(shù)據(jù)到設置寄存器。發(fā)出請求后，接下來的一個字節(jié)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(chǎn)生兩個字節(jié)，即為寄存器內(nèi)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(shù)據(jù)。在單次測量模式下，可在進行轉(zhuǎn)換的同時使DS1624保持閑置狀態(tài)。在連續(xù)模式下，將啟動連續(xù)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(shù)據(jù)。此命令可用來停止連續(xù)測溫模式。發(fā)出請求后，當前溫度測量結束，然后DS1624保持閑置狀態(tài)。直到下一個開始測溫的請求發(fā)出才繼續(xù)進行連續(xù)測量。
表5 主機對DS1624寫操作通信格式
I2C通信開始
主器件發(fā)送控制字節(jié)(DS1624地址和寫操作)
DS1624應答
主器件發(fā)送訪問DS1624的指令
DS1624應答
主器件發(fā)送的數(shù)據(jù)字節(jié)
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(fā)送控制字節(jié)(DS1624地址和寫操作)
DS1624應答
主器件發(fā)送訪問DS1624的指令
DS1624應答
I2C通信開始
主器件發(fā)送控制字節(jié)(DS1624地址和讀操作)
DS1624應答
數(shù)據(jù)字節(jié)0
主機應答
數(shù)據(jù)字節(jié)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(shù)字溫度的測量，并通過8位數(shù)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(tǒng)板上硬件連線
(1). 把“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中的P0.0-P0.7用8芯排線連接到“動態(tài)數(shù)碼顯示”區(qū)域中的ABCDEFGH端子上。
(2). 把“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中的P2.0-P2.7用8芯排線連接到“動態(tài)數(shù)碼顯示”區(qū)域中的S1S2S3S4S5S6S7S8端子上。
(3). 把DS1624芯片插入到“二線總線模塊”區(qū)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(qū)域中的PIN1 PIN2分別用導線連接到“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中的P1.6和P1.7端子上。
(5). 把“二線總線模塊”區(qū)域中的PIN4 PIN5 PIN6分別用導線連接到“電源模塊”區(qū)域中的GND端子上。
5. 程序設計內(nèi)容
(1). 由于DS1624是I2C總線結構的串行數(shù)據(jù)傳送，它只需要SDA和SCL兩根線完成數(shù)據(jù)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(xié)議來對DS1624芯片數(shù)據(jù)訪問。有關I2C協(xié)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(xié)議過程。
(2). 要從DS1624中讀取溫度值，首先啟動DS1624的內(nèi)部溫度A/D開始轉(zhuǎn)換，對應著有相應的命令用來啟動開始溫度轉(zhuǎn)換，有關DS1624的指令集參考前面的敘述。一般情況下，DS1624經(jīng)過一次溫度的變換，需要經(jīng)過1秒鐘左右的時間，所以等待1秒鐘后，即可讀取內(nèi)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(shù)據(jù)的傳送過程必須遵循I2C協(xié)議。
6. C語言源程序
#include
#include
unsigned char code displaybit[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,
0xef,0xdf,0xbf,0x7f};
unsigned char code displaycode[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,
0x66,0x6d,0x7d,0x07,
0x7f,0x6f,0x77,0x7c,
0x39,0x5e,0x79,0x71,0x00};
unsigned char code dotcode[32]={0,3,6,9,12,16,19,22,
25,28,31,34,38,41,44,48,
50,53,56,59,63,66,69,72,
75,78,81,84,88,91,94,97};
sbit SDA=P1^6;
sbit SCL=P1^7;
unsigned char displaybuffer[8]={0,1,2,3,4,5,6,7};
unsigned char eepromdata[8];
unsigned char temperdata[2];
unsigned char timecount;
unsigned char displaycount;
bit secondflag=0;
unsigned char secondcount=0;
unsigned char retn;
unsigned int result;
unsigned char x;
unsigned int k;
unsigned int ks;
void delay(void);
void delay10ms(void);
void i_start(void);
void i_stop(void);
void i_init(void);
void i_ack(void);
bit i_clock(void);
bit i_send(unsigned char i_data);
unsigned char i_receive(void);
bit start_temperature_T(void);
bit read_temperature_T(unsigned char *p);
void delay(void)
{
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
}
void delay10ms(void)
{
unsigned int i;
for(i=0;i<1000;i++)
{
delay();
}
}
void i_start(void)
{
SCL=1;
delay();
SDA=0;
delay();
SCL=0;
delay();
}
void i_stop(void)
{
SDA=0;
delay();
SCL=1;
delay();
SDA=1;
delay();
SCL=0;
delay();
}
void i_init(void)
{
SCL=0;
i_stop();
}
void i_ack(void)
{
SDA=0;
i_clock();
SDA=1;
}
bit i_clock(void)
{
bit sample;
SCL=1;
delay();
sample=SDA;
_nop_();
_nop_();
SCL=0;
delay();
return(sample);
}
bit i_send(unsigned char i_data)
{
unsigned char i;
for(i=0;i<8;i++)
{
SDA=(bit)(i_data & 0x80);
i_data=i_data<<1;
i_clock();
}
SDA=1;
return(~i_clock());
}
unsigned char i_receive(void)
{
unsigned char i_data=0;
unsigned char i;
for(i=0;i<8;i++)
{
i_data*=2;
if(i_clock()) i_data++;
}
return(i_data);
}
bit start_temperature_T(void)
{
i_start();
if(i_send(0x90))
{
if(i_send(0xee))
{
i_stop();
delay();
return(1);
}
else
{
i_stop();
delay();
return(0);
}
}
else
{
i_stop();
delay();
return(0);
}
}
bit read_temperature_T(unsigned char *p)
{
i_start();
if(i_send(0x90))
{
if(i_send(0xaa))
{
i_start();
if(i_send(0x91))
{
*(p+1)=i_receive();
i_ack();
*p=i_receive();
i_stop();
delay();
return(1);
}
else
{
i_stop();
delay();
return(0);
}
}
else
{
i_stop();
delay();
return(0);
}
}
else
{
i_stop();
delay();
return(0);
}
}
void main(void)
{
P1=0xff;
timecount=0;
displaycount=0;
TMOD=0x21;
TH1=0x06;
TL1=0x06;
TR1=1;
ET1=1;
ET0=1;
EA=1;
if(start_temperature_T()) //向DS1624發(fā)送啟動A/D溫度轉(zhuǎn)換命令，成功則啟動T0定時1s。
{
secondflag=0;
secondcount=0;
TH0=55536/256;
TL0=55536%256;
TR0=1;
}
while(1)
{
if(secondflag==1)
{
secondflag=0;
TR0=0;
if(read_temperature_T(temperdata)) //T0定時1s時間到，讀取DS1624的溫度值
{
for(x=0;x<8;x++)
{
displaybuffer[x]=16;
}
x=2;
result=temperdata[1]; //將讀取的溫度值進行數(shù)據(jù)處理，并送到顯示緩沖區(qū)
while(result/10)
{
displaybuffer[x]=result%10;
result=result/10;
x++;
}
displaybuffer[x]=result;
result=temperdata[0];
result=result>>3;
displaybuffer[0]=(dotcode[result])%10;
displaybuffer[1]=(dotcode[result])/10;
if(start_temperature_T()) //溫度值數(shù)據(jù)處理完畢，重新啟動DS1624開始溫度轉(zhuǎn)換
{
secondflag=0;
secondcount=0;
TH0=55536/256;
TL0=55536%256;
TR0=1;
}
}
}
}
}
void t0(void) interrupt 1 using 0 //T0用于定時1s時間到
{
secondcount++;
if(secondcount==100)
{
secondcount=0;
secondflag=1;
}
TH0=55536/256;
TL0=55536%256;
}
void t1(void) interrupt 3 using 0 //T1定時1ms用數(shù)碼管的動態(tài)刷新
{
timecount++;
if(timecount==4) //T1定時1ms到
{
timecount=0;
if (displaycount==5)
{
P0=(displaycode[displaybuffer[7-displaycount]] | 0x80); //在該位同時還要顯示小數(shù)點
}
else
{
P0=displaycode[displaybuffer[7-displaycount]];
}
P2=displaybit[displaycount];
displaycount++;
if(displaycount==8)
{
displaycount=0;
}
}
}
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