分布式测温中传感器时序与温度读取研究

在分布式测温系统中应用了大量的新型传感器DS18B20，DS18B20是单总线数字温度传感器其硬件接线简单，但时序非常复杂。要实现温度的正确读取，既要有对DS18B20的ROM操作命令，又有一些功能命令。这些命令的执行，既有一定顺序，又有特定含义。都需要基于数字温度传感器初始化时序、写时序和读时序，按照严格的时序配合才能完成温度正确采集与读取。因此要想正确使用单总线数字温度传感器，必须分析其时序关系，并且基于时序编制正确程序。单总线数字温度传感器时序分析与应用研究具有及其重要意义。

2．数字温度传感器时序
DS18B20与单片机只通过一条数据线连接，所以其数据的传输方式为串行方式。为了正确读取温度值，必须严格按照时序配合关系，进行程序编制。DS18B20有严格的通信协议来保证数据传输的正确性和完整性。通信协议规定了总线上的多种信号的时序。如：复位脉冲、响应脉冲、写0、写1、读0和读1等信号的时序。DS18B20是在严格的时序控制下进行正常操作的。换句话讲，就是用较为复杂的软件来换取简单的硬件接口。因此要正确使用DS18B20，就必须了解其初始化时序、写时序和读时序。

2．1 数字温度传感器初始化时序
初始化时序有时也称复位时序，它是数据线上所有传输过程的开始。整个初始化过程由主设备发出的复位脉冲和DS18B20的响应脉冲组成。在主设备初始化的过程中，主设备通过拉低数据线至少480μS ，DS18B20即认为是接收到一个初始化脉冲，接着主设备释放数据线，在数据线上上拉电阻的作用下，数据线电平被拉高，并且主设备进入接收模式。在DS18B20检测到上升沿后，延时15~60μS ，接着通过拉低总线60~240μS以产生应答脉冲。初始化时序如图2所示。图1是图2、图3和图4的线型示意图。

图1 线型示意图

图2 初始化时序

在分布式测温系统中CPU采用AT89S52，温度读取的初始化程序如下所示：
DAT BIT P1.0
INI10: SETB DAT
MOV R2, #185
INI11: CLR DAT
DJNZ R2, INI11 ; 复位脉冲时间600us
SETB DAT ; 释放数据线
MOV R2, #28
INI12: DJNZ R2, INI12 ; 等待60us
CLR C
ORL C, DAT ; 有无应答低电平
JC INI10 ; 若无应答，初始化失败
MOV R6, #40
INI13: ORL C, DAT
JC INI14 ; 数据线变高。初始化成功
DJNZ R6, INI13 ; 低电平最多240us
SJMP INI10 ; 低电平持续大于240us,失败
INI14: MOV R2, #222
INI15: DJNZ R2, INI15 ; 应答信号至少要持续480us
RET

2．2 数字温度传感器写时序
写时序包括写“0”时序和写“1”时序。写“1”时序用于主设备向DS18B20写入1，写“0”时序用于主设备向DS18B20写入0。无论是哪种写时序都至少需要60μS ，且在两次独立的写时序之间至少需要1μS的恢复时间。两种写时序均起始于主设备拉低数据线电平。对于写“1”时序，主设备在拉低数据线之后，紧接着必须在15μS之内释放数据线，由上拉电阻将数据线拉至高电平；而对于写“0”时序，在主设备拉低数据线后，只需在整个时序内保持低电平即可至少60μS。在写时序开始后的15~60μS期间内，DS18B20读取数据线电平状态。如果此期间数据线为高电平 ，则对器件写入逻辑1，否则写入逻辑0。写时序如图3所示。