基于DS28EA00的单总线测温系统设计

摘要：介绍了一种基于Dallas公司的新型数字温度传感器DS28EA00的单总线测温系统的设计方案。DS28EA00支持顺序检测功能，允许用户将器件在链路中的物理位置与序列号对应。采用该方案无需进行传统的ROM搜索，节省了RAM开销，进一步简化了基于单总线的应用设计。
关键词：单片机；数字温度传感器；单总线；DS28EA00

引言
    单总线技术是美国Dallas公司的一项专有技术，采用单根信号线传输数据，具有节省I／O口资源、结构简单、成本低、便于总线扩展和维护等诸多优点。单总线技术适用于单个主机系统控制一个或多个从机设备。Dallas公司的单总线产品中均有一个8字节只读存储器(ROM)，用于存放产品的序列号(每个芯片唯一的64位标识代码)。如图1所示，从低位起第一个字节(8位)是器件的家族代码，表示产品的分类；接下来的6个字节(48位)是每个器件唯一的ID号；最后一个字节(8位)是前56位的CRC校验码。同一种类型的器件有248个ID号码总量，确保了在总线上不会产生地址冲突。

    传统的基于单总线的测温系统采用ROM搜索的方式在线识别挂接在总线上器件的注册码和器件的类型，由此可在线确定总线上的器件数量。但是，随着挂接在总线上的单总线器件增加，搜索ROM的时间也随之增加，系统开销增大。基于此，本设计采用支持菊链模式的新型数字温度传感器芯片DS28EA00组建单总线测温网络。该方案无需进行传统的ROM搜索步骤，允许用户将器件在链路中的物理位置与序列号对应，节省了RAM开销，简化了基于单总线的应用设计。

1 DS28EA00特性分析
    DS28EA00是具有9位(0．5℃)至12位(0．062 5℃)分辨率和用户可编程非易失性(NV)上／下触发点报警功能的数字温度计。每个DS28EA 00都有工厂编程的唯一64位序列号。DS28EA00具有滞回和干扰滤波功能，使其能够在大的单总线网络中可靠工作。与其他单总线器件(例如DS18B20)不同，DS28EA00具有两个额外的引脚用以执行顺序检测功能。该特性允许用户将器件在链路中的物理位置与序列号对应，例如用来测量储存塔不同高度处的温度。如果无需顺序检测功能，这些引脚可作为通用输入或输出。

2 基于DS28EA00的测温系统的硬件连接
    采用DS28EA00的单总线测温系统硬件连接图如图2所示，主控制器采用51系列单片机，通过一个通用I／O口与单总线器件DS28EA00连接。与Dallas其他的数字温度传感器不同，DS28EA00具有两个额外的引脚PIOA和PIOB。其中，除了连接在总线上的第一个DS28EA00的PIOB接地外，其他每一个器件的PIOA均与下一个器件的PIOB相连接，最后一个DS28EAOO的PIOA悬空或接地，所有的DS28EA00采用菊链的方式互连在一起。微控制器的其他部分连接输入设备、输出设备和通信接口。

3 单总线菊链模式下的顺序检测分析
    如表1所列，在菊链模式连接方式下，DS28EA00有3种工作状态：OFF、ON和DONE。这3种状态的转换由Chain command命令控制。当接通电源后，总线上所有的DS28EA00均处于OFF状态，在该状态下顺序检测ROM命令“Conditional Read ROM”不起作用。当处于ON状态时，如果DS28EA00的PIOB引脚处于低电平状态，那么它将响应“Conditional Read ROM”命令，发送自己的ROM序列号。当发送完成后，该DS28EA00将处于DOWN状态，不再响应“Conditional Read ROM"命令，并将自己的PIOA引脚置“0”电平，使得下一个DS28EA00继续响应“Conditional Read ROM”命令，发送自己的ROM序列号，直到连接在单总线上的最后一个DS28EAOO。当微控制器把所有DS28EA00的序列号都读到后，发送Chain DOWN命令，使得总线上挂接的所有DS28EA00均回复到OFF状态。如此，便完成了对总线上所有DS28EA00的ROM检测，并且是按照顺序一个一个检测的，这使得检测的序列号与器件在链路中的物理位置相对应。如图3所示，主控制器采用Chain command命令可以使DS28EA00在3种状态间切换，当发送Chain command命令后，主控制器必须接着往总线上先写入一个字符的命令码，然后把该命令码以反码的形式再写入一遍。3个命令码3Ch、5Ah、96h分别对应状态OFF、ON和DOWN。如果菊链状态改变成功，则微控制器收到字符AAh，否则收到OOh。

4 基于DS28EA00的测温系统的软件设计
    菊链状态下利用DS28EA00进行多点测温的程序流程如图4所示，测温主要分为下面几步：

    ①首先，单片机通过I／O口发送Skip ROM命令，同时向多个DS28EA00发送信号，接在Skip ROM命令后，发送Chain ON命令，使得所有的DS28EA00均处在ON状态，此时所有从器件的PIOA／PIOB引脚都是高电平状态除了总线网络中的第一个DS28EA00，它的PIOB是接地的。
    ②主控制器发送Conditional Read ROM命令，此时菊链网络中的第一个DS28EA00将响应此命令，并发送自己的64位ROM序列号，当主控制器接收到序列号后，接着发送Chain DONE命令，把第一个DS28EA00置为DOWN状态，并且使其PIOA脚输出低电平，由于状态变为DOWN，第一个DS28EA00将不再响应ConditionalRead ROM命令。
    ③主控制器继续发送Conditional Read ROM命令，此时由于第二个DS28EA00的PIOB脚被置低电平，所以将响应该条命令，并发送自己的64位ROM序列号，当主控制器接收到序列号后，继续发送Chain DONE命令，把第二个DS28EA00也置为DOWN状态，并且使其PIOA脚输出低电平，将选通第三个DS28EA00。
    ④主控制器将重复的执行Conditional Read ROM命令，直到总线上所有的DS28EA00都完成发送ROM序列号。
    ⑤主控制器通过发送Skip ROM命令和Chain OFF命令结束顺序检测操作。
    ⑥主控制器根据读到的DS28EA00序列号，向指定的DS28EA00读取温度值。
    以下为部分测温的源程序，编程环境是Keil C。


5 小结
    本文介绍了一种基于DS28EA00的单总线测温系统的设计方案。采用Dallas公司生产的支持菊连模式的数字温度传感器DS28EA00作为基本测温元件，重点分析了菊连模式下的顺序检测过程，给出了硬件连接图及软件流程。采用该方案无需进行传统的ROM序列号搜索步骤，节省了RAM开销，简化了基于单总线测温的设计。