DS18B20数字温度计外文资料翻译要点.pdf

南 京 理 工 大 学 毕业设计 ( 论文) 外文资料翻译 学院（系） ： 专业：机电一体化工程 姓名： 学号： 外文出处：from internet 附件： 1. 外文资料翻译译文；2. 外文原文。 指导教师评语： 该外文资料贴近本次毕业设计主题，有一定的权威性，翻译的 较全面，符合外文资料翻译要求。 签名： 2014 年 5 月 附件 1：外文资料翻译译文 DS18B20 数字温度计 描述 DS18B20 数字温度计提供 9 至 12 位温度读数，指示器件的温度。 信息经过单线接口送入DS18B20 或送出，因此从中央处理器到DS18B20 仅需连接一条 （和地） 。读、写和完成温度变换所需的电源可以有数据线本身提供，而不需要外部电源。 因为每一个 DS18B20 有唯一的系列号，因此多个DS18B20 可以存在于同一条单线总线 上。这允许在许多不同的地方放置温度灵敏器件。此特性的应用范围包括HVAC 环境控制， 建筑物、设备或机械内的温度检测，以及过程监视和控制中的温度检测。 特性 独特的单线接口，只需一个接口引脚即可通信。 多点能力使分布式温度检测应用得以简化。 不需要外部元件。 可用数据线供电，提供3.0V 到 5.5V 的电源。 不需备份电源。 测量范围从 - 55°C 到+125°C ，等效的华氏温标范围是- 67°F 到+257°F 以 9 到 12 位数字值方式读出温度。 在 750 毫秒内把 12 位温度变换为数字。 用户可定义的，非易失性的温度警告设置。 告警搜索命令识别和寻址温度在编定的极限之外的器件（温度告警情况）。 应用范围包括恒温控制，工业系统，消费类产品，温度计或任何热敏系统。 引脚排列 引脚说明 GND 地 DQ 数字输入输出 VDD 可选的 VDD NC 不连接 详细引脚说明 综述 图 1 的方框图表示 DS18B20的主要部件。 DS18B20有三个主要的数据部件： 1）64 为 激光 ROM ，2）温度灵敏元件， 3）非易失性温度告警触发器TH和 TL。器件从单线的通信 线取得其电源，在信号线为高电平的时间周期内，把能量贮存在内部的电容器中，在单信 号线为低电平的时间期内断开此电源，直到信号线变为高电平重新接上寄生（电容）电源 为止，作为另一种可供选择的方法，DS18B20 也用外部 5V电源供电。 与 DS18B20 的通信经过一个单线接口。在单线接口情况下，在ROM 操作未定建立之前 不能使用存贮器和控制操作。主机必须首先提供五种ROM 操作命令之一： 1）读 ROM ，2） 符合 ROM ，3）搜索 ROM,4) 跳过 ROM ，5)告警搜索。 这些命令对每一个器件的64 位激光 ROM 部分进行操作。如果在单线上有许多器件，那么可以挑选出一个特定的器件，并给总线上 的主机指示存在多少器件及其类型。在成功地执行了ROM 操作序列之后，可使用贮存2 器 和控制操作。然后主机可以提供六种存贮器和操作命令之一。 一个操作命令指示DS18B20 完成温度测量。改测量的结果放入DS18B20 的高速暂存存 贮器，通过发出读暂存存储器内容的存储器操作命令可以读出此结果。每一温度告警触发 器 TH和 TL 构成一个字节的 EPROM。如果不对 DS18B20 施加告警搜索命令，这些寄存器用 作通用用户存储器。使用存储器操作命令可以写TH和 TL。对这些寄存器的读访问通过便 簮存储器。所以数据均以最低有效位在前的方式被读写。 单线总线系统 单线总线是一种具有一个总线主机和一个或若干个从机的系统。DS18B20起从机的作 用。这种总线系统的讨论分为三个题目: 硬件接法，处理顺序，以及单线信号（信号类型 与定时） 。 硬件接法 根据定义，单线总线只有一根线：这一点很重要的，即线上的第一个器件能在适当的 时间驱动该总线。为了做到这一点第一个连接到总线上的器件必须具有漏极开路或三态输 出。DS18B20的单线接口。多站总线由单线总线和多个与之相连的从属器件组成。单线总 线要求近似等于 5 k. 单线总线的空闲状态是高电平。不管任何原因，如果执行需要被挂起，那么，若要重 新恢复执行，总线必须保持在空闲状态。如果不满足这一点且总线保持在低电平时间大于 480微秒，那么总线上所有的器件均被复位。 硬件连接图 处理顺序 经过单线总线接口访问DS18B20 的协议如下： 初始化 ROM 操作命令 存贮器操作命令 处理/ 数据 初始化 单线总线上的所有处理均从初始化序列开始。初始化序列包括总线主机发出一复位脉 冲，接着由从属器件送出存在脉冲。 ROM 操作命令 一旦总线主机检测到从属器件的存在，他便可以发出器件 ROM 操作命令之一。所有 ROM 操作命令均由 8 位长，这些命令列表如下： 读 ROM 33H 此命令允许总线主机读DS18B20的 8 位产品系列编码，唯一的48 位序列号，以及8 位的 CRC 。此命令只能在总线上仅有一个DS18B20得情况下可以使用。如果总线上存在多 于一个得从属器件，那么所有从片企图同时发送时将发生数据冲突的现象。 符合 ROM 55h 符合 ROM 命令。后继以 64 位的 ROM 数据序列， 允许总线主机对多点总线上的DS18B20 寻址。只有与 64 位 ROM 序列严格相符的 DS18B20 才能对后继的存贮器操作命令作出响应。 所有与 64 位 ROM 序列不符的从片将等待复位脉冲。此命令在总线数据上有单个或多个器 件的情况下均可使用。 跳过 ROMCCh 在单点总线系统中，此命令通过允许总线主机不提供64 位 ROM 编码而访问存储器操 作来节省时间。如果在总线上存在多于一个得从属器件而且在跳过ROM 命令之后发出读命 令，那么由于多个从片同时发送数据，会在总线上发生数据冲突 搜索 ROMF0h 当系统开始工作时，总线主机可能不知道单线总线上的器件个数或者不知道其64 位 ROM 编码。搜索 ROM 命令允许总线主机使用一种消去处理来识别总线上的所有从片的64 位 ROM 编码。 告警搜索 ECh 此命令的流程与搜索ROM 命令相同。但是，仅在最近一次温度测量出现告警的情况下， DS18B20才对此命令作出响应。告警的条件定义为温度高于TH或低于 TL。只要 DS18B20 一上电，告警条件就保持在设置状态，直到另一次温度测量告警。 ROM 搜索举例 ROM 搜索过程是简单三步过程的重复：读一位，读核位的补码，然后写所需的那一位 的值。总线主机在ROM 的每一位上完成这一简单的三步过程。在全部过程完成之后，总线 主机便知道一个器件中ROM 的内容，器件中其余的数以及他们的ROM 编码可以游另外一个 过程来识别。 以下 ROM 搜索过程的例子假设四个不同的器件连接到同一条单线总线上。四个器件的 ROM 数据如下所示： ROM1 00110101 ROM2 10101010 ROM3 11110101 ROM4 00010001 搜索过程如下： 1. 总线主机通过发出复位脉冲开始初始化序列，从属器件通过发出同时的存在脉冲作 出响应。 2. 然后总线主机在单线总线上发出搜索人ROM 命令。 3. 总线主机从单线过程中读一位。每一器件通过把他们各自ROM 数据的第一位的值放 到单线总线上来作出响应。ROM1 和 ROM4: 将把一个 0 放在单线总线上，即，把它拉至低电 平。ROM2 和 3 通过使总线停留在高电平而把1 放在单线总线上。 结果是线上所有器件的逻 辑与，因此总线主机接收到一个0. 总线主机读另一位。因此搜索ROM 数据命令正在执行， 所以单线总线上所有器件通过把各自ROM 数据第一位的补码放到单线总线上来对这第二个 读作出响应。 ROM1 和 ROM2 把 1 放在单总线上，使之处于高电平。ROM2 和 ROM3 把 0 放在 单线上，因此他将被拉至低电平。对于第一个ROM 数据位的补码总线主机观察到得仍是一 个 0. 总线主机便可决定单线总线上有一些第一位为0 的器件和一些第一位为1 的器件。 4. 总线主机写一个 0. 在这次搜索过程的其余部分，将不选择ROM2 和 ROM3 ，仅留下连 接到单线总线的 ROM1 和 ROM4 。 5. 总线主机再执行两次读，并在一个1 位之后接收到一个0 位，这表示所有还连接在 总线上的器件的第二个ROM 数据位为 0. 6. 总线主机接着写一个0，使 ROM1 和 ROM4 二者保持连接。 7. 总线主机执行两次连读，并接收到两次0 数据位。这表示连接着的器件ROM 数据的 第三位都是 1 数据位和 0 数据位。 8. 总线主机写一个数据位。这将不选择ROM1 而把 ROM4 作为唯一仍连接着的器件加以 保留。 9. 总线主机读 ROM4 的 ROM 数据位的剩余部分，而且访问需要的部件。这就完成了第 一个过程并且唯一的识别单线总线上的部件。 10. 总线主机通过重复步骤1 至 7 开始一个新的 ROM 搜索序列。 11. 总线主机写一个 1，这将不与 ROM4 发生联系，而唯一的与ROM1 仍保持着联系。 12. 总线主机对于 ROM1 读出 ROM 位的剩余部分而且， 如果需要的话，与内部逻辑通信。 这就完成了第二个ROM 搜索过程，在其中ROM 中的另一个被找到。 13. 总线主机通过重复步骤1 至 3 开始一次新的 ROM 搜索。 注意下述内容： 在第一次 ROM 搜索过程中，总线主机知道一个单线器件的唯一的ID 号。取得部件唯 一 ROM 编码的时间为： 960us+(8+3×64)us=13.16ms 因此总线主机每秒钟能够识别75 个不同的单线器件。 单片机简介 单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系 统集成到一个芯片上。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价 格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理 与结构的最佳选择。 单片机内部也用和电脑功能类似的模块，比如CPU ，内存，并行总线，还有和硬盘作 用相同的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱 也是低的，一般不超过10 元即可，用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。 我们现在用的全自动滚筒洗农机、排烟罩、VCD等等的家电里面都可以看到它的身影！它 主要是作为控制部分的核心部件。 它是一种存线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰能 力，较低的成本，这也是和离线式计算机的（比如家用PC ）的主要区别。 单片机是靠程序的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的 独特的一些功能，这是别的器件需要费很多人力气才能做到的，有些则是花人力气也很难 做到的。一个不是很复杂的功能要是用美同50 年代开发的 74 系列，或者 60 年代的 CD4000 系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大PCB板！但是如果要是用美国70 年代成 功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！只因为单片机的通过你编写的程序可以 实现高科能，高效率，以及高可靠性！ CPU( 中央处理单元 ) 是数字计算机的重要组成部分，其目的是对从内存中接收的指令 进行译码，同时对存储于内部寄存器、存储器或输入输出接口单元的数据惊醒传输、算术 运算、逻辑运算以及控制运算。在外部，CPU位转换指令数据和控制信息提供一个或多个 总线并从组件连接到它。一个微控制器出现在普通电脑的键盘和检测器中，但是这些组件 也被屏蔽。在这种微控制器中，与我们所讨论的CPU 可能不同。字长也许更短，编制数量 少，指令集有限。相对而言，性能差，但对完成任务来说足够了。最重要的是它的微控制 器的成本很低，符合成本效应。 由于单片机对成本是敏感的，所以目前占统治地位的软件还是最低级汇编语言，它是 除了二进制机器码以上最低级的语言了，既然这么低级为什么还要用呢？很多高级的语言 已经达到了可视化编程的水平为什么不用呢？原因简单，就是单片机没有家用计算机那样 的 CPU ，也没有像硬盘那样的海量存储设备。一个可视化高级语言编写的小程序里面即使 只有一个按钮，也会达到几十K 的尺寸！对于家用PC的硬盘来讲没什么，可是对于单片 机来讲是不能接受的。单片机在硬件资源方面的利用率必须很高才行，所以汇编虽然原始 却还是在大量使用。 一样的道理， 如果把巨型计算机上的操作系统和应用软件拿到家用PC 上来运行，家用 PC的也是承受不了的。 可以说，二十世纪跨越了三个“电”的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电 脑时代。不过，这种电脑，通常是指个人计算机，简称PC机。它白主机、键盘、显示器 等组成。还有一类计算机，人多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是把智能赋予各种机械 的单片机（亦称微控制器） 。顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即 可进行简单运算和控制。因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子”里。它在整个装 置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。现在，这种单片机的 使用领域已十分广泛，如科能仪表、实时T 控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种 产品。一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词 一一“智能型”，如智能型洗衣机等。现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞 出来的某些产品，不是电路太复杂，就是功能太简单且极易被仿制。究其原因，可能就卡 在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上。 附件 2：外文原文 DS18B20 Digital Thermometer DESCRIPTION The DS18B20 Digital Thermometer provides 9 to 12-bit (configurable) temperature readings which indicate the temperature of the device. Information is sent to/from the DS18B20 over a 1-Wire interface, so that only one wire (and ground) needs to be connected from a central microprocessor to a DS18B20. Power for reading, writing, and performing temperature conversions can be derived from the data line itself with no need for an external power source. Because each DS18B20 contains a unique silicon serial number, multiple DS18B20s can exist on the same 1-Wire bus. This allows for placing temperature sensors in many different places. Applications where this feature is useful include HVAC environmental controls, sensing temperatures inside buildings, equipment or machinery, and process monitoring and control. FEATURES Unique 1-Wire interface requires only one port pin for communication Multidrop capability simplifies distributed temperature sensing applications Requires no external components Can be powered from data line. Power supply range is 3.0V to 5.5V Zero standby power required Measures temperatures from -55°C to+125 °C. Fahrenheit equivalent is -67°F to +257°F Thermometer resolution is programmable from 9 to 12 bits Converts 12-bit temperature to digital word in 750 ms (max.) User-definable, nonvolatile temperature alarm settings Alarm search command identifies and addresses devices whose temperature is outside of programmed limits (temperature alarm condition) Applications include thermostatic controls, industrial systems, consumer products,thermometers, or any thermally sensitivesystem. PIN ASSIGNMENT PIN DESCRIPTION GND - Ground DQ - Data In/Out VDD - Power Supply Voltage NC - No Connect DETAILED PIN DESCRIPTION OVERVIEW The block diagram of Figure 1 shows the major components of the DS18B20. The DS18B20 has four main data components: 1) 64-bit lasered ROM, 2) temperature sensor, 3) nonvolatile temperature alarm triggers TH and TL. The device derives its power from the 1-Wire communication line by storing energy on an internal capacitor during periods of time when the signal line is high and continues to operate off this power source during the low times of the 1-Wire line until it returns high to replenish the parasite (capacitor) supply. As an alternative, the DS18B20 may also be powered from an external 3 volt - 5.5 volt supply. DS18B20 BLOCK DIAGRAM Figure 1 Communication to the DS18B20 is via a 1-Wire port. With the 1-Wire port, the memory and control functions will not be available before the ROM function protocol has been established. The master must first provide one of five ROM function commands: 1) Read ROM, 2) Match ROM, 3) Search ROM, 4) Skip ROM, or 5) Alarm Search. These commands operate on the 64-bit lasered ROM portion of each device and can single out a specific device if many are present on the 1-Wire line as well as indicate to the bus master how many and what types of devices are present. After a ROM function sequence has been successfully executed, the memory and control functions are accessible and the master may then provide any one of the six memory and control function commands. One control function command instructs the DS18B20 to perform a temperature measurement. The result of this measurement will be placed in the DS18B20 s scratch-pad memory, and may be read by issuing a memory function command which reads the contents of the scratchpad memory. The temperature alarm triggers TH and TL consist of 1 byte EEPROM each. If the alarm search command is not applied to the DS18B20, these registers may be used as general purpose user memory. The scratchpad also contains a configuration byte to set the desired resolution of the temperature to digital conversion. Writing TH, TL, and the configuration byte is done using a memory function command. Read access to these registers is through the scratchpad. All data is read and written least significant bit first. 1-WIRE BUS SYSTEM The 1-Wire bus is a system which has a single bus master and one or more slaves. The DS18B20 behaves as a slave. The discussion of this bus system is broken down into three topics: hardware configuration, transaction sequence, and 1-Wire signaling (signal types and timing). HARDWARE CONFIGURATION The 1-Wire bus has only a single line by definition; it is important that each device on the bus be able to drive it at the appropriate time. To facilitate this, each device attached to the 1-Wire bus must have open drain or 3-state outputs. The 1-Wire port of the DS18B20 (DQ pin) is open drain with an internal circuit equivalent to that shown in Figure 9. A multidrop bus consists of a 1-Wire bus with multiple slaves attached. The 1-Wire bus requires a pullup resistor of The idle state for the 1-Wire bus is high. If for any reason a transaction needs to be suspended, the bus MUST be left in the idle state if the transaction is to resume. Infinite recovery time can occur between bits so long as the 1-Wire bus is in the inactive (high) state during the recovery period. If this does not occur and the bus is left low for more than 480 s, all components on the bus will be reset. HARDWARE CONFIGURATION TRANSACTION SEQUENCE The protocol for accessing the DS18B20 via the 1-Wire port is as follows: _ Initialization _ ROM Function Command _ Memory Function Command _ Transaction/Data INITIALIZATION All transactions on the 1-Wire bus begin with an initialization sequence. The initialization sequence consists of a reset pulse transmitted by the bus master followed by presence pulse(s) transmitted by the slave(s). The presence pulse lets the bus master know that the DS18B20 is on the bus and is ready to operate. For more details, see the “1-Wire Signaling” section. ROM FUNCTION COMMANDS Once the bus master has detected a presence, it can issue one of the five ROM function commands. All ROM function commands are 8 bits long. A list of these commands follows (refer to flowchart in Figure 5) Read ROM 33h This command allows the bus master to read the DS18B20 s 8-bit family code, unique 48-bit serial number, and 8-bit CRC. This command can only be used if there is a single DS18B20 on the bus. If more than one slave is present on the bus, a data collision will occur when all slaves try to transmit at the same time (open drain will produce a wired AND result). Match ROM 55h The match ROM command, followed by a 64-bit ROM sequence, allows the bus master to address a specific DS18B20 on a multidrop bus. Only the DS18B20 that exactly matches the 64-bit ROM sequence will respond to the following memory function command. All slaves that do not match the 64-bit ROM sequence will wait for a reset pulse. This command can be used with a single or multiple devices on the bus. Skip ROM CCh This command can save time in a single drop bus system by allowing the bus master to access the memory functions without providing the 64-bit ROM code. If more than one slave is present on the bus and a Read command is issued following the Skip ROM command, data collision will occur on the bus as multiple slaves transmit simultaneously (open drain pulldowns will produce a wired AND result). Search ROM F0h When a system is initially brought up, the bus master might not know the number of devices on the 1-Wire bus or their 64-bit ROM codes. The search ROM command allows the bus master to use a process of elimination to identify the 64-bit ROM codes of all slave devices on the bus. Alarm Search ECh The flowchart of this command is identical to the Search ROM command. However, the DS18B20 will respond to this command only if an alarm condition has been encountered at the last temperature measurement. An alarm condition is defined as a temperature higher than TH or lower than TL. The alarm condition remains set as long as the DS18B20 is powered up, or until another temperature measurement reveals a non-alarming value. For alarming, the trigger values stored in EEPROM are taken into account. If an alarm condition exists and the TH or TL settings are changed, another temperature conversion should be done to validate any alarm conditions. Example of a ROM Search The ROM search process is the repetition of a simple three-step routine: read a bit, read the complement of the bit, then write the desired value of that bit. The bus master performs this simple, three-step routine on each bit of the ROM. After one complete pass, the bus master knows the contents of the ROM in one device. The remaining number of devices and their ROM codes may be identified by additional passes. The following example of the ROM search process assumes four different devices are connected to the same 1-Wire bus. The ROM data of the four devices is as shown: ROM1 00110101. ROM2 10101010. ROM3 11110101. ROM4 00010001. The search process is as follows: 1. The bus master begins the initialization sequence by issuing a reset pulse. The slave devices respond by issuing simultaneous presence pulses. 2. The bus master will then issue the Search ROM command on the 1-Wire bus. 3. The bus master reads a bit from the 1-Wire bus. Each device will respond by placing the value of the first bit of their respective ROM data onto the 1-Wire bus. ROM1 and ROM4 will place a 0 onto the 1-Wire bus, i.e., pull it low. ROM2 and ROM3 will