34． 帶有存儲(chǔ)器功能的數(shù)字溫度計(jì)

1．DS1624基本原理
DS1624是美國(guó)DALLAS公司生產(chǎn)的集成了測(cè)量系統(tǒng)和存儲(chǔ)器于一體的芯片。數(shù)字接口電路簡(jiǎn)單，與I2C總線兼容，且可以使用一片控制器控制多達(dá)8片的DS1624。其數(shù)字溫度輸出達(dá)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(yīng)用系統(tǒng)。
（1）．DS1624基本特性
◆無需外圍元件即可測(cè)量溫度
◆測(cè)量范圍為－55℃～＋125℃，精度為0.03125℃
◆測(cè)量溫度的結(jié)果以13位數(shù)字量（兩字節(jié)傳輸）給出
◆測(cè)量溫度的典型轉(zhuǎn)換時(shí)間為1秒
◆集成了256字節(jié)的E2PROM非易性存儲(chǔ)器
◆數(shù)據(jù)的讀出和寫入通過一個(gè)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(jié)構(gòu)圖如圖4.34.2所示：

圖4.34.2（3）．DS1624工作原理
溫度測(cè)量
圖4.34.3是溫度測(cè)量的原理結(jié)構(gòu)圖

圖4.34.3溫度測(cè)量的原理結(jié)構(gòu)圖
DS1624在測(cè)量溫度時(shí)使用了獨(dú)有的在線溫度測(cè)量技術(shù)。它通過在一個(gè)由對(duì)溫度高度敏感的振蕩器決定的計(jì)數(shù)周期內(nèi)對(duì)溫度低敏感的振蕩器時(shí)鐘脈沖的計(jì)數(shù)值的計(jì)算來測(cè)量溫度。DS1624在計(jì)數(shù)器中預(yù)置了一個(gè)初值,它相當(dāng)于－55℃。如果計(jì)數(shù)周期結(jié)束之前計(jì)數(shù)器達(dá)到0，已預(yù)置了此初值的溫度寄存器中的數(shù)字就會(huì)增加，從而表明溫度高于－55℃。
與此同時(shí)，計(jì)數(shù)器斜坡累加電路被重新預(yù)置一個(gè)值，然后計(jì)數(shù)器重新對(duì)時(shí)鐘計(jì)數(shù)，直到計(jì)數(shù)值為0。
通過改變?cè)黾拥拿?℃內(nèi)的計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)，斜坡累加電路可以補(bǔ)償振蕩器的非線性誤差，以提高精度，任意溫度下計(jì)數(shù)器的值和每一斜坡累加電路的值對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)次數(shù)須為已知。
DS1624通過這些計(jì)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(qǐng)求后還會(huì)輸出兩位補(bǔ)償值。表2給出了所測(cè)的溫度和輸出數(shù)據(jù)的關(guān)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(guān)系表
溫度
數(shù)字量輸出（二進(jìn)制）
數(shù)字量輸出（十六進(jìn)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(shí)MSB在前，所以DS1624讀出的數(shù)據(jù)可以是一個(gè)字節(jié)(分辨率為1℃)，也可以是兩個(gè)字節(jié)，第二個(gè)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(chǔ)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(chǔ)格式
其中S－為符號(hào)位，當(dāng)S＝0時(shí)，表示當(dāng)前的測(cè)量的溫度為正的溫度；當(dāng)S＝1時(shí)，表示當(dāng)前的測(cè)量的溫度為負(fù)的溫度。B14－B3為當(dāng)前測(cè)量的溫度值。最低三位被設(shè)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(jié)束時(shí)置1，正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)為0；1SHOT為溫度轉(zhuǎn)換模式選擇。1SHOT為1時(shí)為單次轉(zhuǎn)換模式，DS1624在收到啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換命令EEH后進(jìn)行一次溫度轉(zhuǎn)換。1SHOT為0時(shí)為連續(xù)轉(zhuǎn)換模式，此時(shí)DS1624將連續(xù)進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，并將最近一次的結(jié)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(chǔ)器操作
控制器對(duì)DS1624的存儲(chǔ)器編程有兩種模式：一種是字節(jié)編程模式，另一種是頁(yè)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(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)到DS1624。
在主器件發(fā)出開始（START）信號(hào)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(yīng)答，再由主器件發(fā)送訪問存儲(chǔ)器指令（17H）后，DS1624接收后應(yīng)答，接著由主器件發(fā)送的下一個(gè)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(gè)確認(rèn)信號(hào)以后，發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié)，并寫入到尋址的存儲(chǔ)地址。DS1624再次發(fā)出確認(rèn)信號(hào)，同時(shí)主器件產(chǎn)生停止條件STOP，啟動(dòng)內(nèi)部寫周期。在內(nèi)部寫周期DS1624將不產(chǎn)生確認(rèn)信號(hào)。
在頁(yè)編程模式中，如同字節(jié)寫方式，先將控制字節(jié)、訪問存儲(chǔ)器指令（17H）、字地址發(fā)送到DS1624，接著發(fā)N個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，其中以8個(gè)字節(jié)為一個(gè)頁(yè)面。主器件發(fā)送不多于一個(gè)頁(yè)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(yè)面緩存器中，在主器件發(fā)送停止信號(hào)以后寫入到存儲(chǔ)器。接收每一個(gè)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(yè)字的數(shù)據(jù)，地址計(jì)數(shù)器將會(huì)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(chǔ)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(hào)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(yīng)答之后，發(fā)送訪問存儲(chǔ)器的指令（17H），收到DS1624的應(yīng)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(shí)DS1624發(fā)送應(yīng)答信號(hào)之后，主器件并沒有發(fā)送停止信號(hào)，而是重新發(fā)送START開始信號(hào)，接著又發(fā)送讀控制字節(jié)1001A2A1A01，主器件接收到DS1624應(yīng)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(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)之后，都要發(fā)送一個(gè)應(yīng)答信號(hào)給DS1624，直到主器件發(fā)送一個(gè)非應(yīng)答信號(hào)或停止條件來結(jié)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(jìn)行的。在寫入信息時(shí)，主器件輸出從器件(即DS1624)的地址，同時(shí)R/W位置0。接收到響應(yīng)位后，總線上的主器件發(fā)出一個(gè)命令地址，DS1624接收此地址后，產(chǎn)生響應(yīng)位，主器件就向它發(fā)送數(shù)據(jù)。如果要對(duì)它進(jìn)行讀操作，主器件除了發(fā)出命令地址外，還要產(chǎn)生一個(gè)重復(fù)的啟動(dòng)條件和命令字節(jié)，此時(shí)R/W位為1，讀操作開始。下面對(duì)它們的命令進(jìn)行說明。
訪問存儲(chǔ)器指令［17H］：該指令是對(duì)DS1624的EEPROM進(jìn)行訪問，發(fā)送該指令之后，下一個(gè)字節(jié)就是被訪問存儲(chǔ)器的字地址數(shù)據(jù)。
訪問設(shè)置寄存器指令［ACH］：如果R/W位置0，將寫入數(shù)據(jù)到設(shè)置寄存器。發(fā)出請(qǐng)求后，接下來的一個(gè)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(gè)測(cè)溫結(jié)果。DS1624產(chǎn)生兩個(gè)字節(jié)，即為寄存器內(nèi)的結(jié)果。
開始測(cè)溫指令［EEH］：此命令將開始一次溫度的測(cè)量，不需再輸入數(shù)據(jù)。在單次測(cè)量模式下，可在進(jìn)行轉(zhuǎn)換的同時(shí)使DS1624保持閑置狀態(tài)。在連續(xù)模式下，將啟動(dòng)連續(xù)測(cè)溫。
停止測(cè)溫指令［22H］：該命令將停止溫度的測(cè)量，不需再輸入數(shù)據(jù)。此命令可用來停止連續(xù)測(cè)溫模式。發(fā)出請(qǐng)求后，當(dāng)前溫度測(cè)量結(jié)束，然后DS1624保持閑置狀態(tài)。直到下一個(gè)開始測(cè)溫的請(qǐng)求發(fā)出才繼續(xù)進(jìn)行連續(xù)測(cè)量。
表5主機(jī)對(duì)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(yīng)答主器件發(fā)送訪問DS1624的指令DS1624應(yīng)答主器件發(fā)送的數(shù)據(jù)字節(jié)DS1624應(yīng)答I2C通信停止表6主機(jī)對(duì)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(yīng)答主器件發(fā)送訪問DS1624的指令DS1624應(yīng)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(yīng)答數(shù)據(jù)字節(jié)0主機(jī)應(yīng)答數(shù)據(jù)字節(jié)1主機(jī)非應(yīng)答I2C通信停止2．實(shí)驗(yàn)任務(wù)
用一片DS1624完成本地?cái)?shù)字溫度的測(cè)量，并通過8位數(shù)碼管顯示出測(cè)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(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的P0.0－P0.7用8芯排線連接到“動(dòng)態(tài)數(shù)碼顯示”區(qū)域中的ABCDEFGH端子上。
（2）．把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的P2.0－P2.7用8芯排線連接到“動(dòng)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PIN1PIN2分別用導(dǎo)線連接到“單片機(jī)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PIN4PIN5PIN6分別用導(dǎo)線連接到“電源模塊”區(qū)域中的GND端子上。
5．程序設(shè)計(jì)內(nèi)容
（1）．由于DS1624是I2C總線結(jié)構(gòu)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?cè)谶M(jìn)行程序設(shè)計(jì)的時(shí)候，也得按著I2C協(xié)議來對(duì)DS1624芯片數(shù)據(jù)訪問。有關(guān)I2C協(xié)議參看有關(guān)資料，這里不詳述。對(duì)于AT89S51單片機(jī)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(dòng)DS1624的內(nèi)部溫度A/D開始轉(zhuǎn)換，對(duì)應(yīng)著有相應(yīng)的命令用來啟動(dòng)開始溫度轉(zhuǎn)換，有關(guān)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(shí)間，所以等待1秒鐘后，即可讀取內(nèi)部的溫度值，對(duì)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(yǔ)言源程序
#include
#include

unsignedcharcodedisplaybit[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,
0xef,0xdf,0xbf,0x7f};
unsignedcharcodedisplaycode[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,
0x66,0x6d,0x7d,0x07,
0x7f,0x6f,0x77,0x7c,
0x39,0x5e,0x79,0x71,0x00};

unsignedcharcodedotcode[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};
sbitSDA=P1^6;
sbitSCL=P1^7;
unsignedchardisplaybuffer[8]={0,1,2,3,4,5,6,7};
unsignedchareepromdata[8];
unsignedchartemperdata[2];
unsignedchartimecount;
unsignedchardisplaycount;
bitsecondflag=0;
unsignedcharsecondcount=0;
unsignedcharretn;
unsignedintresult;
unsignedcharx;
unsignedintk;
unsignedintks;
voiddelay(void);
voiddelay10ms(void);
voidi_start(void);
voidi_stop(void);
voidi_init(void);
voidi_ack(void);
biti_clock(void);
biti_send(unsignedchari_data);
unsignedchari_receive(void);
bitstart_temperature_T(void);
bitread_temperature_T(unsignedchar*p);
voiddelay(void)
{
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
}
voiddelay10ms(void)
{
unsignedinti;
for(i=0;i<1000;i++)
{
delay();
}
}
voidi_start(void)
{
SCL=1;
delay();
SDA=0;
delay();
SCL=0;
delay();
}
voidi_stop(void)
{
SDA=0;
delay();
SCL=1;
delay();
SDA=1;
delay();
SCL=0;
delay();
}
voidi_init(void)
{
SCL=0;
i_stop();
}
voidi_ack(void)
{
SDA=0;
i_clock();
SDA=1;
}
biti_clock(void)
{
bitsample;
SCL=1;
delay();
sample=SDA;
_nop_();
_nop_();
SCL=0;
delay();
return(sample);
}
biti_send(unsignedchari_data)
{
unsignedchari;
for(i=0;i<8;i++)
{
SDA=(bit)(i_data&0x80);
i_data=i_data<<1;
i_clock();
}
SDA=1;
return(~i_clock());
}
unsignedchari_receive(void)
{
unsignedchari_data=0;
unsignedchari;
for(i=0;i<8;i++)
{
i_data*=2;
if(i_clock())i_data++;
}
return(i_data);
}
bitstart_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);
}
}
bitread_temperature_T(unsignedchar*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);
}
}
voidmain(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(dòng)A/D溫度轉(zhuǎn)換命令，成功則啟動(dòng)T0定時(shí)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(shí)1s時(shí)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(jìn)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(dòng)DS1624開始溫度轉(zhuǎn)換
{
secondflag=0;
secondcount=0;
TH0=55536/256;
TL0=55536%256;
TR0=1;
}
}
}
}
}
voidt0(void)interrupt1using0//T0用于定時(shí)1s時(shí)間到
{
secondcount++;
if(secondcount==100)
{
secondcount=0;
secondflag=1;
}
TH0=55536/256;
TL0=55536%256;
}
voidt1(void)interrupt3using0//T1定時(shí)1ms用數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)刷新
{
timecount++;
if(timecount==4)//T1定時(shí)1ms到
{
timecount=0;
if(displaycount==5)
{
P0=(displaycode[displaybuffer[7-displaycount]]|0x80);//在該位同時(shí)還要顯示小數(shù)點(diǎn)
}
else
{
P0=displaycode[displaybuffer[7-displaycount]];
}
P2=displaybit[displaycount];
displaycount++;
if(displaycount==8)
{
displaycount=0;
}
}
}