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引言 傳統的模擬溫度測量抗干擾能力差，放大電路零點(diǎn)漂移大，導致測量值誤差大，難以達到所需精度。在實(shí)際應用中，采用抗干擾能力強的數字溫度傳感器是解決上述問(wèn)題的有效辦法。 DS18B20是Dallas公司生產(chǎn)的數字溫度傳感器，具有體積小、適用電壓寬、經(jīng)濟靈活的特點(diǎn)。它內部使用了onboard專(zhuān)利技術(shù)，全部傳感元件及轉換電路集成在一個(gè)形如三極管的集成電路內。DS18B20有電源線(xiàn)、地線(xiàn)及數據線(xiàn)3根引腳線(xiàn)，工作電壓范圍為3～5.5 V，支持單總線(xiàn)接口。 準確的溫度測量是很多嵌入式系統中重要的一點(diǎn)。在Linux操作系統下使用數字溫度傳感器DS18B20，不僅可以得到高精度的溫度測量值，而且硬件簡(jiǎn)單可靠。 1 Linux的設備驅動(dòng)程序 在Linux中，驅動(dòng)程序是內核的一部分，它屏蔽了硬件細節，是整個(gè)操作系統的基礎。驅動(dòng)程序與Linux內核結合有兩種方式：在編譯內核時(shí)，靜態(tài)地鏈接進(jìn)內核；在系統運行時(shí)，以模塊加載的方式加載進(jìn)內核。 驅動(dòng)的對象是存儲器和外設。Linux將存儲器和外設分為3個(gè)基礎類(lèi)：字符設備、塊設備、網(wǎng)絡(luò )設備。字符設備是指必須以串行順序依次進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)的設備，不需要經(jīng)過(guò)系統的快速緩沖；而塊設備要經(jīng)過(guò)系統的快速緩沖，可以任意順序進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，以塊為單位進(jìn)行操作。字符設備和塊設備并沒(méi)有嚴格的界限，有些設備 (如Flash)既可看作字符設備，也可作為塊設備來(lái)訪(fǎng)問(wèn)。網(wǎng)絡(luò )設備面向數據包的接收和發(fā)送而設計，并不對應于文件系統節點(diǎn)。內核與網(wǎng)絡(luò )設備的通信方式完全不同于內核與字符設備、塊設備的通信方式。 DS18B20是單總線(xiàn)溫度傳感器，主機只能以“位”為單位對其進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。因此，在Linux系統中，將DS18B20作為一種典型的字符設備來(lái)訪(fǎng)問(wèn)。 2 DS18B20的結構和工作原理 2.1 DS18B20的內外結構 DS18B20的外部結構如圖1所示。其中，VDD為電源輸入端，DQ為數字信號輸入／輸出端，GND為電源地。 
DS18B20內部結構主要包括4部分：64位光刻ROM、溫度傳感器、非易失的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器，如圖2所示。
64位ROM中，在產(chǎn)品出廠(chǎng)前就被廠(chǎng)家通過(guò)光刻刻錄好了64位序列號。該序列號可以看作是DS18B20的地址序列碼，用來(lái)區分每一個(gè) DS18B20，從而更好地實(shí)現對現場(chǎng)溫度的多點(diǎn)測量。 圖2中的暫存器是DS18B20中最重要的寄存器。暫存器由9個(gè)字節組成，各字節定義如表1所列。
配置寄存器用于用戶(hù)設置溫度傳感器的轉換精度，其各位定義如下：
TM位是測試模式位，用于設置DS18B20是工作模式(0)還是測試模式(1)，其出廠(chǎng)值為0。R1、R0用于設置溫度傳感器的轉換精度：00，分辨率為9位，轉換時(shí)間為93.75ms；01，分辨率為10位，轉換時(shí)間為187.5 ms；10，分辨率為11位，轉換時(shí)間為375 ms；11，分辨為12位，轉換時(shí)間為750 ms。R1、R0的出廠(chǎng)值為11。其余5位值始終為1。 第0和第1字節為16位轉換后的溫度二進(jìn)制值，其中前4位為符號位，其余12位為轉換后的數據位(分辨率為12位)。如果溫度大于0，則前4位值為 0，只要將測到的數值乘上0.062 5即可得到實(shí)際溫度值；如果溫度小于0，則前4位為1，需將測得的數值取反加1后，再乘上0.062 5。第0和第1字節各位的二進(jìn)制值如下：
2.2 DS18B20的應用電路結構 按DS18B20的供電方式，其應用電路結構可分為如下3種：寄生電源供電方式；寄生電源強上拉供電方式；外部電源供電方式。實(shí)際應用中，以外部電源供電方式為主。其應用原理圖如圖3所示。
2.3 DS18B20的工作原理 根據DS18B20的通信協(xié)議，MCU對其操作主要有如下3個(gè)步驟：讀寫(xiě)之前，對DS18B20發(fā)送約500 μs的低電平進(jìn)行復位；復位成功，發(fā)送ROM指令；發(fā)送RAM指令。MCU對DS18B20的具體操作流程如圖4所示。
3 Linux的DS18B20驅動(dòng)程序實(shí)現 選取mini2440開(kāi)發(fā)板為硬件平臺(主芯片為Samsung公司的S3C2440)，選取Linux的最新內核Linux2.6.29為軟件平臺。通過(guò)mini2440的擴展接口引出GPIO口(GPBl)為數據線(xiàn)DQ。 DS18B20為單總線(xiàn)器件，因此對其操作的時(shí)序比較嚴格。DS18B20驅動(dòng)最終能否得以正常運行，獲得實(shí)時(shí)溫度值，關(guān)鍵在于能否正確地編寫(xiě)復位程序、位寫(xiě)程序和位讀程序。 3.1 復位程序 對DS18B20進(jìn)行讀寫(xiě)之前要對其復位初始化，以檢測DS18B20的存在。復位要求MCU將數據線(xiàn)下拉480～960 μs，再釋放數據線(xiàn)，等待約60 μs。若MCU接收到DS18B20發(fā)出的存在低電平，則表示復位成功。 下面是復位程序代碼：
3.2寫(xiě)1字節子程序 發(fā)送ROM和RAM指令，需向DS18B20寫(xiě)入數據。寫(xiě)1字節子程序如下：
3.3讀N字節子程序 當溫度轉換完畢，需從DS18B20的RAM中讀取第0和第1字節的二進(jìn)制數據。 讀1字節子程序如下：
讀N字節子程序如下：
4 結論 本文采用模塊加載的方法來(lái)調試DS18B20的驅動(dòng)程序。調試結果如圖5所示。
圖5顯示的是手離開(kāi)DS18B20后溫度值不斷降低的情況。由顯示結果可知，DS18B20驅動(dòng)成功加載進(jìn)了Linux2.6.29內核，能實(shí)時(shí)顯示當前的溫度值。 作者：周光海 鄭日榮 張長(cháng)春 來(lái)源：單片機與嵌入式系統 2010（1） |
