基于DS18B20與TMS320LF2407A的溫度測量系統(tǒng)

前? 言

　　DS18B2普遍都是和單片機(jī)配合使用，很少有關(guān)于DSP與DS18B20的連接的接口報(bào)道，所以此文詳細(xì)介紹了TMS320LF2407與 DS18B20的連接方法，并且很詳細(xì)的介紹了如何用C語言完成精確的軟件延時(shí)，從而完成DS18B20與TMS320LF2407之間的基于單線總線協(xié)議的數(shù)據(jù)通訊。

　　1 DS18B20的時(shí)序

　　1. 1? 復(fù)位時(shí)序

　　復(fù)位使用DS18B20時(shí)，首先需將其復(fù)位，然后才能執(zhí)行其它命令。復(fù)位時(shí)，主機(jī)將數(shù)據(jù)線拉為低電平并保持480us～960us，然后釋放數(shù)據(jù)線，再由上拉電阻將數(shù)據(jù)線拉高15~60us，等待DS18B20發(fā)出存在脈沖，存在脈沖有效時(shí)間為60～240us，這樣，就完成了復(fù)位操作。

　　1.2? 寫時(shí)序

　　在主機(jī)對(duì)DS18B20寫數(shù)據(jù)時(shí)，先將數(shù)據(jù)線置為高電平，再變?yōu)榈碗娖剑摰碗娖綉?yīng)大于1us。在數(shù)據(jù)線變?yōu)榈碗娖胶?5us內(nèi)，根據(jù)寫“1”或?qū)憽?” 使數(shù)據(jù)線變高或繼續(xù)為低。DS18B20將在數(shù)據(jù)線變成低電平后15us～60us內(nèi)對(duì)數(shù)據(jù)線進(jìn)行采樣。要求寫入DS18B20的數(shù)據(jù)持續(xù)時(shí)間應(yīng)大于 60us而小于120us，兩次寫數(shù)據(jù)之間的時(shí)間間隔應(yīng)大于1us。

　　1.3? 讀時(shí)序

　　讀時(shí)隙當(dāng)主機(jī)從DS18B20讀數(shù)據(jù)時(shí)，主機(jī)先將數(shù)據(jù)線置為高電平，再變?yōu)榈碗娖剑摰碗娖綉?yīng)大于1us，然后釋放數(shù)據(jù)線，使其變?yōu)楦唠娖健S18B20在數(shù)據(jù)線從高電平變?yōu)榈碗娖降?5us內(nèi)將數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)線上。主機(jī)可在15us后讀取數(shù)據(jù)線.。

　　2 TMS320LF2407與DS18B20的連接

　　DS18B20有三個(gè)引腳。其與TMS320LF2407A的接線圖如下。VDD管腳接5V電壓給傳感器供電。DQ管腳為數(shù)據(jù)線，與 TMS320LF2407A的IOPA6連接的同時(shí)，還要接一個(gè)4.7K的上拉電阻，并接到5V的電源上，使數(shù)據(jù)線在空閑狀態(tài)下能自動(dòng)上拉為高電平。 GND管腳接地。

　　3 軟件設(shè)計(jì)

　　3.1 精確的軟件定時(shí)的實(shí)現(xiàn)

　　眾所周知，TMS320LF2407的內(nèi)核屬于C2000系列的處理器，處理速度達(dá)到30MIPs，也就是每條指令所花的時(shí)間理論上只有33ns。但是實(shí)際情況是，由于DSP外部電路的數(shù)據(jù)處理速度和數(shù)據(jù)調(diào)用等因素，往往處理速度達(dá)不到這個(gè)數(shù)量級(jí)。那怎樣測出每條指令的處理時(shí)間從而計(jì)算出軟件延時(shí)程序的精確時(shí)間呢？計(jì)算方法如下：

　　1、延時(shí)程序的C語言代碼為：

　　for(loopindex=0;loopindex
其中l(wèi)oopindex 為unsigned int，無符號(hào)整形數(shù)值， N為常量，根據(jù)所要求的延時(shí)時(shí)間，計(jì)算得出。具體算法在下面給出。

　　2、這個(gè)for語句在CCS中的編譯器編譯后所產(chǎn)生的匯編語言為：

LACL #0h
SACL *, 0
LACL *
SUB N（計(jì)算得到的循環(huán)次數(shù)）
BCND 轉(zhuǎn)移的地址，GEQ
LACC *, 0
ADD #1h
SACL *, 0
LACL *
SUB N（計(jì)算得到的循環(huán)次數(shù)）
BCND 轉(zhuǎn)移的地址，LT

　　這些匯編語句所占用的時(shí)間可以計(jì)算成公式：DELAY=(9N+4)*單個(gè)指令周期。

　　3、測試出一個(gè)指令周期

　　系統(tǒng)所用晶振為20M，倍頻以后的時(shí)鐘頻率為40M，定時(shí)器1的分頻為1，也就是說定時(shí)器的計(jì)時(shí)周期為25ns。開啟定時(shí)器，單步運(yùn)行上面的匯編語句，看定時(shí)器每次運(yùn)行后所增加的數(shù)值。測試得到，在每次單步運(yùn)行占一個(gè)指令周期的匯編語句后，定時(shí)器的數(shù)值增加10。也就是說，每個(gè)單指令周期的指令占用的時(shí)間為：25ns*10=250ns，也就是0.25us。

　　4、延時(shí)程序的最終計(jì)算公式為：

　　DELAY =(9n+4)*0.25us。

　　由公式可以看出，當(dāng)n=0時(shí)，DELAY=1us，當(dāng)n=65535時(shí)，DELAY= 150ms。

　　3.2 主要程序

　　由于文章篇幅的關(guān)系，這里只給出復(fù)位程序、讀字節(jié)程序和整個(gè)讀溫度的主程序，寫命令字的程序可以根據(jù)上面所述的時(shí)序自行編寫。

#define nop()?? {asm( nop );}
#define DATA_PORT? PADATDIR
#define DATA_MODE? 0x0040
#define? DATA_OUT?? 0x4000
#define? DATA_BIT?? 0x0040
#define PIN_HIGH()?? {PADATDIR=PADATDIR|DATA_OUT|DATA_BIT;}
#define PIN_LOW()? {DATA_PORT=(PADATDIR|DATA_OUT)&(~DATA_BIT);}

?#define PIN_LEAVE()? {DATA_PORT=DATA_PORT&(~DATA_OUT)|DATA_BIT;}
/* 傳感器復(fù)位程序 */
unchar reset(void)
{? unchar retval;
unint loopindex="0";
??? PIN_HIGH();
??? nop();nop();nop();nop(); /* 延時(shí)1us*/
PIN_LOW();
for(loopindex=0;loopindex<213;loopindex++){;} /*置總線為低電平并保持至少480us */
PIN_HIGH();
for(loopindex=0;loopindex<26;loopindex++){;} /*等電阻拉高總線并保持15－60us */
PIN_LEAVE(); /*接受應(yīng)答信號(hào)*/
nop();
if((DATA_PORT & DATA_BIT) == 0x0000)
{? retval = 0;? }
else
{? retval = 1;? }
PIN_HIGH();
??? for(loopindex=0;loopindex<106;loopindex++){;} /*延時(shí)60－240us */
??? return(retval); /*返回應(yīng)答信號(hào) */
}
/* 從傳感器中讀一個(gè)字節(jié) */
void read_byte(unchar *ReadByte)???????
{
??? int i;
??? unchar temp="0";
unint loopindex="0";???
??? PIN_HIGH();
??? for(i=0;i<8;i++)
??? {
??????? temp="temp">>1;
????? PIN_LOW();
? nop();nop();nop();nop(); /*延時(shí)2us */
? nop();nop();nop();nop();
? PIN_HIGH();???
? for(loopindex=0;loopindex<6;loopindex++){;}? /* 延時(shí)14us */
? PIN_LEAVE();
? nop();
? if((DATA_PORT & DATA_BIT) == 0x0000)
? {?? temp="temp" & 0x7F;? }
? else
? {?? temp="temp" | 0x80;? }
? PIN_HIGH();
? for(loopindex=0;loopindex<26;loopindex++){;}?? /* 延時(shí)60us */
??? }???????????????????????
??? *ReadByte=temp;
??? return;
}
/* 將讀得的溫度轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制 */
float transform(unchar *T)
{
unchar temp="0";
float temprature="0";
temp=temp|(*(T+1)<<8);
temp=temp|*T;
if((temp&0x0F800)==0x0F800)
{? temprature="0-"((~temp)+1)*0.0625; }
else
{? temprature="temp"*0.0625; }?
return(temprature);
}
/* 讀取溫度主函數(shù)，返回十進(jìn)制溫度數(shù) */
float read_temp()
{
Unchar buff[2];
float temprature="0";
unint loopindex="0";?
while (reset()==1){};????? /* 復(fù)位等待從機(jī)應(yīng)答 */
??? write_byte(0xCC);???????? /* 忽略ROM匹配 */
??? write_byte(0x44);????????? /* 發(fā)送溫度轉(zhuǎn)化命令 */
??? for(loopindex=0;loopindex<65535;loopindex++){;}? /* 延時(shí)300ms,等待數(shù)模轉(zhuǎn)換 */
for(loopindex=0;loopindex<65535;loopindex++){;}
while(reset()==1){};??????? /* 再次復(fù)位，等待從機(jī)應(yīng)答 */
??? write_byte(0xCC);???????? /* 忽略ROM匹配 */
??? write_byte(0xBE);????????? /* 發(fā)送讀溫度命令 */
??? read_byte(buff);?????????? /* 讀出溫度低8位 */???????
??? read_byte(buff+1);???????? /* 讀出溫度高8位 */
??? temprature="transform"(buff);
??? PIN_HIGH();???????????? /* 釋放總線 */
return(temprature);
}

　　4 結(jié)束語

　　DS18B20是一款非常優(yōu)秀的單總線數(shù)字式傳感器。硬件設(shè)計(jì)簡單，運(yùn)行可靠。通過分析C語言編譯后的匯編語言可以很明確的計(jì)算出軟件延時(shí)的時(shí)間，從而滿足單線總線通訊的時(shí)序要求，從而可以出色的完成DSP與DS18B20通訊的軟件設(shè)計(jì)。

　　5 本文創(chuàng)新點(diǎn)有兩個(gè)：

　　1、通過C編譯器編譯出來的相應(yīng)的C語言的延時(shí)程序，從而得到其對(duì)應(yīng)的匯編語言，再通過定時(shí)器計(jì)時(shí)，能夠知道單指令周期的時(shí)間，從而能夠精確的計(jì)算出軟件延時(shí)程序的延時(shí)時(shí)間。

　　2、通常DS18B20都是與單片機(jī)配合使用的，而本文則詳細(xì)的介紹了DS18B20與DSP的結(jié)合使用方法，其區(qū)別主要是在端口的操作上和延時(shí)的控制上。