帶有存儲器功能的數字溫度計－DS1624技術應用

1． DS1624基本原理

（1）． DS1624基本特性

　　◆　無需外圍元件即可測量溫度

◆ 測量範圍為－55℃～＋125℃，精度為0.03125℃

◆ 測量溫度的結果以13位數字量（兩位元組傳輸）給出

◆ 測量溫度的典型轉換時間為1秒　　　　　　　　

◆ 集成了256位元組的E2PROM非易性存儲器

◆ 數據的讀出和寫入通過一個2－線（I2C）串列介面完成

◆ 採用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的功能結構圖如圖4.34.2所示：

ͼ4.34.2

（3）． DS1624工作原理

溫度測量

圖4.34.3是溫度測量的原理結構圖

　　　　　　　　　　　圖4.34.3　溫度測量的原理結構圖

與此同時，計數器斜坡累加電路被重新預置一個值，然後計數器重新對時鐘計數，直到計數值為0。

通過改變增加的每1℃內的計數器的計數，斜坡累加電路可以補償振蕩器的非線性誤差，以提高精度，任意溫度下計數器的值和每一斜坡累加電路的值對應的計數次數須為已知。

　　DS1624通過這些計算可以得到0.03125℃的精度，溫度輸出為13位，在發出讀溫度值請求后還會輸出兩位補償值。表2給出了所測的溫度和輸出數據的關係。這些數據可通過2線制串列口連續輸出，MSB在前，LSB在後。

表2　溫度與輸出數據關係表

表2是13位溫度寄存器中存儲溫度值的數據格式

高八位位元組　　　　　　　　　　　　　　　　　　　低八位位元組

　　　　　　　　　表3　溫度值的數據存儲格式

其中 S－為符號位，當S＝0時，表示當前的測量的溫度為正的溫度；當S＝1時，表示當前的測量的溫度為負的溫度。B14－B3為當前測量的溫度值。最低三位被設置為0。

DS1624工作方式

DS1621的工作方式是由片上的配置/狀態寄存器來決定的，如表4，該寄存器的定義如下：

　　　　　　　　表4　配置/狀態寄存器格式

其中DONE為轉換完成位，溫度轉換結束時置1，正在進行轉換時為0；1SHOT為溫度轉換模式選擇。1SHOT為1時為單次轉換模式，DS1624在收到啟動溫度轉換命令EEH後進行一次溫度轉換。1SHOT為0時為連續轉換模式，此時DS1624將連續進行溫度轉換，並將最近一次的結果保存在溫度寄存器中。該位為非易失性的。

片內256位元組存儲器操作

控制器對DS1624的存儲器編程有兩種模式：一種是位元組編程模式，另一種是頁編程模式。

在位元組編程模式中，主控制器發送地址和一個位元組的數據到DS1624。

在主器件發出開始（START）信號以後，主器件發送寫控制位元組即1001A2A1A00（其中R/W控制位為低電平“0”）。指示從接收器被定址，DS1624接收后應答，再由主器件發送訪問存儲器指令（17H）后，DS1624接收后應答，接著由主器件發送的下一個位元組字地址將被寫入到DS1624的地址指針。主器件接收到來自DS1624的另一個確認信號以後，發送數據位元組，並寫入到定址的存儲地址。DS1624再次發出確認信號，同時主器件產生停止條件STOP，啟動內部寫周期。在內部寫周期DS1624將不產生確認信號。

存儲器的讀操作

　　在這種模式下，主器件可以從DS1624的EEPROM中讀取數據。主器件在發送開始信號之後，主器件首先發送寫控制位元組1001A2A1A00，主器件接收到DS1624應答之後，發送訪問存儲器的指令（17H），收到DS1624的應答之後，接著發送字地址將被被寫入到DS1624的地址指針。這時DS1624發送應答信號之後，主器件並沒有發送停止信號，而是重新發送START開始信號，接著又發送讀控制位元組1001A2A1A01，主器件接收到DS1624應答之後，開始接收DS1624送出來的數據，主器件每接收完一個位元組的數據之後，都要發送一個應答信號給DS1624，直到主器件發送一個非應答信號或停止條件來結束DS1624的數據發送過程。

DS1624的指令集

數據和控制信息的寫入讀出是以表5和表6所示的方式進行的。在寫入信息時，主器件輸出從器件(即DS1624)的地址，同時R/W位置0。接收到響應位后，匯流排上的主器件發出一個命令地址，DS1624接收此地址后，產生響應位，主器件就向它發送數據。如果要對它進行讀操作，主器件除了發出命令地址外，還要產生一個重複的啟動條件和命令位元組，此時R/W位為1，讀操作開始。下面對它們的命令進行說明。

　　訪問存儲器指令［17H］：該指令是對DS1624的EEPROM進行訪問，發送該指令之後，下一個位元組就是被訪問存儲器的字地址數據。

　　訪問設置寄存器指令［ACH］：如果R/W位置0，將寫入數據到設置寄存器。發出請求后，接下來的一個位元組被寫入。 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］：即讀出最後一個測溫結果。DS1624產生兩個位元組，即為寄存器內的結果。

開始測溫指令［EEH］：此命令將開始一次溫度的測量，不需再輸入數據。在單次測量模式下，可在進行轉換的同時使DS1624保持閑置狀態。在連續模式下，將啟動連續測溫。

停止測溫指令［22H］：該命令將停止溫度的測量，不需再輸入數據。此命令可用來停止連續測溫模式。發出請求后，當前溫度測量結束，然後DS1624保持閑置狀態。直到下一個開始測溫的請求發出才繼續進行連續測量。

表5　主機對DS1624寫操作通信格式

表6　主機對DS1624讀操作通信格式

2． 實驗任務

用一片DS1624完成本地數字溫度的測量，並通過8位數碼管顯示出測量的溫度值。其硬體電路圖如圖4.34.4所示

3． 電路原理圖

ͼ4.34.4

4． 系統板上硬體連線

（1）． 把“單片機系統”區域中的P0.0－P0.7用8芯排線連接到“動態數碼顯示”區域中的ABCDEFGH端子上。

（2）． 把“單片機系統”區域中的P2.0－P2.7用8芯排線連接到“動態數碼顯示”區域中的S1S2S3S4S5S6S7S8端子上。

（3）． 把DS1624晶元插入到“二線匯流排模塊”區域中的8腳集成座上，注意晶元不插反。

（4）． 把“二線匯流排模塊”區域中的PIN1 PIN2分別用導線連接到“單片機系統”區域中的P1.6和P1.7端子上。

（5）． 把“二線匯流排模塊”區域中的PIN4 PIN5　PIN6分別用導線連接到“電源模塊”區域中的GND端子上。

5． 程序設計內容

（1）． 由於DS1624是I2C匯流排結構的串列數據傳送，它只需要SDA和SCL兩根線完成數據的傳送過程。因此，我們在進行程序設計的時候，也得按著I2C協議來對DS1624晶元數據訪問。有關I2C協議參看有關資料，這裡不詳述。對於AT89S51單片機本身沒有I2C硬體資源，所以必須用軟體來模擬I2C協議過程。

（2）． 要從DS1624中讀取溫度值，首先啟動DS1624的內部溫度A/D開始轉換，對應著有相應的命令用來啟動開始溫度轉換，有關DS1624的指令集參考前面的敘述。一般情況下，DS1624經過一次溫度的變換，需要經過1秒鐘左右的時間，所以等待1秒鐘后，即可讀取內部的溫度值，對於讀取的溫度值，仍然通過DS1624的指令集來完成溫度的讀取。但所有有數據的傳送過程必須遵循I2C協議。

6． C語言源程序
#include <AT89X52.H>
#include <INTRINS.H>
unsigned char code displaybit[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,
0xef,0xdf,0xbf,0x7f};
unsigned char code displaycode[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,
0x66,0x6d,0x7d,0x07,
0x7f,0x6f,0x77,0x7c,
0x39,0x5e,0x79,0x71,0x00};
　
unsigned char code dotcode[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};
sbit SDA=P1^6;
sbit SCL=P1^7;
　
unsigned char displaybuffer[8]={0,1,2,3,4,5,6,7};
unsigned char eepromdata[8];
unsigned char temperdata[2];
　
unsigned char timecount;
unsigned char displaycount;
　
bit secondflag=0;
unsigned char secondcount=0;
unsigned char retn;
unsigned int result;
unsigned char x;
unsigned int k;
unsigned int ks;
　
void delay(void);
void delay10ms(void);
void i_start(void);
void i_stop(void);
void i_init(void);
void i_ack(void);
bit i_clock(void);
bit i_send(unsigned char i_data);
unsigned char i_receive(void);
bit start_temperature_T(void);
bit read_temperature_T(unsigned char *p);
void delay(void)
{
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
}
　
void delay10ms(void)
{
unsigned int i;
for(i=0;i<1000;i++)
{
delay();
}
}
　
void i_start(void)
{
SCL=1;
delay();
SDA=0;
delay();
SCL=0;
delay();
}
　
void i_stop(void)
{
SDA=0;
delay();
SCL=1;
delay();
SDA=1;
delay();
SCL=0;
delay();
}
void i_init(void)
{
SCL=0;
i_stop();
}
　
void i_ack(void)
{
SDA=0;
i_clock();
SDA=1;
}
　
bit i_clock(void)
{
bit sample;
　
SCL=1;
delay();
sample=SDA;
_nop_();
_nop_();
SCL=0;
delay();
return(sample);
}
　
bit i_send(unsigned char i_data)
{
unsigned char i;
　
for(i=0;i<8;i++)
{
SDA=(bit)(i_data & 0x80);
i_data=i_data<<1;
i_clock();
}
SDA=1;
return(~i_clock());
}
unsigned char i_receive(void)
{
unsigned char i_data=0;
unsigned char i;
　
for(i=0;i<8;i++)
{
i_data*=2;
if(i_clock()) i_data++;
}
return(i_data);
}
　
bit start_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);
}
}
　
bit read_temperature_T(unsigned char *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);
}
}
　
void main(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發送啟動A/D溫度轉換命令，成功則啟動T0定時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1s時間到，讀取DS1624的溫度值
{
for(x=0;x<8;x++)
{
displaybuffer[x]=16;
}
x=2;
result=temperdata[1]; //將讀取的溫度值進行數據處理，並送到顯示緩衝區
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()) //溫度值數據處理完畢，重新啟動DS1624開始溫度轉換
{
secondflag=0;
secondcount=0;
TH0=55536/256;
TL0=55536%256;
TR0=1;
}
}
}
}
}
void t0(void) interrupt 1 using 0 //T0用於定時1s時間到
{
secondcount++;
if(secondcount==100)
{
secondcount=0;
secondflag=1;
}
TH0=55536/256;
TL0=55536%256;
}
void t1(void) interrupt 3 using 0 //T1定時1ms用數碼管的動態刷新
{
timecount++;
if(timecount==4) //T1定時1ms到
{
timecount=0;
if (displaycount==5)
{
P0=(displaycode[displaybuffer[7-displaycount]] | 0x80); //在該位同時還要顯示小數點
}
else
{
P0=displaycode[displaybuffer[7-displaycount]];
}
P2=displaybit[displaycount];
displaycount++;
if(displaycount==8)
{
displaycount=0;
}
}
}