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[导读]DS18B20是Dallas公司生产的数字温度传感器,具有体积小、适用电压宽、经济灵活的特点。它内部使用了onboard专利技术,全部传感元件及转换电路集成在一个形如三极管的集成电路内。DS18B20有电源线、地线及数据线3根引

DS18B20是Dallas公司生产的数字温度传感器,具有体积小、适用电压宽、经济灵活的特点。它内部使用了onboard专利技术,全部传感元件及转换电路集成在一个形如三极管的集成电路内。DS18B20有电源线、地线及数据线3根引脚线,工作电压范围为3~5.5 V,支持单总线接口。

一、开发环境

主 机:VirtualBox--Fedora 9

开发板:Mini2440--128MB Nand, Kernel:2.6.32.2

编译器:arm-linux-gcc-4.3.2

二、DS18B20的结构和工作原理

DS18B20的外部结构如图1所示。其中,VDD为电源输入端,DQ为数字信号输入/输出端,GND为电源地。

DS18B20内部结构主要包括4部分:64位光刻ROM、温度传感器、非易失的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器,如图2所示。

64位ROM中,在产品出厂前就被厂家通过光刻刻录好了64位序列号。该序列号可以看作是DS18B20的地址序列码,用来区分每一个DS18B20,从而更好地实现对现场温度的多点测量。

图2中的暂存器是DS18B20中最重要的寄存器。暂存器由9个字节组成,各字节定义如表1所列。

配置寄存器用于用户设置温度传感器的转换精度,其各位定义如下:

TM位是测试模式位,用于设置DS18B20是工作模式(0)还是测试模式(1),其出厂值为0。R1、R0用于设置温度传感器的转换精度:00,分辨率为9位,转换时间为93.75ms;01,分辨率为10位,转换时间为187.5 ms;10,分辨率为11位,转换时间为375 ms;11,分辨为12位,转换时间为750 ms。R1、R0的出厂值为11。其余5位值始终为1。

第0和第1字节为16位转换后的温度二进制值,其中前4位为符号位,其余12位为转换后的数据位(分辨率为12位)。如果温度大于0,则前4位值为0,只要将测到的数值乘上0.062 5即可得到实际温度值;如果温度小于0,则前4位为1,需将测得的数值取反加1后,再乘上0.062 5。第0和第1字节各位的二进制值如下:

2.2 DS18B20的应用电路结构

按DS18B20的供电方式,其应用电路结构可分为如下3种:寄生电源供电方式;寄生电源强上拉供电方式;外部电源供电方式。实际应用中,以外部电源供电方式为主。其应用原理图如图3所示。

2.3DS18B20的工作原理

根据DS18B20的通信协议,MCU对其操作主要有如下3个步骤:读写之前,对DS18B20发送约500 μs的低电平进行复位;复位成功,发送ROM指令;发送RAM指令。MCU对DS18B20的具体操作流程如图4所示。

三、Linux的DS18B20驱动程序实现

选取mini2440开发板为硬件平台(主芯片为Samsung公司的S3C2440),选取Linux的最新内核Linux2.6.29为软件平台。通过mini2440的扩展接口引出GPIO口(GPBl)为数据线DQ。

DS18B20为单总线器件,因此对其操作的时序比较严格。DS18B20驱动最终能否得以正常运行,获得实时温度值,关键在于能否正确地编写复位程序、位写程序和位读程序。

3.1复位程序

对DS18B20进行读写之前要对其复位初始化,以检测DS18B20的存在。复位要求MCU将数据线下拉480~960 μs,再释放数据线,等待约60 μs。若MCU接收到DS18B20发出的存在低电平,则表示复位成功。

下面是复位程序代码:

3.2写1字节子程序

发送ROM和RAM指令,需向DS18B20写入数据。写1字节子程序如下:

3.3读N字节子程序

当温度转换完毕,需从DS18B20的RAM中读取第0和第1字节的二进制数据。

读1字节子程序如下:

读N字节子程序如下:

四、最终驱动。

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include [!--empirenews.page--]

#include

#include

#include

#include

//define DQpin

#define DQ S3C2410_GPB(1)

#define DQ_INPUT s3c2410_gpio_cfgpin(DQ, S3C2410_GPIO_INPUT)//input function

#define DQ_OUTPUT s3c2410_gpio_cfgpin(DQ, S3C2410_GPIO_OUTPUT)//output function

#define DEVICE_NAME "ds18b20"

#define DEVICE_MAJOR 0

static int device_major=DEVICE_MAJOR;

typedef unsigned char uchar;

static struct class *ds18b20_class;

static uchar data[2];//save the data

static void reset(void)

{

do{

DQ_OUTPUT;//set the DQ output mode

s3c2410_gpio_setpin(DQ,1);

udelay(1);

s3c2410_gpio_setpin(DQ,0);

udelay(600);

s3c2410_gpio_setpin(DQ,1);

udelay(60);

DQ_INPUT;

}while(s3c2410_gpio_getpin(DQ)!=0);

while(s3c2410_gpio_getpin(DQ)==0);

return 0;

}

static void writebyte(uchar cmd)

{

uchar i;

DQ_OUTPUT;

for(i=0;i<8;i++){

s3c2410_gpio_setpin(DQ,0);

udelay(1);

if(cmd&0x01)

s3c2410_gpio_setpin(DQ,1);

udelay(65);

s3c2410_gpio_setpin(DQ,1);

cmd=cmd>>1;

}

}

static uchar readbyte(void)

{

uchar i,temp=0;

for(i=0;i<8;i++)

{

temp>>=1;

DQ_OUTPUT;

s3c2410_gpio_setpin(DQ,0);

udelay(1);

s3c2410_gpio_setpin(DQ,1);

DQ_INPUT;

udelay(10);

if(s3c2410_gpio_getpin(DQ))

temp=temp|0x80;

udelay(65);

DQ_OUTPUT;

s3c2410_gpio_setpin(DQ,1);

}

return temp;

}

static void read(void)

{

reset();

udelay(120);

writebyte(0xCC);

writebyte(0x44);

udelay(5);

reset();

writebyte(0xCC);

writebyte(0xBE);

data[0]=readbyte();

data[1]=readbyte();

}

static int ds18b20_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *offp)

{

read();

buf[0] = data[0];

buf[1] = data[1];

return 1;

}

static struct file_operations f_ops={

.owner=THIS_MODULE,

.read=ds18b20_read,

};

static int __init ds18b20_init(void)

{

//注册字符设备,这里定义DEVICE_MAJOR=0,让系统去分配,注册成功后将返回动态分配的主设备号

device_major = register_chrdev(DEVICE_MAJOR, DEVICE_NAME, &f_ops);

if(device_major<0)

{

printk(DEVICE_NAME " register faild!n");

return device_major;

}

//注册一个设备类,使mdev可以在/dev/目录下建立设备节点

ds18b20_class= class_create(THIS_MODULE, DEVICE_NAME);

if(IS_ERR(ds18b20_class))

{

printk(DEVICE_NAME " create class faild!n");

return -1;

}

device_create(ds18b20_class, NULL, MKDEV(device_major, 0), NULL, DEVICE_NAME);

return 0;

}

static void __exit ds18b20_exit(void)

{

//注销字符设备

unregister_chrdev(device_major, DEVICE_NAME);

//删除设备节点,注意2.6内核较早版本的函数名是class_device_destroy,现该为device_destroy

device_destroy(ds18b20_class, MKDEV(device_major, 0));

//注销类

class_destroy(ds18b20_class);

}

module_init(ds18b20_init);

module_exit(ds18b20_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

五、测试程序

#include

#include "sys/types.h"

#include "sys/ioctl.h"

#include "stdlib.h"

#include "termios.h"

#include "sys/stat.h"

#include "fcntl.h"

#include "sys/time.h"

int main(int argc,char *argv)

{

int fd;

unsigned char buf[2];

float result;

if((fd=open("/dev/ds18b20",O_RDWR | O_NDELAY | O_NOCTTY))<0)

{

printf("Open Device DS18B20 failed.rn");

exit(1);

}

else

{

printf("Open Device DS18B20 successed.rn");

while(1)

{

read(fd, buf, 1);

result = (float)buf[0];

result /= 16;

result += ((float)buf[1] * 16);

printf("%.1f `Crn", result);

sleep(1);

}

close(fd);

}

return 0;

}

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