DSl8820 ROM編碼的一種搜索算法

引 言
    Dalias公司推出的數(shù)字化溫度傳感器I)S18820的獨特的“單線總線”，可以使用戶方便地使用多片I)S18820構(gòu)成多點溫度測量系統(tǒng)，因此如何準確、有效地對掛在同一條單線總線上的多片Dsl8820 ROM編碼進行搜索與識別成為系統(tǒng)設(shè)計的一個核心問題。用DSl8820的ROM操作命令Read ROM[33h]依次讀取單線總線上的唯一一個ROM編碼，然后存放在外部擴展的EEPROM存儲器，再用MatchROM[55h]命令匹配識別可以解決這個問題。這種方法的優(yōu)點在于簡單、不需要復(fù)雜的算法，但是實際使用中不夠靈活，對于一個探測單元有多個不可分離的DS18820的ROM序列號的讀取更是無能為力。本文提出的一種搜索算法為這個問題提供了一個理想而靈活的解決方案。

1 DS18820簡介
    作為一種數(shù)字化溫度傳感器，DSl8820測溫時無需任何外部元件，可直接輸出9～12 位(含符號位)的被測溫度值，測溫范圍為一55～+125℃；在一10～+85℃范圍內(nèi)測量精度為±O．5℃，輸出測量分辨率可調(diào)，最高可達O．062 5℃；支持“單線總線”技術(shù)，僅需要占用一個通用I／0端口即可完成與單片機的通信；現(xiàn)場溫度直接以“單線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。每片DS18820內(nèi)含唯一的64位ROM編碼，因此可以對掛在總線上多片DSl8820進行唯一尋址，只有被尋址的DSI 8820才能對后續(xù)操作命令作出響應(yīng)。
1．1 “單線總線”通信協(xié)議
    “單線總線”是一種在一條總線(這條總線只有一條口線)具有單主機多從機的總線系統(tǒng)，在“單線總線”可掛多個從機系統(tǒng)。為了不引起邏輯上的沖突，所有從機系統(tǒng)“單線總線”接口都是漏極開路的，多個從機系統(tǒng)輸出信號在總線上實現(xiàn)線與，因此在使用時必須對總線外加上拉電阻。
    為保證數(shù)據(jù)的完整性，所有的單線總線器件都要遵循嚴格的通信協(xié)議?！皢尉€總線”通信協(xié)議定義了復(fù)位脈沖、應(yīng)答脈沖、寫時序和讀時序等幾種信號類型(具體的時序參考相關(guān)文獻，這里不再做具體介紹)。所有的單總線命令序列(如初始化、ROM命令、RAM命令)都是由這些基本的信號類型組成的。在這些信號中，除了應(yīng)答脈沖外，其他均由主機發(fā)出，并且發(fā)送的所有命令和數(shù)據(jù)都是字節(jié)的低位在前。
1．2 DSl8820的ROM編碼
    每片DSl8820含有一個唯一的64位ROM編碼。頭8位是產(chǎn)品系列碼，接著的 48位是產(chǎn)品序列號，最后8位是CRC(循環(huán)冗余校驗)碼。主機可以對總線上多片DS18820唯一尋址，因此多片DS18820能夠連在同一條數(shù)據(jù)線上而不會造成混亂，這為溫度的多點測量帶來了極大的方便。64位的ROM注冊碼如下：

1．3 DS18820 ROM搜索命令
    當單線總線上掛有多個DS18B20時，系統(tǒng)對總線上器件的數(shù)量和每個器件的ROM的識別與搜索是通過DS18820 ROM搜索命令與算法配合來實現(xiàn)的。下面具體介紹ROM搜索命令的工作過程。對64位ROM編碼識別從最低位開始，ROM編碼的每一位搜索過程可總結(jié)為 “兩讀一寫”：讀一位，讀該位補碼；寫一位。總線主機在ROM編碼每一位上完成這三步就可以獲得一個器件的ROM編碼。
    (1)兩 讀
    總線主機發(fā)布ROM搜索命令后執(zhí)行一次讀，總線上所有器件就把它們各自ROM編碼的第一位放到總線來作出響應(yīng)。這次讀獲得的數(shù)據(jù)是所有器件放在總線上數(shù)據(jù)的“與”。再執(zhí)行一次讀，因為ROM搜索命令正在執(zhí)行所以總線上所有器件把各自ROM編碼的第一位的補碼放在總線上，第二次讀獲得的數(shù)據(jù)也是所有器件放在總線上數(shù)據(jù)的“與”。對第一位的“兩讀”就此完成。之后主機再次進行的“兩讀”則是針對ROM編碼的第二位，以此類推。從“兩讀”獲得的數(shù)據(jù)有以下解釋，如表1所列。

    (2)- 寫
    對ROM編碼的某一位“兩讀”之后，對該位進行“-寫”操作?！?寫”操作寫的數(shù)據(jù)要根據(jù)“兩讀”獲得的數(shù)據(jù)來確定。如果“兩讀”數(shù)據(jù)為00，則表示總線上器件在該位上數(shù)據(jù)發(fā)生沖突，“-寫”寫的數(shù)據(jù)此種情況下具有“排除”的作用，如果器件ROM編碼在該位上的數(shù)據(jù)與“-寫”寫的數(shù)據(jù)相同，則繼續(xù)保持與總線的聯(lián)系。如果不相同則此器件從總線上“排除”，不再響應(yīng)主機發(fā)布的命令，直到主機進行下一次復(fù)位。如果“兩讀”數(shù)據(jù)為01，則表示總線上所有器件在該位上均位0，為保持器件與總線的聯(lián)系，“-寫”操作主機應(yīng)寫0。同理，如“兩讀”數(shù)據(jù)為10，主機則應(yīng)寫1。

2 DS18820 ROM編碼的搜索算法
    在一條“單線總線”上掛有多片。DS18820的情況下，對ROM編碼的搜索與識別主要是通過“兩讀”數(shù)據(jù)為00時“-寫”操作的“排除”作用來實現(xiàn)的。多次“排除”作用后，就可以使總線上只剩下唯一的一個器件仍與總線保持聯(lián)系。如何“排除”，這需要算法的配合。下面具體介紹DS18820 ROM編碼的搜索算法。
    首先作如下幾個定義：對“兩讀”數(shù)據(jù)為00的ROM編碼位，之后“一寫”操作要寫的數(shù)據(jù)定義為“00寫位”；所有00寫位的集合定義為“00寫位組”。那么搜索算法所要解決的問題就是：確立一個00寫位組，確保搜索命令能夠搜索到一個唯一的ROM編碼，并在完成一次搜索后對00寫位組做出更新，以確保下次的搜索命令能夠搜索到一個唯一的ROM編碼并且不會搜索到已經(jīng)搜索到的ROM編碼，直到完成總線上所有器件的ROM編碼搜索。
    在給出搜索算法規(guī)則前再作如下幾個定義：00寫位組中最高ROM編碼位對應(yīng)的00寫位定義為“最高00寫位”；00寫位組中鄰近最高00寫位的00寫位定義位“次高00寫位”；如果更新后的00寫位組不足以搜索到一個唯一的ROM編碼，則添加新的00寫位，這個新的00寫位定義為“新00寫位”。
    DS18820 ROM編碼的搜索算法規(guī)則：
    ①第一次搜索確立一個00寫位組，其中所有00寫位全部為0。
    ②每次搜索后更新00寫位組并從最高00寫位開始更新。
    ③00寫位組更新規(guī)則：如果最高00寫位為0，則改最高00寫位為1，更新完成；如果最高00寫位為1，則棄去最高00寫位并把次高00寫位作為新的最高00寫位。
    ④如果出現(xiàn)新00寫位，新00寫位一律為0并作為新的最高00寫位。
    ⑤如果0寫位組全為1，則搜索所有器件的ROM編碼，搜索結(jié)束。

3 算法的C51實現(xiàn)
    對一條“單線總線”上多片DS18820的ROM編碼搜索與識別，具體由C51編寫的函數(shù)uchar SearchRomID(uchar RomID[n][8])來實現(xiàn)。函數(shù)的返回值是總線上查找到的器件個數(shù)，總線上所有器件的ROM編碼存入二維數(shù)組RomID[n][8]。其中n為總線上允許掛器件的最大值，這里取16。
    首先對程序中的幾個重要變量做一些說明：
    _00wbit：一維數(shù)組，用來存儲00寫位組全部內(nèi)容。它的長度由總線上允許掛接器件的最大值決定。每寫一個00寫位都可以“排除”至少一個總線上的器件，當總線上器件數(shù)為n時，_00wbit數(shù)組的長度應(yīng)為n-1。當然這是最壞情況下的取值，很多情況下_00wbit數(shù)組的長度小于這個值，這時不用的 _00wbit數(shù)組位用2來填充。
    Rom：一維數(shù)組，臨時存儲64位ROM編碼。
    b：搜索結(jié)束標志位。
    R1、R2：“兩讀”數(shù)據(jù)位。
    編者注：程序略。

結(jié) 語
    本文提出了一種對掛接在同一條“單線總線”上的多片DS18B20 ROM編碼的搜索算法，并給出了具體的C51實現(xiàn)方法，經(jīng)驗證完全可行。由于該算法可自動識別總線上的器件個數(shù)，因此實際運用中，在總線上添加和刪除器件都十分靈活，這為多點測溫帶來了很大的方便。該算法也適用于其他“單線總線”器件。