基于Linux的溫度傳感器DS18B20驅(qū)動程序設(shè)計

時間：2010-02-27 23:11:26

關(guān)鍵字： Linux 溫度傳感器驅(qū)動程序 DS18B20

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[導讀]基于Linux的溫度傳感器DS18B20驅(qū)動程序設(shè)計

　引言
　傳統(tǒng)的模擬溫度測量抗干擾能力差，放大電路零點漂移大，導致測量值誤差大，難以達到所需精度。在實際應(yīng)用中，采用抗干擾能力強的數(shù)字溫度傳感器是解決上述問題的有效辦法。

　　DS18B20是Dallas公司生產(chǎn)的數(shù)字溫度傳感器，具有體積小、適用電壓寬、經(jīng)濟靈活的特點。它內(nèi)部使用了onboard專利技術(shù)，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在一個形如三極管的集成電路內(nèi)。DS18B20有電源線、地線及數(shù)據(jù)線3根引腳線，工作電壓范圍為3～5.5 V，支持單總線接口。

　　準確的溫度測量是很多嵌入式系統(tǒng)中重要的一點。在Linux操作系統(tǒng)下使用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，不僅可以得到高精度的溫度測量值，而且硬件簡單可靠。

　　1Linux的設(shè)備驅(qū)動程序

　　在Linux中，驅(qū)動程序是內(nèi)核的一部分，它屏蔽了硬件細節(jié)，是整個操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)。驅(qū)動程序與Linux內(nèi)核結(jié)合有兩種方式：在編譯內(nèi)核時，靜態(tài)地鏈接進內(nèi)核；在系統(tǒng)運行時，以模塊加載的方式加載進內(nèi)核。

　　驅(qū)動的對象是存儲器和外設(shè)。Linux將存儲器和外設(shè)分為3個基礎(chǔ)類：字符設(shè)備、塊設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。字符設(shè)備是指必須以串行順序依次進行訪問的設(shè)備，不需要經(jīng)過系統(tǒng)的快速緩沖；而塊設(shè)備要經(jīng)過系統(tǒng)的快速緩沖，可以任意順序進行訪問，以塊為單位進行操作。字符設(shè)備和塊設(shè)備并沒有嚴格的界限，有些設(shè)備(如Flash)既可看作字符設(shè)備，也可作為塊設(shè)備來訪問。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備面向數(shù)據(jù)包的接收和發(fā)送而設(shè)計，并不對應(yīng)于文件系統(tǒng)節(jié)點。內(nèi)核與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的通信方式完全不同于內(nèi)核與字符設(shè)備、塊設(shè)備的通信方式。

　　DS18B20是單總線溫度傳感器，主機只能以“位”為單位對其進行訪問。因此，在Linux系統(tǒng)中，將DS18B20作為一種典型的字符設(shè)備來訪問。

　　2 DS18B20的結(jié)構(gòu)和工作原理

　　2.1DS18B20的內(nèi)外結(jié)構(gòu)

　　DS18B20的外部結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，VDD為電源輸入端，DQ為數(shù)字信號輸入／輸出端，GND為電源地。

　　DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)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)品出廠前就被廠家通過光刻刻錄好了64位序列號。該序列號可以看作是DS18B20的地址序列碼，用來區(qū)分每一個DS18B20，從而更好地實現(xiàn)對現(xiàn)場溫度的多點測量。[!--empirenews.page--]

　　圖2中的暫存器是DS18B20中最重要的寄存器。暫存器由9個字節(jié)組成，各字節(jié)定義如表1所列。

　　配置寄存器用于用戶設(shè)置溫度傳感器的轉(zhuǎn)換精度，其各位定義如下：

　　TM位是測試模式位，用于設(shè)置DS18B20是工作模式(0)還是測試模式(1)，其出廠值為0。R1、R0用于設(shè)置溫度傳感器的轉(zhuǎn)換精度：00，分辨率為9位，轉(zhuǎn)換時間為93.75ms；01，分辨率為10位，轉(zhuǎn)換時間為187.5 ms；10，分辨率為11位，轉(zhuǎn)換時間為375 ms；11，分辨為12位，轉(zhuǎn)換時間為750 ms。R1、R0的出廠值為11。其余5位值始終為1。

　　第0和第1字節(jié)為16位轉(zhuǎn)換后的溫度二進制值，其中前4位為符號位，其余12位為轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)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(shù)值乘上0.062 5即可得到實際溫度值；如果溫度小于0，則前4位為1，需將測得的數(shù)值取反加1后，再乘上0.062 5。第0和第1字節(jié)各位的二進制值如下：

　　2.2 DS18B20的應(yīng)用電路結(jié)構(gòu)

　　按DS18B20的供電方式，其應(yīng)用電路結(jié)構(gòu)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。實際應(yīng)用中，以外部電源供電方式為主。其應(yīng)用原理圖如圖3所示。

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　　2.3DS18B20的工作原理

　　根據(jù)DS18B20的通信協(xié)議，MCU對其操作主要有如下3個步驟：讀寫之前，對DS18B20發(fā)送約500 μs的低電平進行復(fù)位；復(fù)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。

　　3Linux的DS18B20驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)

　　選取mini2440開發(fā)板為硬件平臺(主芯片為Samsung公司的S3C2440)，選取Linux的最新內(nèi)核Linux2.6.29為軟件平臺。通過mini2440的擴展接口引出GPIO口(GPBl)為數(shù)據(jù)線DQ。

　　DS18B20為單總線器件，因此對其操作的時序比較嚴格。DS18B20驅(qū)動最終能否得以正常運行，獲得實時溫度值，關(guān)鍵在于能否正確地編寫復(fù)位程序、位寫程序和位讀程序。

　　3.1復(fù)位程序

　　對DS18B20進行讀寫之前要對其復(fù)位初始化，以檢測DS18B20的存在。復(fù)位要求MCU將數(shù)據(jù)線下拉480～960 μs，再釋放數(shù)據(jù)線，等待約60 μs。若MCU接收到DS18B20發(fā)出的存在低電平，則表示復(fù)位成功。

　　下面是復(fù)位程序代碼：

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　　3.2寫1字節(jié)子程序

　　發(fā)送ROM和RAM指令，需向DS18B20寫入數(shù)據(jù)。寫1字節(jié)子程序如下：