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。

一、開發(fā)環(huán)境

主 機：VirtualBox--Fedora 9

開發(fā)板：Mini2440--128MB Nand, Kernel:2.6.32.2

編譯器：arm-linux-gcc-4.3.2

二、DS18B20的結(jié)構(gòu)和工作原理

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。

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。

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。

三、Linux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：

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：

3.3讀N字節(jié)子程序

當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換完畢，需從DS18B20的RAM中讀取第0和第1字節(jié)的二進制數(shù)據(jù)。

讀1字節(jié)子程序如下：

讀N字節(jié)子程序如下：

四、最終驅(qū)動。

#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)

{

//注冊字符設(shè)備，這里定義DEVICE_MAJOR=0，讓系統(tǒng)去分配，注冊成功后將返回動態(tài)分配的主設(shè)備號

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

if(device_major<0)

{

printk(DEVICE_NAME " register faild!n");

return device_major;

}

//注冊一個設(shè)備類，使mdev可以在/dev/目錄下建立設(shè)備節(jié)點

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)

{

//注銷字符設(shè)備

unregister_chrdev(device_major, DEVICE_NAME);

//刪除設(shè)備節(jié)點，注意2.6內(nèi)核較早版本的函數(shù)名是class_device_destroy，現(xiàn)該為device_destroy

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

//注銷類

class_destroy(ds18b20_class);

}

module_init(ds18b20_init);

module_exit(ds18b20_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

五、測試程序

#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;

}