单总线技术及其应用研究
Linux环境下DMA的研究与应用---饶兵兵
摘要直接存储器访问控制器(Direct Memory Access，DMA)是计算机体系结构中的重要组成部分。
端口设备和存储器之间的数据传输往往通过DMA进行。
DMA控制数据在端口设备和存储器之间进行数据传输可以减轻中央处理器CPU的负担；在高速数据传输中，DMA可以保证数据得到及时处理，避免CPU来不及完成中断处理造成的数据丢失问题。
目前，DMA在高速数据传输、慢速设备管理、零散数据收集等方面得到了广泛应用。
本文从DMA技术的提出入手，较为详尽地讲述了DMA的结构以及DMA控制器的基本功能、基本结构及工作原理。
深入研究Intel® I/OAT(Intel® I/O Acceleration Technology) DMA 技术，结合Linux 2.6.18源代码中关于I/OAT DMA驱动详细分析其与内核的DMA 引擎的接口关系，并根据公司需求改写相应的驱动代码，给出测试用例，验证I/OAT DMA驱动的一致性和传输性能问题，生成测试报告。
关键词：DMA ；Intel® I/O Acceleration Technology；Linux DMA engineAbstractDirect Memory Access(DMA)controller is a component of the computer system．DMA usually is used to exchange data between I/O equipments and memory or between memory and memory, which alleviates the burden of CPU. During the high-speed data transmission，DMA can guarantee the data to be processed in time，thus data loss introduced by CPU’S late response of the interrupt processing can be avoided．At present，DMA is widely used in those fields of high- speed data transmission，slow-speed device management and scattered data collection．The paper begins with an introduction of DMA, and the describes in details its architecture，functions and operation. Depth study of the Intel ® I/OAT Acceleration Technology DMA technology, and combined with detailed analysis of its interface with the kernel's DMA engine on I/OAT DMA driver in the Linux 2.6.18 source code, then according to the company's needs, rewrite the driver code. At last, the test case is given to verify the consistency of the I/OAT DMA-driven and performance issues, and generate test reports.Key Words:DMA ; Intel® I/O Acceleration Technology; Linux DMA engine目录1.绪论 (1)1.1 I/O技术的讨论 (1)1.2 为何要采用DMA技术 (2)1.3 论文的大体安排 (4)2.DMA概述 (5)2.1 DMA结构分析 (5)2.1.1 单总线I/O分离的DMA结构 (5)2.1.2 单总线、I/O集成的DMA结构 (5)2.1.3 I/O总线的DMA结构 (6)2.2 DMA传输方式的分析 (6)2.3 DMA对数据操作的类型 (7)2.3.1 数据传送 (7)2.3.3数据传送与检索并举 (8)2.3.4数据校验 (8)2.4 DMA控制器 (8)2.5 DMA数据操作流程 (10)3.I/OAT DMA体系架构 (12)3.1 I/OAT技术的介绍 (12)3.2 I/OAT DMA软件接口 (13)3.2.1I/OAT DMA 介绍 (13)3.2.2I/OAT DMA链式描述符的介绍 (14)3.2.3I/OAT DMA通道的操作 (16)3.2.4I/OAT DMA 数据操作类型 (17)3.2.5I/OAT DMA 工作流程 (18)3.3 L INUX环境下I/OAT DMA驱动 (20)3.3.1 DMA engine架构 (20)3.3.2 DMA engine数据传输流程 (21)3.3.3 DMA engine与I/OAT DMA的接口 (24)4.I/OAT DMA测试 (27)4.1 测试环境的概述 (27)4.1.1测试平台 (27)4.1.2测试目的 (27)4.2 测试方法 (27)4.3 测试结果与缺陷 (30)4.4 测试结论 (31)5.结束语 (33)参考文献 (34)致谢 (35)1.绪论1.1I/O技术的讨论微处理器系统的I/O体系结构是系统对外部世界的接口。
单片机应用技术的研究与实现
单片机应用技术的研究与实现一、引言单片机应用在各种设备中已经成为必须掌握的技术之一，不管是智能手机还是控制系统，单片机的出现让各种设备动起来。
单片机是一种集成电路芯片，通过各种电子元器件的连接，实现各种控制功能。
本文将介绍单片机应用技术的研究和实现。
二、单片机概述1.定义单片机是将整个计算机系统集成在一个芯片上的一种微型计算机系统，其包括控制单元、寄存器、CPU、RAM、EPROM等部件。
单片机属于嵌入式系统的范畴，广泛应用于智能手机、控制设备、车载电子等各个领域。
2.特点单片机具有容易应用的特点，可以实现各种复杂的功能，其主要特点包括：（1）体积小：整个系统集成在一个芯片上，结构非常紧凑。
（2）低功耗：单片机的功耗非常低，只需通过简单的电路即可工作。
（3）易编程：单片机可以通过各种编程语言进行编程，编写程序非常简单。
（4）实时性强：单片机可以实现各种实时的控制功能。
三、单片机的应用技术1.单片机的编程技术单片机编程是单片机应用技术的核心，通过编写程序，实现各种控制功能。
单片机编程主要通过汇编语言、C语言等方式进行。
在编程前，需要进行芯片的选型和系统设计。
2.单片机的通讯技术单片机可以通过串口、并口等方式进行通讯，在通讯过程中，需要对通讯协议进行处理。
常见的通讯协议包括SPI、I2C、CAN 等。
3.单片机的控制技术单片机可广泛应用于各种控制领域，如电子器械控制、汽车电子、智能家居等。
在控制过程中，需要对输入信号进行采样、处理并输出控制信号。
常见的控制技术包括PWM、ADC等。
四、单片机应用实例1.智能手机随着智能手机的普及，单片机成为了智能手机中最为重要的芯片之一。
通过单片机，智能手机可以实现各种功能，如屏幕显示、触摸控制、拍照等。
2.控制系统单片机广泛应用于控制系统中，如电机控制、电子器械控制等。
通过单片机，可以实现系统的自动化控制，提高系统的运行效率。
3.车载电子单片机可以应用于汽车电子中，如发动机控制、车载音响等。
单总线协议
单总线协议与其他所有的数据通信传输方式一样，单总线芯片在数据传输过程要求采用严格的通信协议，以保证数据的完整性。
单总线芯片在数据传输过程中，每个单总线芯片都拥有唯一的地址，系统主机一旦选中某个芯片，就会保证通信连接直到复位，其他器件则全部脱离总线，在下次复位之前不参与任何通信。
为了说明单总线数据传输的过程，以下将分4个部分对单总线数据通信传输过程进行介绍，它们分别是单总线通信信号类型，单总线通信初始化，单总线通信的ROM命令以及单总线通信的功能命令。
1.1单总线通信信号类型单总线通信协议定义了如下几种类型，即复位脉冲、应答脉冲、写0、写1、读0和读1，除了应答脉冲外，所有的信号都由主机发出同步信号，并且发送的所有的命令和数据都是字节的低位在前。
单总线通信协议中不同类型的信号都采用一种类似脉宽调制的波形表示，逻辑0用较长的低电平持续周期表示，逻辑1用较长的高电平持续周期表示。
在单总线通信协议中，读写时隙的概念十分重要，当系统主机向从设备输出数据时产生写时隙，当主机从从机设备读取数据时产生读时隙，每一个时隙总线只能传输一位数据。
无论是在读时隙还是写时隙，它们都以主机驱动数据线位低电平开始，数据线的下降沿是从设备触发其内部的延时电路，使之与主机同步。
在写时隙内，该延迟电路决定从设备采样数据线的时间窗口。
单总线通信协议中存在两种写时隙：写1和写0。
主机采用写1时隙向从机写入1，而采用写0时隙向从机写入0,。
所有写时隙至少要60us，且在两次独立的写时隙之间至少需要1us的恢复时间。
两种写时隙均起始于主机拉低数据总线。
产生1时隙的方式：主机拉低总线后，接着必须在15us之内释放总线，由上拉电阻将总线拉至高电平；产生写0时隙的方式为在主机拉低后，只需要在整个时隙间保持低电平即可（至少60us）。
在写时隙开始后15us~60us期间，单总线器件采样总电平状态。
如果在此期间采样值为高电平，则逻辑1被写入器件；如果为0，写入逻辑0。
单片机技术和应用研究
单片机技术和应用研究随着现代科技的飞速发展，单片机技术应用也逐渐普及。
单片机是指将处理器、存储器和输入输出电路等一系列芯片集成在一个芯片上的微型计算机系统。
单片机具有体积小、功耗低、价格便宜、可编程性强等特点，广泛应用于电子产品、通信、家用电器、环保、医疗、交通等领域，在智能控制系统中发挥重要作用。
单片机系统有两个基本组成部分：单片机芯片和外围电路。
其中单片机芯片是所谓的“大脑”，主要包括CPU、ROM、RAM、I/O口、定时器、中断控制器等。
外围电路则主要包括电源、晶振、通信接口、传感器等。
单片机技术应用的主要领域之一是家电控制。
通过内置程序，单片机可以将家电的功能进行自动化控制，使得用户使用起来更加方便。
例如，我们可以利用单片机实现智能照明控制，根据时间和光照强度控制灯光的开关和亮度。
另外，单片机还能实现温度、湿度、气压等传感器数据的采集和分析，实现智能化的空调和制冷系统控制。
除了家电控制，单片机技术在电子产品设计中的应用也日益广泛。
单片机可以实现音频、视频、通信等功能，为现代电子产品的功能提供核心支持。
在无线通信领域，单片机可以实现调制解调、码信号处理等功能，为无线传输提供关键保障。
在嵌入式系统中，单片机还可以与其他微控制器组成一个网络，实现更加复杂的功能控制。
单片机技术应用的发展离不开软件的支持。
随着单片机软件的不断发展，用户可以通过简单的编程实现更加复杂的控制功能。
同时，也出现了许多支持单片机编程的软件，如Keil、IAR编程环境等，使得单片机编程变得更加容易。
尽管单片机技术应用已经取得了许多成就，但是也面临着一些挑战。
例如，在嵌入式系统中，对于单片机对实时性、功耗以及成本等的要求更高。
另外，在软件开发方面，由于单片机计算能力有限，程序设计需要更加精细和高效。
综合来说，单片机技术应用是一个不断发展的领域。
单片机技术在家电控制、电子产品设计、通信等领域中具有重要作用，未来发展前景广阔。
通过不断提高单片机计算能力和软件开发水平，我们相信单片机技术将会发挥更加重要的作用，为人们的生活带来更多的便利和智能。
单片机及其应用技术研究
单片机及其应用技术研究随着科技的不断发展，单片机作为一种嵌入式芯片，其应用范围越来越广。
它可以用于各种各样的设备和系统，比如控制系统、机器人、家电等。
那么，什么是单片机？它有哪些应用技术？本文章将从单片机的定义、结构、应用技术以及未来发展等方面进行阐述。
一、单片机的定义单片机，指的是将集成电路（IC）上的中央处理器(CPU)、随机存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、串行通信接口、并行通信接口、定时器等模块集成于一颗芯片中，可以独立完成特定功能的电子系统。
单片机是一种嵌入式系统，相对于PC电脑而言，它更小型便携，功耗低，而且可以更快的响应外部事件和环境，这使得单片机在控制系统、自动化设备、仪器仪表、计算机周边设备等众多领域得到广泛应用。
二、单片机的结构单片机的架构主要分为三个部分，CPU(中央处理器)、存储器和外设。
1. CPUCPU是单片机中最重要的部分，它决定了单片机的处理能力和系统性能。
常见的单片机CPU包括8051、ARM和PIC等。
其中，8051是最早应用的一种CPU，它的指令集和寄存器组结构非常简单，而且运行速度较快，被广泛应用于各种POC控制系统和小型嵌入式系统。
而目前较为流行的ARM芯片，则以其高速处理能力和低功耗特性成为物联网设备和智能终端等嵌入式设备的首选方案。
2. 存储器存储器是单片机中装载程序和数据的部件，它主要分为两种类型：RAM(随机存储器)和ROM(只读存储器)。
RAM是单片机中最常用的存储器。
它的功能是暂时存储程序和数据，在单片机停机时，RAM存储器中的数据会被清空，这就要求单片机必须保持持续不断地供电。
ROM则是存储不可变化程序的存储器，它通常用于存储单片机的程序代码、系统初始化代码及不变的系统配置参数等。
常用的ROM类型包括EPROM、EEPROM和Flash等。
3. 外设单片机的外设包括输入输出(IO)口、通信接口、定时器、计数器、脉冲调制器等。
IO口通常负责单片机与外设之间的数据交换和控制信号的输入输出，通信接口主要包括串口和并口，通常用于单片机与其它系统和设备之间的数据通信。
单片机应用技术研究与实践
单片机应用技术研究与实践单片机是一种嵌入式微控制器，拥有微处理器、存储器和外围接口等基本组成部分。
由于其小巧、高效、低成本等优势，单片机已经广泛应用于各种领域，如智能家居、工业控制、医疗、军事等。
本文将详细介绍单片机应用技术的研究与实践。
一、单片机的基础知识单片机有很多品牌和型号，如AT89C51、STC89C52等。
一般单片机的主频为几十兆赫兹，存储器一般为几千字节到几十万字节不等。
单片机通常采用汇编语言或C语言进行编程，以实现各种功能和应用。
单片机有很多功能模块，如定时器、计数器、串口通信等。
其中，定时器是单片机最常用的模块之一。
定时器可以根据需求进行相应的定时操作，如延时、计时等。
计数器可以用来测量信号的频率、脉冲的个数等。
串口通信可以用来实现单片机与其他外围设备的通信。
二、单片机应用技术的研究1.智能家居智能家居是近年来越来越受到关注的领域。
通过单片机的技术，可以实现家庭自动化控制，如灯光控制、窗帘控制、温控等。
此外，还可以通过手机APP等远程控制智能家居的各种设备。
2.工业控制单片机在工业控制中有着广泛的应用。
通过单片机的技术，可以实现对工业设备的自动控制，如生产线控制、机器人控制、传感器控制等。
此外，还可以实现对生产数据的采集和分析，以提高工业生产的效率和质量。
3.医疗单片机技术在医疗领域中也有着很大的应用前景。
通过单片机的技术，可以实现对医疗设备的自动控制，如呼吸机、心电图仪、血液透析机等。
此外，还可以实现对健康数据的采集和分析，以帮助医生进行诊断和治疗。
三、单片机应用技术的实践1. LED灯控制LED灯是一种低功耗、长寿命、高光效的照明设备。
通过单片机的技术，可以实现对LED灯的控制，并可以实现丰富的灯光效果，如呼吸灯、闪烁灯等。
2. 无人机控制无人机是一种无人操作的飞行器。
通过单片机的技术，可以实现对无人机的控制，如高度控制、姿态控制、遥控器控制等。
此外，还可以通过添加传感器等模块，实现无人机的自主导航和目标跟踪等功能。
基于单片机的MODBUS总线协议实现技术研究的开题报告
基于单片机的MODBUS总线协议实现技术研究的开题报告一、研究背景MODBUS总线协议是一种工业通讯协议，已成为工业控制领域中最流行的通讯协议之一。
该协议可以通过简单而经济高效的方式完成设备之间的通讯，广泛用于PLC、可编程控制器、数据采集控制器等工业领域的设备。
单片机是一种在微型计算机中应用广泛的微型处理器系统。
它拥有不同级别的处理能力，可以在不同的应用领域中发挥作用。
单片机可以和其他设备通过通讯协议实现信息交换和数据共享，从而实现更广泛的应用。
本研究将基于单片机的MODBUS总线协议实现技术，探究单片机在工业通讯领域中的应用，为该领域的研究提供更多的参考和帮助。
二、研究目的与意义MODBUS总线协议是工业领域中重要的通讯协议之一，而单片机是工业控制最为常用的控制器。
通过将单片机与MODBUS总线协议结合，可以使得单片机在工业通讯领域中的应用更加广泛。
本研究旨在探究基于单片机的MODBUS总线协议实现技术，通过实验和数据分析，筛选出最适合单片机应用的通讯协议，为单片机在工业通讯领域的应用提供更多的参考和建议。
三、研究内容和方法本研究将探究基于单片机的MODBUS总线协议实现技术。
主要包括以下内容：1. MODBUS总线协议的基本原理和通讯方式2. 常用的单片机类型及其通讯接口3. 单片机在工业通讯领域中的应用4. 基于单片机的MODBUS总线通讯实现方法实验方法主要包括：1. 搭建基于单片机的MODBUS总线通讯实验平台2. 基于实验平台进行通讯实验3. 分析实验结果，调整实验参数，找出最优方案四、研究进度安排第一阶段：文献综述、协议分析（完成时间：一个月）第二阶段：单片机及通讯接口分析（完成时间：两周）第三阶段：实验平台搭建和数据采集（完成时间：三周）第四阶段：实验结果分析，优化方案提出（完成时间：一个月）五、预期成果1. 完成论文，撰写基于单片机的MODBUS总线协议实现技术研究报告。
2. 实现基于单片机的MODBUS总线通讯实验平台，完成相应通讯实验。
单片机技术的研究和应用
单片机技术的研究和应用第一章：引言单片机是一种以微处理器为核心的嵌入式系统，它具有体积小、功耗低、可编程性强等优点，在各个领域都有广泛的应用。
本文将重点介绍单片机技术及其在工业控制、智能家居、电子商务等方面的应用。
第二章：单片机技术的基本概念单片机是在一个芯片内集成了微处理器、存储器、输入输出端口以及计时器等模块，具有可编程性和通用性。
常见的单片机有8051、PIC、AVR等。
单片机的软件开发可以使用汇编语言、C语言等编程语言，常用的集成开发环境有Keil、IAR等。
单片机系统的设计包括硬件设计和软件设计两个部分，常见的硬件设计包括选型、电源设计、时钟设计、中断系统设计等；软件设计包括程序设计、数据结构设计、算法设计等。
第三章：单片机在工业控制中的应用单片机在工业控制中的应用非常广泛，例如智能化控制、自动化生产等。
它可以通过编写控制程序实现对电机、传感器等模块的控制，从而提高生产效率和质量。
常见的工业控制领域包括自动化生产线、机器人、物流系统等。
第四章：单片机在智能家居中的应用智能家居是一种应用嵌入式系统的家庭自动化系统，通过各种传感器、控制器等设备实现对家居设施的自动化控制。
单片机在智能家居中扮演着重要的角色，例如智能家庭安全系统、环境监测系统、空调控制系统等。
这些系统可以通过与用户移动设备的连接，实现远程控制和智能化管理。
第五章：单片机在电子商务中的应用电子商务是以互联网为平台，通过交互式技术，在各个领域实现在线交易和电子服务的商业活动。
单片机在电子商务中有非常广泛的应用，例如智能支付终端、智能售货机等。
这些终端设备可以通过单片机的程序控制实现电子支付、库存管理等功能，提高消费者的购物体验和商家的经营效率。
第六章：结论本文重点介绍了单片机技术及其在工业控制、智能家居、电子商务等领域的应用。
单片机具有可编程性强、体积小、功耗低等优点，在未来的发展中会越来越广泛地应用于各个领域。
在实际应用中，需要结合具体的需求和技术要求，进行系统设计和开发，以实现最佳的效果和性能。
单片机技术的应用及发展研究
单片机技术的应用及发展研究一、本文概述随着信息技术的迅猛发展，单片机技术以其独特的优势，在众多领域发挥着日益重要的作用。
作为一种集成电路芯片，单片机集成了中央处理器、存储器、输入输出接口等计算机系统的核心部件，具有体积小、功耗低、控制功能强、可靠性高等特点。
因此，单片机技术在工业自动化、智能家居、汽车电子、医疗仪器、航空航天等众多领域得到了广泛应用。
本文旨在对单片机技术的应用进行深入研究，并分析其发展趋势。
文章将概述单片机技术的基本原理和特点，介绍其发展历程和现状。
通过案例分析，详细阐述单片机技术在各个领域的具体应用，如工业控制、智能家居、汽车电子等。
文章还将探讨单片机技术面临的挑战和机遇，以及未来可能的发展方向。
通过本文的研究，我们期望能够更全面地了解单片机技术的应用现状和发展趋势，为相关领域的研究和实践提供有益的参考。
也希望引起更多学者和业界人士对单片机技术的关注和投入，共同推动其不断创新和发展。
二、单片机技术的基本原理与特点单片机，也称为单片微控制器或微控制器，是一种将中央处理器（CPU）、内存、输入输出接口、定时器/计数器以及其他相关功能部件集成在一块芯片上的微型计算机。
它基于超大规模集成电路技术，采用精简指令集（RISC）架构，具有高集成度、低功耗、高可靠性等特点。
单片机技术的基本原理主要包括指令执行、数据存储和控制逻辑等方面。
在指令执行方面，单片机根据程序存储器中预存的指令序列，逐条取出并执行，完成相应的运算和控制任务。
在数据存储方面，单片机内置了一定容量的数据存储器和程序存储器，用于存储运行程序和操作数据。
控制逻辑方面，单片机通过输入输出接口与外部设备连接，实现与外部世界的交互。
高集成度：单片机将多个功能部件集成在一片芯片上，实现了微型化和集成化，简化了电路设计，降低了系统成本。
低功耗：单片机采用低功耗设计，适合在便携式设备、嵌入式系统等低功耗应用场景中使用。
高可靠性：单片机采用工业级标准生产，具有较高的环境适应性和稳定性，能够在恶劣环境下正常工作。
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第9卷第2期2006年4月西安文理学院学报:自然科学版JournalofXi’anUniversityofArts&Science(NatSciEd)Vol.9 No.2Apr.2006
文章编号:100825564(2006)0220062204
收稿日期:2005-11-05
作者简介:李国柱(1976— ),男,山西长治人,西安文理学院机械电子工程系助教,硕士.
单总线技术及其应用研究李国柱(西安文理学院机械电子工程系,陕西西安710065)
摘 要:Dallas公司推出了一种专有的单总线技术.该技术具有结构简单、成本低廉、便于扩展和维护等优点.单总线仅定义有一根信号线,时间信息和数据均经该信号线传递.每个单总线器件都具有惟一的64位ROM码,主机可根据它来区分挂在同一总线上的不同单总线器件.单总线器件可以采用寄生电源供电或外部电源供电.访问单总线网络上的器件包括3个步骤:初始化命令;传送ROM命令;传送RAM命令.给出了单总线器件DS18B20在单片机系统中的应用实例.关键词:单总线;器件;网络;应用中图分类号:TP336 文献标识码:A
随着电子技术的应用领域的不断扩大,各种数据传输方式成为应用设计中的一个重要问题.目前常用的微机系统与外设之间进行数据传输的串行总线主要有I
2
C、SPI、SCI总线,这些总线至少需要两条
或两条以上的信号线.近年来,美国DallasSemiconductor公司推出了一种专有的单总线(12WireBus)技术,该技术仅采用一根信号线,既可传输时钟,又能传输数据,而且数据传输是双向的,主机只需一根连线就可把一个或多个单总线器件连接起来,实现有效可靠的数据通信.
图1 单总线器件结构示意图1 单总线器件和单总线网络单总线技术适用于单个主机系统控制一个或多个从机设备,通常把可以挂接在单总线、具有单总线协议的器件(从机)称为单总线器件,单总线器件的硬件结构如图1所示,单总线器件一般都具有序列号、接收控制、发射控制和电源存储电路.
[1]
不同的单总线器件挂接在同一根总线上是通过序列号来进行区分的,单总线器件在生产时都被刻录一个64位二进制ROM码,是器件惟一的序列号,具体格式是:从低位起第一个字节(8位)是器件的家族代码,表示产品的分类;接下来的6个字节(48位)是每个器件唯一的ID
号;最后一个字节(8位)是前56位的CRC校验码.同一总类型的器件有248个ID号码总量,确保了在总线上不会产生地址冲突.
单总线器件通过内部的接收和发送控制电路来与主机进行数据传输,单总线器件(从机)与主机通过一个漏极开路或三态端口连接至单总线上,单总线通常外接一上拉电阻(参考值为4.7kΩ)确保总线在闲置状态时为高电平,以允许设备在不发送数据时能够释放总线,而让其他设备使用总线.
单总线器件采用CMOS技术,耗电量很低,工作时也只有毫瓦级.单总线器件的电源方案除了可以直接供电以外,还可以采用“窃电”方式(电容寄生电源)供电,单总线器件中带有输出电容的半波整流器,作为器件的电容寄生电源,当单总线空闲时给电容充电.当采用“窃电”方式时,只需一根数据线就可以给器件供电.
单总线技术通过1根连线可以方便地将主控微处理器与1个或多个单总线器件连接起来构成单总线网络.单总线的数据传输速率一般为16.3kbit/s,特殊情况下支持100kbit/s的超速模式,一般用于对速度要求不高的测控和数据交换系统中.单总线网络的总线长度可达200m,将上拉电阻的阻值适当减小,可提高单总线的驱动能力[2],单总线允许挂接多个器件,便于实现多点测控.此外单总线网络还可
以通过DS9097U串行适配器与RS232设备进行连接,实现不同通信方式之间的连接.
2 单总线通信过程单总线网络是采用被动访问和访问应答方式进行通信的.[3]被动访问是指网络中所有单总线器件只有在主机访问时才能通信,这样可以防止单总线器件在通信过程中产生碰撞.访问应答是指只有主机通过序列号寻址的方式访问到某一个单总线器件时,该器件才进入通信状态,并按照主机要求接收或发送数据,各单总线器件(从机)之间是无法直接进行数据交换的.很显然单总线上的数据传输具有异步单工双向的性质.
图2 单总线复位时序单总线通信过程一般要包括3个步骤[1,4]:(1)初始化
命令,复位单总线网络;(2)传送ROM命令,进行ROM操作和器件寻址;(3)传送RAM命令,进行存储器操作及控制操作.每次访问单总线器件必须严格遵守这3个步骤,如果出现序列混乱则单总线器件不会响应主机,但是这个准则对于搜索ROM命令和报警搜索命令例外,在执行两者中任何一条命令之后,主机不能执行其后的功能命令时必
图3 单总线写0、1时序须返回至第一步.每次进行传送数据或命令都是由一系列的工作时序组成的,单总线上一共有3种工作时序[1],如图
2、图3、图4所示.(1)初始化(复位);(2)写0、1;(3)读0、1.在对单总线器件进行编程时,必须严格的保证初始化以及读、写时序,否则将无法正常工作.
[4]
下面以DS18B20进行温度测量为例来说明单总线的通信过程,DS18B20测量一次温度需要两次完整的通信
图4 单总线读0、1时序过程.
第一次:主机命令DS18B20开始测温(1)主机发初始化命令,拉低总线,复位网络
.
(2)收到单总线器件(DS18B20)的相应信号后,主机发
ROM命令,如55H(MatchRom命令)表示接下来主机发送的是64位序列号来寻址器件;如果确认总线上只有一个器件,也可以使用CCH(SkipRom命令)表示主机省去ROM
操作,将直接发送RAM命令.
(3)主机发送44H(ConvertT)温度转换的RAM命令
,
序列号匹配的DS18B20将开始进行温度测量.
第二次:延迟750ms后测温结束,主机从DS18B20处读取温度值.
(4)主机发初始化命令
.
(5)主机发相应的ROM命令
.
(6)主机发送BEH(ReadScratchpad)RAM命令,紧接着从总线上读取DS18B20发送来的温度值.
36 第2期李国柱:单总线技术及其应用研究3 单总线技术应用单总线技术具有线路简单,硬件开销少,成本低廉,便于总线扩展和维护等优点,应用十分广泛.目前,单总线器件主要有数字温度传感器(如DS18B20)、A/D转换器(如DS2450)、身份识别器(如DS1990A)、单总线控制器(如DS1WM)等.这里介绍一款最为常用的数字温度传感器DS18B20,并给出在MCS251单片机系统中的典型应用.
DS18B20是单总线可调节分辨率的温度传感器,具有结构简单、微型化、低功耗等特点.DS18B20测量温度范围为-55～+125℃,在-10～+85℃范围内,精度为±0.5℃.现场温度直接数字方式传输,大大提高了系统的抗干扰性,适合于恶劣环境的现场温度测量,如:环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等.DS18B20支持3～5.5V的电压范围,使系统设计更灵活、方便;可以程序设定9～12位的分辨率,最大转换时间在12位时为750ms;采用GND接地、VD电源端和DQ单总线3引脚TO292封装或8脚SOIC封装;可采用的寄生电源或外加电源的供电方式.图5为DS18B20与MCS251单片机的系统中的典型应用.单片机选用AT89C52,晶振频率12MHz,通过P1.0口与单总线相连,总线上仅挂接一片DS18B20,采用单独供电方式.下面给出了DS18B20的操作子程序以及读取温度值子程序(由于篇幅有限,省去了部分源代码):
图5 AT89C52与DS18B20的接口电路;33333字节定义33333DQ BIT P1.0 ;DQ与P1.0口相连LSBEQU36H;温度值低8位MSBEQU37H;温度值高8位;33333DS18B20操作程序33333DS18B20: ACALL RSTDS ;复位MOVA,#0CCH;SkipROM命 令,省去发送随后的64位ROM序列 ACALL OUTBYTE ;发送SkipROM命令 MOVA,#44H;ConvertT命令开始温度转换 ACALLOUTBYTE;发送ConvertT
ACALLDELAY750;延迟750ms
ACALLREADDS;读取转换的数据
RET
;33333读温度数据子程序33333READDS: ACALL RSTDS ;复位MOVA,#0CCH;SkipROM命令,省去发送随后的64位ROM序列ACALLOUTBYTE;发送SkipROM命令MOVA,#0BEH;ReadScratchpad命令,读scratchpad.的内容ACALLOUTBYTE;发送读温度值命令ACALLINPBYTE;先读低8位结果放在A寄存器中MOVLSB,A;将结果保存至[36H]中ACALLINPBYTE;再读高8位MOVMSB,A;将结果保存至[37H]中SETBDQ;释放总线RET在程序的编制过程中首先根据单总线器件的时序特点编制了初始化子程序RSTDS、写字节子程序OUTBYTE、读字节子程序INPBYTE以及750ms延迟子程序DELAY750等,读出的温度值为12位有效值,存储在[36H]、[37H]中,使用时还需做进一步处理.
46西安文理学院学报:自然科学版第9卷