嵌入式技術(shù)及其應用硬件編程與調(diào)試技術(shù)

3.3V和5V裝置的互連

連接3.3V設備到5V設備需要考慮到驅(qū)動器和接收器的邏輯電平是否匹配。5VTTL和3.3VTTL的邏輯電平是相同的，而5VCMOS邏輯電平與前兩者是不同的。這在連接3.3V系統(tǒng)到5V系統(tǒng)時是必須考慮的。（1）5VTTL裝置驅(qū)動3.3VTTL裝置。5VTTL和3.3VLVC的邏輯電平是相同的。因為5V容忍度的裝置可以經(jīng)受住6.5V的直流輸入，所以5VTTL連接3.3V且容忍度為5V的裝置時，可以不需要額外的元器件。TI的CBT（crossbartechnology）開關可以用來從5VTTL向3.3V且容忍度不為5V的裝置傳送信號。該開關通過使用一個外部的產(chǎn)生0.7V壓降的二極管和CBT（門極到源極的壓降為1V），從而產(chǎn)生3.3V的電平。（2）3VTTL裝置（LVC）驅(qū)動5VTTL裝置。兩者邏輯電平是相同的，連接可以不需要外部電路或裝置。（3）5VCOMS裝置驅(qū)動3.3VTTL裝置。兩個不同的邏輯電平連接在一起，進一步分析5VCOMS裝置的VOH和VOL與3.3VLVC裝置的VIH和VIL電平，雖然存在不一致的地方，但有5V容忍度的3.3V裝置可以在5VCMOS電平輸入下工作。使用5V容忍度的LVC裝置，5VCMOS驅(qū)動3.3VLVC是可能的。（4）3.3VTTL裝置驅(qū)動5VCMOS裝置。3.3VLVC的VOH是2.4V（輸出電平可達3.3V），而5VCMOS裝置的最小VIH要求是3.5V。因此，用3.3VLVC或其他3.3V標準的裝置驅(qū)動5VCMOS裝置是不可能的。解決該問題就需要用到專用芯片，如TI的SN74ALVC164245和SN74LVC4245等。這些芯片一邊采用3.3V電平供電，另一邊采用5V電平供電，可以使3.3V邏輯部分驅(qū)動5VCMOS裝置。

微代碼支持的串口調(diào)試

傳統(tǒng)上，首先用于開發(fā)嵌入式系統(tǒng)的工具是內(nèi)部電路仿真器（ICE），它是一個相對昂貴的部件，用于植入微處理器與總線之間的電路中，允許使用者監(jiān)視和控制微處理器所有信號的進出。它提供了總線工作的清晰情況，避免了許多對硬件軟件底層工作狀況的猜測。過去，一些工作依賴ICE為主要調(diào)試工具，用于整個開發(fā)過程。但是，一旦初始化軟件對串口支持良好的話，多數(shù)的調(diào)試可以不用ICE而直接使用串口開始調(diào)試。

在Bootstrap模式下，通常允許用戶通過UART控制器初始化目標板和下載程序到目標板的RAM和FLASH中。一旦程序被下載，就能夠被執(zhí)行，給了用戶一個簡單的用于故障分析的調(diào)試環(huán)境和更新FLASH存儲器中程序的途徑。在bootstrap模式下，UART控制器被初始化到9600baud，無奇偶校驗，8位字符和1個停止位，準備下載程序或者數(shù)據(jù)。Bootstrap模式通常是處理器工作在最高優(yōu)先級時的方式。復位后，bootstrap復位向量會在內(nèi)部產(chǎn)生。這些兩個字長的復位向量被裝載到內(nèi)核的堆棧指針和程序計數(shù)器中。然后內(nèi)建的bootstrap程序?qū)㈤_始運行并接收數(shù)據(jù)傳送。編程技術(shù)

(1)使用編程器，就是在芯片焊接之前，先通過編程器將代碼燒寫道FLASH中，再將FLASH芯片焊接到目標板上。使用編程器進行編程特別適合于DIP封裝芯片的編程，如果是其它類型的封裝，則必須要使用相應的適配器。這種方法的缺點是需要手工進行待編程芯片的插入、鎖定等工作，容易造成芯片方向錯誤，引腳錯位等，導致編程效率降低。

(2)使用板上編程器編程（OBP），這種方法是在板上所有芯片包括FLASH芯片已經(jīng)焊裝完畢之后，再對可編程芯片進行編程。通過專用電纜將電路板與外部計算機連接，由計算機的應用程序進行板上可編程芯片的代碼或數(shù)據(jù)寫入，芯片擦除、編程所需要的電壓、控制信號、地址數(shù)據(jù)和相關命令都由板外的編程控制器提供。使用板上編程器進行板上編程時，需要關斷目標板上CPU的電源或?qū)⑵渫獠拷涌谛盘栐O置為高阻狀態(tài)，以免與編程時的地址、數(shù)據(jù)和控制信號發(fā)生沖突。這種方法的缺點是需要在電路板上設計編程用的接口、隔離等輔助電路，在編程時通過跳線或FET開關進行編程與正常工作的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。這樣會增加每個電路板芯片的數(shù)量，造成產(chǎn)品成本的增加。

(3)在系統(tǒng)編程（ISP、ISW），是指直接利用系統(tǒng)中帶有JTAG接口的器件，如CPU、CPLD、FPGA等，執(zhí)行對系統(tǒng)中程序存儲器芯片內(nèi)容的擦除和編程操作。一般而言，高檔微處理器均帶有JTAG接口，系統(tǒng)程序存儲器的數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制信號直接接在微處理器上。編程時，使用PC機內(nèi)插卡或并行接口通過專用電纜將系統(tǒng)電路板與PC機聯(lián)系起來，在PC機上運行相關程序，將編程數(shù)據(jù)及控制信號傳送到JTAG接口的芯片，再利用相應指令從微處理器的引腳按照FLASH芯片的編程時序輸出到FLASH存儲器。（4）在應用中編程（IAP），是指通過完成后的系統(tǒng)軟件和硬件資源，在不影響系統(tǒng)工作的情況下，將欲修改的代碼和參數(shù)寫入程序存儲器當中。兩片以上獨立的程序存儲器或具備文件系統(tǒng)；操作系統(tǒng)支持；JATG與IEEE1149協(xié)議簡介

JTAG是英文“JointTestActionGroup（聯(lián)合測試行為組織）”的詞頭字母的簡寫，該組織成立于1985年，是由幾家主要的電子制造商發(fā)起制訂的PCB和IC測試標準。JTAG建議于1990年被IEEE批準為IEEE1149.1-1990測試訪問端口和邊界掃描結(jié)構(gòu)標準。該標準規(guī)定了進行邊界掃描所需要的硬件和軟件。自從1990年批準后，IEEE分別于1993年和1995年對該標準作了補充，形成了現(xiàn)在使用的IEEE1149.1a-1993和IEEE1149.1b-1994。JTAG主要應用于：電路的邊界掃描測試和可編程芯片的在系統(tǒng)編程。

JTAG的用途電路的邊界掃描測試技術(shù):用具有邊界掃描功能的芯片構(gòu)成的印刷板,可通過相應的測試設備,檢測已安裝在印刷板上的芯片的功能，檢測印刷板連線的正確性，同時，可以方便地檢測該印刷板是否具有預定的邏輯功能，進而對由這種印刷板構(gòu)成的數(shù)字電氣裝置進行故障檢測和故障定位。

在硬件結(jié)構(gòu)上，JTAG接口包括兩部分：JTAG端口和控制器。與JTAG接口兼容的器件可以是微處理器（MPU）、微控制器（MCU）、PLD、CPL、FPGA、ASIC或其它符合IEEE1149.1規(guī)范的芯片。IEEE1149.1標準中規(guī)定對應于數(shù)字集成電路芯片的每個引腳都設有一個移位寄存單元，稱為邊界掃描單元BSC。它將JTAG電路與內(nèi)核邏輯電路聯(lián)系起來，同時隔離內(nèi)核邏輯電路和芯片引腳。由集成電路的所有邊界掃描單元構(gòu)成邊界掃描寄存器BSR。邊界掃描寄存器電路僅在進行JTAG測試時有效，在集成電路正常工作時無效，不影響集成電路的功能。

在對多個具有JTAG芯片編程時，可以組成JTAG菊花鏈結(jié)構(gòu)（Daisychain）,是一種特殊的串行編程方式。每片TDI輸入端與前面一片的TDO輸出端相連，最前面一片的TDI端和最后一片的TDO端與JTAG編程接口的TDI、TDO分別相連。如圖1.11.所示。鏈中的器件數(shù)可以很多，只要不超出接口的驅(qū)動能力即可。通過狀態(tài)機控制，可以使非正在被編程器件的TDI端直通TDO端，這樣就可以使數(shù)據(jù)流形成環(huán)路，對各器件按序進行編程。使用者可以通過讀取每個芯片特有的識別碼知道該器件在鏈中的位置。

（1）指令寄存器IR：由兩個或更多個指令寄存單元和指令譯碼器組成，通過它可以串行輸入執(zhí)行各種操作的指令。（2）數(shù)據(jù)寄存器組：是一組基于電路的移位寄存器。操作指令被串行裝入由當前指令所選擇的數(shù)據(jù)寄存器。隨著操作的執(zhí)行，測試結(jié)果被移出。（3）邊界寄存器DR：在內(nèi)部邏輯電路和各引腳之間均插入了一串邊界掃描單元，形成了由TDI到TDO之間的邊界寄存器鏈（（4）旁路寄存器BP：它只是1位寄存器。它的一端與TDI相連，另一端與TDO相連。在指令控制下，由TDI輸入的數(shù)據(jù)可以直接經(jīng)由本片的旁路寄存器送到TDO。使用旁路寄存器，可以越過片1、片2的邊界寄存器，僅經(jīng)過它們的旁路寄存器直接向片3輸入數(shù)據(jù)。（5）測試訪問端口（TAP）控制器：TAP控制器是一個16狀態(tài)的莫爾型同步時序電路，響應于測試時鐘TCK的上升沿。在TCK和TMS協(xié)同配合下確定來自TDI的串行數(shù)據(jù)是指令碼還是測試碼，進而產(chǎn)生ClockIR、ClockIR、UpdateIR、UpdateDR、ShiftDR和Mode、Control等信號，實現(xiàn)對IR和DR的設置和控制。（6）測試總線：這種芯片至少有四個供邊界掃描用的附加引腳TCK、TMS、TDI和TDO，還可以另設一個引腳TRST。TCK是測試時鐘輸入引腳，TMS是測試方式選擇引腳，TDI是測試用輸入引腳，TDO是測試用輸出引腳。這四個引腳構(gòu)成了測試總線。TRST是供TAP控制器復位用的。

系統(tǒng)設計實例—水聲遙控釋放器水聲釋放器的分類有纜控制型；定時型；無纜遙控型；切纜型；燒蝕型；爆破式；電機驅(qū)動型。

動作機構(gòu)形式控制方式燒蝕型爆破型切纜型電機驅(qū)動型無纜遙控型結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、準備周期長結(jié)構(gòu)復雜、可靠性高、便于回收、工作于深?？煽啃愿摺C械結(jié)構(gòu)復雜、功耗較大高可靠性、載荷有限、工作于淺海、體積小、重量輕、使用和回收方便定時型預設時間節(jié)點、功耗低、回收的可操作性差有纜控制型結(jié)構(gòu)簡單、抗干擾、可靠性高、靈活性差AR701AE技術(shù)指標工作深度：400米；水下連續(xù)工作時間：10~15個月；釋放載荷：200公斤；工作范圍：2000米；外形尺寸：長度564毫米，直徑140毫米；重量：6.5公斤（空氣中），2公斤（水中）；頻率范圍：8至16千赫；聲源級：190分貝；超過30000獨立編碼；工作范圍：約10千米（根據(jù)具體的信道條件而定）；水聲信道分析

聲傳播損失；多途效應；海洋環(huán)境噪聲

傳播損失多途效應海洋環(huán)境噪聲

聲學參數(shù)計算工作頻率：f=50kHz；發(fā)射聲源級：SL=192dB;傳播損失：TL=70dB；系統(tǒng)工作帶寬：B=20kHz;水聽器靈敏度:M=-170dB;NL=108dB水聽器表面信噪比：SNR=14dB;硬件系統(tǒng)設計電路系統(tǒng)設計模擬電路設計數(shù)字電路設計電路系統(tǒng)參數(shù)的計算聲信號幅值：Vi<5mV;A/D轉(zhuǎn)換器量程：0~2.5V;放大電路增益G=500；濾波器通頻帶：B=20kHz；8階巴特沃斯濾波器；檢波電路；光電耦合電路；核心處理器遙控信息解碼步進電機驅(qū)動實時時鐘控制串行通信低功耗軟件設計（略）嵌入式指紋識別系統(tǒng)

生理測定技術(shù)點之一；指紋具有終生不變性及穩(wěn)定性；用于身份認證；應用前景較好的生物識別系統(tǒng)包括：虹膜識別；面部識別；簽名識別；聲音識別；指紋識別原理

通過分析指紋的全局特征和局部特征，特征點如脊點、谷點、終點、分叉點等；每個特征點約有7個特征；特征匹配數(shù)目大于10認為匹配成功；

算法流程圖像分割圖像增強二值化圖像細化特征提取圖像采集模塊光學錄入主要依據(jù)是光的全反射原理（FTIR）。光線照到壓有指紋的玻璃表面，反射光線由電荷耦合器件(簡稱CCD:ChargeCoupledDevice)去獲得，反射光形成指紋圖象。

電容式固體傳感器采樣平面由許許多多微小電容組成。當手指皮膚接觸傳感器表面時，紋理凸起處連接的電容容值比凹陷處連接的電容值大，依靠這種電容值的不同形成指紋的圖像。

超聲波傳感器依靠反射波的強弱形成指紋紋理圖像。當超聲波源發(fā)出的超聲波通過傳感器表面到達手指表面時．會被反射回去。接收設備獲取反射信號，得到脊的深度，形成指紋圖象。積累在皮膚上的臟物和油脂對超聲波獲得的圖像影響比較微弱。FPS200指紋傳感器256×300個電容傳感陣列；分辨率500dpi；工作電壓范圍為3.3～5V；8位ADC；兩組采樣保持電路；FPS200的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以一個便攜式GPS導航系統(tǒng)的開發(fā)實例來說明整個系統(tǒng)設計的流程

需求便攜式GPS導航系統(tǒng)是一個手持的電池供電系統(tǒng)，需要完成以下功能

能夠存儲電子地圖信息并在LCD顯示屏上顯示能夠接收GPS信號，根據(jù)GPS收到的信息可以確定當前在地圖中所處的位置給定起點和終點可以計算出合理的行進路線可以通過以太網(wǎng)下載更新電子地圖或系統(tǒng)軟件有USB主端接口，滿足USB1.1規(guī)范，可以掛接鍵盤、鼠標和存儲設備等分析根據(jù)系統(tǒng)功能，可以確定該系統(tǒng)需要有以下的內(nèi)存和功能接口

32MBFlash存儲器，用于存儲電子地圖信息4MBFlash存儲器，用于存儲系統(tǒng)軟件64MBSDRAM，用作系統(tǒng)運行內(nèi)存TFT-LCD接口，支持16位顏色，6.4英寸TFT-LCD顯示屏RS232接口，用于與GPS模塊通訊10M以太網(wǎng)接口USB主端接口支持6.4英寸四線電阻式觸摸屏處理器的選擇嵌入式系統(tǒng)設計的差異性極大，因此選擇是多樣化的選擇：PXA255是Intel公司采用XScale微體系結(jié)構(gòu)開發(fā)的一款嵌入式處理器，主要面向手持多媒體應用特性 高性能、低功耗的XScale處理器核，時鐘頻率按不同型號分為200MHz、300MHz和400MHz系統(tǒng)總線速度比PXA250提高一倍，當內(nèi)核工作在400MHz時系統(tǒng)總線頻率為200MHz采用0.18微米工藝制造，17mmx17mmx1.75mm，256腳PBGA封裝采用Intel多媒體處理技術(shù)增強型存儲器控制器，支持2.5V／3.3V、16／32位的存儲器支持MMC／SD卡和PCMCIA／CF卡提供920Kbps藍牙接口外圍部件存儲器控制器?？蔀槎喾N存儲器芯片提供可編程的控制信號。支持4個SDRAM分區(qū)，6個SRAM、SSRAM、FLASH、ROM、SROM靜態(tài)片選和2個PCMCIA或COMPACTFLASH槽時鐘和電源控制器。時鐘可由3.6864MHz和一個可選的32.768KHz兩種晶體驅(qū)動。3.6864MHz晶體驅(qū)動一個核心鎖相環(huán)和一個外圍鎖相環(huán)。32.768KHz晶體產(chǎn)生一個硬件復位后選定的可選時鐘源，用于驅(qū)動實時時鐘(RTC)、電源管理控制器和中斷控制器USB從端設備控制器。支持多達16個終結(jié)點，提供一個內(nèi)部產(chǎn)生的48MHz時鐘DMA控制器。提供16個優(yōu)先級不同的通道，用于響應來自片內(nèi)外圍部件和片外設備的數(shù)據(jù)傳輸請求液晶控制器。提供支持雙掃描無源陣列彩顯（DSTN，俗稱偽彩）或有源陣列彩顯（TFT，俗稱真彩）屏的接口。最大支持顯示分辨率為1024×1024像素AC97控制器。支持AC972.0修訂版本的多媒體數(shù)字信號編解碼器，為立體PCM輸入輸出、Modem輸入輸出和單一的麥克風輸入都提供了單獨的16位通道I2S控制器。為標準I2S多媒體數(shù)字信號編解碼器提供了串行連接。I2S控制器引腳與AC97控制器引腳復用MMC控制器。提供到標準存儲卡的串行接口,數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達20Mbps高速紅外(FIR)通訊端口?；?Mbps的紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(IrDA)規(guī)格，工作于半雙工模式下同步串行協(xié)議端口(SSP)控制器。提供7.2Kbps到1.84Mbps的全雙工同步串行接口。SSP接口支持NationalSemiconductor的Microwire協(xié)議、TexasInstruments的同步串行協(xié)議（SSP）和Motorola的SPI協(xié)議I2C總線接口單元。提供2個引腳的通用串行通訊端口，其中一個引腳用于數(shù)據(jù)和地址，另一個用于時鐘通用I/O引腳。每個引腳都可以獨立地編程定義為輸入或輸出4個UART。每一個UART都能用作低速紅外收發(fā)全功能UART(FFUART)：可編程波特率最大為230Kbps，提供完整的modem控制引腳藍牙UART(BTUART)：可編程波特率最高可達921Kbps，提供部分modem控制引腳標準UART(STUART)：可編程波特率最高可達230Kbps，不提供任何modem控制引腳，但可通過GPIO引腳提供硬件UART(HWUART)：它帶有硬件流控制，提供部分modem控制引腳，其編程可調(diào)的波特率可高達921.6Kbps。硬件UART的引腳與PCMCIA的控制引腳復用實時時鐘。實時時鐘可提供恒定頻率的輸出，它帶有可編程鬧鐘寄存器，可用于從休眠模式中喚醒處理器OS定時器。可用于提供一個帶有4個寄存器的3.6864MHz參考計數(shù)器。這些寄存器可用于產(chǎn)生中斷，其中一個還能用于產(chǎn)生看門狗中斷脈沖寬度調(diào)制(PWM)。其頻率和占空比可以獨立編程中斷控制。中斷控制器可以通過屏蔽寄存器禁用或啟用單個中斷源網(wǎng)絡同步串行協(xié)議端口(NSSP)。該端口可用于連接其他的網(wǎng)絡ASIC為什么選擇PXA255？①處理器性能不是在于挑選速度最快的處理器，而是在于選取能夠完成作業(yè)的處理器和I/O子系統(tǒng)可能會升級的系統(tǒng)，可以考慮在完成目前作業(yè)的情況下還能夠有一定的性能余量處理器便攜式GPS導航系統(tǒng)在顯示和路線計算方面對處理器的性能要求都比較高，而PXA255則具有較高的處理性能，系統(tǒng)時鐘頻率可以達到400MHz，外圍總線頻率可以達到100MHz，能夠較好的完成該系統(tǒng)所要求的功能②集成外圍接口內(nèi)部有集成的LCD控制器，可以直接支持16位顏色的TFT-LCD顯示屏有多個UART通訊口，可以方便的擴出與GPS模塊通訊的RS232通訊口使系統(tǒng)的設計變得相對簡單③功耗當工作在400MHz時鐘頻率運行模式下，PXA255的功耗的典型值僅為411mW如果降低工作頻率，處理器的功耗會變得更低PXA255還提供了加速模式、運行模式、待機模式和睡眠模式這四種工作模式，可以方便的進行電源管理在相應的開發(fā)板上做前期的試驗評估，確保在軟硬件方面都能夠滿足設計的要求外圍器件的選擇Micron公司的MT48LC16M16A2是位寬為16位，容量為32MB的SDRAM。系統(tǒng)中采用兩片MT48LC16M16A2來組成所需要的32位寬、32MB的運行內(nèi)存。Intel公司的TE28F160C3T和28F128J3C是兩款NOR型閃存。系統(tǒng)中分別采用兩片TE28F160C3T和兩片28F128J3C來用作系統(tǒng)程序的存儲器和電子地圖的存儲器。10M以太網(wǎng)接口可以通過CirrusLogic公司的CS8900A來提供CS8900A是用于嵌入式設備的低成本以太局域網(wǎng)控制器。它的高度集成設計使其不再需要其它以太網(wǎng)控制器所必需的昂貴外部器件。CS8900A包括片上RAM，10Base-T傳輸和接收濾波器，以及帶24毫安驅(qū)動的直接ISA-總線接口Cypress公司的SL811HS可用來提供系統(tǒng)中所需的滿足USB1.1規(guī)范的USB主端接口。SL811HS是一個既可以作為USB主端也可以作為USB從端，既可以工作在全速模式（12Mbps）也可以工作在低速模式（1.5Mbps）的嵌入式USB主端/從端控制器它可以直接與多種總線掛接，如嵌入式處理器的數(shù)據(jù)總線、ISA總線和PCMCIA總線等TI公司的ADS7843E是一款高性能低功耗的四線電阻式觸摸屏控制器通過它系統(tǒng)可以方便的掛接四線電阻式觸摸屏內(nèi)部集成一個12位分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），最高轉(zhuǎn)換速度可以達到125KHz，并通過串行口與處理器進行通訊電源方案的設計兩種基本的直流/直流變換的電源供電方式線性穩(wěn)壓電源開關穩(wěn)壓電源線性穩(wěn)壓電源優(yōu)點就是電路結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，所需電路元件數(shù)量少，電源紋波小一個致命的弱點就是效率低，功耗大開關穩(wěn)壓電源優(yōu)點就是轉(zhuǎn)換效率高，一般可以達到80％以上升降壓比較靈活便攜式GPS導航系統(tǒng)是一個電池供電的手持系統(tǒng)盡量使用高轉(zhuǎn)換效率的開關穩(wěn)壓電源來實現(xiàn)系統(tǒng)的供電整體框架圖

DS18B20數(shù)字溫度計是DALLAS公司生產(chǎn)的1－Wire，即單總線器件，具有線路簡單，體積小，抗干擾能力強，精度高的特點。

DS18B20具有唯一的序列號，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計，十分方便。

DS18B20的主要特征：全數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換及輸出。先進的單總線數(shù)據(jù)通信。最高12位分辨率，精度可達土0.5攝氏度。12位分辨率時的最大工作周期為750毫秒。可選擇數(shù)據(jù)線寄生電源工作方式。檢測溫度范圍為–55°C~+125°C內(nèi)置EEPROM，限溫報警功能。64位光刻ROM，內(nèi)置產(chǎn)品序列號，方便多機掛接。多樣封裝形式，適應不同硬件系統(tǒng)。

DS18B20芯片封裝結(jié)構(gòu)：

DS18B20詳細引腳功能描述：序號名稱引腳功能描述

GND地信號2

DQ數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源。

VDD可選擇的VDD引腳。當工作于寄生電源時，此引腳必須接地。

DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖：

DS18B20共有三種形態(tài)的存儲器資源：１、ROM只讀存儲器，用于存放DS18B20的ID編碼，其前8位是單線系列編碼（DS18B20的是２８H），后面48位是芯片唯一的序列號，最后8位是以上56位的CRC碼（冗余校驗）。數(shù)據(jù)在出產(chǎn)時設置不由用戶更改。DS18B20共64位ROM。２、RAM數(shù)據(jù)暫存器，用于內(nèi)部計算和數(shù)據(jù)存取，數(shù)據(jù)在掉電后丟失，DS18B20共9個字節(jié)RAM，每個字節(jié)為8位。第1、2個字節(jié)是溫度轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)值（溫度寄存器），第3、4個字節(jié)是用戶EEPROM（溫度報警值TH、TL儲存）的鏡像。在上電復位時其值將被刷新。第5個字節(jié)則是用戶第3個EEPROM的鏡像（配置寄存器）。第6、7、8個字節(jié)為計數(shù)寄存器，是為了讓用戶得到更高的溫度分辨率而設計的，同樣也是內(nèi)部溫度轉(zhuǎn)換、計算的暫存單元。第9個字節(jié)為前8個字節(jié)的CRC碼。３、EEPROM非易失性記憶體，用于存放長期需要保存的數(shù)據(jù)，上下限溫度報警值和校驗數(shù)據(jù)，DS18B20共3位EEPROM，并在RAM都存在鏡像，以方便用戶操作。

DS18B20內(nèi)部存儲器結(jié)構(gòu)：

DS18B20溫度寄存器格式：測得的溫度值以二進制補碼的形式存放于溫度寄存器中。S為符號位，S=0時，表示溫度值為正；S=1時表示溫度值為負。主機讀取數(shù)據(jù)后，先將數(shù)據(jù)補碼變?yōu)樵a，再計算其十進制值。

DS18B20數(shù)字溫度計是DALLAS公司生產(chǎn)的1－Wire，即單總線器件，具有線路簡單，體積小，抗干擾能力強，精度高的特點。

DS18B20具有唯一的序列號，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計，十分方便。

DS18B20的主要特征：全數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換及輸出。先進的單總線數(shù)據(jù)通信。最高12位分辨率，精度可達土0.5攝氏度。12位分辨率時的最大工作周期為750毫秒。可選擇數(shù)據(jù)線寄生電源工作方式。檢測溫度范圍為–55°C~+125°C內(nèi)置EEPROM，限溫報警功能。64位光刻ROM，內(nèi)置產(chǎn)品序列號，方便多機掛接。多樣封裝形式，適應不同硬件系統(tǒng)。

DS18B20芯片封裝結(jié)構(gòu)：

DS18B20詳細引腳功能描述：序號名稱引腳功能描述

GND地信號2

DQ數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源。

VDD可選擇的VDD引腳。當工作于寄生電源時，此引腳必須接地。

DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖：

DS18B20共有三種形態(tài)的存儲器資源：１、ROM只讀存儲器，用于存放DS18B20的ID編碼，其前8位是單線系列編碼（DS18B20的是２８H），后面48位是芯片唯一的序列號，最后8位是以上56位的CRC碼（冗余校驗）。數(shù)據(jù)在出產(chǎn)時設置不由用戶更改。DS18B20共64位ROM。２、RAM數(shù)據(jù)暫存器，用于內(nèi)部計算和數(shù)據(jù)存取，數(shù)據(jù)在掉電后丟失，DS18B20共9個字節(jié)RAM，每個字節(jié)為8位。第1、2個字節(jié)是溫度轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)值（溫度寄存器），第3、4個字節(jié)是用戶EEPROM（溫度報警值TH、TL儲存）的鏡像。在上電復位時其值將被刷新。第5個字節(jié)則是用戶第3個EEPROM的鏡像（配置寄存器）。第6、7、8個字節(jié)為計數(shù)寄存器，是為了讓用戶得到更高的溫度分辨率而設計的，同樣也是內(nèi)部溫度轉(zhuǎn)換、計算的暫存單元。第9個字節(jié)為前8個字節(jié)的CRC碼。３、EEPROM非易失性記憶體，用于存放長期需要保存的數(shù)據(jù)，上下限溫度報警值和校驗數(shù)據(jù)，DS18B20共3位EEPROM，并在RAM都存在鏡像，以方便用戶操作。

DS18B20內(nèi)部存儲器結(jié)構(gòu)：

DS18B20溫度寄存器格式：測得的溫度值以二進制補碼的形式存放于溫度寄存器中。S為符號位，S=0時，表示溫度值為正；S=1時表示溫度值為負。主機讀取數(shù)據(jù)后，先將數(shù)據(jù)補碼變?yōu)樵a，再計算其十進制值。寄生電源工作方式

（電源從IO口上獲得）注意：當溫度高于１００℃時，不能使用寄生電源，因為此時器件中較大的漏電流會使總線不能可靠檢測高低電平，從而導致數(shù)據(jù)傳輸誤碼率的增大。

外接電源工作方式

DS18B20的工作時序DS18B20的一線工作協(xié)議流程是：初始化→ROM操作指令→存儲器操作指令→數(shù)據(jù)傳輸。其工作時序包括： 初始化時序 寫時序 讀時序初始化時序主機首先發(fā)出一個480－960微秒的低電平脈沖，然后釋放總線變?yōu)楦唠娖剑⒃陔S后的480微秒時間內(nèi)對總線進行檢測，如果有低電平出現(xiàn)說明總線上有器件已做出應答。若無低電平出現(xiàn)一直都是高電平說明總線上無器件應答。

做為從器件的DS18B20在一上電后就一直在檢測總線上是否有480－960微秒的低電平出現(xiàn)，如果有，在總線轉(zhuǎn)為高電平后等待15－60微秒后將總線電平拉低60－240微秒做出響應存在脈沖，告訴主機本器件已做好準備。若沒有檢測到就一直在檢測等待。

接下來就是主機發(fā)出各種操作命令，但各種操作命令都是向DS18B20寫0和寫1組成的命令字節(jié)，接收數(shù)據(jù)時也是從DS18B20讀取0或1的過程。因此首先要搞清主機是如何進行寫0、寫1、讀0和讀1的。寫周期最少為60微秒，最長不超過120微秒。寫周期一開始做為主機先把總線拉低1微秒表示寫周期開始。隨后若主機想寫0，則繼續(xù)拉低電平最少60微秒直至寫周期結(jié)束，然后釋放總線為高電平。若主機想寫1，在一開始拉低總線電平1微秒后就釋放總線為高電平，一直到寫周期結(jié)束。而做為從機的DS18B20則在檢測到總線被拉底后等待15微秒然后從15us到45us開始對總線采樣，在采樣期內(nèi)總線為高電平則為1，若采樣期內(nèi)總線為低電平則為0。

對DS18B20的寫和讀操作對于讀數(shù)據(jù)操作時序也分為讀0時序和讀1時序兩個過程。讀時隙是從主機把單總線拉低之后，在1微秒之后就得釋放單總線為高電平，以讓DS18B20把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾慰偩€上。DS18B20在檢測到總線被拉低1微秒后，便開始送出數(shù)據(jù)，若是要送出0就把總線拉為低電平直到讀周期結(jié)束。若要送出1則釋放總線為高電平。主機在一開始拉低總線1微秒后釋放總線，然后在包括前面的拉低總線電平1微秒在內(nèi)的15微秒時間內(nèi)完成對總線進行采樣檢測，采樣期內(nèi)總線為低電平則確認為0。采樣期內(nèi)總線為高電平則確認為1。完成一個讀時序過程，至少需要60us才能完成

DS18B20單線通信功能是分時完成的，他有嚴格的時隙概念，如果出現(xiàn)序列混亂，1-WIRE器件將不響應主機，因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進行。根據(jù)DS18B20的協(xié)議規(guī)定，微控制器控制DS18B20完成溫度的轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過以下4個步驟：（１）每次讀寫前對DS18B20進行復位初始化。復位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500us，然后釋放，DS18B20收到信號后等待16us~60us左右，然后發(fā)出

60us~240us的存在低脈沖，主CPU收到此信號后表示復位成功。（２）發(fā)送一條ROM指令（３）發(fā)送存儲器指令DS18B20的存儲器指令集

現(xiàn)在我們要做的是讓DS18B20進行一次溫度的轉(zhuǎn)換，那具體的操作就是：1、主機先作復位操作，2、主機再寫跳過ROM的操作（CCH）命令，3、然后主機接著寫轉(zhuǎn)換溫度的操作命令，后面釋放總線至少一秒，讓DS18B20完成轉(zhuǎn)換的操作。在這里要注意的是每個命令字節(jié)在寫的時候都是低字節(jié)先寫，例如CCH的二進制為11001100，在寫到總線上時要從低位開始寫，寫的順序是“零、零、壹、壹、零、零、壹、壹”。整個操作的總線狀態(tài)如下圖。讀取RAM內(nèi)的溫度數(shù)據(jù)。同樣，這個操作也要接照三個步驟。1、主機發(fā)出復位操作并接收DS18B20的應答（存在）脈沖。2、主機發(fā)出跳過對ROM操作的命令（CCH）。3、主機發(fā)出讀取RAM的命令（BEH），隨后主機依次讀取DS18B20發(fā)出的從第0一第8，共九個字節(jié)的數(shù)據(jù)。如果只想讀取溫度數(shù)據(jù)，那在讀完第0和第1個數(shù)據(jù)后就不再理會后面DS18B20發(fā)出的數(shù)據(jù)即可。同樣讀取數(shù)據(jù)也是低位在前的。整個操作的總線狀態(tài)如下圖：

在這里說明一下，第二步跳過對ROM操作的命令是在總線上只有一個器件時，為節(jié)省時間而簡化的操作，若總線上不止一個器件，那么跳過ROM操作命令將會使幾器件同時響應，這樣就會出現(xiàn)數(shù)據(jù)沖突。初始化時序bitInit_DS18B20(void) {bitflag;//儲存DS18B20是否存在的標志，flag=0，存在；flag=1，不存在

DQ=1;//先將數(shù)據(jù)線拉高

for(time=0;time<2;time++);//略微延時約6微秒//再將數(shù)據(jù)線從高拉低，要求保持480~960usDQ=0;

for(time=0;time<200;time++);//略微延時約600微秒//以向DS18B20發(fā)出一持續(xù)480~960us的低電平復位脈沖DQ=1;//釋放數(shù)據(jù)線（將數(shù)據(jù)線拉高）

for(time=0;time<10;time++);//延時約30us（釋放總線后需等待15~60us讓DS18B20輸出存在脈沖）flag=DQ;//讓單片機檢測是否輸出了存在脈沖（DQ=0表示存在）

for(time=0;time<200;time++);//延時足夠長時間，等待存在脈沖輸出完畢return(flag);//返回檢測成功標志

}unsignedcharReadOneChar(void){unsignedchari=0; unsignedchardat;//儲存讀出的一個字節(jié)數(shù)據(jù)

for(i=0;i<8;i++) {DQ=1;//先將數(shù)據(jù)線拉高

_nop_(); //等待一個機器周期

DQ=0;//單片機從DS18B20讀書據(jù)時,將數(shù)據(jù)線從高拉低即啟動讀時序

_nop_();//等待一個機器周期

DQ=1;//將數(shù)據(jù)線"人為"拉高,為單片機檢測DS18B20的輸出電平作準備