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1、1,12:09,单片机原理与接口技术,第11章 单片机系统 无线扩展技术,http:/ （2）熟悉nRF905无线数传芯片接口电路的设计方法。 （3）了解无线传感网络ZigBee的基本原理和应用。,本章教学要求,3,12:09,本 章 目 录,11.1 点对点无线通信 11.1.1 nRF905芯片介绍 11.1.2 应用nRF905扩展单片机无线接口 11.2 ZigBee无线网络技术简介 11.2.1 ZigBee网络框架 11.2.2 ZigBee网络中的设备 11.2.3 ZigBee网络拓扑结构 11.2.4 ZigBee技术的特点和应用领域,11.3 ZigBee无线网络技术应用实
2、例 11.3.1 支持ZigBee无线网络的单片机选择 11.3.2 串行总线接口的数字式温湿度传感器选择 11.3.3 ZigBee无线网络节点的硬件电路设计 11.3.4 软件设计 习题与思考题,4,12:09,前 言,与有线通信技术相比，无线通信技术具有如下优点： 布线成本低，不需要专门的电缆； 只需将设备与无线数据传输模块相连接，建网快捷、扩展性好； 维护方便, 灵活性高, 易用性好, 可快速构建应用系统。 随着射频技术和集成电路的发展，短距离无线数据传输速率也越来越快，抗干扰能力也越来越强，体积却越来越小，功率和成本越来越低，开发简单快速，极大地促进了移动电子设备的发展。 目前，无线
3、数据传输使用范围非常广泛，包括工业控制、交通物流、环境监测、市政设施、粮情监测、仓库监测、医疗监护、家庭电子、社区服务和物业管理等诸多方面。,5,12:09,前 言,目前广泛应用的无线通信技术主要有： 无线传感网络（ZigBee）； 蓝牙（Bluetooth）； 红外（IrDA）； 无线局域网802.11（Wi-Fi）。 还有一些近距离无线技术标准，例如： 射频标签RFID； 超宽频UWB（UltraWideBand）； 短距离通信（NFC）； HomeRF等。 这些技术都有各自的特点和适用的场合。本章将以点对点无线通信和ZigBee无线传感网络为例介绍单片机无线接口技术。,6,12:09,1
4、1.1 点对点无线通信,早期的无线收发电路采用分立元件组成，调试复杂而且稳定性欠佳。随着大规模集成电路技术的发展，短距离无线收发芯片已经集成化，形成单片数字信号射频收发芯片，只需要增加少量外围器件就可组成一致性良好，性能稳定的无线收发模块。 这些射频收发芯片一般均采用串行接口同单片机进行通信，因此单片机只要通过通信接口对射频收发芯片内部的寄存器进行配置就可以改变发射功率、工作频率等参数，数据的传输也是通过串行接口进行的，极大地方便了单片机无线应用开发。 这些射频收发芯片主要有挪威Nordic公司生产的nRF401，nRF905，nRF2401等，美国Analog公司生产的ADF7021，ADF
5、7022，ADF7025等，Chipcon公司生产的CC1100，CC1020，CC2500等，Silicon Labs公司生产的Si4430/31/32等芯片。 本节将以nRF905为例介绍射频收发芯片与单片机的接口技术。,- 射频收发芯片,7,12:09,11.1.1 nRF905芯片介绍,nRF905是集成度很高的多频段单片射频收发器。 工作于433/868/915MHz三个ISM(工业、科学和医学)频道。 nRF905采用GFSK调制方式，最高工作速率50kbps。 芯片内部集成了曼彻斯特编码和解码器。 利用SPI接口同单片机进行数据交换。 外部只需连接少量电阻和电容元件，配置简单方便
6、。 最大发射功率为10dBm。 接收灵敏度为-100dBm。 工作电压为1.93.6V。 功耗低，发送功率-10dBm时电流为9mA，接收时为12.5mA，待机模式下仅为2.5A。 适用于无线数据通信、无线报警及安全系统、无线监测等领域。,- nRF905芯片,8,12:09,11.1.1 nRF905芯片介绍,nRF905内部结构图,nRF905由电源管理模块,频率合成器, 接收解调器, 功率放大器, 晶体振荡器, 低噪声放大器, 功率放大器, 调制器, 内部寄存器和SPI总线接口等模块组成。,nRF905采用32引脚QFN封装(55mm),- nRF905结构,9,12:09,11.1.1
7、 nRF905芯片介绍,1nRF905的引脚功能,- nRF905引脚,10,12:09,11.1.1 nRF905芯片介绍,2nRF905的工作模式,nRF905有两种工作模式和两种节能模式。 两种工作模式是： ShockBurstTM接收模式 ShockBurstTM发送模式 两种节能模式是：掉电模式和待机模式。 其工作模式由PWR_UP、TRX_CE和TX_EN三个引脚决定，见下表。,- nRF905工作模式,11,12:09,11.1.1 nRF905芯片介绍,3nRF905的内部寄存器,nRF905有5个内部寄存器, 可通过对这5个寄存器的操作实现对芯片控制、发送和接收数据。各寄存器
8、功能描述： 1）状态寄存器 状态寄存器(Status-Register)是只读寄存器, 其中位7是地址匹配状态(AM)信息, 位5是数据就绪DR, 其他位没有用。 2）射频配置寄存器 射频配置寄存器(RF-Configuration Register)共有9字节，用来配置nRF905的射频工作频段、输出功率，工作方式、本机地址、发送和接收字节数等信息。 具体内容见表11-3和表11-4。,- nRF905寄存器,12,12:09,11.1.1 nRF905芯片介绍,表11-3 nRF905的射频配置寄存器字节列表,- nRF905射频配置寄存器,13,12:09,11.1.1 nRF905芯片
9、介绍,表11-4 nRF905的RF配置寄存器相关位说明,- nRF905的RF配置寄存器,14,12:09,11.1.1 nRF905芯片介绍,3）发送地址寄存器 发送地址寄存器（TX-Address）用来写入要访问的目标无线终端设备的地址信息。该寄存器共有4字节，但实际使用的字节数由射频配置寄存器中的TX_AFW决定。 4）发送数据缓冲区 发送数据缓冲区（TX-Payload）用来写入要向目标无线终端设备发送的数据信息。该缓冲区共有32字节，但实际使用的字节数由射频配置寄存器中的TX_PW决定。 5）接收数据缓冲区 接收数据缓冲区（RX-Payload）用来保存nRF905接收到的数据信息
10、，供主机进行读取。该数据信息包含字头和CRC校验位信息。该缓冲区共有32字节，但实际使用的字节数由射频配置寄存器中的RX_PW决定。,- nRF905寄存器,15,12:09,11.1.1 nRF905芯片介绍,4nRF905的SPI接口命令 主机在访问nRF905相关寄存器时需要按下表中的工作命令操作。,- nRF905命令,16,12:09,11.1.1 nRF905芯片介绍,nRF905的SPI接口读写时序,该接口支持SPI工作模式0, 每条命令都从CSN的下降沿启动。 读状态寄存器没有相应命令, 而是每当CSN下降沿跳变时, 状态寄存器的内容就随着时钟信号逐位移出。 推荐在芯片处于待机
11、状态时操作SPI接口。,- nRF905读写时序,17,12:09,11.1.2 应用nRF905扩展单片机无线接口,1nRF905的收发流程 采用nRF905为单片机设计无线数据传输接口, 需要考虑单片机如何控制数据的发送和接收, 各引脚之间的配合关系是怎么样的, 同时还要考虑多个无线终端设备存在时如何防止数据发送的冲突。 nRF905发送工作时序图,- nRF905发送时序,18,12:09,11.1.2 应用nRF905扩展单片机无线接口,nRF905的发送流程如下： (1) 单片机由SPI接口向nRF905传送目标终端地址和待发送数据。 (2) 单片机拉高TRX_CE和TX_EN，使n
12、RF905进入发送模式， nRF905做如下处理： 启动射频电路； 为数据加上字头和计算出的CRC校验码，形成数据包； 发送数据包； 当数据发送完成, 数据准备好引脚DR被置高; 通知单片机nRF905可以接收新的数据。 (3) 如果射频配置寄存器中AUTO_RETRAN配置为1, nRF905将不断重发数据包, 直到TRX_CE被置低。 (4) 当TRX_CE被置低, nRF905在当前数据包发送完成后, 自动进入空闲模式。,在发送模式时, DR引脚在数据包传输开始或转换到其他模式时变为低电平。一旦发送数据的过程开始, 无论TRX_CE和TX_EN引脚是高或低, 发送过程都会被处理完。只有在
13、前一个数据包被发送完毕, nRF905才能接收下一个发送数据包。,- nRF905发送流程,19,12:09,11.1.2 应用nRF905扩展单片机无线接口,nRF905接收工作时序图,- nRF905接收时序,20,12:09,11.1.2 应用nRF905扩展单片机无线接口,nRF905的接收流程如下： (1) 当TRX_CE为高、TX_EN为低时, nRF905进入接收模式。 (2) 650s后，nRF905开始监测，等待接收数据。 (3) 当nRF905检测到同一频段的载波时, 载波检测引脚被置高。 (4) 当接收到的数据包的地址部分与配置的本机地址相同, AM引脚被置高。 (5)
14、当nRF905接收完数据后进行CRC校验，校验结果正确，则nRF905自动移去字头、地址和CRC校验位，然后把DR引脚置高。如果CRC校验有误，则DR引脚保持低电平，而且将AM引脚复位置低。 (6) 单片机把TRX_CE置低，nRF905进入空闲模式。 (7) 单片机通过SPI口把数据从接收缓冲区读回。,- nRF905接收流程,21,12:09,11.1.2 应用nRF905扩展单片机无线接口,当数据缓冲区中的数据被读空时，nRF905把DR引脚和AM引脚置低。此时nRF905可以进入接收模式、发送模式或关机模式。当nRF905正在接收一个数据包时，如果改变芯片的工作模式会造成数据丢失。 C
15、D引脚的作为载波检测的输出，为nRF905提供了简易的冲突检测功能。当芯片处于接收模式时，如果在芯片所配置的射频工作频段内，能够检测到载波信号，则说明有设备处于发送状态，此时载波检测（CD）引脚变高。为了避免冲突，造成双方数据发射失败，单片机在发送数据前，要先将芯片置为接收模式，检查CD引脚状态，为低电平时才可发送数据。,- nRF905接收流程,22,12:09,11.1.2 应用nRF905扩展单片机无线接口,2nRF905的接口电路 图11-5是采用8051内核单片机STC90C54所设计的nRF905的接口电路。 nRF905的外部连接包括天线、晶振、电阻和电容。天线可以采用PCB环形
16、天线和外部单端天线, 不同的频段和不同的天线对电路中元件的要求不同。 设计印制电路板时严格按照芯片的手册给出的天线电路的布局、尺寸和形状绘制PCB天线。 nRF905的电源应尽量采用独立的直流电源供电，电源引线尽量短。电源引脚VDD应接去耦电容，去耦电容应尽量接近nRF905的电源引脚，最好用一个大的钽电容（4.7 F）和一个小的电容并联。,- nRF905接口电路,23,12:09,11.1.2 应用nRF905扩展单片机无线接口,- nRF905接口电路,24,12:09,11.1.2 应用nRF905扩展单片机无线接口,图11-5中，STC90C54的P2.0P2.3作为SPI接口与nR
17、F905的SPI接口连接, 实现地址和数据的传输。nRF905的CD、AM、DR、PWR_UP、TRX_CE和TXEN均与STC90C54的I/O口相连，用于实现nRF905的状态检测和工作模式控制。 系统工作在433 MHz频段，相应的外部元器件参数和要求见表11-6。,- nRF905外围元件,25,12:09,11.2 ZigBee无线网络技术简介,前面介绍的点对点无线通信方法适用于通信节点比较少和数据通信量较小的场合。当通信节点数较多时，这种通信方式就不可取了。因为这种情况下，管理大量的通信节点，对于编程人员来说将是非常的困难，而且这种通信方式没有可以遵循的标准协议，不利于通信的兼容性
18、。因此在节点数较多时一般采用无线组网来达到目的。 随着市场需求的迅速发展，无线通信技术朝着网络化、标准化的方向发展。众多无线网络通信技术迅速发展，并有了各自相应标准，如WLAN（Wi-Fi）、WMAN（WiMAX）、GSM/CDMA、GPRS、3G等。这些技术根据通信距离以及通信速率的不同应用在不同的场合中。随着人们生活水平的不断提高，人们提出了以人为中心的WPAN（Wireless Personal Area Network），即无线个人区域网。在这种要求下，IEEE协会成立了802.15工作组来研究并制订这种网络的标准。我们熟知的蓝牙技术的底层协议就是由IEEE 802.15.1小组制订的
19、。,- ZigBee,26,12:09,11.2 ZigBee无线网络技术简介,在2000年12月，IEEE协会成立了802.15.4工作组，制定了802.15.4无线网络标准，为个人无线网络增加了以ZigBee为代表的低速无线个人区域网（Low Rate Wireless Personal Area Network，LR-WPAN）。ZigBee是一种短距离，低功耗，低数据速率，低成本，低复杂度的无线网络技术。这个名字来源于蜂群使用的赖以生存和发展的通信方式，蜜蜂通过跳Zigzag形状的舞蹈来分享新发现的食物源的位置、距离和方向等信息。 ZigBee的基础是IEEE 802.15.4，具有I
20、EEE 802.15.4无线物理层所规定的全部优点：省电，简单，成本低，ZigBee联盟对其网络层协议和API进行了标准化，又增加了逻辑网络、网络安全和应用层。由于具有完善的网络协议，从而使得其在大容量无线节点通信时组网十分简便，应用也十分广泛。,- ZigBee,27,12:09,11.2.1 ZigBee网络框架,与众多其它网络协议一样，ZigBee也是采用分层的结构，基于标准的开放式系统互联（OSI）模型开发的。 IEEE.802.15.4仅是定义了ZigBee的物理层（PHY）与媒体介质控制层（MAC）规范。,2002年，英国Invcnsys公司、日本三菱电气公司、美国Motorola
21、公司及荷兰Philips公司宣布组成ZigBee技术联盟，该联盟对ZigBee网络层协议和API进行了标准化，对网络层（NWK）、应用层（APL）以及安全服务规范进行了定义。,ZigBee协议框架用图,- ZigBee框架,28,12:09,11.2.1 ZigBee网络框架,ZigBee的物理层通过射频固件和硬件提供MAC层与物理无线信道之间的接口，主要完成开启和关闭无线收发信机、能量检测、链路质量指示、空闲信道评估、信道选择和数据发送与接收等任务。 MAC层提供了服务协议汇聚层和物理层之间提供了一个接口，完成对无线物理信道的接入过程管理。MAC规范定义了3种数据传输模型： 数据从设备到网络
22、协调器 从网络协调器到设备 点对点对等传输模型 网络层主要功能包括设备连接和断开网络时所采用的机制，以及在帧信息传输过程中所采用的安全性机制。此外，还包括设备的路由发现和路由维护和转交。网络层还为应用层提供合适的服务接口。,- ZigBee协议,29,12:09,11.2.1 ZigBee网络框架,ZigBee应用层主要负责把不同的应用映射到ZigBee网络上，包括： 应用支持层APS（Application Support） 应用框架AF（Application Fraework） ZigBee设备对象ZDO（ZigBee Device Object） 应用支持层提供了网络层和应用层之间的接
23、口，维护绑定表和在绑定设备之间传递信息。 应用框架为ZigBee技术的实际应用提供一些应用框架模型，以便对ZigBee技术的开发应用。 ZigBee设备对象负责定义设备在网络中的角色，发现设备并决定设备能提供的服务。,- ZigBee协议,30,12:09,11.2.2 ZigBee网络中的设备,根据设备的功能不同，IEEE 802.15.4把网络中的设备分为： 全功能设备(Full function device, FFD)。实现IEEE 802.15.4全部协议集。 精简功能设备(Reduced functlon device, RFD)。根据需要选择协议中的部分功能，存储器容量要求少。
24、根据设备在网络中任务不同, ZigBee标准定义了三种逻辑设备： ZigBee协调器(ZigBee Coordinator, ZC)。协调器是ZigBee网络中的总控制器，主要功能是通过设置参数建立和启动网络，配置网络成员地址，维护网络，维护节点的关系表等，需要最多的存储空间和计算能力。每个网络有且只有一台ZigBee协调器。 ZigBee路由器(ZigBee Router, ZR)。路由器主要实现扩展网络及路由消息的功能, 作为网络中的潜在父节点, 允许更多的设备接入网络。 ZigBee终端设备(ZigBee EndDevice, ZE)。终端设备与实际的监控对象相连，完成信息传感和控制功能
25、，只与自己的父节点通讯，具体的信息路由则全部交由其父节点及网络中具有路由功能的协调器和路由器完成。,- ZigBee设备,31,12:09,11.2.3 ZigBee网络拓扑结构,ZigBee无线网络可采用多种类型的网络拓扑。 星状网络：由一个协调器节点和一个或多个终端设备节点组成。所有终端设备都只与协调器通信，依靠协调器将数据转发到目的终端设备。 树状网络：是多个星状拓扑的集合，若干个星状拓扑连接到一起。树状网络在信息源与目的设备之间只有一条传输路径，任何一个节点的中断或故障将会使部分节点脱离网络。 网状网络：每个节点都是一个小的路由器，信息源与终端设备之间有多个信息传输路径，具有重新路由选
26、择的能力，以确保网络最大限度的可靠性。,- ZigBee拓扑,32,12:09,11.2.4 ZigBee技术的特点和应用领域,由于ZigBee协议的PHY与MAC规范采用IEEE 802.15.4标准，于是ZigBee的很多底层技术特性是由IEEE 802.15.4标准决定的。表11-7列出了ZigBee的主要技术特性。,- ZigBee特点,33,12:09,11.2.4 ZigBee技术的特点和应用领域,ZigBee在低功耗、低成本等方面有着非常独到的优势，具体来说，ZigBee具有以下优点： 省电。由于工作周期短，收发信息时功耗低，并采用了休眠模式，ZigBee技术可以确保只有两节五号
27、电池的网络节点工作6个月到2年甚至更长的时间。 成本低廉。ZigBee协议相对于蓝牙、Wi-Fi要简单很多，可以采用8位单片机处理器，使模块成本很低，广泛应用时大约为20元左右，而且无需ZigBee协议专利费用。 可靠。采用碰撞避免机制，避免了发送数据时的竞争和冲突；能进行确认信息回复，若没有得到确认的回复将自动再传一次。采用这种方法可以提高系统信息传输的可靠性。 延时短。通信时延和从休眠状态激活的延时都非常短，ZigBee设备搜索延时一般为30 ms，休眠延时为15 ms，活动设备信道接入延时为15 ms。 网络容量大。可支持节点达65 000个。,- ZigBee优点,34,12:09,1
28、1.2.4 ZigBee技术的特点和应用领域,安全。ZigBee提供了数据完整性检查功能，加密算法采用通用的AES-128。 维护方便。ZigBee可以在任何地点，不依靠其他的移动和固定通信网络设备，迅速地建立无线网络，例如，可以在建筑物内、隧道中，以及偏远地区建立该网络系统。 自组织和自配置：ZigBee通过网络协调器自动建立网络，在给某节点上电后，它就能收听到邻近节点，如果它找到了一个或若干个节点，就会要求加入网络，满足一定条件下会获得准入。 ZigBee的应用领域： ZigBee主要应用在短距离、低功耗且传输速率不高的各种电子设备之间。目前主要应用于工业控制（如自动控制设备、无线传感器网
29、络），医疗护理（如监视和传感），家庭自动化（如照明、水电气计量及报警），消费类电子设备的遥控装置、建筑自动化、智能能源等领域。,- ZigBee应用领域,35,12:09,11.3 ZigBee无线网络技术应用实例,在工农业生产过程中及环境信息监控系统中，经常需要对环境的温湿度进行监测。 传统的温湿度监控系统主要是基于有线通信方式，在生产实践中存在诸如布线复杂、维护困难、传感器节点不能灵活部署等问题。 ZigBee无线传感器网络具有节点规模大、体积小、成本低、自组网等特点，十分适合在环境监测领域的应用。 本节以基于ZigBee无线网络技术实现的温湿度采集系统为例，介绍ZigBee无线网络技术的
30、应用。,- ZigBee应用,36,12:09,11.3 ZigBee无线网络技术应用实例,无线网络温湿度采集系统结构图,系统由监控计算机、中心节点和现场温湿度传感节点组成。多个独立的温湿度传感节点按实际需要布置在不同位置，采用数字温湿度传感器测,量环境温湿度变化数据，利用无线网络与中心节点进行通信，中心节点通过串行接口与计算机进行通信，同时中心节点上也具有显示功能，可以循环显示各测量节点的温湿度数据。,- ZigBee应用系统,37,12:09,11.3.1 支持ZigBee无线网络的单片机选择,支持ZigBee无线通信的芯片种类和数量繁多，ZigBee芯片的选择在设计中至关重要，正确的选择
31、可以减小开发难度，缩短开发周期，降低成本。在选择ZigBee芯片时，应考虑需要以下几点因素：功耗、发射功率、接收灵敏度、ZigBee芯片所需的外围元件数量、芯片成本等。本节选用TI公司生产的CC2430单片机作为ZigBee网络节点的处理器。 1CC2430芯片的结构 CC2430是TI公司推出的用来实现嵌入式ZigBee应用的片上系统, 由一个增强型8051内核处理器和一个CC2420无线收发器组成。CC2420 RF收发器支持2.4GHz IEEE802.15.4/ZigBee协议。根据芯片内置Flash存储器的不同有3个版本, 即CC2430-F32/64/ 128，分别对应内置内存32
32、/64/128 KB。 内部结构如图11-9所示。,- ZigBee芯片,38,12:09,11.3.1 支持ZigBee无线网络的单片机选择,- CC2430芯片结构,39,12:09,11.3.1 支持ZigBee无线网络的单片机选择,CC2430增强的8051MCU内核的性能是工业标准8051内核性能的8倍。CC2430还具有DMA控制器、可编程看门狗定时器、AES-128安全协议处理器、多达8输入的8-14位ADC、USART、睡眠模式定时、上电复位、掉电检测电路。两个可编程的USART用于主/从SPI或USART操作。21个通用可编程I/O引脚，其中2个具有20 mA的电流吸收或电流
33、供给能力。只需一个晶体，外接少量的外部元件，即可满足组网需要。电流消耗小（当微控制器内核运行在32 MHz时，RX为27 mA，TX为25 mA），挂起方式下电流消耗小于0.6 A，支持外部中断或者实时时钟唤醒。还具有电池监视器和温度传感器。 CC2430集成了4个振荡器用于系统时钟和定时操作：一个32 MHz晶体振荡器，一个16 MHz RC振荡器，一个可选的32.768 kHz晶体振荡器和一个可选的32.768 kHz的RC振荡器。,- CC2430性能,40,12:09,11.3.1 支持ZigBee无线网络的单片机选择,CC2430包括4个定时器：一个16位MAC定时器，用以为IEEE
34、802.15.4的CSMA-CA算法提供定时以及为IEEE802.15.4的MAC层提供定时。一个通用的16位和两个8位定时器，支持典型的定时/计数功能，例如，输入捕捉、比较输出和PWM功能。增强型的8051CPU有18个中断源，每个中断都被赋予4个中断优先级中的某一个。调试接口采用两线串行接口，该接口被用于在电路调试和外部Flash编程。 CC2430采用的增强型8051内核的目标代码与标准的8051微处理器完全兼容，可以使用标准的8051汇编器和编译器进行软件开发。IAR为CC2430的应用提供了强大的集成开发环境，降低了软件编程工作量。,- CC2430性能,41,12:09,11.3.
35、1 支持ZigBee无线网络的单片机选择,2CC2430的外部引脚功能 CC2430芯片采用7 mm7 mm QLP封装，共有48个引脚。其封装和引脚如图11-10所示。全部引脚可分为I/O端口线引脚、电源线引脚和控制线引脚3类。 CC2430有21个可编程的I/O口引脚，P0、Pl口是完全的8位口，P2口只有5个可使用的位。全部21个数字I/O口引脚在输入时有上拉和下拉能力，而且都具有响应外部中断的能力。通过软件对SFR寄存器设定，可使这些引脚作为通常的I/O口或作为连接ADC、计时器或USART部件的外围设备I/O口使用。 I/O端口线引脚功能见表11-8。 电源线引脚功能见表11-9。
36、控制线引脚功能见表11-10。,- CC2430引脚,42,12:09,11.3.2 串行总线接口的数字式温湿度传感器选择,本例中温度测量采用美国Dallas公司的单总线数字温度传感器芯片DS18B20，以使读者了解采用单总线方式的应用扩展方法。湿度测量采用瑞士Sensirion公司生产的一种采用串行总线接口的数字式温湿度传感器芯片SHT75，以使读者了解采用串行总线接口方式的应用扩展方法。 1温度传感器 1) DS18B20的主要特性 DS18B20数字温度传感器芯片的功能是将被测温度转换为串行数字信号，供微控制器进行处理，具有低功耗、高性能、抗干扰能力强等优点。器件的主要特点如下： 采用单
37、线接口方式，微处理器通过一条信号线实现与DS18B20的双向通信。 使用中不需要任何外围器件。,- 温度芯片,43,12:09,11.3.2 串行总线接口的数字式温湿度传感器选择,在每个传感器的内部ROM里面都有一个唯一的64位地址码。 可以实现简单的多点分布式温度检测。 可选的供电方式。可以选择从电源引脚接入外接电源的方式，电压范围：3.05.5 V，也可以选择只利用数据线的方式，它会利用内部的寄生电源来实现供电。 测温范围：-55125，在-1085之间测量时具有0.5的分辨率。具有温度高和低报警比较功能。 通过编程可实现912位的数字数据方式，分别对应0.5、0.25、0.125和0.0
38、625的分辨率。 12位的数据转换模式下最多在750 ms内把温度转换为数字值。 用户可自行设定非易失性的报警上下限值。,- 温度芯片,44,12:09,11.3.2 串行总线接口的数字式温湿度传感器选择,DS18B20的封装有TO-92和SOIC两种形式, 以满足不同的实际应用。其封装和引脚如图11-11所示。,DS18B20的引脚和引脚功能如下： VDD：可选的VDD引脚, 当工作于寄生电源模式时引脚必须接地。 DQ：开漏形式的单线接口引脚, 在寄生电源模式下, 通过该引脚给器件提供电源。 GND：接地。,- 温度芯片,45,12:09,11.3.2 串行总线接口的数字式温湿度传感器选择,
39、2) DS18B20的存储器 DS18B20的存储器结构图,DS18B20包括一个高速暂存SRAM和一个EEPROM，数据先写入SRAM，经校验后再传给EEPROM。EEPROM主要用于存储温度上限报警(TH)和温度下限报警(TL)值。,-芯片结构,46,12:09,11.3.2 串行总线接口的数字式温湿度传感器选择,SRAM包含了9个连续字节（字节08）。 字节0和字节1：测得的温度信息。 字节0：温度值的低8位 字节1：温度值的高8位 字节2：TH值。 字节3：TL值。 字节4：配置寄存器，用于确定输出分辨率（912位）。 第5、6、7字节：预留寄存器，用于内部计算。 字节8：存储前面8个字节的CRC校验码。,-芯片结构,47,12:09,11.3.2 串行总线接口的数字式温湿度传感器选择,BIT0BIT4：始终为1。 BIT7：测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式，出厂时该位被设置为0。 R1(BIT6)和R0(BIT5)：决定温度转换的精度。 00-9位； 01-1