基於ARM-LINUX的溫度傳感器驅動-DS18B20

基於ARM-LINUX的溫度傳感器驅動（一）

DS18B20數字溫度傳感器接線方便，封裝成後可應用於多種場合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不鏽鋼封裝式，型號多種多樣，有LTM8877，LTM8874等等。主要根據應用場合的不同而改變其外觀。封裝後的DS18B20可用於電纜溝測溫，高爐水循環測溫，鍋爐測溫，機房測溫，農業大棚測溫，潔淨室測溫，彈藥庫測溫等各種非極限溫度場合。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用於各種狹小空間設備數字測溫和控制領域。

技術性能描述

1. 獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現微處理器與DS18B20的雙向通訊。
        2. 測溫範圍－55℃～+125℃，固有測溫分辨率0.5℃。
        3. 支持多點組網功能，多個DS18B20可以並聯在唯一的三線上。
        4. 工作電源: 3~5V/DC
        5. 在使用中不需要任何外圍元件
        6. 測量結果以9~12位數字量方式串行傳送

DS18b20封裝

DS18B20 引腳功能： GND 電壓地 •DQ 單數據總線 •VDD 電源電壓 •NC 空引腳

DS18b20與處理器的連接

DS18B20 工作原理及應用

DS18B20 的溫度檢測與數字數據輸出全集成於一個芯片之上，從而抗干擾力更強。其一個工作週期可分爲兩個部分，即溫度檢測和數據處理。在講解其工作流程之前我們有必要了解 18B20的內部存儲器資源。18B20 共有三種形態的存儲器資源。它們分別是：

ROM 只讀存儲器：

用於存放 DS18B20ID 編碼，其前 8 位是單線系列編碼（DS18B20 的編碼是19H），後面48 位是芯片唯一的序列號，最後 8位是以上 56的位的 CRC碼（冗餘校驗）。數據在出產時設置不由用戶更改。DS18B20 共 64 位 ROM。

RAM 數據暫存器：

用於內部計算和數據存取，數據在掉電後丟失，DS18B20 共9 個字節 RAM，每個字節爲 8 位。第1、2 個字節是溫度轉換後的數據值信息，第 3、4 個字節是用戶 EEPROM（常用於溫度報警值儲存）的鏡像。在上電覆位時其值將被刷新。第 5 個字節則是用戶第 3 個 EEPROM的鏡像。第 6、7、8 個字節爲計數寄存器，是爲了讓用戶得到更高的溫度分辨率而設計的，同樣也是內部溫度轉換、計算的暫存單元。第 9 個字節爲前 8個字節的 CRC碼。EEPROM 非易失性記憶體，用於存放長期需要保存的數據，上下限溫度報警值和校驗數據， DS18B20共3位EEPROM，並在 RAM 都存在鏡像，以方便用戶操作。

控制器對 18B20 操作流程：

1、復位：首先我們必須對 DS18B20 芯片進行復位，復位就是由控制器（單片機）給 DS18B20單總線至少 480uS 的低電平信號。當 18B20 接到此復位信號後則會在 15~60uS 後回發一個芯片的存在脈衝。

2、存在脈衝：在復位電平結束之後，控制器應該將數據單總線拉高，以便於在 15~60uS 後接收存在脈衝，存在脈衝爲一個 60~240uS 的低電平信號。至此，通信雙方已經達成了基本的協議，接下來將會是控制器與 18B20 間的數據通信。如果復位低電平的時間不足或是單總線的電路斷路都不會接到存在脈衝，在設計時要注意意外情況的處理。

3、控制器發送 ROM 指令：雙方打完了招呼之後最要將進行交流了，ROM 指令共有 5條，每一個工作週期只能發一條，ROM指令分別是讀 ROM 數據、指定匹配芯片、跳躍 ROM、芯片搜索、報警芯片搜索。ROM 指令爲 8 位長度，功能是對片內的 64位光刻 ROM進行操作。其主要目的是爲了分辨一條總線上掛接的多個器件並作處理。誠然，單總線上可以同時掛接多個器件，並通過每個器件上所獨有的 ID號來區別，一般只掛接單個 18B20芯片時可以跳過 ROM 指令（注意：此處指的跳過 ROM指令並非不發送 ROM 指令，而是用特有的一條“跳過指令” ）

4、控制器發送存儲器操作指令：在 ROM 指令發送給 18B20 之後，緊接着（不間斷）就是發送存儲器操作指令了。操作指令同樣爲 8 位，共 6 條，存儲器操作指令分別是寫 RAM 數據、讀RAM 數據、將 RAM 數據複製到 EEPROM、溫度轉換、將 EEPROM中的報警值複製到 RAM、工作方式切換。存儲器操作指令的功能是命令 18B20 作什麼樣的工作，是芯片控制的關鍵。

5、執行或數據讀寫：一個存儲器操作指令結束後則將進行指令執行或數據的讀寫，這個操作要視存儲器操作指令而定。如執行溫度轉換指令則控制器（單片機）必須等待 18B20 執行其指令，一般轉換時間爲 500uS。如執行數據讀寫指令則需要嚴格遵循 18B20 的讀寫時序來操作。

若要讀出當前的溫度數據我們需要執行兩次工作週期，第一個週期爲復位、跳過 ROM 指令、執行溫度轉換存儲器操作指令、等待 500uS 溫度轉換時間。緊接着執行第二個週期爲復位、跳過 ROM指令、執行讀 RAM 的存儲器操作指令、讀數據（最多爲 9 個字節，中途可停止，只讀簡單溫度值則讀前 2 個字節即可）。其它的操作流程也大同小異，在此不多介紹。

關於ds18b20的數據手冊網上資源較爲豐富，這裏不再詳細介紹，下面是基於ARM-LINUX的驅動程序，在arm-gcc 編譯後測試通過。（華清遠見原創，轉載請註明出處）

#include <linux/module.h>
        #include <linux/moduleparam.h>
        #include <linux/fs.h>
        #include <linux/proc_fs.h>
        #include <linux/errno.h>
        #include <linux/cdev.h>
        #include <linux/ioctl.h>
        #include <linux/fcntl.h>
        #include <linux/sched.h>
        #include <linux/poll.h>
        #include <linux/version.h>
        #include <linux/kernel.h>
        #include <linux/init.h>
        #include <linux/device.h>
        #include <linux/mm.h>
        #include <linux/spinlock.h>
        #include <plat/map.h>
        #include <asm/io.h>
        #include <asm/delay.h>
        #include <asm/memory.h>
        #include <asm/uaccess.h>
        #include <asm/mach/map.h>
        #include <asm/uaccess.h>
        #include <mach/regs-gpio.h>
        #include <mach/map.h>
        MODULE_LICENSE("GPL");

#define GPHCON (*(volatile unsigned int *)S3C2410_GPHCON)
#define GPHDAT (*(volatile unsigned int *)S3C2410_GPHDAT)
#define GPHUP (*(volatile unsigned int *)S3C2410_GPHUP)

static int ds18b20_major = 230; /*靜態申請設備號*/

struct cdev cdev;
struct class *my_class;

spinlock_t lock;

dev_t dev = 0;
int number_of_devices = 1;

/*配置爲輸入模式*/
        void set_conIN(void)
        {
                GPHCON &= ~(1<<19);
                GPHCON &= ~(1<<18);
        }

/*配置爲輸出模式*/
        void set_conOUT(void)
        {
                GPHCON |= (1<<18);
                GPHCON &= ~(1<<19);
        }

/*引腳置位*/
        void set_data(int i)
        {
                if( i == 0 ){
                        GPHDAT &= ~(1<<9);
                }else if( i == 1 ){
                        GPHDAT |= (1<<9);
                }
        }

/*復位ds18b20*/
        unsigned int reset_ds18b20(void)
        {
                unsigned int retValue;
                set_conOUT();

        set_data(1);
                __udelay(1);
                set_data(0);
                __udelay(600);
                set_data(1);
                __udelay(20);
                set_conIN();
                __udelay(100);
                /*稍做延時後如果x=0則初始化成功
                x=1則初始化失*/
                retValue = (GPHDAT >> 9) & 0x01;
                printk("init is %d\n",retValue);
                return retValue;
        }

/*讀取一位溫度*/
        unsigned int read_bit(void)
        {
                spin_lock(&lock);
                set_conOUT();
                //set_data(1);
                //__udelay(2);
                set_data(0);
                __udelay(2);
                set_conIN();
                __udelay(1);
                spin_unlock(&lock);
                return ((GPHDAT >> 9) & 0x01);
        }

/*寫一位命令*/
        void write_bit(char bitValue)
        {
                spin_lock(&lock);
                set_conOUT();
                set_data(0);
                __udelay(15);
                if( bitValue == 1 ){
                        set_data(1);
                }else{
                        set_data(0);
                }
                spin_unlock(&lock);
                __udelay(45);
                set_conIN();
                __udelay(2);
        }

/*寫命令*/
        void write_cmd(char cmd)
        {
                unsigned char i;
                unsigned char temp;

                for(i=0; i<8;i++){
                        temp = cmd>>i;
                        temp &= 0x01;
                        write_bit(temp);
                }
                //__udelay(10);
        }
        /*打開設備*/
        static int ds18b20_open(struct inode *inode,struct file *filp)
        {
                printk (KERN_INFO "HEY! device opened\n");
                //GPHUP &= ~(1<<9);
                GPHUP |= (1<<9);
                spin_lock_init(&lock);
                return 0;
        }
        /*讀取數據*/
        static int ds18b20_read(struct file *filp, char *buffer, size_t count, loff_t *ppos)
        {
                char lowValue=0,highValue=0;
                unsigned int i;
                //float value;

        if(reset_ds18b20()){
                        printk("init error\n");
                }
                __udelay(400);
                set_conOUT();
                set_data(1);
                write_cmd(0xCC);
                write_cmd(0x44);
                __udelay(100000);

                if(reset_ds18b20()){
                        printk("init error\n");
                }
                __udelay(400);
                set_conOUT();
                set_data(1);
                write_cmd(0xcc);
                write_cmd(0xBE);
                /*讀取溫度轉化數值*/

                for(i=0; i<8; i++){
                        if( read_bit() ){
                                lowValue |= (0x01<<i);
                        }
                        __udelay(62);
                }
                printk("lowValue is %d\n",lowValue);
                for(i=0; i<8; i++){
                        if( read_bit() ){
                                highValue |= (0x01<<i);
                        }
                        __udelay(62);
                }
                printk("highValue is %d\n",highValue);
        #if 0
                i = highValue;
                i <<= 8;
                i = i|lowValue;
                value = i*0.0625;
                printk("kernel is %d\n",value);
        #endif

        highValue <<= 4;
                highValue |= ((lowValue&0xf0)>>4) ;

                /*拷貝內核數據到用戶空間*/
                copy_to_user(buffer, &highValue, sizeof(highValue));
                return 0;
        }
        /*寫命令，在此置空*/
        static int ds18b20_write(struct file *file, const char *buffer, size_t count, loff_t * ppos)
        {
                return 0;
        }

static int ds18b20_release(struct inode *inode,struct file *filp)
        {
                        printk (KERN_INFO "device closed\n");
                return 0;
        }

static int ds18b20_ioctl(struct inode *inode, struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg)
        {
                return 0;
        }

struct file_operations ds18b20_fops ={
                .owner = THIS_MODULE,
                .open = ds18b20_open,
                .read = ds18b20_read,
                .write = ds18b20_write,
                .ioctl = ds18b20_ioctl,
        .release = ds18b20_release,
        };
        static void ds18b20_setup_cdev(void)
        {
                int error,devno = MKDEV(ds18b20_major,0);
                cdev_init(&cdev,&ds18b20_fops);
                cdev.owner = THIS_MODULE;
                cdev.ops = &ds18b20_fops;
                error = cdev_add(&cdev,devno,1);
                if( error )
                        printk(KERN_INFO"Error %d adding ds18b20 %d\n",error,0);
                my_class = class_create(THIS_MODULE,"my_class");
                if(IS_ERR(my_class))
                {
                        printk("Err: failed in creating class.\n");
                        return;
                }
                device_create(my_class,NULL,devno,NULL,"ds18b20");
        }
        /*註冊設備*/

static int ds18b20_init(void)
{
int result;

        dev = MKDEV(ds18b20_major,0);
                if(ds18b20_major)
                        result = register_chrdev_region(dev,1,"ds18b20");
                else{
                        result = alloc_chrdev_region(&dev,0,1,"ds18b20");
                        ds18b20_major=MAJOR(dev);
                }
                if( result < 0 ){
                        printk(KERN_WARNING"ds18b20:unable to get major %d\n",ds18b20_major);
                        return result;
                }
                if(ds18b20_major == 0 )
                ds18b20_major = result;

                ds18b20_setup_cdev();
                printk("ds18b20 initialized.\n");
                return 0;
        }

static void __exit ds18b20_exit(void)
        {
                dev_t devno = MKDEV (ds18b20_major, 0);
                device_destroy(my_class,devno);
                class_destroy(my_class);
                cdev_del (&cdev);
                unregister_chrdev_region (devno, number_of_devices);

                printk("ds18b20_major=%d\n",ds18b20_major);
                printk("ds18b20 device uninstalled\n");
        }

module_init(ds18b20_init);
module_exit(ds18b20_exit);

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