【文章內(nèi)容簡介】 用環(huán)境。因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，傳感器必須要有較強的環(huán)境適應(yīng)能力。在選擇傳感器之前，應(yīng)對其使用環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，并根據(jù)具體的使用環(huán)境選擇合適的傳感器，或采取適當(dāng)?shù)拇胧瑴p小環(huán)境的影響。 精度 精度是傳感器的一個重要的性能指標(biāo)，它是關(guān)系到整個測量系統(tǒng)測量精度的一個重要環(huán)節(jié)。傳感器的精度越高，其價格越昂貴， 因此，傳感器的精度只要滿足整個測量系統(tǒng)的精度要求就可以，不必選得過高。這樣就可以在滿足同一測量目的的諸多傳感器中選擇比較便宜和簡單的傳感器。 如果測量目的是定性分析的，選用重復(fù)精度高的傳感器即可，不宜選用絕對量值精度高的；如果是為了定量分析，必須獲得精確的測量值，就需選用精度等級能滿足要求的傳感器。對某些特殊使用場合，無法選到合適的傳感器，則需自行設(shè)計制造傳感器。 DS18B20 概述 DS18B20 是 Dallas 公司繼 DS1820 后推出的一種改進(jìn)型智能數(shù)字溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，只需一根線 就能直接讀出被測溫度值，并可根據(jù)實際需求來編程實現(xiàn) 9~12位數(shù)字值的讀數(shù)方式。 DS18B20 封裝形式及引腳功能 圖 DS18B20封裝形式和引腳功能 如圖 ， DS18B20的外形如一只三極管，引腳名稱及作用如下： GND:接地端。 DQ：數(shù)據(jù)輸入 /輸出腳，與 TTL電平兼容。 VDD：可接電源，也可接地。因為每只 DS18B20 都可以設(shè)置成兩種供電方式，即數(shù)據(jù)總線供電方式和外部供電方式。采用數(shù)據(jù)總線供電方式時 VDD 接地，可以節(jié)省一根傳輸線， 但完成數(shù)據(jù)測量的時間較長；采用外部供電方式則 VDD接 +5V，多用一根導(dǎo)線，但測量速度較快。 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 DS18B20 的主要內(nèi)部部件，下面對 DS18B20內(nèi)部部分進(jìn)行簡單的描述 : (1)64位 ROM。 64位 ROM是由廠家使用激光刻錄的一個 64位二進(jìn)制 ROM代碼，是該芯片的標(biāo)識號，如表 ： 表 64位 ROM標(biāo)識 第 1個 8位表示產(chǎn)品分類編 號， DS18B20的分類號為 10H；接著為 48位序列號。它是一個大于 281*1012的十進(jìn)制編碼，作為該芯片的唯一標(biāo)示代碼；最后 8位為前56位的 CRC循環(huán)冗余校驗碼，由于每個芯片的 64位 ROM代碼不同，因此在單總線上能夠并接多個 DS18B20進(jìn)行多點溫度實習(xí)檢驗。 （ 2）溫度傳感器。溫度傳感器是 DS18B20大的核心部分，該功能部件可完成對溫度的測量通過軟件編程可將 55~125℃ 范圍內(nèi)的溫度值按 9位、 10位、 11位、 12位的分辨率進(jìn)行量化，以上的分辨率都包括一個符號位，因此對應(yīng)的溫度量化值分別為 ℃、 ℃、 ℃、 ℃，即最高分辨率為 ℃。芯片出 64 位ROM 和單 線 接口 存儲和控制邏輯 高速緩存器 溫度傳感器 高溫觸發(fā)器 TH 低溫觸發(fā)器 TL 匹配寄存器 8 位 CRC 發(fā)生器 電源檢 測 C DQ VDD 內(nèi)部電源 VDD 圖 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8 位循環(huán)冗余檢驗 48 位序列號 8 位分類編號（ 10H） MSB LSB MSB LSB MSB LSB 廠時默認(rèn)為 12位的轉(zhuǎn)換精度。當(dāng)接收到溫度轉(zhuǎn)換命令（ 44H）后，開始轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后的溫度以 16位帶符號擴(kuò)展的的二進(jìn)制補碼形式表示，存儲在高速緩存器RAM的第 0， 1字節(jié)中，二進(jìn)制數(shù)的前 5位是符號位。如果測得的溫度大于 0，這 5位為 0，只要將測得的數(shù)值乘上 ；如果溫度小于 0，這 5位為 1，測得的數(shù)值需要取反加 1再乘上 。 （ 3）高速緩存器。 DS18B20內(nèi)部的高速緩存器包括一個高速暫存器 RAM和一個非易失性可電擦除的 EEPROM。非易失性可點擦除 EEPROM用來存放高溫觸發(fā)器 TH、低溫觸發(fā)器 TL和配置寄存器中的信息。 （ 4）配置寄存器。配置寄存器的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換率。 DS18B20工作是按此寄存器的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的數(shù)值，它是高速緩存器的第5個字節(jié)，該字節(jié)定義如表 ： 表 匹配寄存器 TM是測試模式位，用于設(shè)置 DS18B20在工作模式還是在測試模式，在 DS18B20出廠時該位被設(shè)置為 0，用戶不 要去改動； R1和 R0用來設(shè)置分辨率；其余 5位均固定為 1。 DS18B20分辨率的設(shè)置如表 ： 表 DS18B20分辨率的設(shè)置 DS18B20依靠一個單線端口通訊。在單線端口條件下，必須先建立 ROM 操作協(xié)議，才能進(jìn)行存儲器和控制操作。因此，控制器必須首先提供下面 5個 ROM 操作命令之一： 1）讀 ROM； 2）匹配 ROM； 3）搜索 ROM； 4）跳過 ROM； R1 0 0 1 1 R0 0 1 0 1 分辨率 9 位 10 位 11 位 12 位 最大轉(zhuǎn)換時間 /ms 375 750 TM R0 R1 1 1 1 1 1 5）報警搜索。 這些命令對每個器件的激光 ROM 部分進(jìn)行操作，在單線總線上掛 有多個器件時，可以區(qū)分出單個器件，同時可以向總線控制器指明有多少器件或是什么型號的器件。成功執(zhí)行完一條 ROM 操作序列后，即可進(jìn)行存儲器和控制操作，控制器可以提供 6 條存儲器和控制操作指令中的任一條。一條控制操作命令指示DS18B20完成一次溫度測量。測量結(jié)果放在 DS18B20的暫存器里，用一條讀暫存器內(nèi)容的存儲器操作命令可以把暫存器中數(shù)據(jù)讀出。溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL 各由一個 EEPROM字節(jié)構(gòu)成。如果沒有對 DS18B20使用報警搜索命令，這些寄存器可以做為一般用途的用戶存儲器使用?？梢杂靡粭l存儲器操作 命令對 TH 和 TL 進(jìn)行寫入，對這些寄存器的讀出需要通過暫存器。所有數(shù)據(jù)都是以最低有效位在前的方式進(jìn)行讀寫。 DS18B20 供電方式 DS18B20可以采用外部電源供電和寄生電源供電兩種模式。外部電源供電模式是將 DS18B20的 GND直接接地， DQ與但單總線相連作為信號線， VDD與外部電源正極相連。如圖 ： 圖中 DS18B20的 DQ端口通過接入一個 VCC，從而實現(xiàn)外部電源供電方式。 寄生電源供電模式如圖 ：從圖中可知， DS18B20的 GND和 VDD均直接接地， DQ與單總線相連，單片機其中一個 I/O口與 DS18B20的 DQ端相連。 單片機 DS18B20 外部 +5V電源 VDD DQ VCC 其它單線器件 圖 DS18B20外部供電方式 DS18B20 的測溫原理 DS18B20的測溫原理如圖 4所示： 其主要由斜率累加器、溫度系數(shù)振蕩器、減法計數(shù)器、溫度存儲器等功能部件組成。 DS1820 是這樣測溫的：用一個高溫度系數(shù)的振蕩器確定一個門周期，內(nèi)部計數(shù)器在這個門周期內(nèi)對一個低溫度系數(shù)的振蕩器的脈沖進(jìn)行計數(shù)來得到溫度值。計數(shù)器被預(yù)置到對應(yīng)于 55℃ 的一個值。如果計數(shù)器在門周期結(jié)束前到達(dá) 0，則溫度寄存器（同樣被預(yù)置到 55℃）的值增加，表明所測溫度大于 55℃。同時，計數(shù)器被復(fù)位到一個值，這個值由斜坡式累加器電路確定，斜坡式累加器電路用來補償感溫振蕩器的拋物線特性。然后計數(shù)器又開始計數(shù)直到 0，如果門周期仍未結(jié)束，將重復(fù)這一過程。 斜坡式累加器用來補償感溫振蕩器的非線性，以期在測溫時獲得比較高的分辨率。這是通過改變計數(shù)器對溫度每增加一度所需計數(shù)的的值來實現(xiàn)的。因此，要想獲得所需的分辨力，必須同時知道在給定溫度下計數(shù)器的值和每一度的計數(shù)值。 單片機 DS18B20 GND 圖 DS18B20 寄生電源供電方式 +5V VCC 圖？ DS18B20內(nèi)部對此計算的結(jié)果可提供 ℃的分辨率。溫度以 16bit帶符號位擴(kuò)展的二進(jìn)制補碼形式讀出，表 1 給出了溫度值和輸出數(shù)據(jù)的關(guān)系。數(shù)據(jù)通過單線接口以串行方式傳輸。 DS18B20測溫范圍 55℃ ~+125℃，以 ℃遞增。 溫度 /數(shù)據(jù)關(guān)系（表 1） 表？ ？ DS18B20遵循單總線協(xié)議，每次測溫時都必須有 4個過程： ? 初始化； ? 傳送 ROM 操作命令； ? 傳送 ROM操作命令； ? 數(shù)據(jù)交換； DS18B20 的 ROM 命令 溫度℃ 數(shù)據(jù)輸出（二進(jìn)制） +125 +25 + 0 25 55 00000000 11111010 00000000 00110010 00000000 00000001 00000000 00000000 11111111 11111111 11111111 11001110 11111111 10010010 00FA 0032 0001 0000 FFFF FFCE FF92 數(shù)據(jù)輸出（十六進(jìn)制） （ 1） read ROM（讀 ROM） .命令代碼為 33H，允許主設(shè)備讀出 DS18B20的 64位二進(jìn)制 ROM代碼。該命令只適用于總線上存在單個 DS18B20. （ 2） Match ROM（匹配 ROM）。命令代碼為 55H，若總線上有多個從設(shè)備時，適用該命令可選中某一指定的 DS18B20，即只有和 64位二進(jìn)制 ROM代碼完全匹配的 DS18B20才能響應(yīng)其操作。 （ 3） Skip ROM(跳過 ROM)。命令代碼為 CCH，在啟動所有 DS18B20轉(zhuǎn)換之前或系統(tǒng)只有一個 DS18B20時，該命令將允許主設(shè)備不提供 64位二進(jìn)制 ROM代碼就適用存儲器操 作命令。 （ 4） Search ROM(搜索 ROM)。命令代碼為 F0H,當(dāng)系統(tǒng)初次啟動時，主設(shè)備可能不知縱向上有多少個從設(shè)備或者它們的 ROM代碼，適用該命令可確定系統(tǒng)中的從設(shè)備個數(shù)及其 RON代碼。 （ 5） Alarm ROM（報警搜索 ROM）。命令代碼為 ECH，該命令用于鑒別和定位系統(tǒng)中超出程序設(shè)定的報警溫度值。 （ 6） Write scratchpad(寫暫存器 )。命令代碼為 4EH，允許主設(shè)備向 DS18B20的暫存器寫入兩個字節(jié)的數(shù)據(jù)，其中第一個字節(jié)寫入 TH中，第二個字節(jié)寫入 TL中?？梢栽谌魏螘r刻發(fā)出復(fù)位命令終止數(shù)據(jù)的寫入。 （ 7） Read scratchpad(讀暫存器 )。命令代碼為 BEH，允許主設(shè)備讀取暫存器中的內(nèi)容。從第一個字節(jié)開始直到讀完第九個字節(jié) CRC讀完。也可以在任何時刻發(fā)出復(fù)位命令中止數(shù)據(jù)的讀取操作。 （ 8） Copy scratchpad(復(fù)制暫存器 )。命令代碼為 48H，將溫度報警觸發(fā)器 TH和 TL中的字節(jié)復(fù)制到非易失性 EEPROM。若主機在該命令之后又發(fā)出讀操作，而 DS18B20又忙于將暫存器中的內(nèi)容復(fù)制到 EEPROM時， DS18B20就會輸出一個“ 0” ,若復(fù)制結(jié)束，則 DS18B20輸出一個“ 1”。 （ 9） Convert T(溫度轉(zhuǎn)換 )。命令代碼為 44H，啟動一次溫度轉(zhuǎn)換，若主機在該命令之后又發(fā)出其它操作，而 DS18B20又忙于溫度轉(zhuǎn)換， DS18B20就會輸出一個“ 0”，若轉(zhuǎn)換結(jié)束，則 DS18B20輸出一個“ 1”。 （ 10） Recall E2(拷回暫存器 )。命令代碼為 B8H。將溫度報警觸發(fā)器 TH和 TL中的字節(jié)從 EEPROM中拷回到暫存器中。該操作是在 DS18B20上電時自動執(zhí)行，若執(zhí)行該命令后又發(fā)出讀操作， DS18B20會輸出溫度轉(zhuǎn)換忙標(biāo)識： 0為忙，1完成。 （ 11） Read power supply(讀電源使用模式 )。命令代碼為 B4H。主設(shè)備將該命令發(fā)給 DS18B20后發(fā)出讀操作， DS18B20會返回它的電源使用模式： 0為寄生電源， 1為外部電源。 DS18B20時序圖 ： 初始化過程時序： 時序如圖 351 所示。主機總線 T0 時刻發(fā)送一復(fù)位脈沖（最短為 480us 的低電平信號），接著在 T1時刻釋放總線并進(jìn)入接收狀態(tài)， DS18B20在檢測到總線的上升沿之后，等待 15~60us，接著 DS1820 在 T2時刻發(fā)出存在脈沖（低電平，持續(xù) 60~240us） ,如圖中虛線所示。 圖 351 DS18B20初始化時序圖 讀時間隙時序圖： 如圖 352 所示，主機總線 T0 時刻從高拉至低電平時，總線只須保持低電平 10us。之后在 T1 時刻將總線拉高，產(chǎn)生讀時間隙，讀時間隙在 T1 時刻后 T2時刻前有效。 T2 距 T0 為 15us，也就是說， T2 時刻前主機必須完成讀位，并在T0后的 60us~120us 內(nèi)釋放總線。 圖 352 讀時序 寫時間隙時序圖： 當(dāng)主機總線 T0 時刻從高拉至低電平時，就產(chǎn)生寫時間隙。從 T0 時刻開始15us之內(nèi)應(yīng)將所需寫的位送到總線上， DS1820 在 T0后 15~60us間對總線采樣。若低電平，寫入的位是 0，如圖 353；若高電平，寫入的位是 1，如 圖 354。連續(xù)寫 2位間的間隙應(yīng)大于 1us。 圖 35