【文章內(nèi)容簡介】 限內(nèi)，被測量值的下限到上限之間的范圍稱為測量范圍。 (4)線性度（非線性誤差） 在規(guī)定條件下，傳感器校準(zhǔn)曲線與擬合直線間的最大偏差與滿量程輸出值的百分比稱為線性度或非線性誤差。 即 Δmaxγ=177。 100% YfsΔmax——最大非線性絕對誤差；γ——線性度；Yfs——輸出滿度值。(5)遲滯 遲滯是指在相同的工作條件下，傳感器的正行程特性與反行程特性的不一致程度。 ΔHmγH= 100% yFs式中 γH——遲滯；ΔHm——輸出值在正、反行程間的最大差值。(6)重復(fù)性 重復(fù)性是指在同一工作條件下，輸入量按同一方向在全測量范圍內(nèi)連續(xù)變化多次所得特性曲線的不一致性。 重復(fù)性誤差用滿量程輸出的百分?jǐn)?shù)表示，即山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 系統(tǒng)硬件設(shè)計2近似計算 ΔRmyR =177。 100% yFs精確計算 2~3γR = Σ( yiy)178。/(n1) yFs式中 ΔRm——輸出最大重復(fù)性誤差；Yi——第 i 次測量值； y——測量值的算數(shù)平均值；n——測量次數(shù)。(7)零漂傳感器在無輸入或輸入為另一值時，每隔一定時間，其輸入值偏離原示值的最大偏差與滿量程的百分比為零漂。 (8)溫漂溫度每升高 1℃，傳感器輸出值的最大偏差與滿量程的百分比，稱為溫漂。 DS18B20 溫度傳感器概述DSI8B20 是 DALLAS 公司的最新單線數(shù)字溫度傳感器,它體積小、經(jīng)濟。是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。一線總線獨特而且經(jīng)濟的特點,使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò),為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。它的測量溫度范圍為55～+125℃?，F(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸,大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 系統(tǒng)硬件設(shè)計3現(xiàn)場溫度測量,如環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費電子產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同,新的產(chǎn)品支持 3～5．5 V 的電壓范圍,使系統(tǒng)設(shè)計更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜,體積更小。DSI8B20 可以程序設(shè)定9～12 位的分辨率,精度為177。0．5℃?？梢赃x擇更小的封裝方式,更寬的電壓適用范圍。分辨率設(shè)定及用戶設(shè)定的報警溫度存儲在 EPROM 中,掉電后依然保存。DS18B20 的性能是新一代產(chǎn)品中最好的,性能價格比也非常出色,繼“一線總線”的早期產(chǎn)品后,DSI8B20 開辟了溫度傳感器技術(shù)的新概念。DS18B20 和 DS18B22 使電壓特性及封裝有更多的選擇,讓用戶可以構(gòu)建適合自己的經(jīng)濟的測溫系統(tǒng)。S18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由 4 部分組成:64位光刻 R O M,溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器 T H 和 TL,配置寄存器。DSI8B20 的管腳排列如圖 所示。圖 DS18B20 管腳DS18B20 的管腳排列1). GND 為電源 地；山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 系統(tǒng)硬件設(shè)計42). DQ 為數(shù)字信號輸入／輸出端；3). VDD 為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地） DS18B20 溫度傳感器特點DS18B20 單線數(shù)字溫度傳感器，即“一線器件” ，其具有獨特的優(yōu)點：1)，采用單總線的接口方式 與微處理器連接時 僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。 單總線具有經(jīng)濟性好，抗干擾能力強，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，使用方便等優(yōu)點，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。2)，測量溫度范圍寬，測量精度高 DS18B20 的測量范圍為 55 ℃ ~+ 125 ℃ ； 在 10~+ 85176。C 范圍內(nèi)，精度為 177。 176。C 。3)，在使用中不需要任何外圍元件。4)，持多點組網(wǎng)功能 多個 DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的單線上，實現(xiàn)多點測溫。5)，供電方式靈活 DS18B20 可以通過內(nèi)部寄生電路從數(shù)據(jù)線上獲取電源。因此，當(dāng)數(shù)據(jù)線上的時序滿足一定的要求時，可以不接外部電源，從而 使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單，可靠性更高。6)，測量參數(shù)可配置 DS18B20 的測量分辨率可通過程序設(shè)定 9~12 位。7)，負壓特性 電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。8)，掉電保護功能 DS18B20 內(nèi)部含有 EEPROM ，在系統(tǒng)掉電以后，它仍可保存分辨率及報警溫度的設(shè)定值。DS18B20 具有體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟、可選更小的封裝山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 系統(tǒng)硬件設(shè)計5方式，更寬的電壓適用范圍，適合于構(gòu)建自己的經(jīng)濟的測溫系統(tǒng)，因此也就被設(shè)計者們所青睞。 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由 4 部分組成：64 位 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器。ROM 中的 64 位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作 是該 DS18B20 的地址序列碼，每個 DS18B20 的 64 位序列號均不相同。64 位 ROM 的排的循環(huán)冗余校驗碼（CRC=X^8 ＋X^5＋X^4＋1） 。 ROM 的作用是使每一個 DS18B20 都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個 DS18B20 的目的。DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖 I/O C GND VDD圖 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)64 位 ROM和單總線接口電源檢測存儲器與控制邏輯高速緩存溫度傳感器高溫觸發(fā)器低溫觸發(fā)器配置寄存器8 位 CRC 發(fā)生器山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 系統(tǒng)硬件設(shè)計6 DS18B20 測量操作DS18B20 中的溫度傳感器完成對溫度的測量，用 16 位二進制形式提供，形式表達，其中 S 為符號位。 DS18B20 的輸出溫度數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)攝氏度。對于華氏溫度的應(yīng)用，必須通過查表或運用轉(zhuǎn)換方法。溫度數(shù)據(jù)在溫度寄存器存儲為一個 16 位符號擴展位和 2 位的補碼（見表 ） 。該標(biāo)志位（S）表示溫度的正負符號位：為正數(shù)時 S = 0，為負數(shù)時 S = 1。如果是 DS18B20 配置為 12 位分辨率，在溫度寄存器的所有位將包含有效數(shù)據(jù)。對于 11 位分辨率，位 0 是未定義的。對于 10 位分辨率，位 1 和 0是未定義的。對于 9 位分辨率，位 2，1 和 0 是未定義的。表 溫度寄存器 Bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0 2179。 2178。 2185。 2176。 2ˉ185。 2ˉ178。 2ˉ179。 2ˉ4 Bit15 bit14 bit13 bit12 bit11 bit10 bit9 bit8 S S S S S 26 25 24高速暫存存儲器由 9 個字節(jié)組成，當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補碼形式存放在高速暫存存儲器的第 0 和第 1 個字節(jié)。單片機可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時低位在前，高位在后，對應(yīng)的溫度計算：當(dāng)符號位 S=0 時，直接將二進制位轉(zhuǎn)換為十進制；當(dāng)S=1 時，先將補碼變?yōu)樵a，再計算十進制值。高速暫存器的結(jié)構(gòu)如表 所示。表 高速暫存器溫度低位溫度高位TH TL 配置 保留 保留 保留 8 位CRC山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 系統(tǒng)硬件設(shè)計7 DS18B20 的工作時序(1)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(yīng)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(yīng)答?！　∽鰹閺钠骷?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(yīng)存在脈沖，告訴主機本器件已做好準(zhǔn)備。若沒有檢測到就一直在檢測等待。 圖 初始化時序(2)對 DS18B20 的寫和讀操作時序接下來就是主機發(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 讀 0 和讀 1山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 系統(tǒng)硬件設(shè)計8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。寫時序如圖 所示圖 寫時序?qū)τ谧x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。采樣山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 系統(tǒng)硬件設(shè)計9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。讀時序總線圖如 所示圖 讀時序 DS18B20 使用方法步驟DS18B20 單線通信功能是分時完成的，他有嚴(yán)格的時隙概念，如果出現(xiàn)序列混亂， 1WIRE 器件將不響應(yīng)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(fù)位初始化。復(fù)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(fù)位成功。2)，發(fā)送一條 ROM 指令，ROM 指令集見表 表 ROM 指令指令 代碼 指令功能山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 系統(tǒng)硬件設(shè)計10讀 ROM 33H 讀 DS18B20ROM 中的編碼（即讀 64 位地址）ROM 匹配（符合ROM）55H發(fā)出此命令后，接著發(fā)出 64 位 ROM 編碼，訪問單總線上與編碼相對應(yīng) DS18B20 使之做出響應(yīng)，為下一步對該 DS18B20 的讀寫做準(zhǔn)備。搜索 ROM 0F0H 用于確定掛接在同一總線上 DS18B20 的個數(shù)和識別 64 位 ROM 地址，為操作各器件做準(zhǔn)備跳過 ROM 0CCH 忽略 64 位 ROM 地址，直接向 DS18B20 發(fā)溫度變換命令，適用于一片 DS18B20 工作警報搜索 0ECH 該指令執(zhí)行后，只有溫度超過設(shè)定值上限或下限的片子才做出響應(yīng)3)，發(fā)送存儲器指令，指令集見表 表 存儲器指令指令 功能描述 代碼 一線總線指令運行后的狀態(tài)溫度轉(zhuǎn)換 溫度轉(zhuǎn)換初始化 44h DS18B20 轉(zhuǎn)換狀態(tài)控制（不適用于寄生電源）讀暫存器 讀取整個暫存器，包括 CRC 字節(jié) BEh 讀內(nèi)部 RAM 中 9 字節(jié)的內(nèi)容寫暫存器寫數(shù)據(jù)到暫存器4 字節(jié)（TH, TL,配置寄存器）4Eh傳送三字節(jié)內(nèi)容到 DS18B20復(fù)制暫存器將暫存器中 TH, TL,配置寄存器的內(nèi)容復(fù)制到 E2PRAM 中48h 無重調(diào)E2PRAM將 E2PRAM 中恢復(fù)到RAM 中的第 24 字節(jié)B8h重調(diào) DS18B20 數(shù)據(jù)傳遞讀供電方式控制 DS18B20 信號供電模式 B4h控制 DS18B20 信號供電傳輸狀態(tài)山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文