【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 限內(nèi)，被測(cè)量值的下限到上限之間的范圍稱(chēng)為測(cè)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(chēng)為線性度或非線性誤差。 即 Δmaxγ=177。 100% YfsΔmax——最大非線性絕對(duì)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(cè)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(jì)2近似計(jì)算 ΔRmyR =177。 100% yFs精確計(jì)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(cè)量值； y——測(cè)量值的算數(shù)平均值；n——測(cè)量次數(shù)。(7)零漂傳感器在無(wú)輸入或輸入為另一值時(shí)，每隔一定時(shí)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(chēng)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(jì)。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(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn),使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò),為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。它的測(cè)量溫度范圍為55～+125℃?，F(xiàn)場(chǎng)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(jì)3現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量,如環(huán)境控制、設(shè)備或過(guò)程控制、測(cè)溫類(lèi)消費(fèi)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(jì)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℃。可以選擇更小的封裝方式,更寬的電壓適用范圍。分辨率設(shè)定及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)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(jià)格比也非常出色,繼“一線總線”的早期產(chǎn)品后,DSI8B20 開(kāi)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(jì)的測(cè)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(bào)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(jì)42). DQ 為數(shù)字信號(hào)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(shí)接地） DS18B20 溫度傳感器特點(diǎn)DS18B20 單線數(shù)字溫度傳感器，即“一線器件” ，其具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：1)，采用單總線的接口方式 與微處理器連接時(shí) 僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。 單總線具有經(jīng)濟(jì)性好，抗干擾能力強(qiáng)，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，使用方便等優(yōu)點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。2)，測(cè)量溫度范圍寬，測(cè)量精度高 DS18B20 的測(cè)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(diǎn)組網(wǎng)功能 多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的單線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。5)，供電方式靈活 DS18B20 可以通過(guò)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(shí)序滿足一定的要求時(shí)，可以不接外部電源，從而 使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡(jiǎn)單，可靠性更高。6)，測(cè)量參數(shù)可配置 DS18B20 的測(cè)量分辨率可通過(guò)程序設(shè)定 9~12 位。7)，負(fù)壓特性 電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。8)，掉電保護(hù)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(bào)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(jì)、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(jì)5方式，更寬的電壓適用范圍，適合于構(gòu)建自己的經(jīng)濟(jì)的測(cè)溫系統(tǒng)，因此也就被設(shè)計(jì)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(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器。ROM 中的 64 位序列號(hào)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(gè) DS18B20 的 64 位序列號(hào)均不相同。64 位 ROM 的排的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC=X^8 ＋X^5＋X^4＋1） 。 ROM 的作用是使每一個(gè) DS18B20 都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè) DS18B20 的目的。DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)見(jiàn)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(cè)存儲(chǔ)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(jì)6 DS18B20 測(cè)量操作DS18B20 中的溫度傳感器完成對(duì)溫度的測(cè)量，用 16 位二進(jìn)制形式提供，形式表達(dá)，其中 S 為符號(hào)位。 DS18B20 的輸出溫度數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)攝氏度。對(duì)于華氏溫度的應(yīng)用，必須通過(guò)查表或運(yùn)用轉(zhuǎn)換方法。溫度數(shù)據(jù)在溫度寄存器存儲(chǔ)為一個(gè) 16 位符號(hào)擴(kuò)展位和 2 位的補(bǔ)碼（見(jiàn)表 ） 。該標(biāo)志位（S）表示溫度的正負(fù)符號(hào)位：為正數(shù)時(shí) S = 0，為負(fù)數(shù)時(shí) 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(duì)于 11 位分辨率，位 0 是未定義的。對(duì)于 10 位分辨率，位 1 和 0是未定義的。對(duì)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(chǔ)器由 9 個(gè)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(bǔ)碼形式存放在高速暫存存儲(chǔ)器的第 0 和第 1 個(gè)字節(jié)。單片機(jī)可通過(guò)單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時(shí)低位在前，高位在后，對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算：當(dāng)符號(hào)位 S=0 時(shí)，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)S=1 時(shí)，先將補(bǔ)碼變?yōu)樵a，再計(jì)算十進(jìn)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(jì)7 DS18B20 的工作時(shí)序(1)初始化時(shí)序 主機(jī)首先發(fā)出一個(gè) 480－960 微秒的低電平脈沖，然后釋放總線變?yōu)楦唠娖?，并在隨后的 480 微秒時(shí)間內(nèi)對(duì)總線進(jìn)行檢測(cè)，如果有低電平出現(xiàn)說(shuō)明總線上有器件已做出應(yīng)答。若無(wú)低電平出現(xiàn)一直都是高電平說(shuō)明總線上無(wú)器件應(yīng)答?！　∽鰹閺钠骷?DS18B20 在一上電后就一直在檢測(cè)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(jī)本器件已做好準(zhǔn)備。若沒(méi)有檢測(cè)到就一直在檢測(cè)等待。 圖 初始化時(shí)序(2)對(duì) DS18B20 的寫(xiě)和讀操作時(shí)序接下來(lái)就是主機(jī)發(fā)出各種操作命令，但各種操作命令都是向DS18B20 寫(xiě) 0 和寫(xiě) 1 組成的命令字節(jié)，接收數(shù)據(jù)時(shí)也是從 DS18B20 讀取0 或 1 的過(guò)程。因此首先要搞清主機(jī)是如何進(jìn)行寫(xiě) 0、寫(xiě) 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(jì)8的。寫(xiě)周期最少為 60 微秒，最長(zhǎng)不超過(guò) 120 微秒。寫(xiě)周期一開(kāi)始做為主機(jī)先把總線拉低 1 微秒表示寫(xiě)周期開(kāi)始。隨后若主機(jī)想寫(xiě) 0，則繼續(xù)拉低電平最少 60 微秒直至寫(xiě)周期結(jié)束，然后釋放總線為高電平。若主機(jī)想寫(xiě)1，在一開(kāi)始拉低總線電平 1 微秒后就釋放總線為高電平，一直到寫(xiě)周期結(jié)束。而做為從機(jī)的 DS18B20 則在檢測(cè)到總線被拉底后等待 15 微秒然后從 15us 到 45us 開(kāi)始對(duì)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(xiě)時(shí)序如圖 所示圖 寫(xiě)時(shí)序?qū)τ谧x數(shù)據(jù)操作時(shí)序也分為讀 0 時(shí)序和讀 1 時(shí)序兩個(gè)過(guò)程。讀時(shí)隙是從主機(jī)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(cè)到總線被拉低 1微秒后，便開(kāi)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(jī)在一開(kāi)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(shí)間內(nèi)完成對(duì)總線進(jìn)行采樣檢測(cè)，采樣期內(nèi)總線為低電平則確認(rèn)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(jì)9期內(nèi)總線為高電平則確認(rèn)為 1。完成一個(gè)讀時(shí)序過(guò)程，至少需要 60us 才能完成。讀時(shí)序總線圖如 所示圖 讀時(shí)序 DS18B20 使用方法步驟DS18B20 單線通信功能是分時(shí)完成的，他有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，如果出現(xiàn)序列混亂， 1WIRE 器件將不響應(yīng)主機(jī)，因此讀寫(xiě)時(shí)序很重要。系統(tǒng)對(duì) DS18B20 的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)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(guò)以下 4 個(gè)步驟 ：1)，每次讀寫(xiě)前對(duì) DS18B20 進(jìn)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(hào)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(hào)后表示復(fù)位成功。2)，發(fā)送一條 ROM 指令，ROM 指令集見(jiàn)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(jì)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(wèn)單總線上與編碼相對(duì)應(yīng) DS18B20 使之做出響應(yīng)，為下一步對(duì)該 DS18B20 的讀寫(xiě)做準(zhǔn)備。搜索 ROM 0F0H 用于確定掛接在同一總線上 DS18B20 的個(gè)數(shù)和識(shí)別 64 位 ROM 地址，為操作各器件做準(zhǔn)備跳過(guò) 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(bào)搜索 0ECH 該指令執(zhí)行后，只有溫度超過(guò)設(shè)定值上限或下限的片子才做出響應(yīng)3)，發(fā)送存儲(chǔ)器指令，指令集見(jiàn)表 表 存儲(chǔ)器指令指令 功能描述 代碼 一線總線指令運(yùn)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(gè)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(xiě)暫存器寫(xiě)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(wú)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(hào)供電模式 B4h控制 DS18B20 信號(hào)供電傳輸狀態(tài)山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文