溫度傳感器∷

1、溫度傳感溫度是一個(gè)基本的物理量，自然界中的一切過程無不與溫度密切相關(guān)。溫度傳感器是最早開發(fā)，應(yīng)用最廣的一類傳感器。溫度傳感器主要可分為三種：傳統(tǒng)分立傳感器，如熱電偶、熱敏電阻、熱敏二極管等；模擬集成傳感器，如AD590、SG590、LM94022、LM35等；數(shù)字溫度傳感器，如DS18B20、DS1624、DS1629、DS1722、MAX6575、MAX6636、TMP275、AD7187等。根據(jù)波與物質(zhì)的相互作用規(guī)律，相繼開發(fā)了聲學(xué)溫度傳感器、激光傳感器、紅外傳感器和微波傳感器。一、傳統(tǒng)分立傳感器1、熱敏電阻傳感器Pt1001.1傳感器簡介Pt100溫度傳感器為正溫度系數(shù)熱敏電阻傳感器，主

2、要技術(shù)參數(shù)如下：測量范圍：200+850；允許電流：5mA；熱響應(yīng)時(shí)間：30s。另外，Pt100溫度傳感器還具有抗振動(dòng)、穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高、耐高壓等優(yōu)點(diǎn)。鉑熱電阻的線性較好，在之間變化時(shí)，最大非線性偏差小于0.5。鉑熱電阻阻值與溫度關(guān)系為：（1）200t0時(shí)，RPt100=100*1+At+Bt2+Ct3(t-100)（2）0t850時(shí)，RPt100=100*(1+At+ Bt2) 式中，A=0.00390802；B=-0.000000580；C=0.0000000000042735?？梢奝t100在常溫0100變化時(shí)線性度非常好，其阻值表達(dá)式可近似簡化為：PRt=100(1+At),當(dāng)溫度變

3、化1，PRt100阻值近似變化為0.39。表1.1為PRt100在0100的分度表。表1.1 PRt100的分度表（0100）1.2傳感器電路傳感器電路包括測量電橋和放大電路兩部分，如圖1.2所示。圖1.2 傳感器放大電路 圖中，R2、R3、R4和Pt100組成傳感器測量電橋，為了保證電橋輸出電壓信號的穩(wěn)定，電橋的輸入電壓通過TL431穩(wěn)至2.5V。從電橋獲取的差分信號通過兩級運(yùn)放放大后輸入單片機(jī)。電橋的一個(gè)橋臂采用可調(diào)電阻R3，通過調(diào)節(jié)R3可以調(diào)整輸入到運(yùn)放的差分電壓信號大小，通常用于調(diào)整零點(diǎn)。放大電路采用LM358集成運(yùn)算放大器，為了防止單級放大倍數(shù)過高帶來的非線性誤差，放大電路采用兩級放

4、大。溫度在0100變化，當(dāng)溫度上升時(shí)，Pt100阻值變大，輸入放大電路的差分信號變大，放大電路的輸出電壓Av對應(yīng)升高。注意：雖然電橋部分已經(jīng)經(jīng)過TL431穩(wěn)壓，但是整個(gè)模擬的電壓VCC一定要穩(wěn)定，否則隨著VCC的波動(dòng)，運(yùn)放LM358的工作電壓波動(dòng)，輸出電壓Av隨之波動(dòng)，最后導(dǎo)致A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果波動(dòng)，測量結(jié)果上下跳變。二、模擬集成傳感器1、電流輸出型傳感器AD590AD590是AD公司利用PN結(jié)正向電流與溫度的關(guān)系制成的電流輸出型兩端溫度傳感器。實(shí)際上，中國也開發(fā)出了同類型的產(chǎn)品SG590。這種器件在被測溫度一定時(shí)，相當(dāng)于一個(gè)恒流源。該器件具有良好的線性和互換性，測量精度高，并具有消除電源波動(dòng)的

5、特性。即使電源在515V之間變化，其電流只是在1A以下作微小變化。1.1 AD590簡介 AD590是電流型溫度傳感器，通過對電流的測量可得到所需要的溫度值。根據(jù)特性分擋，AD590的后綴以I，J，K，L，M表示。AD590L，AD590M一般用于精密溫度測量電路，其電路外形如圖1所示，它采用金屬殼3 腳封裝，其中1腳為電源正端V；2腳為電流輸出端I0；3腳為管殼，一般不用。集成溫度傳感器的電路符號如圖2所示。AD590的主特性參數(shù)如下： 工作電壓：430V； 工作溫度：55150； 保存溫度：65175； 正向電壓：44V； 反向電壓：20V；焊接溫度（10秒）：300；靈敏度：1AK。1.

6、2 AD590的工作原理在被測溫度一定時(shí)，AD590相當(dāng)于一個(gè)恒流源，把它和530V的直流電源相連，并在輸出端串接一個(gè)1k的恒值電阻，那么，此電阻上流過的電流將和被測溫度成正比，此時(shí)電阻兩端將會有1mVK的電壓信號。其基本電路如圖3所示。圖3是利用UBE特性的集成PN結(jié)傳感器的感溫部分核心電路。其中T1、T2起恒流作用，可用于使左右兩支路的集電極電流I1和I2相等；T3、T4是感溫用的晶體管，兩個(gè)管的材質(zhì)和工藝完全相同，但T3實(shí)質(zhì)上是由n個(gè)晶體管并聯(lián)而成，因而其結(jié)面積是T4的n倍。T3和T4的發(fā)射結(jié)電壓UBE3和UBE4經(jīng)反極性串聯(lián)后加在電阻R上，所以R上端電壓為UBE。因此，電流I1為： I

7、1UBER（KTq）（lnn）R對于AD590，n8，這樣，電路的總電流將與熱力學(xué)溫度T成正比，將此電流引至負(fù)載電阻RL上便可得到與T成正比的輸出電壓。由于利用了恒流特性，所以輸出信號不受電源電壓和導(dǎo)線電阻的影響。圖3中的電阻R是在硅板上形成的薄膜電阻，該電阻已用激光修正了其電阻值，因而在基準(zhǔn)溫度下可得到1AK的I值。圖4所示是AD590的內(nèi)部電路，圖中的T1T4相當(dāng)于圖3中的T1、T2，而T9， T11相當(dāng)于圖3中的T3、T4。R5、R6是薄膜工藝制成的低溫度系數(shù)電阻，供出廠前調(diào)整之用。T7、T8，T10為對稱的Wilson電路，用來提高阻抗。T5、T12和T10為啟動(dòng)電路，其中T5為恒定偏

8、置二極管。T6可用來防止電源反接時(shí)損壞電路，同時(shí)也可使左右兩支路對稱。R1，R2為發(fā)射極反饋電阻，可用于進(jìn)一步提高阻抗。T1T4是為熱效應(yīng)而設(shè)計(jì)的連接方式。而C1和R4則可用來防止寄生振蕩。該電路的設(shè)計(jì)使得T9，T10，T11三者的發(fā)射極電流相等，并同為整個(gè)電路總電流I的13。T9和T11 的發(fā)射結(jié)面積比為8：1，T10和T11的發(fā)射結(jié)面積相等。T9和T11的發(fā)射結(jié)電壓互相反極性串聯(lián)后加在電阻R5和R6上，因此可以寫出：UBE（R62 R5）I3R6上只有T9的發(fā)射極電流，而R5上除了來自T10的發(fā)射極電流外，還有來自T11的發(fā)射極電流，所以R5上的壓降是R5的23。根據(jù)上式不難看出，要想改變

9、UBE，可以在調(diào)整R5后再調(diào)整R6，而增大R5的效果和減小R6是一樣的，其結(jié)果都會使UBE減小，不過，改變R5對UBE的影響更為顯著，因?yàn)樗懊娴南禂?shù)較大。實(shí)際上就是利用激光修正R5以進(jìn)行粗調(diào)，修正R6以實(shí)現(xiàn)細(xì)調(diào)，最終使其在250之下使總電流I達(dá)到1AK。1.3 測溫電路的設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)測溫電路時(shí)，首先應(yīng)將電流轉(zhuǎn)換成電壓。由于AD590為電流輸出元件，它的溫度每升高1K，電流就增加1A。當(dāng)AD590的電流通過一個(gè) 10k的電阻時(shí)，這個(gè)電阻上的壓降為10mV，即轉(zhuǎn)換成10mVK，為了使此電阻精確（01），可用一個(gè)96k的電阻與一個(gè)1k電位器串聯(lián)，然后通過調(diào)節(jié)電位器來獲得精確的10k。圖5所示是一個(gè)電

10、流電壓和絕對攝氏溫標(biāo)的轉(zhuǎn)換電路，其中運(yùn)算放大器A1被接成電壓跟隨器形式，以增加信號的輸入阻抗。而運(yùn)放A2的作用是把絕對溫標(biāo)轉(zhuǎn)換成攝氏溫標(biāo)，給A2的同相輸入端輸入一個(gè)恒定的電壓（如1235V），然后將此電壓放大到273V。這樣，A1與A2輸出端之間的電壓即為轉(zhuǎn)換成的攝氏溫標(biāo)。將AD590放入0的冰水混合溶液中，A1同相輸入端的電壓應(yīng)為273V，同樣使A2的輸出電壓也為273V，因此A1與A2兩輸出端之間的電壓：2732730V即對應(yīng)于0。 圖2.1為簡單的測溫電路。AD590在25（298.2K）時(shí)，理想輸出電流為298.2A，但實(shí)際上存在一定誤差，可以在外電路中進(jìn)行修正。將AD590串聯(lián)一個(gè)可

11、調(diào)電阻，在已知溫度下調(diào)整電阻值，是輸出電壓U0滿足1mV/K的關(guān)系（如25時(shí)，U0應(yīng)為298.2 mV）。調(diào)整好以后，固定可調(diào)電阻，即可由輸出電壓U0讀出AD590所處的熱力學(xué)溫度。圖2.2 簡單的控溫電路圖2.1簡單的測溫電路圖6 A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)碼顯示電路框圖圖2.2為簡單的控溫電路。LM311為比較器，它的輸出控制加熱器電流，調(diào)節(jié)RT可改變比較電壓，從而改變了控制溫度。AD581是穩(wěn)壓器，為AD590提供一個(gè)合理的穩(wěn)定電壓。1.4 AD轉(zhuǎn)換和顯示電路的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)AD轉(zhuǎn)換和顯示電路具有兩種方案。分述如下：（1）用AD轉(zhuǎn)換器MC14433實(shí)現(xiàn)首先將AD590的輸出電流轉(zhuǎn)換成電壓，由于此信號為模擬

12、信號，因此，要進(jìn)行數(shù)碼顯示，還需將此信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。采用MC14433的轉(zhuǎn)換電路如圖6所示。此電路的作用是通過AD轉(zhuǎn)換器MC14433將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，以控制顯示電路。其中MC14511為譯碼鎖存驅(qū)動(dòng)電路，它的輸入為BCD碼，輸出為七段譯碼。LED數(shù)碼顯示由MC14433的位選信號DS1DS4通過達(dá)林頓陣列MC1413來驅(qū)動(dòng)，并由MC14433的 DS1、Q2端來控制“”、“”溫度的顯示。當(dāng)DS11，Q21時(shí)，顯示為正；Q20時(shí)，顯示為負(fù)。（2）用ICL7106來實(shí)現(xiàn)采用ICL7106的AD轉(zhuǎn)換及LCD顯示電路框圖如圖7所示。其中，ICL7106是3位半顯示的AD轉(zhuǎn)換電路，它內(nèi)含液

13、晶顯示驅(qū)動(dòng)電路，可用來進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換和LCD顯示驅(qū)動(dòng)。2、電壓輸出型傳感器LM352.1 LM35簡介LM35為電壓輸出型傳感器，主要技術(shù)參數(shù)如下：電源電壓：430V；測溫范圍：-55+150。圖2.3為LM35的兩種不同封裝的外形圖。圖2.3 LM35的引腳圖2.2 LM35的工作原理LM35的輸出電壓與攝氏溫度的線形關(guān)系可用下面公式表示：V=0.01T0時(shí)輸出為0 V，每升高1，輸出電壓增加10 mV。設(shè)計(jì)AD轉(zhuǎn)換圖2.4 LM35 A/D轉(zhuǎn)換電路（串行）圖2.5 LM35 A/D轉(zhuǎn)換電路（并行）3、LM940223.1 LM94022簡介LM94022是一種模擬輸出的集成溫度傳感器，主要應(yīng)

14、用于手機(jī)、無線收發(fā)器、電池管理、汽車、辦公室設(shè)備及家用電器等。該傳感器主要特點(diǎn)包括工作電壓低，可在1.5V電壓下工作；工作電壓范圍寬1.55.5V；末級為推挽輸出，有50A輸出電流的能力；有四種靈敏度供用戶選擇；測量范圍為-50+150；靜態(tài)電流低，典型值為5.4A；精度（與測量范圍有關(guān)）：2040為 1.5；-70-50為1.8；-5090為2.1；-50150為2.7；采用小尺寸SO70封裝。LM94022的管腳排列如圖3.1所示，各管腳功能如表3.1所示。圖3.1 LM94022引腳圖 表3.1 LM94022引腳功能表LM94022根據(jù)GS0、GS1被施加的不同電平有4種靈敏度供用戶選

15、擇，如表3.2所示。用戶可根據(jù)測溫的范圍及接口電路的工作電壓的條件來合理選擇。靈敏度由GS0及GS1的電平確定：高電平要求大于（VDD-0.5V）；低電平要求小于0.5V。 表3.2 LM94022提供的4種靈敏度（典型值）。表3.2 靈敏度參照表3.2 LM94022基本原理LM9402輸出電壓隨溫度升高而下降，其靈敏度為負(fù)值。在VDD為5V時(shí)，不同靈敏度的幾個(gè)特定溫度值時(shí)的輸出電壓如表3.3所示（典型值）。表3 VDD為5V，TA為25時(shí)的輸出電壓值從圖3.2可看出，其線性度極好，這是線性化后的特性。按表3.3的數(shù)據(jù)計(jì)算出的靈敏度值與表3.2給出的典型靈敏度有一些差值。例如，在GS=00時(shí)

16、，-25時(shí)的輸出電壓為1168mV，-50時(shí)的輸出電壓為1299mV，則其平均靈敏度為-5.24mV/；50時(shí)的輸出電壓為760mV，75時(shí)的輸出電壓為619mV，則其平均靈敏度為5.64mV/。表3.2中GS=00時(shí)，靈敏度為-5.5mV/。圖3.2 LM94022的輸出特性圖表3.3 輸出電壓表3.3 LM94022基本應(yīng)用電路圖3.3 LM94022的基本應(yīng)用電路圖3.3是LM94022的基本應(yīng)用電路。在此電路中，GS0、GS1都接地（低電平），所以靈敏度選擇的是-5.5mV/。LM94022一般用作精度要求不高的溫度測量及控制，其輸出端往往與比較器或微控制器等接口。若溫度傳感器與控制電

17、路距離較遠(yuǎn)時(shí)，連接線應(yīng)采用屏蔽線。接電容負(fù)載的電路如圖3.4所示。圖3.4(a)與(b)的差別是負(fù)載電容容量不同：當(dāng)負(fù)載電容CLOAD1100pF時(shí)，用圖3.4(b)電路，其中RS值與CLOAD大小有關(guān)，如表3.4所示。圖3.4 接電容負(fù)載的電路圖（CLOAD1100pF）ab表3.4 CLOAD值與RS的關(guān)系 當(dāng)LM94022直接與ADC（或微處理器中的ADC）接口時(shí)，開始工作時(shí)，LM94022的推挽輸出端能向ADC中的Cin充電，如圖3.5所示。 圖3.5 LM94022與ADC接口電路圖圖3.7 LM94022接兩輸入與門實(shí)現(xiàn)關(guān)閉功能圖3.6 LM94022接反相器實(shí)現(xiàn)關(guān)閉功能增加關(guān)閉控

18、制功能的電路LM94022是低功耗器件，為實(shí)現(xiàn)多路溫度測量，可采用關(guān)閉控制，在斷開VDD時(shí)，OUT端呈高阻抗?？梢栽贚M94022的VDD端接一個(gè)反相器（見圖3.6）或接一個(gè)兩輸入與門來實(shí)現(xiàn)關(guān)閉（見圖3.7）。兩者的區(qū)別是，前者施加高電平時(shí)實(shí)現(xiàn)關(guān)閉；后者是施加低電平時(shí)實(shí)現(xiàn)關(guān)閉。圖3.8是一種數(shù)字溫度計(jì)，其測量溫度范圍-40+125。LM94022檢測的溫度轉(zhuǎn)換成模擬信號電壓輸出，其輸出電壓直接與帶有ADC的微處理器接口，往ADC變換后的數(shù)字信號由微處理器進(jìn)行處理后轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的七段碼，送溫度顯示（數(shù)碼管），若采用微處理器對傳感器作軟件線性補(bǔ)償，可提高測溫精度。數(shù)字鍵出可輸入報(bào)警溫度給微處理器，若

19、檢測到的溫度超過報(bào)警溫度時(shí)，微處理器輸出信號，使報(bào)警電路發(fā)出聲、光報(bào)警。微處理器的I/O口還可輸出開關(guān)控制信號，對溫度實(shí)現(xiàn)簡單的開關(guān)控制。圖3.8 數(shù)字溫度計(jì)電路圖3.9 簡易的超過閾值溫度報(bào)警電路圖3.9是一種簡易的超過閾值溫度報(bào)警電路。該電路由溫度傳感器、比較器、4.1V基準(zhǔn)電壓源、三極管、蜂鳴器及電阻R1R5等組成。電路的工作原理：若LM94022溫度傳感器的靈敏度已設(shè)定，則設(shè)定的閾值溫度TTH對應(yīng)的電壓值VT可以從圖2（或表3）中求出。若先不考慮產(chǎn)生滯后作用的R3的影響，則可以根據(jù)已知的VT值求出R1、R2值（在先確定R1值后求出R2值），VT=4.1VR2/（R1+R2）。圖3.10

20、 溫度特性特性和輸出波形圖為防止溫度在閾值溫度附近因傳感器輸出信號中存在噪聲電壓影響而使比較器輸出產(chǎn)生振蕩，在比較器電路中加了一個(gè)正反饋電阻R3，則產(chǎn)生一滯后電壓VHYS，并且VT值也受R3的影響成為VT2，改進(jìn)的超過閾值溫度報(bào)警電路溫度特性和輸出波形如圖3.10所示。VHYS=VT2-VT1，其中VT1、VT2可按下式求出：VT2=4.1VR2/（R1+R2/R3） VT1=4.1VR2/（R2+R1/R3） 上式中4.1V是基準(zhǔn)電壓值。為減小R3對VT值的影響，一般R3取值較大（如470k2M）。基準(zhǔn)電壓4.1V經(jīng)R1、R2分壓后的電壓VT2加在比較器同相端，LM94022測量溫度輸出的電

21、壓VTEMP加在比較器反相端。一旦VTEMPVT2，則比較器輸出VOUT由低電平跳變到高電平，如圖11所示，VT導(dǎo)通使蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲。當(dāng)溫度降到（VT2-VHYS）時(shí)，比較器輸出VOUT才由高電平跳變到低電平，報(bào)警聲停止。若要控制圖3.9度TTH基本保持穩(wěn)定（約有35變化），可采用圖3.11電路對TTH實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。當(dāng)溫度超過TTH時(shí)，比較器的VOUT輸出高電平，經(jīng)反相器后輸出低電平，N溝道截止，加熱器停止加熱；當(dāng)溫度降到（TTH-THYS）時(shí)，VOUT由高電平跳變到低電平，N溝道導(dǎo)通，加熱器又加熱，使溫度上升。這樣溫度在TTH上下波浪式變動(dòng)。圖12 簡易的溫度控制電路應(yīng)用LM94022的設(shè)

22、計(jì)注意事項(xiàng)如下：為保證傳感器輸出電壓精度，VDD取值為 VDD=VOUT+1V； 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能取大的靈敏度，以減少噪聲對輸出信號電壓的影響；減少噪聲影響，可在LM94022輸出端加一個(gè)高頻旁路電容器；當(dāng)傳感器與接口電路之間連接較長時(shí)，連接線應(yīng)采用屏蔽線。 三、數(shù)字溫度傳感器1、DS18B201.1 DS18B20簡介a. 適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電；b. 獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(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c. DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)

23、組網(wǎng)多點(diǎn)測溫d. DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)e. 溫范圍55125，在-10+85時(shí)精度為0.5f. 可編程的分辨率為912位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實(shí)現(xiàn)高精度測溫g. 在9位分辨率時(shí)最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時(shí)最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快h. 測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以一線總線串行傳送給CPU，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力e. 負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 DS18B20內(nèi)

24、部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻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。DS18B20的外形及管腳排列如下圖1:DS18B20引腳定義： (1)DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端；(2)GND為電源地；(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）。1.2 DS18B20工作原理 DS18B20的讀寫時(shí)序和測溫原理與DS1820相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時(shí)的延時(shí)時(shí)間由2s減為750ms。 DS18B20測溫原理如圖3所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計(jì)數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化

25、其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在55所對應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加1，計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。圖3中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值。圖3 DS18B20的測溫原理框圖DS18B20有4個(gè)主要的數(shù)據(jù)部件： （1）光刻ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看

26、作是該DS18B20的地址序列碼。64位光刻ROM的排列是：開始8位（28H）是產(chǎn)品類型標(biāo)號，接著的48位是該DS18B20自身的序列號，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻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。 （2）DS18B20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以12位轉(zhuǎn)化為例：用16位符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以0.0625/LSB形式表達(dá)，其中S為符號位。這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲在18B20的兩個(gè)8比特的RAM中，二進(jìn)制中的前面5位是符號位，如果測得的溫度大于0

27、，這5位為0，只要將測到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實(shí)際溫度。 例如+125的數(shù)字輸出為07D0H，+25.0625的數(shù)字輸出為0191H，-25.0625的數(shù)字輸出為FF6FH，-55的數(shù)字輸出為FC90H。 （3）DS18B20溫度傳感器的存儲器 DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括一個(gè)高速暫存RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的EEPRAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH、TL和結(jié)構(gòu)寄存器。 （4）配置寄存器 該字節(jié)各位的意義如下：TMR1R0111111低五位一直都是“1”，TM是測試模式位，用于

28、設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測試模式。在DS18B20出廠時(shí)該位被設(shè)置為0，用戶不要去改動(dòng)。R1和R0用來設(shè)置分辨率，如下表所示：（DS18B20出廠時(shí)被設(shè)置為12位）R1R0分辨率溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí)間00993.75ms0110187.2ms1011375ms1112750MS4、高速暫存存儲器 高速暫存存儲器由9個(gè)字節(jié)組成,第九個(gè)字節(jié)是冗余檢驗(yàn)字節(jié)。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器的第0和第1個(gè)字節(jié)。單片機(jī)可通過單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時(shí)低位在前，高位在后。對應(yīng)的溫度計(jì)算：當(dāng)符號位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?/p>

29、碼，再計(jì)算十進(jìn)制值。根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機(jī)（單片機(jī)）控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個(gè)步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進(jìn)行復(fù)位操作，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后釋放，當(dāng)DS18B20收到信號后等待1660微秒左右，后發(fā)出60240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復(fù)位成功。2、DS17222.1 DS1722簡介DS1722為低價(jià)、低功耗的三總線溫度傳感器，主要技術(shù)參數(shù)如下：模擬電源電壓：2.655.5V； 測溫范圍：-55+120；DS1722的引腳圖如

30、圖2.1所示。3、TMP2753.1 TMP275簡介TMP275是TI公司于2006年推出的一款低功耗數(shù)字輸出溫度傳感器。其精確度達(dá)0.5，適用于環(huán)境、通信、計(jì)算機(jī)、消費(fèi)類、工業(yè)以及儀表應(yīng)用等多個(gè)領(lǐng)域的溫度測量。 TMP275的高度精確性可使散熱與電源管理更加高效，而其低功耗能夠延長電池使用壽命并最小化自加熱(self-heating)。在-20+ 100范圍內(nèi)，TMP275的精確度為0.5(最大值)。其雙線串行接口與I2C相兼容。芯片采用小巧的8引腳MSOP封裝。該器件的其他特性包 括：50A低電流、9至12位可編程分辨率、0.1A關(guān)機(jī)電流模式、整個(gè)溫度范圍內(nèi)出色的穩(wěn)定性，以及-40+12

31、5的廣泛工作溫度范圍。另 外，該器件還允許多達(dá)8個(gè)不同地址，以實(shí)現(xiàn)接口總線設(shè)計(jì)的高靈活性。TMP275的引腳排列如圖1所示。3.2TMP275的基本原理 TMP275的功能實(shí)現(xiàn)和工作方式主要由內(nèi)部的5個(gè)寄存器來確定，分別是：指針寄存器(pointer register)、溫度寄存器(temperature register)、配置寄存器(configura-tion register)、上限溫度寄存器(THIGH register)和下限溫度寄存器(TLOW register)。TMP275的內(nèi)部寄存器結(jié)構(gòu)如圖3所示。 TMP275的工作方式主要通過配置寄存器來實(shí)現(xiàn)。配置寄存器的數(shù)據(jù)格式如下：

32、 各數(shù)據(jù)位的具體說明如下：SD 設(shè)置器件是否工作在關(guān)斷模式。SD為1時(shí)為關(guān)斷模式，SD為0時(shí)為正常模式(包括比較模式和中斷模式)。TM 設(shè)置器件工作在比較模式還是中斷模式。TM為1時(shí)工作在中斷模式，TM為0時(shí)工作在比較模式。POL ALERT極性位。通過POL的設(shè)置，可以使控制器和ALERT輸出極性一致。F1F0 錯(cuò)誤隊(duì)列配置位。只有溫度連續(xù)超限n次后，報(bào)警才會輸出。參數(shù)n由F1和F0來設(shè)置，設(shè)置錯(cuò)誤隊(duì)列的目的是防止環(huán)境噪聲對報(bào)警輸出的影響。具體配置參數(shù)如表1所列。R1R0 溫度傳感器分辨率配置位。通過對其配置，可以控制溫度傳感器的轉(zhuǎn)換分辨率，同時(shí)也可以控制時(shí)間；分辨率越高，轉(zhuǎn)換時(shí)間越長。具體

33、配置參數(shù)如表2所列。 4 TMP275的工作方式與串行接口4.1 工作方式正常工作方式下，當(dāng)所采集的溫度在上下限溫度之外時(shí)，TMP275會依據(jù)配置寄存器中的TM狀態(tài)來決定器件是工作在比較模式還是中斷模式。當(dāng)器件工作 在比較模式，且所采集的溫度連續(xù)n次(參數(shù)n為由F0、F1決定的連續(xù)錯(cuò)誤數(shù))等于或大于THIGH時(shí)，比較器激活A(yù)LERT告警輸出，提醒主機(jī)當(dāng)前工作 溫度不正常；只有當(dāng)溫度連續(xù)n次低于TLOW時(shí)，ALERT信號才恢復(fù)正常。正常工作時(shí)，默認(rèn)方式為比較模式。當(dāng)器件工作在中斷模式，且所采集的溫度連續(xù) n次在上下限溫度之外時(shí)，比較器都會激活A(yù)LERT報(bào)警輸出；只有在對寄存器進(jìn)行操作或者器件在關(guān)

34、斷模式下時(shí)，ALERT信號才會恢復(fù)正常，此種模式下可以進(jìn)行系統(tǒng)的耐溫測試。另外，器件還有節(jié)能的關(guān)斷模式。如果選擇該模式，當(dāng)前的溫度轉(zhuǎn)換結(jié)束后，器件會自動(dòng)關(guān)斷，此時(shí)電流消耗只有1A。只有向配置寄存器的OS位寫1，才可以開啟下一次溫度轉(zhuǎn)換。該模式由配置寄存器的SD數(shù)據(jù)位來設(shè)定。4.2 串行接口 TMP275的兩線數(shù)據(jù)線SDA和時(shí)鐘線SCL兼容I2C協(xié)議，而且只能作為從器件。它支持快速模式(1400kHz)和高速模式(1 kHz3.4 MHz)。該器件的地址是由固定的高4位1001以及受控于A0、A1、A2的低3位決定。 I2C總線綜述初始化傳輸?shù)脑O(shè)備稱為“主設(shè)備”，受主設(shè)備控制的是“從設(shè)備”。主設(shè)

35、備產(chǎn)生串行時(shí)鐘(SCL)，控制總線接入，以及產(chǎn)生啟動(dòng)(START)和停止 (STOP)條件。只有在總線不忙時(shí)，才可以傳送數(shù)據(jù)。在傳送期間，時(shí)鐘信號線為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)線SDA必須保持不變；只有在啟動(dòng)停止信號到來后，數(shù)據(jù) 線SDA才能改變。TMP275作為從設(shè)備，只有接收到啟動(dòng)信號后，芯片才開始工作。若接收到的地址無誤，則發(fā)出一個(gè)確認(rèn)信號，并根據(jù)RW位的狀態(tài)進(jìn)行讀寫操作。當(dāng)停止信號到來后，所有工作結(jié)束。從設(shè)備接收模式 接收模式下，主設(shè)備先向TMP275發(fā)送TMP275的地址信息和狀態(tài)信息(RW=0)，然后發(fā)送數(shù)據(jù)，寫入地址指針寄存器。下一個(gè)字節(jié)或者幾個(gè)字 節(jié)再依據(jù)指針寄存器的內(nèi)容寫入相應(yīng)的寄存器。

36、對于每一個(gè)成功接收到的數(shù)據(jù)，TMP275都將發(fā)送確認(rèn)信息。主設(shè)備通過發(fā)送停止信號而終止數(shù)據(jù)傳輸。從設(shè)備發(fā)送模式 發(fā)送模式下，主設(shè)備先向TMP275發(fā)送TMP275的地址信息和狀態(tài)信息(RW=1)，然后讀取由地址指針寄存器指定的數(shù)據(jù)。對于每一個(gè)成功接收到的數(shù)據(jù)，TMP275都將發(fā)送確認(rèn)信息。主設(shè)備通過發(fā)送停止信號而終止數(shù)據(jù)傳輸。3、LM75CIM33.1 LM75CIM3簡介圖4.1 LM75CIM3的引腳圖電源電壓：35.5V；工作電流為250A,最大不超過1mA，關(guān)閉狀態(tài)下的電流為4A；在-25+ 100范圍內(nèi)，LM75CIM3的精度我2；在-55+ 125范圍內(nèi)，LM75CIM3的精度為3

37、。LM75CIM3的引腳圖如圖4.1所示。4、DS16244.1 DS1624簡介DS1624是Dallas公司生產(chǎn)的一種功能較強(qiáng)的數(shù)字式溫度傳感器，它比同系列的DS1620控制更為簡單，比DS1621分辨率更高，可以使用一片控制器控制多達(dá)8片傳感器，支持I2C總線協(xié)議，測溫范圍寬，讀數(shù)穩(wěn)定，分辨率高，無須外接電路，與單片機(jī)接口簡單，可以廣泛用于溫度檢測、溫度控制，溫度報(bào)警等領(lǐng)域。測溫范圍：-55+125，分辨率0.03125；溫度值以13位數(shù)字量輸出(兩字節(jié)傳輸)；溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間小于1秒；數(shù)據(jù)的讀寫通過2線串行接口實(shí)現(xiàn)(SDA，SCL)可選總線地址；內(nèi)部集成256B的E2PROM，可以用來保存

38、用戶設(shè)定的參數(shù)。引腳說明：DS1624為8腳DIP封裝或者SOIC封裝，其引腳功能如下表。4.2 DS1624的工作原理DS1624采用專用的片內(nèi)的溫度測量技術(shù)進(jìn)行溫度的測量。在計(jì)數(shù)門開通的情況下對低溫系數(shù)振蕩器的脈沖個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)脈沖的周期由高溫系數(shù)振蕩器所決定，計(jì)數(shù)器和溫度寄存器的預(yù)先設(shè)置值為-55。如果計(jì)數(shù)器在脈沖結(jié)束之前達(dá)到0，則溫度寄存器增加，同時(shí)計(jì)數(shù)器預(yù)置為非線性累加器的值，并重新開始計(jì)數(shù)，如果脈沖周期在計(jì)數(shù)器到0之前還未結(jié)束，則重復(fù)上面的過程，否則停止計(jì)數(shù)。最終溫度寄存器中的值即為被測溫度值。DS1624的溫度值以0.03125為單位表示，1624 內(nèi)部的溫度寄存器為13位（

39、2個(gè)字節(jié)）的寄存器，該寄存器可以通過IIC總線串行讀出，高位在前。該13寄存器的內(nèi)容即為補(bǔ)碼表示的溫度值，最高位置符號位，符號位1表示溫度值為負(fù)，為0表示溫度值為正。將該13位數(shù)據(jù)的真值乘以0.03125，即為被測溫度值。例如： 表示被測溫度為：+802*0.03125=25.06254.3 DS1624的工作方式DS1624可以在兩種方式下工作，連續(xù)轉(zhuǎn)換方式和一次轉(zhuǎn)換方式，通過配置寄存器的來控制使用哪種工作模式。DONE 為轉(zhuǎn)換完成位，溫度轉(zhuǎn)換完成時(shí)候?yàn)?，正在轉(zhuǎn)換時(shí)為0，1SHOT為一次模式位，該位為1時(shí)，每次收到開始轉(zhuǎn)換命令執(zhí)行一次溫度轉(zhuǎn)換，為0時(shí)，執(zhí)行連續(xù)溫度轉(zhuǎn)換，該位為非易失性的。D

40、S1624在嵌入一個(gè)系統(tǒng)時(shí)，需要有MCU對其發(fā)出控制命令，如讀寫狀態(tài)寄存器，讀溫度寄存器，開始溫度轉(zhuǎn)換等命令，MCU對DS1624的控制是通過I2C總線接口來實(shí)現(xiàn)的，寫入和讀出完全遵循I2C總線的協(xié)議。DS1624的命令集包含下面5個(gè)，比相同系列的DS1621更加方便，簡捷。（1）開始溫度轉(zhuǎn)換EEH該命令啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換，無需讀數(shù)據(jù)，再一次轉(zhuǎn)換模式下，該命令啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，DS1624完成轉(zhuǎn)換之后保持空閑，在連續(xù)轉(zhuǎn)換方式下，該命令啟動(dòng)DS1624進(jìn)行連續(xù)的溫度轉(zhuǎn)換。（2）溫度轉(zhuǎn)換結(jié)束命令22H 該命令停止溫度轉(zhuǎn)換，無需更多數(shù)據(jù)，在連續(xù)運(yùn)行方式下，該命令停止DS1624的溫度轉(zhuǎn)換，并且保持空閑，直到DS1

41、624得到新的溫度轉(zhuǎn)換開始命令。（3）讀溫度命令A(yù)AH 該命令讀出最近一次溫度轉(zhuǎn)換的結(jié)果，隨后DS1624將兩個(gè)字節(jié)補(bǔ)碼表示的溫度值送出。最高為符號位，最低三位不用。（4）訪問配置寄存器ACH 若R/W=0，該命令寫入配置寄存器之后，MCU送出一個(gè)字節(jié)，用以確定DS1624的工作方式；若R/W=1，DS6124送出當(dāng)前狀態(tài)用來通知MCU轉(zhuǎn)換是否完成。（5）訪問存儲器17H該命令用來訪問DS1624內(nèi)部集成的256B的E2存儲器，下一字節(jié)數(shù)據(jù)為被訪問的存儲器的地址，即可進(jìn)行E2存儲器的讀寫操作，讀寫時(shí)和其他的I2C協(xié)議的E2存儲器相同。讀者可參考其它的資料。 DS1624 啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換、訪問配置寄存器、讀取溫度值的流程圖。4.4 典型應(yīng)用 DS1624的典型應(yīng)用圖，其中LED顯示和溫度報(bào)警電路讀者可以自行設(shè)計(jì)。DS1624沒有