USB的溫度傳感器電路的設(shè)計

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 USB的溫度傳感器電路的設(shè)計 使用模擬MCU，LDO，外部熱敏電阻和一些分立器件，您可以構(gòu)建高精度的溫度傳感應(yīng)用。 圖1中的電路顯示了Analog DevicesADuC7122精細模擬微控制器的工作原理可用于的熱敏電阻溫度監(jiān)測應(yīng)用。 ADuC7122集成了多通道12位SARADC，12個12位DAC，1.2 V內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源，以及ARM7內(nèi)核，126 kB閃存，8 kB SRAM以及各種數(shù)字外設(shè)，如UART，定時器，SPI，以及兩個I2C接口。 ADuC7122連接到4.7k熱敏電阻。 圖1：ADuC7122用作溫度監(jiān)控器，與熱敏電阻連接（簡化原理圖，所有連接

2、均未由于ADuC7122（7 mm7 mm，108球BGA封裝）的小外形尺寸，整個電路可以安裝在極小的PCB上，從而進一步降低了成本。 與RTD類似，熱敏電阻是低成本的溫度敏感電阻器，由固體半導(dǎo)體材料構(gòu)成，具有正或負溫度系數(shù)。熱敏電阻價格低廉，靈敏度高。它們檢測溫度的微小變化，這是RTD或熱電偶無法觀察到的。但是，熱敏電阻是高度非線性的;因此，如果不應(yīng)用線性化技術(shù)，它們僅限于具有非常窄的溫度范圍的應(yīng)用。電路線性化技術(shù)可以用軟件完成。 盡管功能強大的ARM7內(nèi)核和高速SAR ADC，ADuC7122仍然提供低功耗解決方案。 ARM7內(nèi)核運行在326.4 kHz且主ADC處于活動狀態(tài)并測量外部溫度

3、傳感器，整個電路通常消耗7 mA。在溫度測量之間，可以關(guān)閉ADC和/或微控制器，以進一步降低功耗。 電路描述 圖1所示電路完全由USB接口供電。使用ADP3333（3.3V）低壓差線性穩(wěn)壓器將USB的5 V電源調(diào)節(jié)至3.3 V. 3.3 V穩(wěn)壓電源為ADuC7122提供DVDD電壓。如下圖，ADuC7122的AVDD電源具有額外的濾波功能。濾波器也放置在線性穩(wěn)壓器輸入端的USB電源上。 在此應(yīng)用中使用ADuC7122的以下功能： 12位SAR ADC。 ARM7TDMI內(nèi)核：功能強大的16/32位ARM7內(nèi)核，集成126 kB閃存和SRAM內(nèi)存，運行用戶代碼，用于配置和控制ADC，處理來自熱敏

4、電阻傳感器的ADC轉(zhuǎn)換通過UART/USB接口控制通信。 UART：UART用作主機PC的通信接口。 兩個外部開關(guān)/按鈕（未顯示）用于強制部件進入閃光啟動模式。通過將DOWNLOAD保持為低電平并切換RESET開關(guān)，ADuC7122將進入引導(dǎo)模式而不是正常用戶模式。在引導(dǎo)模式下，可以使用USB接口通過I2CWSD工具重新編程內(nèi)部閃存。 BUF_VREF：帶隙參考還通過緩沖器連接到BUF_VREF1和BUF_VREF2引腳，這些引腳可用作系統(tǒng)中其他電路的參考。這些引腳應(yīng)連接至少0.1F的電容，以降低噪聲。 電路中使用的熱敏電阻為4.7k電阻，型號為NCP18XM472。它采用0603表面貼裝封裝

5、。圖2電路中使用的熱敏電阻在25C時具有以下規(guī)格：= 3500（參數(shù)描述電阻與溫度的關(guān)系）和電阻（R25）=4.7k。 圖2：采用ADuC7122實現(xiàn)的簡單溫度傳感器電路。 ADuC7122的USB接口采用FT232R UART轉(zhuǎn)USB收發(fā)器實現(xiàn)，可轉(zhuǎn)換USB直接向UART協(xié)議發(fā)送信號。 除了圖1所示的去耦之外，USB電纜本身應(yīng)該有一個鐵氧體，以增加EMI/RFI保護。該電路中使用的鐵氧體磁珠是Taiyo Yuden，BK2125HS102-T，在100 MHz時阻抗為1,000。 電路必須在具有大面積接地平面的多層PC板上構(gòu)建。必須使用適當(dāng)?shù)牟季?，接地和去耦技術(shù)來實現(xiàn)性能。 圖2中的輸入熱敏

6、電阻電路設(shè)計用于在0C至90C范圍內(nèi)開展的溫度測量。請注意，此系統(tǒng)不包含溫度校準(zhǔn)。該電路包含一個簡單的熱敏電阻電路，不包含電路線性化。如果該電路采用線性化技術(shù)，它可以在更寬的溫度范圍內(nèi)工作;然而，這會降低傳感器的分辨率。 圖2中的電路設(shè)置為分壓器配置。這將允許我們使用以下公式將ADC結(jié)果D轉(zhuǎn)換為RTH（熱敏電阻）電阻的測量值： 一旦計算出熱敏電阻的電阻，就可以使用Steinhart-Hart方程確定當(dāng)前的溫度傳感器。 Steinhart-Hart方程的簡化參數(shù)變化的傳統(tǒng)形式為： 其中： T2 =未知溫度V1 =298K=熱敏電阻 298K或25C的參數(shù)。 = 3500 R25 =熱敏電阻 29

7、8K或25C的電阻。 R25 =4.7kRTH=熱敏電阻的電阻未知溫度，由上式計算得出 圖3描繪了ADuC7122對圖2中詳細說明的熱敏電阻傳感器的響應(yīng)溫度。 圖3：ADuC7122熱敏電阻傳感器測量輸出（轉(zhuǎn)換為伏特），ADCO與溫度的關(guān)系。 代碼說明 源代碼和超級終端配置用于測試連接電路的文件可以通過/CN0153_Source_Code為zip文件。 UART配置為波特率為9600,8個數(shù)據(jù)位，無奇偶校驗且無流量控制。如果電路直接連接到PC，則可以使用通信端口查看應(yīng)用程序（如HyperTerminal）查看程序發(fā)送到UART的結(jié)果（圖4）。對源代碼開展了注釋，以便于理解和操作。使用KeilVision3應(yīng)用程序編譯和測試代碼。 圖4：HyperTerminal通信端口查看應(yīng)用程序的輸出。 常見變化 ADP3333（3.3 V）可替換為ADP120（2.5 V），具有更寬的工作溫度范圍（-40C至+ 125C），功耗更低（通常為20A與70A相比，但具有較低的輸入電壓范圍（5.5 V與12 V）。注意，可以使用標(biāo)準(zhǔn)JTAG接口對ADuC7122