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微型温度测量的数字化方案

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

  摘要:在各种传感器的设计中,温度是影响其性能指标的一个重要因素。在对体积限制很严格的条件下,解决了硅微加速度计设计中的内部温度测量问题。主要讨论了内嵌于加速度计的微型数字温度传感器DS18B20U的功能特点和使用要点,并且介绍了“一线”网关的硬件及软件设计。此项技术已有后续的软件开发实例。
  关键词:数字温度传感器DS18B20U“一线”总线网关
  
  随着技术的发展,各种惯性器件的性能在不断提高,体积也在不断小型化。对于惯性器件(如加速度计、陀螺)性能的提高,温度补偿作为一种重要的修正方式越来越引起人们的注意,因此如何在惯性器件极小的空间内精确地测量、传输、处理温度信息,成了能否使其性能和体积优势进一步提高的关键问题。
  
  1DS18B20U和“一线”总线
  
  在研制新一代的微型MMS加速度计时,温度测量的难题以一次摆在人们的面前。在3~4cm3的空间内放置一个传统的SO-8或TO-92封装的器件都显得拥挤,更何况还要旋转一个非主要功能的温度传感器了。
  
  纵观国际上现有的温度传感器的变化,总的趋势是从模拟向数字转变,相应的体积也在不断减小。在体积非常苛刻的惯性器件中使用高精度、数字输出型的温度传感器,MAXIM公司的DS18B20U最为符合要求。DS1820U是DS18B20系列产品中的一种。与以往模拟温度信号的输出不同,DS18B20的数字温度输出通过“一线”总线(1-Wire是被MAXIM公司收购的DALLAS公司新拥有的一种独特的数字信号总线协议,它将独特的电源线和信号线复合在一起,仅使用一条口线;每个芯片唯一编码,支持联网寻址、零功耗等待等,是所需硬件连线最少的一种总线)这种独特的方式,使多个DS18B20U方便地组建成传感器网络,为整个测量系统的建立和组合提供了更大可能性。
  
  DS18B20真正令人惊奇的是其μSOP封装,这种封装只有3.0mm×6.4mm的水平尺寸,高度小于1.2mm。这样可以节省更多的印刷电路板空间,非常适合于集成度高、对尺寸要求严格的惯性器件电路。因此在本加速度计的狭窄空间中使用,它是最为合适的内嵌式温度传感器件。
  
  DS18B20温度传感器的主要性能指标为:
  
  *“一线”总线接口令需一个端口进行通讯。
  
  *简单的多点分布应用。
  
  *可通过数据线供电。
  
  *测温范围为-55~+125℃,在-10~+85℃的范围内,精度为±0.5℃。
  
  *温度以9~12位数字量读出,分辨率为0.0625℃。
  
  *U型产品采用超小型的μSOP封装,大大减小了体积。
  
  以下介绍DS18B20U的一些使用要点,更详细的信息可以参考MAXIM公司网站提供的DS18B20的Datasheet(英文版)。
  
  1.1DS18B20U的温度测量时间
  
  DS18B20U作为温度传感器。
  
  1.2DS18B20U的“一线”总线标识序号
  
  每一个DS18B20U都有一个唯一的64位的“一线”总线标识序号,存放在DS18B20U的内部ROM(只读存储器)中。开始8位是产品类型编码(DS18B20编码均为28H),接着的48位是每个器件的唯一序号,最后8位是前面56位的CRC(循环冗余校验)码。
  
  1.3DS18B20U的温度数据表示格式
  
  DS18B20U中有用于存储测得温度值的两个8位寄存器,它们存储的温度数据由两个字节组成,分别为LSByte(低字节)和MSByte(高字节),MSByte的高5位存放温度值的符号,如果温度为负(℃),则MSByte的高5位全为1,否则全为0。LSByte的8位和MSByte的低3位用于存放温度值的补码,LSB(最低位)为0.0625℃。将寄存器中的二进制数求补,就得到了被测温度值(-55℃~+125℃)。
  
  1.4DS18B20U的供电方式
  
  DS18B20可以设置成两种供电方式,即数据总线供电方式和外部供电方式。采取数据总线供电方式可以节省一根导线,但由此带来的缺点是完成温度测量的时间较长;而采取外部供电方式则多用一根导
  
  
  
  线,但测量速度较快。注意:

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