Для термоізмереній можуть використовуватися різні залежності фізичних величин від температури. В електроніці як датчики температури використовуються термопари (мають широкий діапазон вимірюваних температур і високу точність, але в той же час вони висувають високі вимоги до схеми включення), терморезистори (мають більш низьку вартість, але невисоку точність). Окремо слід виділити датчики на основі напівпровідників. Сучасні напівпровідникові датчики температури характеризуються досить високою точністю до ± 0,5 ° С і здатні працювати в діапазоні температур від -55 до 150 ° С. А можливість розміщення прямо на кристалі ІС дає широкі можливості для їх застосування. Існують мікросхеми датчиків з аналоговими і цифровими виходами, АЦП з вбудованими датчиками температури і т.д.
Використання цифрового формату представлення даних дає ряд переваг. Зводиться до мінімуму вплив перешкод на вимірювання, тому що датчик і АЦП розташовані безпосередньо на одному кристалі. Зменшується кількість з'єднань на платі і необхідну кількість висновків керуючого мікроконтролера, що дає можливість розмістити на одній шині до восьми датчиків. Пристрої відрізняються простотою в програмній реалізації обміну даними, так як в більшості сучасних мікроконтролерів використовуються інтерфейси реалізовані апаратно. До переваг цього виду приладів можна віднести і відсутність зовнішніх елементів.
Компанією Texas Instruments випускається лінійка датчиків з цифровими виходами (табл. 1). Представлений ряд приладів можна розділити на групи за такими характеристиками:
- Температурний діапазон:
стандартний (-40 ... 125 ° С)
розширений (-55 ... 125 ° С, TMP401 до + 150 ° С); - Точність вимірювання у всьому діапазоні температур:
мала (± 3,0 ° С),
середня (± 1,5 ° С ... ± 2,0 ° С),
висока (± 0,5 ° С ... ± 1,0 ° С); - Тип інтерфейсу:
I2C,
SPI; - Тип корпусу:
6SOT-23,
8SOIC,
8MSOP,
6DSBGA (1,65х1,15 мм); - Додаткові функції:
режим енергозбереження (споживаний струм ~ 1 мкА)
наявність програмованих температурних порогів (термостат).
Таблиця 1. Температурні датчики з цифровим виходом Texas Instruments
Тип
компо-
нента Точність.
вим.
в
Діап.
темп.,
° С Разр.
біт,
min Разр.
біт,
max діапазону.
вимір.
темп.,
° С Uпит
min,
У Uпит
max,
У Iпот,
мкА Реж.
енерг.
сбе-
реж. прог-
рам.
темп.
по-
роги Тип
корпусу Інтер-
фейс TMP100 ± 3,0 9 12 -55 ... 125 2,7 5,5 45 Так Так 6SOT-23 I2C SMBus TMP100-EP ± 3,0 9 12 -55 ... 125 2,7 5,5 45 Так Так 6SOT- 23 I2C SMBus TMP101 ± 3,0 9 12 -55 ... 125 2,7 5,5 45 Так Так 6SOT-23 I2C SMBus TMP105 ± 2,0 9 12 -40 ... 125 2,6 3,3 50 Так Так 6DSBGA I2C SMBus TMP106 ± 2,0 9 12 -40 ... 125 2,7 5,5 50 Так Так 6DSBGA I2C SMBus TMP121 ± 2,0 12 12 -40 ... 125 2,7 5,5 35 Так Ні 6SOT-23 SPI TMP122 ± 2,0 9 12 -40 ... 125 2,7 5,5 50 Так Так 6SOT-23 SPI TMP123 ± 2,0 12 12 -55 ... 125 2,7 5,5 35 Так Ні 6SOT-23 SPI TMP124 ± 2, 0 Народився 9 12 -40 ... 125 2,7 5,5 50 Так Так 8SOIC SPI TMP125 ± 2,0 10 -40 ... 125 2,7 5,5 36 Ні Ні 6SOT-23 SPI TMP141 ± 3,0 10 10 -40 ... 125 2,7 5,5 110 Так Ні 6SOT-23 8MSOP One-
wire TMP175 ± 1,5 9 12 -40 ... 125 2,7 5,5 50 Так Так 8MSOP 8SOIC I2C SMBus TMP275 ± 0,5 9 12 -40 ... 125 2,7 5,5 50 Так Так 8MSOP 8SOIC I2C SMBus TMP401 ± 1,0 9 12 -40 ... 125 3 5,5 250 Так Так 8MSOP I2C SMBus TMP411 ± 1,0 9 12 -40 ... 125 3 5,5 400 Так Так 8MSOP I2C SMBus TMP75 ± 2,0 9 12 -40 ... 125 2,7 5,5 50 Так Так 8MSOP 8SOIC I2C SMBus
Зупинимося детальніше на основних представників сімейства.
ТМР105, ТМР106 - температурні датчики з двопровідним послідовним інтерфейсом I2C, виготовляються в мініатюрному шестівиводном корпусі DSBGA.
Ці мікросхеми включають в себе (див. Рис. 1) температурний датчик на основі pn переходу, АЦП перетворює сигнал з датчика, керуючу логіку, що відповідає за обмін із зовнішніми пристроями і конфігурацію пристрою.
Мал. 1. Внутрішня структура датчиків
Мал. 2. Структура внутрішніх регістрів датчиків
У датчиках є чотири регістри (див. Рис. 2):
- 12-бітний регістр температури. Старші 8 біт відповідають вирішенню 1 біт на
1 ° С, молодші чотири біта - дрібна частина значення температури. - Регістр конфігурації:
- прапор включення режиму зниженого енергоспоживання,
- прапор включення режиму термостата (при перевищенні температури записаної в регістрі верхнього порогу температури вихід ALERT стає активним і скидається тільки при зниженні нижче нижнього порога),
- прапор інверсії виходу ALERT,
- прапор дозволу перетворення (дозволяє збільшувати розрядність з 9 до 12 біт, але при цьому час на вимір збільшується з 27,5 мс до 220 мс),
- прапор включення одиничного перетворення (в режимі зниженого енергоспоживання проводиться одне перетворення і видача даних); - Регістри для зберігання верхнього та нижнього порогів температури.
Типове включення датчиків показано на рис. 3.
Мал. 3. Типове включення TMP105, TMP106
Для обміну з зовнішніми пристроями в датчиках використовується інтерфейс I2C. Датчики можуть працювати тільки в режимі веденого пристрою. Адреса датчика на шині залежить від того, куди підключений висновок А0 (загальна шина або шина харчування) і може бути дорівнює відповідно 48h і 49h. Таким чином, можливе підключення двох пристроїв даного типу на одній шині.
Завдяки своїм характеристикам, ці датчики можуть застосовуватися в пристроях кліматичного контролю і вентиляції, пристроях контролю за станом акумуляторних батарей, стільникових телефонах, ноутбуках, пристроях теплового захисту периферії персональних комп'ютерів.
Наступним представником серії є температурний датчик TMP275 з найвищою точністю вимірювання температури з усього сімейства (± 0,5 ° С в діапазоні температур 10 ... 85 ° С). Датчик також має вбудований двопровідний послідовний інтерфейс I2C. Наявність трьох входів завдання адреси дозволяє розмістити на одній шині до восьми пристроїв даного типу. TMP275 поставляється в корпусах SOIC-8 і MSOP-8.
Внутрішня структура датчика і наявні регістри ідентичні розглянутим раніше TMP105 і TMP106, за тим винятком, що адреси на шині I2C пристроїв даного типу варіюються в межах 48h - 4Fh.
Область застосування цих датчиків включає в себе пристрої кліматичного контролю і вентиляції, пристрої контролю стану акумуляторних батарей, пристрої контролю температури в системах управління живленням, пристрої електромеханіки, оргтехніки, стільникові телефони і ноутбуки.
Мал. 4. Структурна схема датчика TMP401
На закінчення зупинимося на найбільш функціональному датчику TMP401 (див. Рис. 4). Даний тип приладу дозволяє контролювати температуру як безпосередньо з вбудованого датчика, з точністю вимірювання ± 3,0 ° С, так і з зовнішнього, роль якого може виконувати звичайний малопотужний транзистор npn або pnp типу в діодному включенні, при цьому точність вимірювання буде складати ± 1 , 0 ° С. Діапазон вимірюваних температур дорівнює: -55 ... 150 ° С.
TMP401 також має інтерфейс I2C. Додатково є можливість по виявленню несправності датчика і компенсації опору втрат, що включає опір провідників друкованої плати і провідників для підключення датчика до плати. Так, при напрузі живлення +5 В опір провідників може становити до 3 кОм, а при харчуванні від джерела 3,3 В - не більше 500 Ом. При цьому максимальна ємність, утворена провідниками, не повинна перевищувати 1000 пФ.
Розглянемо відмінні риси даного типу датчиків:
1. Можливість підключення зовнішнього транзистора для вимірювання температури віддалених об'єктів. Як температурного датчика рекомендується використовувати малопотужні транзистори.
2. Наявність в датчику регістра швидкості перетворення. Від значення, записаного в цей регістр, фактична швидкість перетворення не змінюється, але між перетвореннями додається затримка, що дозволяє скоротити споживання енергії від джерела живлення. Цей регістр визначає кількість перетворень: від восьми в секунду до одного за 16 секунд, при цьому споживаний струм становить 355 ... 29 мкА відповідно.
3. Регістр дозволу переривань крім своєї основної функції дозволяє вказати мінімальну кількість послідовних вимірювань (1 ... 4), що перевищують вміст регістра верхнього порогу температури в режимі термостата (аналогічно працює контроль над нижнім порогом температури), після яких має виникнути переривання. Що виникає переривання управляє роботою виходу ALERT.
4. Регістр статусу призначений для зберігання станів компараторів температур. Крім цього в ньому присутній прапор виконання аналого-цифрового перетворення і прапор, що сигналізує про стан зовнішнього датчика: приєднаний або відключений.
5. Регістр конфігурації крім прапора включення режиму зниженого енергоспоживання містить також біт включення вимірювання в розширеному діапазоні температур -55..150 ° С. Помилка в даному випадку не перевищує ± 5,0 ° С. У регістрі конфігурації, можна змінити режим роботи датчика: як термостат, і в якості тригера з гістерезисом. У режимі тригера використовуються значення, збережені в додаткових регістрах меж. Для кожного з каналів встановлюється граничне значення і задається гистерезис, тобто робота мікросхеми в цьому режимі аналогічна роботі тригера Шмідта.
Адреса датчика TMP401 на шині даних за замовчуванням дорівнює 4Ch, таким чином, на одній шині можна розмістити один датчик. Однак при необхідності можна підключити розглянуті вище датчики за іншими адресами.
Регістри ідентифікації пристрою і виробника призначені тільки для читання і їх значення повинні бути рівними 11h і 55h відповідно.
Крім відомих застосувань цього датчика, можна відзначити можливість його використання в системах охолодження LCD-проекторів, настільних комп'ютерів і ноутбуків, серверів і сховищ даних.
Вартість TMP401 в порівнянні з датчиками, описаними вище, вдвічі більше. Однак, завдяки можливості підключення зовнішнього недорогого малопотужного транзистора в якості вимірювального елемента, вартість одного виміру температури практично не змінюється.
Повну документацію можна знайти на сайті компанії виробника Texas Instruments ( http://www.ti.com/ ) В розділі Temperature Sensors and Control ICs.
Отримання технічної інформації,
замовлення зразків, поставка - по e-mail: [email protected]
Мікроконтролер MSP430F47X4 для лічильників електроенергії
Оскільки виробники електронних систем обліку витрати електроенергії намагаються оптимізувати вартісні показники виробів, одночасно збільшуючи функціональність і знижуючи енергоспоживання, компанія Texas Instruments Inc. (TI) розробила нову серію мікроконтролерів зі зниженим енергоспоживанням MSP430F47X4 для одно- і багатофазних лічильників витрати електроенергії. На кристалі може міститися до чотирьох 16-розрядних сигма-дельта АЦП, 32 32-розрядних апаратних умножителя, 160-сегментний драйвер LC-дисплея з керуванням контрастністю, до 60 кБ флеш-пам'яті і таймер реального часу. Також лінійка вимірювальних систем TI містить пристрої, спеціально призначені для вимірювання витрати рідин і газів, інтерфейси для організації передачі інформації по силовим мережам (PLC), радіочастот в системах автоматичного зчитування показань лічильників. Див. www.ti.com/msp430 .
З споживанням до 1,5 мкА вимірювальні пристрої, побудовані на нових мікросхемах, дозволяють істотно скоротити енергоспоживання всієї системи. Мікроконтролери серії F47x4 мають кілька різних режимів роботи зі зниженим споживанням, і лічильник вкрай мало споживає енергію в інтервалах між циклами зчитування показань. Дуже малий час пробудження контролера дозволяє йому вийти в режим активної роботи всього за 6 мікросекунд.
Зразки мікроконтролерів серії MSP430F47x4 будуть доступні у офіційних дистриб'юторів TI з липня 2007 року.
Про компанію Texas Instruments
В середині 2001 р компанії Texas Instruments і КОМПЕЛ уклали офіційну дистриб'юторську угоду, яке стало результатом тривалої і успішної роботи КОМПЕЛ в якості офіційного дистриб'ютора фірми Burr-Brown. (Як відомо, Burr-Brown увійшла до складу TI так само, як і компанії Unitrode, Power Trend і Klixon). З цього часу компанія КОМПЕЛ отримала доступ до постачання всієї номенклатури вироблених компанією TI компонентів, технологій та налагоджувальних засобів, а також ... читати далі