TMP05/06型溫度傳感器及其應(yīng)用

摘　要：介紹TMP05/TMP06型溫度傳感器的工作原理、性能特 點(diǎn)，并給出其應(yīng)用實(shí)例。
關(guān)鍵詞：數(shù)字溫度傳感器；微控制器；脈寬調(diào)制；菊花鏈模式

1 TMP05/06的工作原理

1.1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳功能

TMP05/06的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

引腳功能：(1)OUT數(shù)字輸出端，脈寬調(diào)制PWM輸出與溫度呈一定關(guān)系的方波信號(hào)；(2)CONV/I N數(shù)字輸入端，在單次轉(zhuǎn)換模式和連續(xù)轉(zhuǎn)換模式中，此引腳的三種輸入狀態(tài)決定了溫度測量 時(shí)的轉(zhuǎn)換比率；在菊花鏈模式中，它作為輸入引腳連到上一片TMP05/06的PWM輸出端；(3)FU NC數(shù)字輸入端，通過設(shè)置其高、低、浮置三種狀態(tài)選擇不同的工作模式；(4)VDD正電源電壓 3V～5.5V；(5)GND模擬和數(shù)字地。

1.2 測溫原理

TMP05/06的工作原理是將被測溫度的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并將數(shù)字化信號(hào)編碼成時(shí) 間比率(TH/TL)的形式。TH和 TL在時(shí)間上是連續(xù)的，用同一時(shí)鐘即可獲得二者的比率，因此，溫度信 號(hào)與時(shí)間比率有關(guān)。

TMP05/06的輸出為方波信號(hào)，25℃時(shí)，輸出方波的周期為116ms(典型值，CONV/IN引腳為浮置)，高電平的持續(xù)時(shí)間TH是固定的，而低電平的持續(xù)時(shí)間卻隨著溫度而 變化。當(dāng)CONV/IN引腳設(shè)置為低或者浮置時(shí)，可以通過式(1)計(jì)算溫度：

t(℃)=421-751TH/TL(1)

若設(shè)置為高電平，則通過式(2)來計(jì)算：

t(℃)=421-93.875TH/TL(2)

其中，TH和TL的值可以通過微處理器的定時(shí)/計(jì)數(shù) 口很容易地讀取，然后編程即可實(shí)現(xiàn)上述算法，從而得到所測溫度值。

1.3 性能特點(diǎn)

在0℃～70℃溫度范圍內(nèi)精度為±1℃，25℃時(shí)達(dá)±0.5℃； 工作范圍-40℃～+150℃； 3V～5.5V單電源供電； 3.3V工作電源下，功耗最大為70μW； 超小封裝(SC70及SOT23兩種封裝形式)，低功耗。

2 TMP05/06的工作模式

TMP05/06有三種工作模式，用戶可根據(jù)需要設(shè)置FUNC引腳的狀態(tài)選擇合適的工作模式(表1)。

2.1 單次轉(zhuǎn)換模式

在單次轉(zhuǎn)換模式中，當(dāng)微控制器發(fā)送請(qǐng)求時(shí)，TMP05/06輸出一個(gè)與溫度高低有關(guān)的方波信號(hào) 。微控制器首先將OUT引腳置為低電平，然后釋放，表示請(qǐng)求輸出；當(dāng)OUT引腳被釋放時(shí)，就 輸出溫度的測量結(jié)果TH和TL(如圖2)。

在此模式中，內(nèi)部電阻被切換到電路中，TMP05的OUT引腳配置為推挽式輸出。當(dāng)微控制器將 OUT引腳拉為低電平開始進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換時(shí)，此電阻能保護(hù)TMP05不受短路電流的損害。

2.2 連續(xù)轉(zhuǎn)換模式

在連續(xù)轉(zhuǎn)換模式中，TMP05/06連續(xù)輸出方波信號(hào)。方波的頻率通過設(shè)置CONV/IN引腳的狀態(tài) 來決定。而且上電以后，對(duì)CONV/IN引腳的任意改變都不會(huì)影響原來的設(shè)置。

2.3 菊花鏈工作模式

設(shè)置FUNC引腳為高電平狀態(tài)，可以將印刷電路板上的多片TMP05/06連接為菊花鏈工作模式。 因此，允許微控制器專門用一條輸入線來接收所有的溫度測量值(如圖3所示)。

在此工作模式下，F(xiàn)UNC配置為高電平，CONV/IN引腳作為菊花鏈的輸入，其在測量溫度時(shí)以 標(biāo)準(zhǔn)比率進(jìn)行轉(zhuǎn)換，因此測量溫度參照公式(1)進(jìn)行計(jì)算。微控制器的另一條線用來產(chǎn)生脈 寬小于25μs的啟動(dòng)脈沖，用來啟動(dòng)第一片TMP05/06進(jìn)行轉(zhuǎn)換并輸出測量結(jié)果。而這片TMP05 /06的輸出則為下一片提供啟動(dòng)脈沖。圖4分別示出菊花鏈上啟動(dòng)信號(hào)和輸出信號(hào)的波形。

在啟動(dòng)脈沖沒有到達(dá)TMP05/06時(shí)，此元件充當(dāng)前面溫度測量的緩沖器，一旦檢測到啟動(dòng)信號(hào)，立即啟動(dòng)轉(zhuǎn)換并將結(jié)果輸出，于是就為下一片TMP05/06提供啟動(dòng)脈沖，依次循環(huán)，最終的 輸出結(jié)果見圖4c。第一片TMP05/06的CONV/IN引腳必須保持為低直到最后一片輸出啟動(dòng)脈沖 ，然后置為高。這就是菊花鏈工作模式的整個(gè)過程。

3 TMP05/06的應(yīng)用

TMP05/06由于其高精度的測量結(jié)果和超小封裝形式可理想地用于各種便攜式電子設(shè)備中作溫 度監(jiān)測器。例如，可用來監(jiān)視電子設(shè)備中高速M(fèi)CU芯片的溫度，對(duì)于采用表面安裝的芯片更 加合適(將TMP05/06裝在MCU芯片的下邊并盡量貼近芯片，即可測出芯片的表面溫度)。其獨(dú) 特的菊花鏈工作模式，可以方便的連接多個(gè)集成電路溫度傳感器，簡化了硬件電路的設(shè)計(jì)。

TMP05/06為單線制PWM輸出，僅需單線就能與微控制器方便地連接，因此硬件電路設(shè)計(jì)比較 簡單(如圖5所示)。

TMP05/06配上單片機(jī)后，容易用單片機(jī)內(nèi)的計(jì)數(shù)器分別測得TH和TL的值，然后編程計(jì)算溫度值。具體步驟如下(TMP05/06配置為單次轉(zhuǎn)換模式 )：

(1)計(jì)數(shù)器0、1初始化；
(2)80C51發(fā)送請(qǐng)求信號(hào)，即將OUT引腳拉為低電平然后釋放；
(3)OUT引腳釋放時(shí)，P1.0輸入高電平，計(jì)數(shù)器0開始工作，計(jì)時(shí)TH；
(4)P1.0變?yōu)榈蜁r(shí)，計(jì)數(shù)器0停止，計(jì)數(shù)器1啟動(dòng)，計(jì)時(shí)TL；
(5)根據(jù)前述公式計(jì)算溫度值；
(6)顯示溫度，若超限則報(bào)警或啟動(dòng)散熱設(shè)備。

參考文獻(xiàn)
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