基于总线技术的智能温度传感器 及其应用

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2024年2月6日发(作者：)

基于总线技术的智能温度传感器及其应用

智能温度传感器(又名数字温度传感器)最早在20世纪90年代推出来的。它集微电子、计算机技术和自动测试设备(ATE)于一体。目前,一系列的传感器产品在国际上被开发出来。智能温度传感器包括温度传感器,A / D转换器、DSP、存储器(或寄存器)和接口电路。多路选择开关、中心处理器单元(CPU)、随机存取记忆体(RAM)、或只读存储器(ROM)也存在某些产品中。智能温度传感器的特点是输出温度资料和数据,为单片机提供温度控制数据;

在硬件基础上通过软件来实现测量功能, 其智能化水平依赖于软件的水平。目前, 智能温度传感器的总线技术也在实现标准化, 使用最多的是单总线(1-Wire),IC总线,SM总线和SPI总线。其中，I2C总线和SM总线属于2线，SPI2总线属于3线串行总线。智能温度传感器可以通过总线与上位机沟通。

1 基于2线I2C的智能温度传感器DS1629

DS1629是由达拉斯公司利用最新的2线和实时时钟技术设计和生产的智能温度传感器, 可以适用于热敏感的系统,数据记录仪，个人电脑、个人数字助理(PDA)和移动电话等其他装置。

1.1 DS1629的特征

（1）、在这个产品上，实时时钟(RTC)是第一个产品，集智能温度传感器和32字节静态随机存取记忆体(存储器)组成一个CMOS大规模集成电路。实时时钟计数通过秒、分钟、小时、一天、一个星期、一个月、一年，每年总共七个时钟信号，在这一年中闰年补偿2100个时钟信号。对于少于3l天的月份，每月月底日期是会自动调整的，包括修正闰年。它运行在12或24小时格式，以AM/PM指标在12小时模式运行。用户可以在任何时刻设定或编辑时钟。

（2）、测量温度范围是-55℃ ~ + 125℃，精度是士2.0℃，分辨率是0.5℃。输出温度数据是9位。一次温度转换的时间一般而言是0.4s，不会超过1秒。

（3）、它包括振荡器和缓冲区，热报警及时钟报警比较器, BCD柜台，时钟寄存器和I2C接口,方便与微处理器。32字节存储器是用来储存温度控制系统采集到的的时间/温度数据。当实测温度值超出编程超阈值时吗，报警输出端口就会工作。DS1629串行报警类型为用户选择。用户可以只设定时间、或只设定温度, 也可两者都不设定。

1.2 DS1629的工作原理

DS1629功能框图如图1所示。SDA是数据输入/输出引脚，为2线串行通信的端口；SCL是时钟输入/输出引脚，为2线串行通信的端口；ALARM是报警输出(即漏极开路)为温度/时间报警输出端口。当实际测量温度或当前的时间超过编程报警设置时，报警输出将工作。X1、X2是32.768kHz晶振输出引脚。OSC

是振荡器的输出(漏极开路)，这可作为微处理器的串行时钟线。该芯片主要包括六个部分组成：(1)智能温度传感器；(2)实时时钟；(3)2线I / O控制和命令译码；(4)数据寄存器，包括温度数据寄存器，温度报警寄存器，时间数据寄存器，时间报警寄存器，配置寄存器和32字节用户静态存储器；(5)热报警迟滞比较器，时钟警报比较器，报警选择和输出度(VT1)；(6)32.768千赫晶体振荡器、振荡器分度及缓冲和输出度(VT2)。

图1、DS1629的框图结构

DS1629中的温度传感器在工厂已经校准，不再需要额外的组件。它上电后立即开始温度转换，并能一直继续下去。上位机可以读取温度寄存器中的数据，并且保存最后的结果。实时时钟也包括了一个BCD柜台，用来计算每一秒、分钟、小时、日期的周、日、月和年。通过设定时钟寄存器的第六位,可以选择24小时或12小时格式。

DS1629有漏极开路报警输出功能。它可以设置只有温度报警(或只有时钟报警)，或温度报警和时钟报警两者都有。例如，当实测温度超出储存在温度寄存器中的温度阈值时，温度报警部分将工作，并能通过程序来设定报警迟滞时间。当正在读取或写入时钟报警寄存器（或者时钟数据寄存器）时，时钟报警将停止工作。

1.3 DS1629的典型应用的

由DS1629构成的温度测量电路如图2所示。在这个系统中，8051单片机是上位机机，DS1629是下位机。微控制器的TXD引脚（P3.1）连接DS1629的SCL引脚，作为串行时钟输入引脚；微控制器的RXD引脚（P3.0）连接DS1629的SDA引脚，作为串行通信数据线。DS 1629的报警输出引脚连接微控制器的外部0引脚（P3.2），微控制器通过中断来处理所有的报警事件。该系统还提供了4×4的键盘，用户可以通过键盘设定的系统参数,实现系统控制。显示部分共用了12个高亮度的共阴极发光二极管。现在,LED分为三行，分别显示所测得的实际温度值(t)，设定的温度上限阈值和温度下限阈值。它通过键盘控制也可以显示时钟定时。通过动态扫描的方式，使用一个4-16译码器74LS154作为驱动器，使用CD4511实现译码驱动BCD七段开关，8051完成BCD码的转换的操作。

图2、由DS 1629构成的温度测量电路

2 基于SM总线的智能温度传感器MAX6654

MAX6654是一个双通道智能温度传感器，由美国MAXIM公司所生产，在同一时间内能实现远程和当地的环境温度(芯片的环境温度)的同步测量。它使用的是SM总线接口，可以选择多个操作模式，通过编程实现温度越限警报输出功能。使用MAX6654可以控制PC的温度，监测电脑和服务器的CPU芯片。

2.1 MAX6654的工作原理

（1）、局部测量的温度范围是-55℃~+125℃。当温度测量操作范围是从0 ~ +

100℃时，温度测量的准确度为2℃。远程测量时使用低噪音、低功率的晶体管，温度测量的准确度可达士1℃。

（2）、具有更多的可选的操作方式，主要包括单发模式、自由振荡自动转换模式,待机模式和低温扩展模式，很容易操作。当寄生电阻取消模式被使用时，只要额外的阻值不超过100欧姆就不会引起任何可辨的误差，且不影响测量的温度的准确度。传感器的连接线可以使用正常或屏蔽的双绞线。

（3）、使用SM总线串行接口，在自由振荡模式下可以通过转化率寄存器设置A/D转换的转化率，且可编程的范围是0.0625-8次/秒。

2.2 MAX66S4的工作原理

MAX6654功能图如图3所示。DXP和DXN引脚分别接远程温度传感器的P和N引脚。ADD1和ADD0引脚为SM总线下位机地址输入引脚，MAX6654与总线的最大连接码是9；ALERT是SM总线报警(中断)输出的密码引脚；SMBDATA是SM总线的串行数据输入/输出引脚，SMBCLK是SM总线串行时钟输入/输出引脚；STBY是硬件备用输入引脚，低档=待机模式。主要包括9部分：①传感器输入程度；②多路频道转换器；③11位A/D转换器；④控制逻辑；⑤地址译码器；⑥SM总线接口；⑦11个寄存器：远程/局部温度数据寄存器，远程/局部高温阈值寄存器，远程/局部低温阈值寄存器，命令字节寄存器，状态字节寄存器，配置字节寄存器，转化率寄存器，报警反应地址寄存器；⑧远程/局部数字比较器；⑨输出程度（包括RS触发器、或门、漏极开路场效应管）。

图3、MAX6654功能图

图4、MAX6654的典型应用电路

2.2 MAX66S4的典型应用

MAX6654的典型应用电路如图4所示。远程传感器使用2N3904低噪声晶体管， C1是远程传感器的噪声滤波器，R1和C2组成的高频滤波器，R2~R4为上拉电阻。微控制器通过SM总线连接MAX6654，并提供串行时钟和完成读/写操作。当CPU的温度超过阀值时，ALERT将跳变为低电平，并输出报警信号和向微控制器发出中断信号，微控制器也可以控制热分散风扇使CPU处在正常的温度范围内。机内温度传感器是用来测量MAX6654周围环境温度的（在图中没有显示出来）。

3 基于SPI的智能温度传感器LM74

由美国国家半导体公司生产的LM74是一种基于SPI（串行-外设-接口）接口的智能温度传感器。包括13位A/D转换器，温度测量的范围是-55℃~+125℃，在-10℃~+65℃的温度范围内工作时的准确度是士1.25℃（最大值），温度/数据的转换时间是280毫秒。它还能为个人电脑和打印机调整系统的热管理。SPI接口属于3线（SIO, SC, CS）接口，并兼容微线型接口，可在任何时间查询LM74主机的温度，CS用于芯片选择输入。

采用3线SPI接口，LM74可以通过各种微控制器或微处理器参与系统的热管理。图5显示了LM74与英特尔公司生产的16位196微控制器的连接电路。

图5、LM74与微控制器的连接电路

本文标签： 温度寄存器报警温度传感器输出