MSP430F1611溫度傳感器之溫度轉換計算的使用及討論

花了一天的時(shí)間來(lái)細看MSP430F1611的AD溫度傳感器的寄存器的編程及使用.晚上1點(diǎn)了,編寫(xiě)并修改N個(gè)程序才發(fā)現AD溫度傳感器的精度太不高了.相差太遠.而且得到值后的算法難以實(shí)現. 對于A(yíng)D溫度傳感器使用到AD12及其最大值為4095. 值的范圍0~4095共4096個(gè)數.在datasheet中看到最大偏差20度了.真的有點(diǎn)... 況且是溫度范圍分工業(yè)級與民用級.不好認定溫度的范圍... 所以要用溫度傳感器還是用一總線(xiàn)結構的好. 以下的資料供給參考.

COLOR=blue]參考文獻：<<基于MSP430內嵌溫度傳感器的溫度告警系統>> 作者：趙陸文 屈德新[/COLOR]
MSP430內嵌的溫度傳感器實(shí)際上就是一個(gè)輸出電壓隨環(huán)境溫度而變化的溫度二極管，表1是它的一些基本電氣特性。按照TI公司提供的資料，這個(gè)溫度二極管輸出的電壓和對應的溫度近似成簡(jiǎn)單的線(xiàn)性關(guān)系。所測溫度可由公式(1)求出：

T=(VST-V0℃)/TCSENSOR (1)

其中，T：測量溫度，單位℃；
VST ：ADC模塊的通道10測量到的電壓，單位mV；
V0℃：0℃時(shí)傳感器的輸出的電壓，單位mV；
TCSENSOR：傳感器的傳感電壓，即輸出電壓隨溫度的變化情況，單位mV/℃。數值上等于溫度每升高1℃，增加的輸出電壓。

對于12位的ADC模塊，VST可以通過(guò)下面的A/D轉換公式求得：

VST=ADC12CH10/(212-1)×(VR+-VR-)+VR- (2)

其中，ADC12CH10：通道10所測得的溫度傳感器的12位A/D值；
VR＋：正參考電壓，可以取內部參考VREF+ 、AVcc或者外部參考VeREF+，單位mV；
VR－：負參考電壓，單位mV。通常取VR－=AVss，在這種情況下，求VST的公式進(jìn)一步簡(jiǎn)化為：

VST=ADC12CH10/(212-1)×VR+ (3)

由(1)式和(3)式可見(jiàn)，把A/D轉換所得的結果VST經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單轉換就可得到對應的溫度。

表1：MSP430微控制器溫度傳感器電氣特性表
參數 測試條件 最小值 典型值 最大值單位
V0℃ Vcc= 2.2V/3V 986 - 5% 986 986 + 5% mV
TCSENSOR Vcc= 2.2V/3V,TA=0℃ 3.55 -3% 3.55 3.55 +3% mV/℃
tSENSOR Vcc= 2.2V/3V 30 μs

誤差及減小辦法

很容易發(fā)現這個(gè)溫度傳感器具有較大的測量誤差，實(shí)驗也證明了這一點(diǎn)。這將導致較大的虛警概率或漏警概率。因此要想實(shí)用它，必須要進(jìn)行誤差校正，以減小這兩個(gè)概率。產(chǎn)生誤差的原因主要有以下幾個(gè)方面：

● 0℃基準參考電壓誤差

由表1可見(jiàn)，V0℃的最大誤差可達5％。所以由它導致的最大誤差為：(986×5%)÷3.55≈14℃。會(huì )導致很大的虛警或者漏警概率，所以必須要對它進(jìn)行校準。

用TRT表示室溫，VRT表示室溫下溫度傳感器的輸出電壓，則由公式(1)可得：

TRT=(VRT-V0℃)/TCSENSOR (4)

由式(1)減式(4)可得：

T=(VST-VRT)/TCSENSOR+TRT (5)

因為MSP430是低功耗的，所以在開(kāi)機的一段時(shí)間內，它的片內外溫度可以認為是一樣的。因此我們可以用溫度計測量出開(kāi)機時(shí)的室溫TRT，將開(kāi)機時(shí)測得的VST作為VRT，然后將VRT和TRT代入(5)式進(jìn)行溫度計算。這樣就消除(至少是減小)了由V0℃不準確而導致的測量誤差，從而減小了虛警和漏警概率。

● 傳感電壓誤差

對于工業(yè)級標準，工作溫度范圍為：-20℃ ~ +85℃。而對于一個(gè)實(shí)際的系統，絕大多數時(shí)間工作在0℃~+50℃之間。因此，用V0℃做基準參考會(huì )導致較大的積累誤差。從表1可以看出，由傳感電壓引入的最大誤差約為3%。如果待測溫度為50℃，用0℃作參考，則最大誤差為：(50-0)×3%=1.5℃；而用室溫(假定TRT = 25℃)作參考，則誤差為：(50-25)×3%=0.75℃，比用0℃作參考時(shí)減小了一半。因此采用室溫作為溫度參考，是減小積累誤差的一個(gè)較好的方案。不過(guò)由傳感電壓引入的誤差相對于來(lái)說(shuō)還是比較小的。

● A/D轉換引入的誤差

由芯片資料可見(jiàn)，對于12位A/D，因漏電流引入的誤差1LSB，這個(gè)誤差可以忽略不計。但是由于布線(xiàn)技術(shù)、電源和地線(xiàn)等的不良而導致的電源線(xiàn)、地線(xiàn)上的紋波和噪聲脈沖對轉換結果的影響卻不能不考慮。如圖1所示，如果數字地DVss和模擬地AVss是分開(kāi)供電的，則可以在這兩點(diǎn)之間接入反相并接的二極管對，以消除700mV的電壓差。另外如果參考電壓(VR+ - VR-)較小，那么紋波的影響會(huì )變得更明顯，從而影響轉換精度。因此，電源的清潔無(wú)噪聲對A/D轉換精度有很大的影響。當然在可能的情況下還是要盡量采用較大的(VR+-VR-)。還有就是盡量不要采用內部參考，內部參考不太穩定，會(huì )影響轉換的精度。仔細安排各自接地點(diǎn)的旁路電容對于減小噪聲的影響也是很有用的。圖1給出了一種典型的退耦電容配置方式，在芯片的電源以及外接參考電壓(圖中沒(méi)有畫(huà)出)的引腳上并接一個(gè)10mF的鉭電容和一個(gè)0.1mF的瓷片電容能夠較好的起到抑制噪聲的作用。

采用內嵌溫度傳感器測量溫度，要受到很多方面的影響。除了上面討論的方法，還有減小誤差的一般方法，比如多次測量取平均等。所以要綜合考慮各方面的因素，才能取得滿(mǎn)意的效果。