TMP05/06型溫度傳感器及其應用

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

1 TMP05/06的工作原理

1.1 內部結構及引腳功能

TMP05/06的內部結構框圖如圖1所示。

引腳功能：(1)OUT數字輸出端，脈寬調制PWM輸出與溫度呈一定關(guān)系的方波信號；(2)CONV/I N數字輸入端，在單次轉換模式和連續轉換模式中，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數字輸入端，通過(guò)設置其高、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換為數字量，并將數字化信號編碼成時(shí) 間比率(TH/TL)的形式。TH和 TL在時(shí)間上是連續的，用同一時(shí)鐘即可獲得二者的比率，因此，溫度信 號與時(shí)間比率有關(guān)。

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

t(℃)=421-751TH/TL(1)

若設置為高電平，則通過(guò)式(2)來(lái)計算：

t(℃)=421-93.875TH/TL(2)

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

1.3 性能特點(diǎn)

在0℃～70℃溫度范圍內精度為±1℃，25℃時(shí)達±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(hù)可根據需要設置FUNC引腳的狀態(tài)選擇合適的工作模式(表1)。

2.1 單次轉換模式

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

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

2.2 連續轉換模式

在連續轉換模式中，TMP05/06連續輸出方波信號。方波的頻率通過(guò)設置CONV/IN引腳的狀態(tài) 來(lái)決定。而且上電以后，對CONV/IN引腳的任意改變都不會(huì )影響原來(lái)的設置。

2.3 菊花鏈工作模式

設置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(zhuān)門(mén)用一條輸入線(xiàn)來(lái)接收所有的溫度測量值(如圖3所示)。

在此工作模式下，FUNC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 標準比率進(jìn)行轉換，因此測量溫度參照公式(1)進(jìn)行計算。微控制器的另一條線(xiàn)用來(lái)產(chǎn)生脈 寬小于25μs的啟動(dòng)脈沖，用來(lái)啟動(dòng)第一片TMP05/06進(jìn)行轉換并輸出測量結果。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)信號和輸出信號的波形。

在啟動(dòng)脈沖沒(méi)有到達TMP05/06時(shí)，此元件充當前面溫度測量的緩沖器，一旦檢測到啟動(dòng)信號，立即啟動(dòng)轉換并將結果輸出，于是就為下一片TMP05/06提供啟動(dòng)脈沖，依次循環(huán)，最終的 輸出結果見(jiàn)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(guò)程。

3 TMP05/06的應用

TMP05/06由于其高精度的測量結果和超小封裝形式可理想地用于各種便攜式電子設備中作溫 度監測器。例如，可用來(lái)監視電子設備中高速MCU芯片的溫度，對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 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(jiǎn)化了硬件電路的設計。

TMP05/06為單線(xiàn)制PWM輸出，僅需單線(xiàn)就能與微控制器方便地連接，因此硬件電路設計比較 簡(jiǎn)單(如圖5所示)。

TMP05/06配上單片機后，容易用單片機內的計數器分別測得TH和TL的值，然后編程計算溫度值。具體步驟如下(TMP05/06配置為單次轉換模式 )：

(1)計數器0、1初始化；
(2)80C51發(fā)送請求信號，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，計數器0開(kāi)始工作，計時(shí)TH；
(4)P1.0變?yōu)榈蜁r(shí)，計數器0停止，計數器1啟動(dòng)，計時(shí)TL；
(5)根據前述公式計算溫度值；
(6)顯示溫度，若超限則報警或啟動(dòng)散熱設備。

參考文獻
［1］美國AD公司產(chǎn)品資料［Z］.2003.
［2］沙占友，等.智能化集成溫度傳感器原理與應用［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2002