单片机硬件电路设计.pdf

第章智能化/网络化传感器及接口技术
现代信息技术的三大基础是信息采集(即传感器技术)、信息传输(通信技术)和信息处理
(计算机技术)。传感器属于信息技术的前沿尖端产品,被广泛用于工农业生产、国防、科研和
生活领域。本章专门介绍智能化温度传感器、转速传感器、加速度传感器、液位传感器以及网
络化智能精密压力传感器的工作原理、接口技术及典型应用。
智能化集成温度传感器的产品分类及发展趋势
近百年来,温度传感器的发展大致经历了以下三个阶段; 传统的分立式温度传感器(含
敏感元件) 模拟集成温度传感器制器; 智能温度传感器。目前,国际上新型温度传
感器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展。
集成温度传感器的产品分类
模拟集成温度传感器
集成传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的,因此亦称硅传感器或单片集成温度传感
器。模拟集成温度传感器是在世纪年代问世的,它是将温度传感器集成在一个芯片上、
可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单
一(仅测量温度)、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗,适合远距离
测温、控温,不需要进行非线性校准。外围电路简单,它是目前在国内外应用最为普遍的一种
集成传感器。典型产品有等。
模拟集成温度控制器
模拟集成温度控制器主要包括温控开关、可编程温度控制器,典型产品有
和。某些增强型集成温度控制器(例如中还包含了转换
器以及固化好的程序,这与智能温度传感器有某些相似之处,但它自成系统,工作时并不受微
处理器的控制,这是二者的主要区别。
智能温度传感器
智能温度传感器(亦称数字温度传感器)是在世纪年代中期问世的。它是微电子技
术、计算机技术和自动测试技术( )的结晶。目前,国际上已开发出多种智能温度传感器系
列产品。智能温度传感器内部都包含温度传感器、转换器、信号处理器、存储器(或寄存
器)和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器随机存取存储器( )和只
读存储器( 。智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量,适配各种
微控制器( ;并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的,其智能化程度也取
决于软件的开发水平。
智能温度传感器发展的新趋势
进入世纪后,智能温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、
开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。
提高测温精度和分辨力
在世纪年代中期最早推出的智能温度传感器,采用的是位转换器,其测温
精度较低,分辨力只能达到。目前,国外已相继推出多种高精度、高分辨力的智能温度传
感器,所用的是位转换器,分辨力一般可达。由美国
半导体公司新研制的型高分辨力智能温度传感器,能输出位二进制数据,其分辨
力高达测温精度为。为了提高多通道智能温度传感器的转换速率,也有
的芯片采用高速逐次逼近式转换器。以型通道智能温度传感器为例,它对本
地传感器、每一路远程传感器的转换时间分别仅为
增加测试功能
新型智能温度传感器的测试功能也在不断增强。例如, 型单线智能温度传感器增
加了实时日历时钟( ,使其功能更加完善。还增加了存储功能,利用芯片内部
字节的存储器,可存储用户的短信息。另外,智能温度传感器正从单通道向多
通道的方向发展,这就为研制和开发多路温度测控系统创造了良好条件。
智能温度传感器都具有多种工作模式可供选择,主要包括单次转换模式、连续转换模式、
待机模式,有的还增加了低温极限扩展模式,操作非常简便。对某些智能温度传感器而言,主
机(外部微处理器或单片机)还可通过相应的寄存器来设定其转换速率(典型产品为
,分辨力及最大转换时间(典型产品为
智能温度控制器是在智能温度传感器的基础上发展而成的。典型产品有
。智能温度控制器适配各种微控制器,构成智能化温控系
统;它们还可以脱离微控制器单独工作,自行构成一个温控仪。
总线技术的标准化与规范化
目前,智能温度传感器的总线技术也实现了标准化、规范化,所采用的总线主要有单线(
)总线、总线、总线和总线。温度传感器作为从机可通过专用总线接口与
主机进行通信。
可靠性及安全性设计
传统的转换器大多采用积分式或逐次比较式转换技术,其噪声容限低,抑制混叠噪
声及量化噪声的能力比较差。新型智能温度传感器(例如普遍采用
了高性能的式转换器,它能以很高的采样速率和很低的采样分辨力将模拟信号转
换成数字信号,再利用过采样、噪声整形和数字滤波技术,来提高有效分辨力。式
转换器不仅能滤除量化