電子元器件開(kāi)發(fā)和應(yīng)用

鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 田亞芳

電子元器件開(kāi)發(fā)和應(yīng)用

鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 田亞芳

長(zhǎng)期以來(lái)很多電子工作者，在工作上無(wú)法提高一個(gè)層次，往往徘徊很長(zhǎng)時(shí)間找不到原因。其原因是對(duì)電子元器件在開(kāi)發(fā)認(rèn)識(shí)上存在誤區(qū)，在應(yīng)用上不夠重視。電子元器件開(kāi)發(fā)的應(yīng)用是工程技術(shù)人員和工科教師提高自身素質(zhì)的一種方法。筆者就最近看到智能溫度傳感器LM76的資料，結(jié)合自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)談?wù)劦拇譁\認(rèn)識(shí)，以供大家參考。

一、開(kāi)發(fā)

1.資料的分析。由資料可以知道智能溫度傳感器（亦稱(chēng)數(shù)字溫度傳感器）內(nèi)部都包含溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理器、存儲(chǔ)器（或寄存器）和接口電路。有的產(chǎn)品還帶多路轉(zhuǎn)換器器（MUX）、中央控制器（CPU）、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）和只讀存儲(chǔ)器（ROM）。智能溫度傳感器的特點(diǎn)是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器（MCU）；并且它是在硬件的基礎(chǔ)上通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能的，其智能化程度也取決于軟件的開(kāi)發(fā)水平。典型產(chǎn)品有DS18B20、MAX6654、LM76等。

LM76是一個(gè)由高精度、12位信號(hào)輸出集成電路數(shù)字溫度傳感器、I2C串行總線(xiàn)接口和溫度窗口比較器組成的集成電路。在70℃～100℃和-10℃～+45℃的溫度范圍內(nèi)，其窗口比較器的串行總線(xiàn)接口的精度為±1℃。在25℃時(shí)，LM76CHM的精度可達(dá)± 0.5℃。它的中斷輸出（INT）在溫度超過(guò)可編程窗口溫度時(shí)被激活，溫度超限警報(bào)輸出（T-CRIT-A）在溫度超過(guò)可編程的危險(xiǎn)極限溫度（超過(guò)此溫度，會(huì)損壞LM76）時(shí)有效。

為了避免在溫控系統(tǒng)受到噪聲干擾時(shí)產(chǎn)生誤動(dòng)作，LM76的內(nèi)部，都設(shè)置了一個(gè)可編程的“故障排隊(duì)”計(jì)數(shù)器，專(zhuān)用于設(shè)定允許被測(cè)溫度值超過(guò)上、下限的次數(shù)。僅當(dāng)被測(cè)溫度連續(xù)超過(guò)上限或低于下限的次數(shù)達(dá)到或超過(guò)所設(shè)定的次數(shù)n(n=1～4)時(shí)，才能觸發(fā)中斷端。若故障次數(shù)不滿(mǎn)足上述條件或故障不是連續(xù)發(fā)生的，故障計(jì)數(shù)器就復(fù)位而不會(huì)觸發(fā)中斷端。這意味著假定n=3時(shí)，那么偶然受到一次或兩次噪聲干擾，都不會(huì)影響溫控系統(tǒng)的正常工作。

LM76的主機(jī)可以對(duì)窗口的上限、下限和危險(xiǎn)溫度極限進(jìn)行編程，它的可編程遲滯特性與“故障排隊(duì)”能將誤報(bào)情況減至最少。LM76在系統(tǒng)通電后，首先處于一種缺省閾值狀態(tài)。其傳感器的缺省閾值為：遲滯溫度THYST=2℃，下限溫度TLOW=10℃，上限溫度THIGH=64℃，危險(xiǎn)極限溫度TCRIT=80℃。

圖1 LM76的引腳排列

表1 LM76的管腳說(shuō)明

2.弄清LM76的引腳功能及主要參數(shù)。

（1）LM76的引腳排列如圖1，各管腳的功能如表1。

（2）LM76的主要參數(shù)。電源電壓：3.3V或5V；電源電流：工作狀態(tài)時(shí)為250μA（典型），450μA（最大）；關(guān)閉狀態(tài)時(shí)為8μA（最大）；測(cè)溫精度：±0.5℃（25℃時(shí)的最大值）；-10℃～+45℃時(shí)為± 1.0℃（最大）；分辨率：0.0625℃。

3.了解LM76的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。圖2所示為高精度測(cè)溫集成電路LM76的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖，可以看出，LM76溫度傳感器包括一個(gè)帶隙型溫度傳感器、一個(gè)12位A/D和一個(gè)可由用戶(hù)設(shè)定上、下限值的數(shù)字比較器。當(dāng)溫度位于TLOW和THIGH窗口外時(shí)，比較器激活I(lǐng)NT線(xiàn)；當(dāng)溫度超過(guò)TCRIT時(shí)，比較器激活T-CRIT-A線(xiàn)。這些工作線(xiàn)對(duì)工作模式和極性都是可編程的。

LM76作為從器件在串行總線(xiàn)上運(yùn)行時(shí)，SCL線(xiàn)是輸入線(xiàn)，SDA線(xiàn)是雙向串行數(shù)據(jù)線(xiàn)。根據(jù)串行總線(xiàn)規(guī)范，LM76有一個(gè)7位受控地址，受控地址中的最高有效位設(shè)為“10010”，另外兩個(gè)最低有效位分配給管腳A0、A1，并通過(guò)A0、A1接地或接+Vs來(lái)置“0”或置“1”。完整的受控地址見(jiàn)表2。

表2 受控地址

二、應(yīng)用舉例

LM76采用3.5V和5V電源，并具有串行總線(xiàn)接口，采用12位信號(hào)輸出，其最大測(cè)量范圍超過(guò)127℃，LM76的這些特點(diǎn)使得它可廣泛用于溫度控制系統(tǒng)、個(gè)人計(jì)算機(jī)保護(hù)、電子測(cè)試儀器、辦公設(shè)備以及生物醫(yī)學(xué)儀器等方面。

圖2 LM76的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

LM76型智能溫度傳感器增加了溫度窗口比較器，非常適合設(shè)計(jì)一個(gè)符合ACPI先進(jìn)配置與電源接口規(guī)范的溫控系統(tǒng)。圖3是一個(gè)滿(mǎn)足ACPI設(shè)計(jì)要求的典型應(yīng)用電路。其中，LM76可以對(duì)選擇的溫度窗口進(jìn)行編程，并且當(dāng)溫度超過(guò)窗口極限時(shí)，LM76會(huì)對(duì)微處理器發(fā)出中斷信號(hào)，其內(nèi)部識(shí)別標(biāo)志能迅速判斷溫度是上升還是下降。當(dāng)溫度超過(guò)極限溫度TCRIT時(shí)，LM76通過(guò)其硬件關(guān)閉電路實(shí)現(xiàn)與微處理的斷開(kāi)。INT輸出與T-CRIT-A輸出是相互分開(kāi)的，但可以通過(guò)線(xiàn)連接在一起。另外，T-CRIT-A可以通過(guò)二極管或門(mén)連接到INT線(xiàn)，這種方式可使T-CRIT-A進(jìn)程激活I(lǐng)NT線(xiàn)，但I(xiàn)NT進(jìn)程不能激活T-CRIT-A線(xiàn)，這在同時(shí)向微處理器和LM76的T-CRIT-A關(guān)閉電路報(bào)告的進(jìn)程中是十分有用的。

這種系統(tǒng)具有完善的過(guò)熱保護(hù)功能，可用來(lái)監(jiān)控筆記本電腦和服務(wù)器中CPU及主電路的溫度。微處理器最高可承受的工作溫度規(guī)定為80℃，臺(tái)式計(jì)算機(jī)一般為75℃，高檔筆記本電腦的專(zhuān)用CPU可達(dá)100℃。一旦CPU或者主電路的溫度超出所設(shè)定的上限、下限時(shí)，INT端立即使主機(jī)產(chǎn)生中斷，再通過(guò)電源控制器發(fā)出信號(hào)，迅速將主電源關(guān)斷起到保護(hù)作用。此外，當(dāng)溫度超過(guò)CPU的極限溫度時(shí)，嚴(yán)重超過(guò)極限溫度（T.CRIT.A)也能直接關(guān)斷主電源，并且該端還可通過(guò)獨(dú)立的硬件關(guān)斷電路來(lái)切斷主電源，以防主電源控制失靈。

圖3 典型應(yīng)用電路

圖4 與ACPI規(guī)范相對(duì)的溫度警報(bào)系統(tǒng)

圖4所示為與ACPI規(guī)范相對(duì)應(yīng)的溫度報(bào)警關(guān)閉系統(tǒng)。該電路通過(guò)電源的輔助輸出來(lái)啟動(dòng)LM76，進(jìn)而達(dá)到關(guān)閉失效或過(guò)熱的計(jì)算機(jī)，以保護(hù)盡可能多的系統(tǒng)。