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，并給出其應用實例。
關鍵詞：數(shù)字溫度傳感器；微控制器；脈寬調(diào)制；菊花鏈模式

1 TMP05/06的工作原理

1.1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳功能

TMP05/06的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

引腳功能：(1)OUT數(shù)字輸出端，脈寬調(diào)制PWM輸出與溫度呈一定關系的方波信號；(2)CONV/I N數(shù)字輸入端，在單次轉(zhuǎn)換模式和連續(xù)轉(zhuǎn)換模式中，此引腳的三種輸入狀態(tài)決定了溫度測量 時的轉(zhuǎn)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(shù)字輸入端，通過設置其高、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(shù)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(zhuǎn)換為數(shù)字量，并將數(shù)字化信號編碼成時 間比率(TH/TL)的形式。TH和 TL在時間上是連續(xù)的，用同一時鐘即可獲得二者的比率，因此，溫度信 號與時間比率有關。

TMP05/06的輸出為方波信號，25℃時，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(xù)時間TH是固定的，而低電平的持續(xù)時間卻隨著溫度而 變化。當CONV/IN引腳設置為低或者浮置時，可以通過式(1)計算溫度：

t(℃)=421-751TH/TL(1)

若設置為高電平，則通過式(2)來計算：

t(℃)=421-93.875TH/TL(2)

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

1.3 性能特點

在0℃～70℃溫度范圍內(nèi)精度為±1℃，25℃時達±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，用戶可根據(jù)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(zhuǎn)換模式

在單次轉(zhuǎn)換模式中，當微控制器發(fā)送請求時，TMP05/06輸出一個與溫度高低有關的方波信號 。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，就 輸出溫度的測量結(jié)果TH和TL(如圖2)。

在此模式中，內(nèi)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引腳拉為低電平開始進行溫度轉(zhuǎn)換時，此電阻能保護TMP05不受短路電流的損害。

2.2 連續(xù)轉(zhuǎn)換模式

在連續(xù)轉(zhuǎn)換模式中，TMP05/06連續(xù)輸出方波信號。方波的頻率通過設置CONV/IN引腳的狀態(tài) 來決定。而且上電以后，對CONV/IN引腳的任意改變都不會影響原來的設置。

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，允許微控制器專門用一條輸入線來接收所有的溫度測量值(如圖3所示)。

在此工作模式下，F(xiàn)UNC配置為高電平，CONV/IN引腳作為菊花鏈的輸入，其在測量溫度時以 標準比率進行轉(zhuǎn)換，因此測量溫度參照公式(1)進行計算。微控制器的另一條線用來產(chǎn)生脈 寬小于25μs的啟動脈沖，用來啟動第一片TMP05/06進行轉(zhuǎn)換并輸出測量結(jié)果。而這片TMP05 /06的輸出則為下一片提供啟動脈沖。圖4分別示出菊花鏈上啟動信號和輸出信號的波形。

在啟動脈沖沒有到達TMP05/06時，此元件充當前面溫度測量的緩沖器，一旦檢測到啟動信號，立即啟動轉(zhuǎn)換并將結(jié)果輸出，于是就為下一片TMP05/06提供啟動脈沖，依次循環(huán)，最終的 輸出結(jié)果見圖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脈沖 ，然后置為高。這就是菊花鏈工作模式的整個過程。

3 TMP05/06的應用

TMP05/06由于其高精度的測量結(jié)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(jiān)測器。例如，可用來監(jiān)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集成電路溫度傳感器，簡化了硬件電路的設計。

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

TMP05/06配上單片機后，容易用單片機內(nèi)的計數(shù)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(zhuǎn)換模式 )：

(1)計數(shù)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，P1.0輸入高電平，計數(shù)器0開始工作，計時TH；
(4)P1.0變?yōu)榈蜁r，計數(shù)器0停止，計數(shù)器1啟動，計時TL；
(5)根據(jù)前述公式計算溫度值；
(6)顯示溫度，若超限則報警或啟動散熱設備。

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