P89LPC9251片上温度传感器的使用方法

陈敏,邓颖

(1.凌云科技集团有限责任公司; 2.武钢自动化公司,武汉430073)

1 概 述

随着微处理器的发展,越来越多的单片机向着小型、低成本、低功耗、高集成度的方向发展。NXP(原 Philips半导体)公司推出了集成温度传感器的芯片P89LPC92X1系列微型处理器,进一步为系统设计带来方便。

P89LPC9251(简称 LPC9251)是 P89LPC92X1系列的一种。它是一款高性能数字微控制器,包括一个内部温度传感器。该传感器可用来校正与温度相关的信号,或作为一个独立的温度计。在嵌入式系统设计中,使用 LPC9251不仅可以省去如 DS18B20、TMP04等常用的温度传感器件,同时可以节省系统设计的I/O口资源,以及减小布板PCB的尺寸空间,进一步降低了系统设计的成本。

LPC9251有 2个模数转换模块:ADC0和ADC1。ADC1是一个8位、4通道复用逐次逼近 A/D转换器。ADC0是专门用于片上宽温度范围的温度传感器,其温度测量的范围是-40℃～+85℃,在该工作温度范围内输出分辨率近似为+11 mV/℃。其性能远远高于一般的温度传感器,如TMP04的测量范围,适宜于中低温的测量,因此LPC9251温度传感器可以在低温环境的系统中可靠工作。

2 温度传感器

2.1 ADC功能模块

片上温度传感器集成在ADC0功能模块中,通过Anin03通道测量温度传感器 Vsen,其他 3个通道Anin00、Anin01和Anin02暂未使用。温度传感器和内部参考电压Vref(bg)(1.23 V±0.123 V)引脚一起复用在相同的输入通道Anin03。通过配置CONTROL LOGIC(控制逻辑单元)中 TPSCON寄存器的 TSEL1和 TSEL0位来选择温度传感器还是内部参考电压。

2.2 温度传感器使用步骤

为了准确地测量温度值,必须首先测量内部参考电压Vref(bg)的电源电压。温度传感器的电压计算公式如下:

在式(1)中,Aref(bg)是Vref的A/D转换的结果,Asen是Vsen的A/D转换的结果。该温度传感器的计算公式如下:

温度传感器的使用步骤如下:

①配置TSEL1和TSEL0为“01”,选择内部参考电压;

②使用ADC获得 Aref转换结果;

③配置TSEL1和TSEL0为“10”,选择温度传感器;

④等待至少200 μ s,使传感器稳定,然后使用ADC测量Asen;

⑤通过公式(1)计算Vsen;

⑥通过公式(2)计算温度的数值。

2.3 代码例程

本代码将读出温度传感器的数值,并将温度的计算结果发送给UART0。

ADC0的配置方法如下:

根据前述温度传感器的测量步骤,应当首先测量内部参考电压Vref(bg)。内部参考电压测量程序如下:

每次配置TSEL1和TSEL0为“10”,用来选择温度传感器。在获取ADC转换结果前必须固定地延时200 μ s,用来获取稳定的ADC转换结果。温度传感器的计量程序如下:

(编者注:LPC9251温度传感器完整的DEMO代码见本刊网站www.mesnet.com.cn。)

2.3.1硬件环境配置

硬件电路原理如图1所示。LPC9251的供电电压采用3.3 V供电,可以通过MAX3232输出给串行口或者74LVC244输出点亮8个LED来实时观测温度传感器的数值。PC软件终端使用的是Tera Term,用于接收LPC9251串行口发出的温度数据。该设置如图2所示。

图1 硬件原理图

图2 Tera Term配置

2.3.2使用LPC9251输出固定格式的温度数值

程序中以固定的间隔测量温度传感器的温度数值,并将计量的温度结果发送给 UART0,然后在PC机上显示测量结果,如图3所示。

3 结 论

图3 温度信息的输出

实际测量1000个温度数值,在工作温度范围内100个离散温度点读数的最大标准偏差仅为2.5个ADC最小分辨率或0.25%误差,说明LPC9251的片上温度传感器具有极佳的重复性。由此看来,LPC9251的重复性比市场上大多数性能出色的温度传感器还好。使用LPC9251用于片上温度监控,具有体积小、功耗低、精度高、易于实现等优点,可以比较容易地实现系统温度监测功能,有一定的推广价值。

[1]NXP.UM10336(P89LPC9201/9211/922A1/9241/9251)用户手册[OL].[2009-06-19].http://www.nxp.com/redirect/keil.com/mcb900.

[2]何此昂,等.Freescale 08系列单片机开发与应用实例[M].北京:北京航空航天大学出版社,2009.