!""!年安 徽 机 电 学 院 学 报
文章编号：#""$ % &!’" (!""! )"’ % ""*’ % "&
+,#-.!"集成温度传感器原理及其应用
陈跃东
（安徽工程科技学院 电气工程系，安徽 芜湖 !’#"""）
摘要：为推广新型温度传感器的应用，介绍了数字式集成温度传感器 +,#-.!"的结构、原理和接口
技术 / 阐述了将其应用于多点温度检测系统中的若干关键技术问题 / 通过对主要运行参数的计算
和使用常规单片机开发工具，已将该传感器成功地应用于冰箱生产的多点温度在线检测系统中，投
资节省，运行可靠 /
关 键 词：集成温度传感器；一线总线；时隙；多点测温
中图分类号：01!$’ 文献标识码：2
在生产实践中对温度的多点监测，有时需要同时检测多至数百个测温点 / 美国 +2332,
公司近年来推出了以 +,#-.!"为代表的系列集成温度传感器 / 其器件的管芯内集成了温敏
元件、数据转换芯片、存储器芯片和计算机接口芯片等多功能模块，该器件可直接输出二进制
温敏信号，并通过串行输出方式与单片机通讯 / 该器件目前市场价格约为 #!元 / 用其组成的
多点测温系统其稳定性、可靠性、维护工作量和工程造价等一系列指标均具有明显的优势 /
# 器件 +,#-.!"简介
#4 # 管脚和供电方式
图 #所示，器件只有 * 根外部引
脚，其中 5++和 67+为电源引脚，另
一根 +8线则用作 9 : ;总线（+<=< 9> :
?@=），因此称为一线式数据总线 / 与单
片机接口的每个 9 : ; 口可挂接多个
+,#-.!" 器件 / 供电方式包括数据总
线供电（又称寄生供电）和外部电源供
电两种模式 （见图 !）/ 本文介绍的系
统采用外部供电方式，尽管需要多布
一根线，但测量速度较快 /
#4 ! 器件的内部结构和特性
图 # 所示的器件内部包括 A’ 位
光刻 B;C，温度传感器和报警触发器
等部分 / 温度传感器的检测转换结果
图 # +,#-.!" 结构图
图 ! 外部电源供电的多点测温系统结构图
第 #$ 卷第 ’ 期
!""!年 #!月
5?D4 #$E 7?4 ’
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安 徽 机 电 学 院 学 报
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收稿日期：!""! % #" % ##
基金项目：安徽省教育厅自然科学基金重点资助项目 (Q-H3"*’R)
作者简介：陈跃东 ( #Q&A % )，男，安徽芜湖人，副教授，硕士 /
·!"·第 #期 陈跃东：$%&’()*集成温度传感器原理及其应用
图 ! 便笺式存储器映象 图 # (%&’()*测温原理
以 &+位二进制数的形式存放在便笺式存储器中，其映象如图 !所示 , 其中字节 *存放测温结
果的低位（-% (./0），字节 &存放测温结果的高位 12% (./0 3，第 && 位为符号位，温度为负时 ! 4
&；温度为正时 ! 4 *, 格式如下：
+#位光刻 562记录了器件的识别信息 , 主机通过发出匹配 562命令后，可向其发出特
定的操作指令 ,
$%&’()*的测温范围为 7 "" 8 9 : &)" 8，温度转换结果以 ; 9 &)位二进制方式单线输
出 , 转换的位数可通过写配位寄存器（字节 #）设定 , 其格式如下：
5&、5*的设定值与位数、分辩力和最大转换时间的关系如表 &所示，可见位数每减少一位，
分辩力同比减少而转换时间则加快一倍 , 器件上电时默认分辩力为 &)位 ,
) $%&’()*的测温原理
$%&’()*的测温原理见图 #，它是通过计数时钟周期数来实现的 , 被测温度 "#同时调制
低温度系数振荡器和高温度系数振荡器，其输出周期分别为：
!& $ %& 1 "# 3 < 1 & 3
!) 4 %) 1 "# 3 < 1 ) 3
·!"· #$$#年安 徽 机 电 学 院 学 报
图 % 多点测温程序框图
（&）式和（#）式表明，!"分别与 !&和 !#单值对应 ’
为了简化分析，假设
!& ( #& ) & * "&· !" +· !" , ) ! +
!# ( ## ) & * "#· !" +· !" , ) - +
式中 #&、 ## 为常数， "& 称为低温度系数， "# 称为高温度系数 ’ 当上式中 "& !" . .& 和
!# !"/ / &时，（!）式和（-）式可简化为：
!& ( #&· !" ， ) % +
!# ( ##· !"# ’ ) " +
如让计数器 &被预置在与 0 %% 1 （温度量程下限）相应的某个基数值 $，!&在计数器 &
中从 $开始被计数 ’ 当计满至 $时，计数器 &自动复零并产生溢出脉冲，其周期将为：
!" % $· !& ( $· #&· !" & ) 2 +
现以 !#作为 !"的门控信号，在开门时限内，如果计数器 &有溢出脉冲输出，表示 !"高于
0 %% 1，被预置在 0 %% 1的温度寄存器的值就增加 & 1，然后重复这个过程，直到计数器 #
的门控信号关门为止 ’ 于是温度寄存器中的内容将为：
’" % !#!"
( ##·"#·!
#
"
$·#&·!" % #
· !" , ) 3 +
式中 # ( ##·"##&·$
为常数 ’ 温度转换值 ’"将存放到便笺存储器（字节 $和字节 &）中，再由主机
通过发存储器命令读出 ’ 斜率累加器可适当补偿由于温度转换振荡器而产生的非线性误差 ’
! 用 45&36#$和单片机组成的多点测温系统
!7 & 系统框图
系统硬件结构如图 #所示，由 893:;%#单片机和少量外围器件组成 ’ 由于 45&36#$是单
线式接口器件，只需挂接到单片机的一个双向 < = >口上，比双线制的传感器系统布线有很大
的简化和节省 ’ 本系统中 ?&7 $ 口上挂接了总共 %#只 45&36#$传感器 ’ 扩展的数据存储器
用来存放从各测温点采集的温度数据 ’ 芯片 @8A3&!提供单片机的监控功能，上电、掉电和
电网电压过低时都会输出复位信号，同时它还能跟踪 &7 "5
的定时信号 , 为软件运行提供 BCDEF GHI 保护 ’ 按键和
JK4显示器用于系统运行参数的设定 )包括分辨力、上限
和下限超限报警等 + 及运行状态与测温结果 （包括读出 "-
位 L>@码和各点测温值）的显示 ’
!7 # 温度采集程序
采集程序框图如图 % 所示 ’ 主机事先对挂在口线上
的每一个 45&36#$逐一用读 L>@命令读出其序列号 （"-
位 L>@中的第 : M %"位），当主机要对某一器件进行操作
时，则要发出“匹配 L>@”命令 ’ 而所谓的“跳过 L>@”命
令是指以后的操作都是针对某一口线上的所有器件的 ’
框图流程中的“跳过 L>@”命令，即启动所有器件进行温度
8 = 4变换，此后通过“匹配 L>@”命令再逐一读出每个器
件的温度数据 ’
·!"·第 #期 陈跃东：$%&’()*集成温度传感器原理及其应用
!+ ! 系统的采样周期
根据表 &，器件的最大测温转换时间 !! , "-* ./，而主机读每个采样点温度数据的时间是
!" ./0 于是系统总的采样周期为：
#! $ !! % &· !" 1 2 3 4
式中 &为采集点数 0
由于主机在发出“跳过 567”命令后，接着便发出统一的温度转换命令（启动码为 ## 8），
所有器件同时转换，于是总的采样时间中转换时间与采样点无关 0 比常规的巡回检测系统时
间上有很大的节省，而且点数越多，省时效应越明显 0
# $%&’()*与单片机之间的通讯命令和时序
简单的硬件接口是以相对复杂的接口编程为代价的 0 各器件与单片机之间的接口
协议
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（包括初始化，写 &，写 *，读 &，读 *等协议）要通过严格的时序来保证 0 时序图如图 9所示 0
#+ & $%&’()*的初始化时序
初始化包括主机发送的复位脉冲和器
件向主机返回的存在脉冲 0 主机总线在 ’*
时刻发出一最短为 #’* !/的低电平复位脉
冲，接着在 ’& 时刻释放总线并进入接收状
态，器件在接收到总线的电平上升沿后，等
待 &- : 9* !/后在 ’) 时刻发出 9* : )#* !/
时延的低电平存在脉冲信号，通知主机器件
已接在总线上 0
#+ ) 单片机的写 *与写 &时序
当主机总线于 ’! 时刻从高电平拉至低
电平时，就产生 “写”的时间间隙 0 从 ’!时
刻开始 &- !/之内，应将所需写的位送到总
线上 0 器件在 ’! 后的 &- : #- !/ 期间内对
总线采样 0 低电平写入 *，高电平写入 &0
连续写两位之间的间隙应大于 & !/0
#+ ! 单片机的读 *与读 &时序
主机在 ’# 时刻将总线从高电平拉至低
电平，持续 & !/之后将总线释放，就产生
读时间隙 0 主机必须在 ’# 之后的 &- !/之
内完成读总线状态，并在 #- !/内释放总线 0 连续读两位之间的间隙应大于 & !/0
#+ # $%&’()*的 567操作命令
主机在收到器件的存在脉冲后，便可发出某个 567操作命令 0 这些命令的名称，代码和
功能如表 )所示 0
#+ - $%&’()*的存储器操作命令
主机通过口线对器件发出 567命令后，接着便发出某一存储器命令，去控制器件的工作
状态，完成温度的转换和数据的输出 0 存储器命令的名称、代码和功能如表 !所示 0
2 ; 4初始化时序
2 < 4写时序
2 = 4读时序
图 9 时序图
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% 应用实例
由 &’(")#$和单片机 *+",-%#构成的单线多点测温系统作为分布式测温系统的下位机
已成功设计、调试，并运用于某大型电冰箱企业的生产线上 . 批量检测 (%$台冰箱，其测温点
数为 !(#点，采样周期为 ( /01，温度量程为 2 %$ 3 4 "$ 3，分辩力为 $5 % 3 . 现场的 (%$台
冰箱压缩机随时启动 6停止，存在着严重的电磁干扰，由于使用了数字式温度传感器和合理的
现场总线技术，加上在下位机系统设计上采用完善的软 6硬件抗干扰措施，使系统有很强的抗
干扰能力 . 经过一年的实际运行证明该系统具有投资省，安装施工方便，维护工作量小，测温
精度高，运行稳定可靠 . 性能远优于传统的模拟巡回检测系统 . 本系统具有广阔的应用前景 .
参考文献：
7 ( 8 &9::9; ;1?@=A>B 01=C &’(")#$ DB>EB9//9F:< G<;>:@A0>1 (—H0B< &0E0A9: +I/1E
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