标签: 方案设计

    TC74是microchip公司的一种可以串行访问的数字温度传感器，它能从它的机载固态传感器的采集并转换温度信息，分辨率为1°C。温度是一个8位数字字存储在其内部的一种可以通过一个2线I2C兼容的串行总线访问的温度记录器。本教程介绍如何使用TC74传感器与PIC单片机测量环境温度。 图1  成品图 一、原理      TC74数字温度传感器是采用SOT - 23和TO - 220封装，它与设备通信是通过一个2线I2C兼容的串行总线实现的。对于温度的分辨率是1°C和它的转化率名义上是8个样本/秒。 图2  TC74的管脚图      TC74储存测量温度为8位的内部寄存器为2′的补码二进制格式。最重要的位是符号位，这是负的温度设置为1。因此，最大可测正温度是127°C（0111 - 1111）。TC74也得到了另一个8位读/写配置寄存器（RWCR）是用来将进入低功率器件（IDD = 5µ待机模式，典型值）。在这种模式下，A / D转换器是停止的和温度数据寄存器也被停止。7位读/写配置寄存器必须设置为将74进入待机模式。 图3  温度转换器和内部储存器 二、串口操作      串行时钟输入（SCLK）和双向数据端口（SDA）建立一个与TC74交流的二线双向串行端口形式。该端口是I2C，它兼容所有转移发生在一个主机的控制下，这个主机通常是一个微控制器。主机控制器提供时钟信号给所有的数据传输和TC74作为一个传递者。默认的是7位的TC74的I2C地址为1001101B。然而，其他7个地址的选择也可以从装置的零件编号识别。例如，我有一个tc74a0 TO-220封装。A0对应的设备地址1001 000b。同样，tc74a3具有它自身I2C地址1001 011b。参阅详情表。      通过I2C接口从TC74读取温度包括以下步骤：      1.主机控制器发出启动条件的地址字节。地址字节包含7位从地址和读/写点（R / W）。R / W位总是0′（写）在第一阶段。       2.如果接收到的7位地址与自己的从地址匹配，TC74与应答脉冲响应。      3.主机控制器下发命令字节74表示它想访问的寄存器。读取温度，命令字节应00H。TC74应答一个脉冲响应。       4.主机控制器的问题一个新的开始，因为数据传输的方向是现在要改变了。R / W 1位新地址字节是由主机发出的，这是由从机辨认的。       5.TC74从8位温度寄存器发送温度数据。在接收的字节的时候，主机不应答，则停止。 三、电路图      我在这里用的是芯片PIC18F2550，它可以与任何其他规模较小的PIC微控制器实现I2C通信。温度由TC74传感器读取并显示在LCD字符。别忘了把两个上拉电阻（1K）连接在SDA和SCL线I2C总线上。在本实验中采用PIC18F2550单片机PIC板来自于StartUSB for PIC board.。 图4  电路图   图5  实物图 图6  TC74温度传感器   四、软件      PIC18F2550固件是在C使用MikroC Pro for PIC编译开发的。MikroC Pro for PIC编译器提供的内置支持I2C库。单片机读取TC74内部温度寄存器温度字并显示在LCD。下面的程序显示，TC74的整个工作范围内在40至125°C。      程序： /* Project: Using TC74 with PIC microcontroller              for temperature measurement      MCU: PIC18F2550 on-board StartUSB for PIC              Clock 48.0 MHz using HS + PLL  MCLR Enabled  */    // Define LCD module connections.  sbit LCD_RS at RC6_bit;  sbit LCD_EN at RC7_bit;  sbit LCD_D4 at RB4_bit;  sbit LCD_D5 at RB5_bit;  sbit LCD_D6 at RB6_bit;  sbit LCD_D7 at RB7_bit;  sbit LCD_RS_Direction at TRISC6_bit; sbit LCD_EN_Direction at TRISC7_bit;  sbit LCD_D4_Direction at TRISB4_bit;  sbit LCD_D5_Direction at TRISB5_bit;  sbit LCD_D6_Direction at TRISB6_bit;  sbit LCD_D7_Direction at TRISB7_bit;  // End LCD module connection definition   unsigned char Temp;  unsigned short num; const int TC74A0 = 0x90;    void check_device(unsigned short dev_address){ I2C1_Start();  if (I2C1_Wr(dev_address)){ Lcd_Out(1,1,"Device not found");  }  else Lcd_Out(1,1,"TC74 device");  I2C1_Stop();  }    unsigned short Read_Temp(){  unsigned short result; I2C1_Start(); // Issue start signal  I2C1_Wr(TC74A0); // Address + Write bit  I2C1_Wr(0x00); // Read Temp  I2C1_Repeated_Start(); // Issue start signal  I2C1_Wr(TC74A0+1); // Address + Read bit  result = I2C1_Rd(0u); return result;  }   char temperature = '-';  num = ~num +1;  }  else temperature = '+';    temperature = num/100 + 48;  temperature = (num/10)%10 + 48;  temperature = num%10 + 48;  temperature = 223;      // eliminate 0s at beginning  if (temperature == '0') {  temperature = ' ';  if (temperature == '0') temperature = ' ';  }    Lcd_Out(2,4,temperature);  Delay_ms(500); } while(1);  }    五、输出      下面的照片显示装置显示正面和负面的温度。一种热焊棒尖端饱和的传感器在127°C。测试负温度读数的时候，该装置放进冰箱。 图7  测量室内的温度 图8  最大的测量温度   图9  放在冰箱中的温度显示   六、总结      本实验对微芯片的TC74传感器与PIC单片机测量环境温度的接口技术进行了探讨，并且证明方案是可以成功的。与TC74传感器的通信是通过PIC18F2550的一个I2C总线接口完成的。8位温词是从内部温度寄存器读取和经过PIC18F2550单片机在液晶屏上显示的。再者，借助虹科电子的便利的编译器MikroC Pro for PIC，也让刚方案显得更加容易，更加稳定。        注：本文由广州虹科电子技术支持工程师译自网络， 若有差错，麻烦指出！  

分析系统主芯片对纹波的要求       由于直流稳定电源一般是由交流电源经整流稳压等环节而形成的，这就不可避免地在直流稳定量中多少带有一些交流成份，这种叠加在直流稳定量上的交流分量就称之为纹波，纹波对系统有很多负面的影响，比如纹波太大会造成主处理器芯片的重启，或者给某些 AD ， DA 引入噪声。一个典型的现象就是，如果电源的纹波叠加到音频 DA 芯片的输出上，则会造成嗡嗡的杂音。下表是设计中所使用芯片对纹波的要求，以及电源芯片能够提供的纹波范围，纹波是选择电源芯片的重要参数，这里只列举一两个芯片进行说明：                      芯片纹波统计表     分析系统主芯片的电压上电顺序要求 当今的大多数电子产品都需要使用多个电源电压。电源电压数目的增加带来了一项设计难题，即需要对电源的相对上电和断电特性进行控制，以消除数字系统遭受损坏或发生闭锁的可能性。一般这个在芯片手册中会有详细说明，建议遵守芯片手册中的要求进行设计。 分析系统所有芯片的功耗 统计板卡上用到的所有芯片的功耗，大部分芯片的功耗在芯片手册上都有详细说明，部分芯片的功耗在手册上没有明确写明，比如 FPGA ，这时候可以根据以往设计的经验值，或者事先将 FPGA 的逻辑写好，借助 EDA 工具进行统计，比如 ISE 的 Xpower Analyzer ，下面的表格是一个功耗分析的统计案例。注：因为数据比较多，所以这里只选择了3.3V的几个芯片作为代表进行统计。   论证选择的电源方案能否满足以上的所有要求 根据对上电顺序的要求，纹波以及功耗的分析，选择正确的电源方案。电源设计是一个细活，数据统计整理是一个不可缺少的工种，养成良好的设计习惯，是“一板通”必需的环节。 电源方案的选择，学问非常多，分析的文章更是数不胜数。在这里只列举几个规律性的东西。 在消费级产品里面，由于成本非常敏感，散热要求比较高，所以一般倾向于 DC/DC 的解决方案，而且现在越来越多倾向于 Power Management Multi-Channel IC （ PMIC ）的解决方案。 DC/DC 的一个比较大的缺点就是纹波大，另外如果电感和电容设计不合理的话，电压就会很不稳定。 印象非常深的就是有一次用 DC/DC 给 FPGA 供电时，根据 FPGA 的 Power Distribution System (PDS) 分析，加了足够多的 330uF 钽电容，结果 DC/DC 就经常出问题，所以 DC/DC 的设计一定要细心。大功率电路设计时，电感的选择也非常的关键，参考设计中很多电感型号在北京中发电子市场或者深圳赛格广场上都是买不到的，而国内市场上的替代品往往饱和电流要小于参考设计中电感的要求值，所以建议设计时也要先买到符合要求的电感之后，再开始做电感的 Footprint 。 在非消费品领域， LDO 、电源模块用得相对较多，因为电源纹波小，设计简单。我初学电路的时候，当时就特怵 DC/DC 的设计，所以当时一直用的 LDO 和电源模块，直到后来开始设计消费级产品，因为成本的考虑，才不得不开始设计 DC/DC ，不过现在 IC 设计厂商已经基本上都把 MOSFET 集成到芯片里面去了，所以 DC/DC 的设计的复杂度也变小了。

芯片采购是电子电路设计过程中不可或缺的一个环节。一般情况下，在各IC大厂上寻找的芯片，只要不是EOL掉的芯片，一般都能采购到。但是作为电子电路的设计者，很少不在芯片采购问题上栽过。常见的情况有以下几种： 1， 遇到经济危机，各IC厂商减产，导致芯片供货周期变长，有些IC厂商甚至提出20周货期的订货条件。印象很深的2009年上半年订包PTH08T240WAD，4-6周就取到了货，可是到了2009年下半年，要么是20周货期，要么就是价格翻一番，而且数量只有几个。 2， 有些芯片虽然在datasheet上写明了有工业级产品，但是由于市场上用量非常少，所以导致IC厂商生产非常少，市场供货也非常紧缺，这就让要做宽温工业级产品的企业或者军工级产品的企业付出巨大的代价。 3， 有些芯片厂商的代理渠道控制得非常严格，一些比较新的芯片在一般的贸易商那采购不到，只能从代理商那订。如果数量能达到一个MPQ 或者MOQ的要求，一般代理商就会帮你采购。但是如果只是要一两个工程样品，那么就得看你和代理商的关系了，如果你刚进入这个行业的话，那很有可能你就无法从代理商这获得这个工程样片。 4， 有些芯片是有限售条件，如果芯片是对中国限售而不对亚洲限售的话，一般可以通过新加坡搞进来，如果芯片是对亚洲限售的话，那采购难度得大大的增加，采购的价格也会远远超出你的想象空间。先看一个芯片采购案例： 之前我给一朋友推荐了一个FPGA芯片，他后来给我发了一段聊天记录，如下： 2010-8-3 9:13:12 A B XC6SLX16-2CSG225C 订货 250.00 2010-8-3 9:22:10 B A 订货多久呢？ 2010-8-3 9:22:37 A B 2周 2010-8-13 14:22:47 A B XC6SLX16-2CSG225C 这个型号，你那天跟我定的，本来是货期两周的，但是这个型号属于敏感型号，禁运国内的，我们要第三方去代购，所以现在货期要5周左右，你看能接受吗？ 注：B为芯片采购商，A为芯片供应商 回顾一下当时发生的情形： 2010-8-3，B设计好方案，确定好芯片型号后，因为芯片型号比较新，害怕芯片买不到，于是向芯片供应商A确定了一下芯片的货源情况，当获知价格和货期之后，B非常高兴，非常满意地跟我说，你推荐的芯片性价比真不错，等原理图设计完之后，就马上去订货。 2010-8-13，B设计完原理图后，B要向A下单时，突然收到A的上述回复，于是他一下子就蒙了，因为2周就可以完成PCB layout，1周就可以完成PCB加工生产。也就意味着B即使2010-8-13下单，也得干等2周的时间才能开始焊接调试。（最后A这供应商又获知这芯片是对中国禁售的，没有办法帮B搞定，最后B从另外一家芯片贸易商那花了5周的时间才采购到，而且价格涨到了450） 耽误2周可能还算是少的了，遇到其他特殊情况，芯片搞不到也都是有可能的，如果是原理图设计好了之后遇到这种情况的话，那简直就要哭了，如果是等PCB layout好了之后再遇到这种情况的话，那就是欲哭无泪了。 所以建议在芯片方案确定之后，就马上下单采购芯片，芯片询价时获得的价格和货期消息有时并不一定准确，因为IC行业的数据库的更新有时具有一定的滞后性，只有下单后等到供应商的合同确认，那才算尘埃落定。