电机过热保护器设计(四)

3.2.3 时间部分
 该电机公司要求对电机的使用进行定时,到试用时间后自动跳闸,并显示跳闸的原因。可以根据系统的性能要求，从接口方式、功耗、精度和功能几方面入手选择时钟芯片。
 接口方式
 串行接口的实时时钟芯片一般尺寸较小、成本较低，但通信速率也较低，实时性要求不是很高的情况下可以选用此类芯片。本设计对时间的显示实时性要求不高，所以选用串行接口方式。这类芯片通常包括1-Wire（1线）接口、2线、3线、4线、I2C或SPI接口。
 并行接口可实现存储器的快速访问并有较大的存储容量，这类时钟芯片适合于那些对成本和尺寸要求不是很苛刻的系统。
 （2）功耗要求
 电子产品对功耗的要求非常苛刻，尤其是电池供电的设备。为有效延长电池的使用寿命，实时时钟芯片追求更低的功耗，工作电流的典型值大都低于0.5μA，最低至0.15μA，最低计时工作电压普遍在1.4V以下。
 （3）芯片尺寸
 除了SOP、TSSOP等封装形式，一些芯片采用更小的封装，以节省电路板空间。
 （4）时钟精度
 为RTC电路提供时钟基准的一般是低成本的石英晶体。由于石英晶体具有机电敏感性和热敏感性，其输出频率并不稳定，在极端条件下会导致系统时钟每年走快或走慢长达100分钟。在许多对精度要求苛刻的应用中，通常需要优于±10分钟/年（或者±20ppm）的精度。为此，很多实时时钟芯片都内置有时钟调整功能，可以在很宽的范围内矫正石英的频率偏差。
 （5）丰富的集成功能
 可以参考系统所需的集成功能，例如闰年自动运算功能、万年历功能、内置时钟调整功能和稳压电路等对芯片进行选择。如果RTC芯片集成了丰富的功能，将有效简化电路设计，降低成本。
 （6）软件
 虽然硬件电路不是很复杂，但不同的实时时钟芯片在软件方面各不相同，选择时应该给予足够的重视。
 定时模块在本次设计中很重要，从芯片的选择，到定时电路的设计，查阅了很多资料，以求达到定时准确，芯片低功耗，上位机控制方便。
 DS1302定时芯片是美国Dallas公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片；是一个综合性能较好且价格便宜的串行接口实时时钟芯片，它包含一个实时时钟/日历和31字节的静态RAM，它和单片机通信经由一个简单的串行接口。实时时钟/日历提供秒、分、时、日、周、月、年信息，月末日期自动调整，包括闰年的修正。时钟可工作在24小时格式或12小时（AM/PM）格式，单片机与DS1302接口使用同步串行通信，仅需三根线连接。（1）复位，（2）I/O串行通讯，（3）SCLK串行时钟。数据传送从单片机到实时时钟/RAM或实时时钟/RAM到单片机，可以每次1字节或每次31字节，它可以工作在很低的耗电状态以保存时钟信息和数据，功耗小于1微瓦。
3.2.3.1 DS1302的特征
 DS1302的特征如下：
 （1）31字节带后备电池的RAM用于数据存储；
 （2）串行I/O口，引脚数量少；
 （3）宽范围工作电压：2.0~5.5V；
 （4）工作电压2.0V时，电流小于300nA；
 （5）读/写时钟或RAM数据时有两种传送方式：单字节传送和突发模式传送；
 （6）8脚DIP封装或其它可选封装；
 （7）简单的3线接口；
 （8）与TTL兼容（VCC=5V）；
 （9）可选工业级温度范围：-40 ºC ~+85 ºC。
 DS1302具有一个可编程的涓流充电器，主电源和备用电源的双电源引脚，7个附加字节的暂存寄存器，包括移位寄存器、控制逻辑、振荡器、实时时钟和RAM。原理图如下：
 
 图3.4  DS1302原理图
 
3.2.4 测温部分
 一般温度传感器有热敏电阻、RTD(电阻温度检测器)、热电偶等。热敏电阻长期受欢迎是因为它具有非常小的形状因数、低成本和高灵敏度。其不足之处是有限的温度范围以及缺乏业界标准，使得置换困难。热敏电阻也需要补偿电路来克服非线性度。RTD通常用于精度和稳定度要求高的场合，但成本是决定因素。热电偶用于监控极值温度是理想的，但精度和稳定度较差，而且必须非常精确地在控制条件下测试[34]。
 由于IC技术的发展，设计人员可用数字温度传感器替代分立温度传感器。数字温度传感器具有价格低、高精度、适用微型封装、能工作在宽温度范围内等优点。在很多应用中，数字温度传感器正开始替代前面所述的传感器。几种温度传感器的性能比较见表
 3.5所示。
 
 表3.5 几种主要温度传感器的比较
 名称
 特性 RTD 热敏电阻 热电偶 IC传感器
常用材料 铂 金属氧化物陶瓷 两种不同的金属 硅
变化参量 电阻 电阻 电压 电压
成本（相对） 中等-低 中等-低 低 低
系统成本（相对） 中等-低 中等-低 高 低
附加电路 引线补偿 线性化 参考端 无
温度范围 -200ºC~850 ºC -100ºC~500 ºC -270ºC~1800 ºC -55ºC~150 ºC
交换能力 0.06%~0.1%
0.3 ºC ~0.2 ºC 10%，2 ºC
（典型值） 0.5%，2 ºC 1%，3 ºC
稳定度 良好 中等 差 中等
灵敏度 0.39%/ ºC -4%/ ºC 40V/ ºC 10mV/ ºC
相对灵敏度 中 最高 低 中等
线性度 良好 对数性/差 中等 中等
斜率 正 负 正 正
噪声灵敏度 低 低 高 低
 相对于模拟传感器，数字温度检测器完全是自己独立完成工作，不需要另外的电路用于信号调理或线性化。数字温度检测器可以直接连接到微控制器，节省了设计时间、PCB面积和成本。它们可以灵活地降低电流消耗，这对于电池供电的应用特别有用。用户也可以编程温度限制值(THIGH和TLOW)，以供报警需求。若超过编程限值，可产生中断，使微控制器进行操作。很多IC设计系统为了节省板大小和降低成本，把ADC和DAC集成在单芯片中。
3.2.4.1 DS18B20简介
 DS18B20是DALLAS半导体公司设计生产的单总线数字温度传感器，体积很小，而且电压适用范围在3~5.5V，封装形式除有SO/uSO的8PIN贴片式，还有更方便的三极管形式的TO－92封装。测量温度范围为-55°C~+125°C，其A/D转换的分辨率可用程序控制分别为9位、10位、11位和12位，最高分别率可以高达0.0625°C，但在-10~+85°C范围内其精度为±0.5°C。每个DS18B20出厂时都有一个唯一的序列编号，就是说在同一个单总线系统中可以控制多个DS18B20。
3.2.4.2 DS18B20硬件组成
 (1)64 位激光ROM。64位激光ROM 从高位到低位依次由8位CRC、48位列号和8位家族代码(28H)组成。
 (2)温度灵敏元件。

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