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只需少量元件的精确USB2.0温度传感器

Silvio Lauckner?? Ismaning?? Germany?? 2007年09月05日 ?? 收藏0

  本设计实例为一个简单、精确而可靠的设计使用USB测量温度。图1表示了温度传感器装置的完整电路。传感器装置的核心是一个FTDI(Future Technology Devices International)公司的FT232RQ USB串行转换器。除了缺省的UART模式采用FT232以外,FT232还工作在所谓的bit-bang(位-开关)模式(参考文献1、参考文献2、参考文献3)。这种模式将其I/O线变成一种双向数据总线,用户可以完全控制。与 USB 的连接采用一种标准方式,芯片的后端连接到Analog Devices公司的一只AD7814数字温度传感器(参考文献4)。

图1本电路用于USB温度传感器采用缺省UART和bit-bang模式

图2AD7814的时序图显示出在下载10位温度数据时有相当大的数据开销


  温度传感器使用一个四线SPI,但只用了三根引脚:SCK(串行时钟)、SS#(从选择)和SDO(串行数据输出)。为避免传感器出现任何故障,SDI(串行数据输入)线必须接地。FT232用作一个SPI主控器,通过设置或清除 SS# 和 SCK 的相应端口,仿真针对 AD7814 的协议。传感器的数据被同时读回到所有其它总线导线上,这个过程与写步骤同时发生。

  为满足USB规范,当USB逻辑为暂停模式时,用

睡眠信号将温度传感器断电。传感器装置通过USB获得电源,只消耗大约20mA。在软件这边,只需要打开装置,将芯片切换至bit-bang模式。在这以后,就可以从主PC向FT232发送固定的样式,以模拟一个 SPI 主控(图 2)。软件会返回一组 PC 和 FT232 端口采样的数据,这些端口是输入端和输出端。

  由于 FT232 芯片带有一个独一无二的串行号码,可以在一个多芯片环境中识别出正确的装置。因此,可以在一台计算机上使用多于一只 FT232的传感器。本设计实例的核心并不限于测量温度。也可以使用其它带有数字接口的传感器。

  为获得当前温度,必须在端口寄存器中编写 35 个固定字节。传感器在 SS# 为低时,计算 SCK 线上的 16 个时钟脉冲,时钟频率为 1 MHz。该装置在写操作期间采样传感器读出的数据。当后端协议结束时,就可以从主控 PC 获取数据作进一步处理。单从传感器获得 10 位就需要相当大的数据开销(图 2)。虚线箭头标识了字节,不需要更多估算。

图3两个取样电路均小于一个USBTypeA插头


  本设计实例在一个双层PCB(印制电路板)上实现了两个取样电路,其尺寸只有18mm×12mm? (0.7英寸×0.47英寸.) 和7.6mm×30.5mm (0.3英寸×1.2英寸)。图3是它们与一个USB Type A插头的比较图。

参考文献
1. “FT232R USB UART IC,” Future Technology Devices International, 2005.
2. “AN232R-01 Bit Bang Modes for the FT232R and FT245R,” Future Technology Devices International, 2005.
3. “D2XX Programmer’s Guide,” Future Technology Devices International, 2005.
4. Analog Devices, Data sheets AD7814, ADT7301, and ADT7302.


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USB2.0? 温度传感器? FTDI?

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