MSP430F1611温度传感器之温度转换计算的使用及讨论

花了一天的时间来细看MSP430F1611的AD温度传感器的寄存器的编程及使用.晚上1点了,编写并修改N个程序才发现AD温度传感器的精度太不高了.相差太远.而且得到值后的算法难以实现. 对于AD温度传感器使用到AD12及其最大值为4095. 值的范围0~4095共4096个数.在datasheet中看到最大偏差20度了.真的有点... 况且是温度范围分工业级与民用级.不好认定温度的范围... 所以要用温度传感器还是用一总线结构的好. 以下的资料供给参考.

COLOR=blue]参考文献：<基于MSP430内嵌温度传感器的温度告警系统>> 作者：赵陆文 屈德新[/COLOR]
MSP430内嵌的温度传感器实际上就是一个输出电压随环境温度而变化的温度二极管，表1是它的一些基本电气特性。按照TI公司提供的资料，这个温度二极管输出的电压和对应的温度近似成简单的线性关系。所测温度可由公式(1)求出：

T=(VST-V0℃)/TCSENSOR (1)

其中，T：测量温度，单位℃；
VST ：ADC模块的通道10测量到的电压，单位mV；
V0℃：0℃时传感器的输出的电压，单位mV；
TCSENSOR：传感器的传感电压，即输出电压随温度的变化情况，单位mV/℃。数值上等于温度每升高1℃，增加的输出电压。

对于12位的ADC模块，VST可以通过下面的A/D转换公式求得：

VST=ADC12CH10/(212-1)×(VR+-VR-)+VR- (2)

其中，ADC12CH10：通道10所测得的温度传感器的12位A/D值；
VR＋：正参考电压，可以取内部参考VREF+ 、AVcc或者外部参考VeREF+，单位mV；
VR－：负参考电压，单位mV。通常取VR－=AVss，在这种情况下，求VST的公式进一步简化为：

VST=ADC12CH10/(212-1)×VR+ (3)

由(1)式和(3)式可见，把A/D转换所得的结果VST经过简单转换就可得到对应的温度。

表1：MSP430微控制器温度传感器电气特性表
参数 测试条件 最小值 典型值 最大值单位
V0℃ Vcc= 2.2V/3V 986 - 5% 986 986 + 5% mV
TCSENSOR Vcc= 2.2V/3V,TA=0℃ 3.55 -3% 3.55 3.55 +3% mV/℃
tSENSOR Vcc= 2.2V/3V 30 μs

误差及减小办法

很容易发现这个温度传感器具有较大的测量误差，实验也证明了这一点。这将导致较大的虚警概率或漏警概率。因此要想实用它，必须要进行误差校正，以减小这两个概率。产生误差的原因主要有以下几个方面：

● 0℃基准参考电压误差

由表1可见，V0℃的最大误差可达5％。所以由它导致的最大误差为：(986×5%)÷3.55≈14℃。会导致很大的虚警或者漏警概率，所以必须要对它进行校准。

用TRT表示室温，VRT表示室温下温度传感器的输出电压，则由公式(1)可得：

TRT=(VRT-V0℃)/TCSENSOR (4)

由式(1)减式(4)可得：

T=(VST-VRT)/TCSENSOR+TRT (5)

因为MSP430是低功耗的，所以在开机的一段时间内，它的片内外温度可以认为是一样的。因此我们可以用温度计测量出开机时的室温TRT，将开机时测得的VST作为VRT，然后将VRT和TRT代入(5)式进行温度计算。这样就消除(至少是减小)了由V0℃不准确而导致的测量误差，从而减小了虚警和漏警概率。

● 传感电压误差

对于工业级标准，工作温度范围为：-20℃ ~ +85℃。而对于一个实际的系统，绝大多数时间工作在0℃~+50℃之间。因此，用V0℃做基准参考会导致较大的积累误差。从表1可以看出，由传感电压引入的最大误差约为3%。如果待测温度为50℃，用0℃作参考，则最大误差为：(50-0)×3%=1.5℃；而用室温(假定TRT = 25℃)作参考，则误差为：(50-25)×3%=0.75℃，比用0℃作参考时减小了一半。因此采用室温作为温度参考，是减小积累误差的一个较好的方案。不过由传感电压引入的误差相对于来说还是比较小的。

● A/D转换引入的误差

由芯片资料可见，对于12位A/D，因漏电流引入的误差1LSB，这个误差可以忽略不计。但是由于布线技术、电源和地线等的不良而导致的电源线、地线上的纹波和噪声脉冲对转换结果的影响却不能不考虑。如图1所示，如果数字地DVss和模拟地AVss是分开供电的，则可以在这两点之间接入反相并接的二极管对，以消除700mV的电压差。另外如果参考电压(VR+ - VR-)较小，那么纹波的影响会变得更明显，从而影响转换精度。因此，电源的清洁无噪声对A/D转换精度有很大的影响。当然在可能的情况下还是要尽量采用较大的(VR+-VR-)。还有就是尽量不要采用内部参考，内部参考不太稳定，会影响转换的精度。仔细安排各自接地点的旁路电容对于减小噪声的影响也是很有用的。图1给出了一种典型的退耦电容配置方式，在芯片的电源以及外接参考电压(图中没有画出)的引脚上并接一个10mF的钽电容和一个0.1mF的瓷片电容能够较好的起到抑制噪声的