CN110926626A - 一种温度采集单元芯片及温度采集系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种温度采集单元芯片及温度采集系统，温度采集单元芯片包括温度传感器、控制器、时钟、存储器、异步收发器及NMOS管，所述温度传感器、时钟、存储器及异步收发器均与控制器连接，NMOS管的栅极与异步收发器的发送端连接，NMOS管的漏极连接数据引脚，NMOS管的源极接地；控制器的电源接口与电源引脚连接。温度采集系统包括一个或多个温度采集单元及MCU，其连接关系可以是多种。本发明温度采集结果异步串行输出，适用于不同场所，局限性小，通用性强，使用更加方便；系统的结构更加简单，引脚使用更少，芯片体积更小，系统结构更加紧凑。
Description
技术领域
本发明属于传感器领域，尤其涉及一种串口通讯的温度采集单元芯片及温度采集系统。
背景技术
目前市场上的温度传感器都是采用特定的传输方式进行与外部的信号传输，这就导致在使用某种温度传感器时只能采用其自身规定的信号传输方法进行信号的传递，而且在使用时也是只能配合有限的单片机使用，无法作为一个独立的设备直接以常用的串口方式连接PC机、工控机等设备。
发明内容
发明目的：为了解决现有技术存在的温度传感器性不强的问题，本发明提供一种温度采集单元芯片。
本发明的另一目的是提供一种温度采集系统及温度采集方法。
技术方案：一种温度采集单元芯片，包括温度传感器、控制器、时钟、存储器、异步收发器、NMOS管、电源引脚、数据引脚及地引脚，所述温度传感器、时钟、存储器及异步收发器均与控制器连接，NMOS管的栅极与异步收发器的发送端连接，NMOS管的漏极连接数据引脚，NMOS管的源极连接地引脚；控制器的电源接口连接电源引脚。
进一步地，还包括输入缓冲器；输入缓冲器的输入端连接数据引脚，输入缓冲器的输出端连接异步收发器。
进一步地，所述输入缓冲器的输入端和NMOS管的漏极在裸片上相互独立或在裸片上短接。
进一步地，所述数据引脚包括数据输入引脚和数据输出引脚，输入缓冲器的输入端连接数据输入引脚，NMOS管的漏极连接数据输出引脚。
进一步地，所述电源引脚和数据引脚在裸片上相互独立，且在封装时短接。
一种采用温度采集单元芯片的温度采集系统，包括多个温度采集单元芯片及MCU，温度采集单元芯片有N个，N个温度采集单元芯片的数据引脚均连接至MCU的第一I/O口，第一I/O口通过上拉电阻连接电源；第一温度采集单元芯片至第N温度采集单元芯片的电源引脚分别连接MCU的第二I/O口至第N+1个I/O口。
一种采用温度采集系统的温度采集方法，包括以下步骤：
(1)在第二I/O口至第N+1个I/O口中，MCU根据需要采集的温度采集单元芯片选择一个I/O口供电，其余I/O口不为温度采集单元芯片供电；
(2)被供电的温度采集单元芯片在通电后主动启动一次或间隔连续启动多次温度采集，并在每次温度采集后主动向MCU发送采集数据；
(3)MCU选择另一I/O口供电，重复执行步骤(2)。
一种采用温度采集单元的温度采集系统，包括多个温度采集单元芯片及MCU，温度采集单元芯片有N个，N个温度采集单元芯片的数据引脚均连接至MCU的第一I/O口；N个温度采集单元芯片的电源引脚均连接电源；每个温度采集单元芯片的存储器中存储各自唯一的地址。
一种采用温度采集系统的温度采集方法，包括以下步骤：
(1)MCU通过第一I/O口向N个温度采集单元芯片发送请求信号，所述请求信号包括起始信号；
(2)N个温度采集单元芯片接收MCU发出的请求信号，若请求信号不包括温度采集单元地址，则执行步骤(3)；若请求信号包括温度采集单元地址，则执行步骤(4)；
(3)N个温度采集单元芯片均执行命令，待接收到包含温度采集单元地址的请求信号时，将该地址与自身存储器中存储的地址进行比对，若比对成功，直接向MCU发送应答数据；若比对不成功，则不作任何处理，等待下一个请求信号；
(4)N个温度采集单元芯片将该地址与自身存储器中存储的地址进行比对，若比对成功，则执行命令并发送应答数据；若比对不成功，则不作任何处理，等待下一个请求信号。
一种采用温度采集单元芯片的温度采集系统，包括温度采集单元芯片及MCU，温度采集单元芯片的电源引脚和数据引脚均与MCU的第一I/O口连接，MCU的第一I/O口通过上拉电阻连接电源。
一种采用温度采集单元芯片的温度采集系统，包括温度采集单元芯片及MCU，温度采集单元芯片的数据引脚连接MCU的第一I/O口，温度采集单元芯片的电源引脚连接MCU的第二I/O口，温度采集单元芯片的电源引脚与数据引脚之间连接电阻。
本发明提供一种温度采集单元芯片及温度采集系统，相比较现有技术，具有以下优点：温度采集结果异步串行输出，可以适用于各种不同场所，局限性小，性更强，除了可以外接MCU外，还可以直接连接PC机等设备，满足更多应用场景，使用更加方便；该系统可以连接多个温度传感器，采用单总线协议传输信号，使系统的结构更加简单，引脚使用更少，芯片体积更小，系统结构更加紧凑。
附图说明
图1为实施例一温度采集单元芯片的内部结构示意图；
图2为实施例一温度采集系统的结构示意图；
图3为实施例二温度采集系统的结构示意图；
图4为实施例三温度采集系统的结构示意图；
图5为实施例四温度采集单元芯片第一种设计的内部结构示意图；
图6为实施例四温度采集单元芯片第二中设计的内部结构示意图；
图7为实施例四温度采集单元芯片第三中设计的内部结构示意图；
图8为实施例四温度采集系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步解释说明。
实施例一：
如图1所示，一种温度采集单元芯片，包括温度传感器、控制器、时钟、存储器、异步收发器、NMOS管、电源引脚、数据引脚及地引脚；所述温度传感器、时钟、存储器及异步收发器均与控制器连接，NMOS管的栅极与异步收发器的发送端连接，NMOS管的漏极连接数据输出引脚，NMOS管的源极连接地引脚；控制器的电源接口连接电源引脚。
图1中虚线表示裸片，所述数据引脚、电源引脚在裸片上相互独立。但在封装层面，数据引脚和电源引脚可以相互独立，即图1所示，也可以短接形成同一个外引脚，即数据引脚和电源引脚共用。
温度传感器用于温度信号的采集；时钟用于提供内部时钟；控制器用于内部协议格式及数据编码收发；所述存储器为EEPROM、Flash、MTP、OTP中的一种或几种，存储器用于存储校准数据和/或温度采集单元的总线地址；异步收发器用于数据转换通信。
如图2，温度采集系统包括一个温度采集单元芯片及MCU，温度采集单元芯片的电源引脚和数据引脚均与MCU的第一I/O口I/O0连接，MCU的第一I/O口通过上拉电阻连接电源。电源引脚和数据引脚共用一个I/O口，通过单总线协议传输信号，该结构的数据引脚和电源引脚可以共用。
温度采集单元芯片以串行总线输出信号，除了可以外接MCU外，还可以直接连接PC机等设备，满足更多应用场景，使用更加方便，局限性小，性更强。
实施例二：
如图3所示，实施例二的温度采集单元芯片与实施例一的结构相同。其温度采集系统包括一个温度采集单元芯片及MCU。温度采集单元芯片的数据引脚连接MCU的第一I/O口I/O0，温度采集单元芯片的电源引脚连接MCU的第二I/O口I/O1，温度采集单元芯片的电源引脚与数据引脚之间连接电阻R。本实施例的系统可以进一步体现省电的优点。
实施例三：
如图4所示，温度采集系统包括两个温度采集单元芯片及MCU，温度采集单元芯片的内部结构组成与实施例一相同。实际可以根据需要增加温度采集单元芯片的个数，原理及连接方式相同。两个温度采集单元芯片的数据引脚均连接至MCU的第一I/O口I/O0，第一I/O口通过上拉电阻连接电源；第一温度采集单元芯片T1、第二温度采集单元芯片T2的电源引脚分别连接MCU的第二I/O口I/O1和第三I/O口I/O2。多个温度采集单元芯片共用数据传输口，通过对其中一个温度采集单元芯片进行供电来选通该传感器，不供电的温度采集单元不工作。
使用该温度采集系统的温度采集方法，包括以下步骤：
(1)在第二I/O口至第N+1个I/O口中，MCU根据需要采集的温度采集单元芯片选择一个I/O口供电，其余I/O口不为温度采集单元芯片供电；
(2)被供电的温度采集单元芯片在通电后主动启动一次或间隔连续启动多次温度采集，并在每次温度采集后主动向MCU发送采集数据；
(3)MCU选择另一I/O口供电，重复执行步骤(2)。
实施例四：
如图5所示，本实施例的温度采集单元芯片与实施例一相比，还包括输入缓冲器，所述输入缓冲器的输入端连接数据引脚，输入缓冲器的输出端连接异步收发器。如图5和图6所示，输入缓冲器的输入端与NMOS管的漏极在裸片层面是相互独立的或者短接在一起。当输入缓冲器的输入端和NMOS管的漏极在裸片层面相互独立时，在封装时可以短接成一个数据引脚，如图5；也可以分别形成不同引脚，即图7中的数据输入引脚DQ1和数据输出引脚DQ2。该实施例中温度采集单元芯片增加了输入缓冲器，用于接收从MCU传输过来的请求信号。
如图8，温度采集系统包括两个温度采集单元芯片及MCU，实际可以根据需要增加温度采集单元芯片的个数，原理及连接方式相同。两个温度采集单元芯片的数据引脚均连接至MCU的第一I/O口I/O0；两个温度采集单元芯片的电源引脚均直接连接电源或通过上拉电阻连接电源。多个温度采集单元芯片共用数据传输口，通过寻址的方式选通相应的温度采集单元工作。
多个温度采集单元芯片连接一个MCU时，采用该方式连接，仅需要一个I/O口，节省I/O口，减小芯片体积，降低成本。在实际应用中，MCU的一个I/O口通常不同时具备发送和接收的能力，只能二者之一，因此本实施例中的MCU的第一I/O口通常由MCU自带异步收发器的发送输出引脚和接收输入引脚短接而成。
采用该温度采集系统的温度采集方法，包括以下步骤：
(1)MCU通过第一I/O口向N个温度采集单元芯片发送请求信号，所述请求信号包括起始信号(break信号)。因为N个温度采集单元芯片与MCU通过总线连接，所以需要在请求信号中设置break信号，以便于温度采集单元辨别出MCU发送的请求信号，实际工作中，除了使用break信号作为起始信号，也可以通过在请求信号中增加一个分辨位，利用分辨位的值辨别出MCU发送的请求信号；
(2)N个温度采集单元芯片接收MCU发出的请求信号，若请求信号不包括温度采集单元地址，则执行步骤(3)；若请求信号包括温度采集单元地址，则执行步骤(4)；
(3)N个温度采集单元芯片均执行命令，待接收到包含温度采集单元地址的请求信号时，将该地址与自身存储器中存储的地址进行比对，若比对成功，直接向MCU发送应答数据；若比对不成功，则不作任何处理，等待下一个请求信号；
(4)N个温度采集单元芯片将该地址与自身存储器中存储的地址进行比对，若比对成功，则执行命令并发送应答数据；若比对不成功，则不作任何处理，等待下一个请求信号。
由于采集温度较为耗时，所以为了提高工作效率，该方法中MCU会先发送不包含温度采集单元地址的请求信号，先让所有的温度采集单元统一采集，然后再根据需要发送地址逐一获取数据，这样会使得采集时间更短，采集数据更多，以提高工作效率。
Claims (11)
1.一种温度采集单元芯片，其特征在于，包括温度传感器、控制器、时钟、存储器、异步收发器、NMOS管、电源引脚、数据引脚及地引脚，所述温度传感器、时钟、存储器及异步收发器均与控制器连接，NMOS管的栅极与异步收发器的发送端连接，NMOS管的漏极连接数据引脚，NMOS管的源极连接地引脚；控制器的电源接口连接电源引脚。
2.根据权利要求1所述的温度采集单元芯片，其特征在于，还包括输入缓冲器；输入缓冲器的输入端连接数据引脚，输入缓冲器的输出端连接异步收发器。
3.根据权利要求2所述的温度采集单元芯片，其特征在于，所述输入缓冲器的输入端和NMOS管的漏极在裸片上相互独立或在裸片上短接。
4.根据权利要求2所述的温度采集单元芯片，其特征在于，所述数据引脚包括数据输入引脚和数据输出引脚，输入缓冲器的输入端连接数据输入引脚，NMOS管的漏极连接数据输出引脚。
5.根据权利要求1至3任一所述的温度采集单元芯片，其特征在于，所述电源引脚和数据引脚在裸片上相互独立，且在封装时短接。
6.一种采用如权利要求1至5任一所述的温度采集单元芯片的温度采集系统，其特征在于，包括多个温度采集单元芯片及MCU，温度采集单元芯片有N个，N个温度采集单元芯片的数据引脚均连接至MCU的第一I/O口，第一I/O口通过上拉电阻连接电源；第一温度采集单元芯片至第N温度采集单元芯片的电源引脚分别连接MCU的第二I/O口至第N+1个I/O口。
7.一种采用如权利要求6所述的温度采集系统的温度采集方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在第二I/O口至第N+1个I/O口中，MCU根据需要采集的温度采集单元芯片选择一个I/O口供电，其余I/O口不为温度采集单元芯片供电；
(2)被供电的温度采集单元芯片在通电后主动启动一次或间隔连续启动多次温度采集，并在每次温度采集后主动向MCU发送采集数据；
(3)MCU选择另一I/O口供电，重复执行步骤(2)。
8.一种采用如权利要求2至5任一所述的温度采集单元的温度采集系统，其特征在于，包括多个温度采集单元芯片及MCU，温度采集单元芯片有N个，N个温度采集单元芯片的数据引脚均连接至MCU的第一I/O口；N个温度采集单元芯片的电源引脚均连接电源；每个温度采集单元芯片的存储器中存储各自唯一的地址。
9.一种采用如权利要求8所述的温度采集系统的温度采集方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)MCU通过第一I/O口向N个温度采集单元芯片发送请求信号，所述请求信号包括起始信号；
(2)N个温度采集单元芯片接收MCU发出的请求信号，若请求信号不包括温度采集单元地址，则执行步骤(3)；若请求信号包括温度采集单元地址，则执行步骤(4)；
(3)N个温度采集单元芯片均执行命令，待接收到包含温度采集单元地址的请求信号时，将该地址与自身存储器中存储的地址进行比对，若比对成功，直接向MCU发送应答数据；若比对不成功，则不作任何处理，等待下一个请求信号；
(4)N个温度采集单元芯片将该地址与自身存储器中存储的地址进行比对，若比对成功，则执行命令并发送应答数据；若比对不成功，则不作任何处理，等待下一个请求信号。
10.一种采用如权利要求1至5任一所述的温度采集单元芯片的温度采集系统，其特征在于，包括温度采集单元芯片及MCU，温度采集单元芯片的电源引脚和数据引脚均与MCU的第一I/O口连接，MCU的第一I/O口通过上拉电阻连接电源。
11.一种采用如权利要求1至5任一所述的温度采集单元芯片的温度采集系统，其特征在于，包括温度采集单元芯片及MCU，温度采集单元芯片的数据引脚连接MCU的第一I/O口，温度采集单元芯片的电源引脚连接MCU的第二I/O口，温度采集单元芯片的电源引脚与数据引脚之间连接电阻。
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