【应用】自带LCD驱动的数模混合型SoC LH32M0S3用于高精度温度测量,有效节省电路器件

2022-12-05 领慧立芯公众号
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温度是世界上最广泛测量的物理现象。温度传感器主要有热电偶、RTD、红外等。PT1000、热电偶、红外等作为工业领域广泛应用的测温元件,被大量应用于电厂、建材、煤化工、冶金、供热、工程机械热处理、煤质化验等测控领域。本文介绍了基于一款领慧立芯推出的数模混合型SoC LH32M0S3的高精度温度测量方案,相较传统的测温方案,其测量电路成本大大降低,而测量精度显著提高。


LH32M0S3简介

结构框图


功能特性

  • 内核

32位ARM®Cortex®-M0 CPU

最高32MHz工作频率

  • 存储器

最大128Kbytes FLASH存储器

4Kbytes SRAM

  • 时钟模块

内部32MHz RC振荡器(HRC),典型情况下精度±1%

内部32kHz RC振荡器(LRC),典型情况下精度±10%

32.768kHz低速晶体振荡器(LXT)

  • 工作环境

VDD电压:2.2~3.6V

VDDA 电压:2.2~3.6V

温度范围:-40~105℃

  • 电源管理

低功耗模式:睡眠,深度睡眠和掉电模式

支持上电/掉电复位(POR/PDR)
支持低电压检测(LVD)

  • 通用输入输出

35个I/O支持最高32MHz工作频率

支持中断向量

  • 高精度模数转换器(Sigma-Delta ADC)

24bit高精度Sigma-Delta ADC

最大支持8个外部输入通道

支持单端、差分输入

1/2/4/8/16/32/64/128倍可选增益

积分非线性(INL)最大30ppm

ADC通道温漂 2ppm/℃

输出速率8Hz~8kHz:ENOB≥19.5bit@30sps,PGA=128;ENOB≥15.4 bit@8ksps,PGA=128

硬件自动切换ADC通道,自动轮询读ADC数据,中断通知MCU或DMA

自带参考电压,输出 1.8/2.35/2.45/2.8V可选

集成温度传感器/电源电压检测通道

  • 数字比较器

快速响应的数字比较器

  • LCD Driver

集成4COM,20 SEG配置

集成charge pump

  • LED Driver

最大支持7x8段

  • 一路蜂鸣器

  • 2个定时器

4路16bit高级控制定时器(TIM1),带死区和互补控制的6通道PWM输出

4路16bit通用定时器(TIM2),带PWM输出

  • 可编程恒流源

8mA,10mA,12mA,20mA

支持PWM控制

  • OLED彩屏DMA加速模块

  • 串行单线调试(SWD)

  • 封装

LQFP48(7mmx7mm)

SSOP24(8.2mmx5.3mm)

QFN48(6mmx6mm)


测量原理

热电偶

热电偶温度传感器即镍铬-镍硅热电偶温度传感器,其由两种不同材料的金属导体组成闭合回路,一端放在被测介质中感受温度变化,另一端为冷端放置在恒定的工作环境中,当两端温度不同时,在回路中产生一定方向和大小的电动势。传感器基本构造如下图所示。


上图中AI0和AI1为SoC的差分输入,ACM为SoC的基准输出可作为外部传感器的共模输入。当冷热两端温度不同时,传感器可在AI0和AI1上产生mV级信号,将此信号经过外部滤波电路后,送入SoC内部进行信号放大,然后进入24位高精度ADC系统结构内,其测量基准选用内部高精度基准,配置好ADC合适参数,即可完成温度范围所对应的电压值测量。而对于冷端补偿,可以使用SoC的内部硅温度传感器或者一款单总线数字温度传感器进行补偿。


红外传感器

热电堆红外温度传感器中的热电堆是一种温度测量元件,它一般由两个介面原件组成,分别为Thermopile和Thermistor组成,元件和元件结构示意图如下:


热电堆红外传感器接收目标物的红外辐射,产生电压信号(Thermopile 两端信号),该电压信号跟目标温度Tobj 和环境温度Tamb 的关系如下:

V=K(F(Tobj)-F(Tamb))

其中K是校正常数;F为函数,跟传感器有关。

①经LH32M0S3内置PGA放大和高精度AD数模转换后测出Thermopile两端信号。

②LH32M0S3对NTC 的电阻阻值进行采集(Thermistor两端信号),通过查找温度-电阻表的方法将环境温度Tamb确定。

③通过计算或者查表得到目标物温度Tobj。

④得到目标温度后通过LH32M0S3驱动LCD显示实际温度,完成红外测温到显示温度的过程。其他设置温度高低阈值及报警等功能可根据需求增加。


RTD


RTD引出的三根导线截面积和长度均相同(即r1=r2=r3),如上图所示铂电阻作为电桥的一个桥臂,将一根导线(r1)接到电桥的地,其余两根(r2、r3)分别接到铂电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上,这样两桥臂都引入了相同阻值的引线电阻,引线电阻的变化对测量结果没有影响。


经LH32M0S3内置PGA放大和高精度AD数模转换后测出MCU_A+和MCU_A-之间差值,通过该差值计算出PT电阻值,然后根据PT电阻值计算出温度值,得到温度后通过LH32M0S3驱动LCD显示实际温度,完成测温到显示温度的过程。


方案介绍

下图介绍了基于SoC LH32M0S3实现RTD,热电偶,红外测温方案,该种测量方案利用AVDD来驱动三线制RTD或利用SoC内部高精度基准输出作为热电偶的负端参考,将所得到的数据送入内部24位高精度ADC进行计算分析,而后通过软件特有的算法对测量得到的值进行温度换算,最后利用内部LCD Driver驱动外部LCD作为温度的测量显示。


方案中用到的SoC集成度高,工业级可靠性,丰富的数字接口SPI,I2C,UART,内部自带LCD,LED驱动,24位高精度ADC(ENOB>=19.5bit@30sps,128增益),低温漂(2ppm/℃)可编程增益放大器,恒流源以及片上温度传感器等可以给各种应用提供丰富的可能性。


下图是demo板接PT1000和福禄克万用表同时测量水温示意图,从图中看出测出水温均为34.4℃。


测试9个温度点,绘制曲线如下图。


总结

以上温度测量方案中所用到的芯片属于内部自带LCD驱动,24位高精度ADC,低温漂可编程增益放大器的32位工业级MCU类的SoC产品,不仅从电路上解决了传统测温方案的缺陷,提高了测量精度,而且测量电路的元器件大大的减少,这也正是SoC产品相比较普通MCU加ADC芯片的优势所在。

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应达利(Interquip)石英晶体谐振器/振荡器选型指南(详细版)

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型号- 165-B SERIES,HC-49S SERIES,SMCE-1210,SMCE-1612,THHF-49S3,SMLF-1610,TC900,463-F,168-B SERIES,SMCM-3225H,463-E,168-P SERIES,163-B,163-F,163-E,165-B,SMCE-2016,SMCE-3225,VC800,SMAC-1045H,463-F SERIES,THR-1612,VC800 SERIES,SMAC-7050H,163-P,HC-49S,149-B SERIES,149-F SERIES,THHF-49S2B,THHF-49S2A,TC950 SERIES,SMCM-2016H,SMCE-2520,THR-2016,160-B SERIES,SMLF-3215,163-P SERIES,SMCE-5032,TC800,163-B SERIES,163-E SERIES,163-F SERIES,SMCM-5032H,SMCE-7050,TC800 SERIES,149-B,168-B,SMHF-49C,149-E,SMHF-49B,149-F,SMHF-49D,160-B,SMCE-6035,SMLF-2012,THR-2520,463-E SERIES,TC900 SERIES,TC950,THHF-49S,168-P,149-E SERIES

2023/6/12  - 应达利  - 选型指南 代理服务 技术支持 批量订货

医疗级模拟前端ADC芯片供应商领慧立芯,同时提供集成24位ADC的32位ARM®M0内核信号链芯片

2022年5月1日,世强先进与领慧立芯签署合作协议,领慧立芯授权世强先进代理旗下全线产品。资料显示,领慧立芯是一家中高端数模混合产品研发公司,产品包括ADC、DAC、电压基准、高精度运放,以及基于ARM核集成高精度模拟的信号链SOC/MCU,广泛应用于通讯设备、消费类电子、工业控制、医疗仪器等领域。

2022-07-01 -  公司动态 代理服务 技术支持 批量订货

【IC】2023年度园区集成电路新产品新技术场景应用征集,领慧立芯高精密信号链SOC及AFE芯片产品上榜!

近日,经发委组织“2023年度园区集成电路新产品新技术场景应用征集”。经过专家评审、企业答辩、专家质询等环节得出最终认定名单。领慧立芯:应用于光模块的高精密信号链SOC及AFE(模拟前端)高精密信号链芯片产品上榜!

2024-04-08 -  产品 代理服务 技术支持 批量订货
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品牌:领慧立芯

品类:MCU

价格:¥11.2500

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品牌:瑞纳捷

品类:国密安全芯片

价格:¥6.3333

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品牌:SILICON LABS

品类:Wireless Gecko SoC

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品牌:SILICON LABS

品类:Mighty Gecko Multi-Protocol Wireless SoC

价格:¥27.0929

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品牌:SILICON LABS

品类:Wireless SoC

价格:¥31.7756

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品牌:SILICON LABS

品类:Wireless SoC

价格:¥19.9760

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品牌:芯海

品类:蓝牙芯片

价格:¥3.3334

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品牌:SILICON LABS

品类:Wireless SoC

价格:¥35.3989

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品牌:SILICON LABS

品类:Wireless Gecko SoC

价格:¥10.4994

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品牌:SILICON LABS

品类:Wireless SoC

价格:¥25.6438

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品牌:紫光展锐

品类:蜂窝通信芯片

价格:¥5.9241

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品牌:海思

品类:IC

价格:¥61.6424

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品牌:海思

品类:IC

价格:¥60.3549

现货:6,500

品牌:海思

品类:IC

价格:¥63.7125

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品牌:汇顶科技

品类:NB-IoT系列芯片(SoC)

价格:¥9.4889

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品牌:汇顶科技

品类:蓝牙系统级芯片

价格:¥4.5889

现货:2,190

品牌:地平线

品类:SOC

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品牌:SILICON LABS

品类:Wireless SoC

价格:¥15.1400

现货:1,455

品牌:汇顶科技

品类:NB-IoT系列芯片(SoC)

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品牌:君正

品类:SOC

价格:¥23.3900

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双组份环氧胶定制

可定制环氧胶的粘度范围(混合后):1000-50000 mPa·s;固化方式:可加热、仅室温、可UV;其他参数如外观颜色、硬度等也可按需定制。

最小起订量: 1支 提交需求>

粘结钕铁硼磁铁定制

可定制内充多极外充多极,平面多极和内外螺旋型各类充磁产品,多级充磁最多可做256极,通过环氧树脂加入稀土,模具压制支持多尺寸定制,

最小起订量: 1 提交需求>

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