10.5 集成数字式传感器
10.5.1 集成数字温度传感器
TMP101是一种低功耗、高精度数字温度传感器。它采用与I2C和SMBus相兼容的2线数字接口，可应用于许多高分辨率和宽量程测量场合，如温度控制系统、个人计算机保护、电子测试仪器、办公设备以及生物医学仪器等方面。TMP101内部带有数字温度传感器、温度窗口比较器和I2C串行总线接口。通过一个带隙型温度传感器和一个12位Δ-∑AD转换器将采集的温度存储在内部的温度寄存器中。器件可根据用户需要在温度上下限寄存器中设定的THIGH和TLOW，在温度窗口比较器中决定是否启动报警输出。控制TMP101的主机可以对温度窗口上、下限进行设置，TMP101自身的可编程迟滞特性与故障队列能将误报情况减至最少。系统上电后器件处于一种默认阈值状态，其温度报警默认阈值为:下限温度TLOW＝75℃，上限温度THIGH＝80℃。TMP101的功能实现和工作方式主要由内部的5个寄存器来确定，这些寄存器分别是地址指针寄存器（Point Register）、温度值寄存器（Temperature Register）、配置寄存器（Configuration Register）、温度上限寄存器（THIGH Register）和温度下限寄存器（TLOW Register）。其中器件的工作方式主要通过对配置寄存器的设置来实现。
TMP101的供电电压范围为2.7～5.5V，转换精度在9～12bits可选，分辨力高达0.0625℃。器件工作温度为-55～125℃，最大测量温度差超过150℃。
10.5.2 集成数字加速度传感器
ADXL210是一种带有串行循环数字信号输出、用于测量加速度和倾角的传感器。
ADXL210内部结构如图10-38（a）。X/Y轴传感器输出信号经解调得到电压模拟信号，并通过内部额定的32kΩ电阻上拉驱动循环调制电路（DCM），经DCM后XOUT/YOUT输出与加速度成比例的循环数字信号。其调制周期T2可由Rset设置为0.5～10ms（T2＝Rset/125MΩ），如图10-38（b）所示。因此占空比T1/T2决定了加速度信号的大小及正负。
图10-38 ADXL210集成数字加速度传感器
（a）内部结构；（b）调制信号
ADXL210可测量双轴向加速度，其特点是:输出循环数字信号，可与计数电路或单片机直接接口，无需放大、A/D电路；可测量动态加速度（如振动）和静态加速度（如重力加速度）；低功耗（＜0.6mA），单电源供电＋3～＋5.25V；只需调节外接电容就可方便地调整信号带宽；只需调节外接电阻就可方便地调整数字信号的循环输出周期；测量范围为±10g。
10.5.3 集成数字图像传感器
目前常用的图像传感器一般有两种CCD和CMOS（参见8.4.3）。CCD一般需要高速A/D转换电路将采集的图像数字化。而CMOS是最近几年发展起来的一种图像传感器，CMOS对光照速度的要求比CCD的要求高，但CMOS传感器易于集成，接口简单，内部一般集成A/D，可直接输出数字图像信号，成本也较低，因而CMOS图像传感器的应用越来越普及。
单片CMOS图像传感器OV7620将所有的电路集成在一个芯片上，具有体积小、成本低、数字图像质量高、控制功能强、使用灵活方便等特点。OV7620除了具有CMOS图像传感器的特点之外，还具有如下显著的特点:
（1）326，688像素，感光面积1/3英寸，VGA/QVGA格式；
（2）以隔行扫描和逐行扫描的方式输出彩色/黑白图像数据；
（3）输出数据格式有；YCrCb4∶2∶2，RGB4∶2∶2和RGB原始图像数据；
（4）按CCIR601，CCIR656和ZV接口的方式输出8位或16位的图像数据；
（5）成像面积4.86＊3.64mm2，像素尺寸7.6μm＊7.6μm；
（6）通过SCCB总线可以对任意内部寄存器进行配置，以达到所要求的图像；
（7）输出窗口可从4＊4到664＊492之间任意调整；
（8）自动增益和白电平平衡控制，1～500倍的自动曝光范围；
（9）能进行亮度、对比度、伽玛、饱和度和清晰度等多种调校功能；
（10）单5V供电，工作功耗小于120mW，待机功耗小于10μW。
图10-39 OV7620集成数字图像传感器结构框图
OV7620集成数字图像传感器结构框图如图10-39所示。包括一个664＊492的感光阵列、帧（行）控制电路、视频时序产生电路、模拟信号处理电路、A/D转换电路、数字信号处理电路及I2C编程接口。其工作原理可以简单叙述为:664＊492像素的图像阵列扫描输出原始的R、G、B彩色图像数据，经模拟处理电路进行曝光、校正和白电平调制等处理后，变为两种输出:RGB和YCrCb，其中YCrCb由下面的公式从RGB原始数据转换而来。
Y＝0.59G＋0.31R＋0.11B
Cr＝0.713＊（R-Y）
Cb＝0.564＊（B-Y）
然后这两路模拟视频信号进入两个A/D转换器中，这两个A/D转换器一个供给Y/RG通道，另一个由CrCb/BG分享。经A/D转换过的数字图像数据流在格式化器中被进一步处理，由视频接口输出标准数字视频图像信号。
习题与思考题
10-1 试解释直线式感应同步器滑尺上的两相绕组间的距离可以是（n/2＋1/4）W的原因。
10-2 直线式感应同步器在接长使用时应注意哪些问题？
10-3 试述光栅利用莫尔条纹进行位移测量的基本原理。
10-4 根据图10-15辨向原理，当主光栅向左或向右运动时，试画出其电路各点的波形，并分析辨向的工作原理。
10-5 根据长光栅的运动辨向和细分原理，试设计用3个“光源-光电元件”对，实现八倍频直接细分的结构。尽可能完整地画出它的电原理图和对应的波形图。
10-6 按表10-1画出格雷码的码盘编码图案。
10-7 试述如何用其他集成电路来实现四倍频细分电路？
10-8 试比较频率式传感器与脉冲式传感器的异同。
10-9 试述测量频率式传感器输出频率的两种基本方法及其特点。
10-10 试分析环境温度变化如何影响振弦式传感器的灵敏度？
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