AN2810_RU - НТЛ Элин

Application Note 2810
Процедура подстройки и программная коррекция DS2422
}{ Перевод выполнен НТЛ ЭлИн (http://www.elin.ru), август 2004
Введение
За исключением небольшого сегмента ПЗУ начальных значений, хранение данных в памяти микросхемы
DS2422S (далее DS2422) требует наличия внешнего источника питания. Несмотря на то, что
технологически можно записывать данные в память микросхемы DS2422, когда она еще расположена на
полупроводниковой пластине в виде кристалла вместе с интегральными заготовками других таких же
логгеров, проведение процедур калибровки температурного преобразователя на этой стадии не
осуществимо. В дополнение к этому, такая калибровка не сможет скомпенсировать сдвиги характеристики
преобразования на технологических стадиях корпусировки и изготовления конечного продукта. Поэтому с
целью максимального повышения точности температурных измерений проведение процедуры калибровки
встроенного в DS2422 термометра следует производить как можно позже, то есть после того, как изделие
на базе этой микросхемы уже полностью готово к эксплуатации.
Калибровочная процедура двухточечной подстройки является минимальной подготовкой, необходимой для
повышения точности измерения температуры микросхемой DS2422S. Для ее выполнения требуется
температурная тестовая климатическая камера, обеспечивающая равномерное распределение
температуры и включающая прецизионный эталонный измеритель.
Для дальнейшего увеличения точности температурных измерений можно сохранить в ячейках памяти
калибровочных констант DS2422S эталонные значения температуры и соответствующие им результаты
преобразований, выполненные микросхемой в дополнительных опорных точках диапазона регистрации, и
затем использовать эти данные совместно со специальным алгоритмом программной коррекции.
Подробнее см. в разделе «Получение данных для программной коррекции» и «Выполнение программной
коррекции».
1. Двухточечная подстройка.
Цель этой калибровочной процедуры – точно определить индивидуальные для каждой из микросхем
значения коэффициентов подстройки: Наклон (CLEN) и Сдвиг (Treset) характеристики температурного
преобразования, которые автоматически учитываются DS2422 в процессе реализации любого
температурного преобразования. Значения коэффициентов подстройки располагаются в памяти
микросхемы по адресам 0404h÷0405h (Treset) и 0406h÷0407h (CLEN) в составе страницы Регистра
Подстройки. Получение значений коэффициентов подстройки проводится в двух точках диапазона
регистрации DS2422: при +60ºС (Tref1 – верхняя опорная точка) и при -10ºС (Tref2 – нижняя опорная точка).
В Таблице1 приведены константы и параметры, используемые в процессе реализации процедуры
получения данных для двухточечной подстройки.
Таблица 1. Константы и параметры процедуры двухточечной подстройки.
Обозначение Значение Единицы
Описание
Константа, разрешение (чувствительность)
К1
0,0625
ºС
Константа, для выполнения операции перевода из ºС в К
К2
273
--Сдвиг, начальное значение по умолчанию, в шестнадцатеричном формате
Treset_init
116B
--Сдвиг, начальное значение по умолчанию, в десятичном формате
Treset_init_D
4459
--Наклон, начальное значение по умолчанию, в шестнадцатеричном формате
CLEN_init
12A6
--Наклон, начальное значение по умолчанию, в десятичном формате
CLEN_init_D
4774
--Верхняя опорная точка, номинальное значение
Tref1
60
ºС
Нижняя опорная точка, номинальное значение
Tref2
-10
ºС
Температура в верхней опорной точке, по показаниям эталоного измерителя
Tref1_D
ºС
Температура в нижней опорной точке, по показаниям эталонного измерителя
Tref2_D
ºС
Температура в верхней опорной точке, измеренная DS2422, в шестнадцатеричном
Tread1
--формате
Температура в нижней опорной точке, измеренная DS2422, в шестнадцатеричном
Tread2
--формате
Температура в верхней опорной точке, измеренная DS2422, в десятичном формате
Tread1_D
ºС
Температура в нижней опорной точке, измеренная DS2422, в десятичном формате
Tread2_D
ºС
1 из 5
Перевод App.Note2810 от НТЛ ЭлИн
Для получения данных, необходимых для проведения подстройки, нужно выполнить следующие
шаги:
•
Поместить прибор, изготовленный на базе DS2422 в тестовую климатическую камеру. При этом
необходимо: подать питание на вывод Vbat микросхемы, подключить DS2422 к персональному
компьютеру через 1-Wire-интерфейс и запустить ее внутренний генератор;
•
Выбрать для DS2422 регистрацию температуры с высоким разрешением (TLFS=1);
•
Установить в климатической камере температуру, равную температуре опорной точки Tref1 (+60ºС);
•
После стабилизации температуры в климатической камере считать показания эталонного
измерителя камеры в ºС (Tref1_D) и сохранить их;
•
Сразу же после считывания значения Tref1_D послать к DS2422 команду Принудительное
Преобразование и выполнить температурное преобразование;
•
Считать по адресам 020Сh÷020Dh памяти DS2422 значение Tread1, затем конвертировать его в
десятичный формат ºС и сохранить, как Tread1_D вместе с Tref1_D;
•
Установить в климатической камере температуру, равную температуре опорной точки Tref2 (-10ºС);
•
После стабилизации температуры в климатической камере считать показания эталонного
измерителя камеры в ºС (Tref2_D) и сохранить их;
•
Сразу же после считывания значения Tref2_D послать к DS2422 команду Принудительное
Преобразование и выполнить температурное преобразование;
•
Считать по адресам 020Сh÷020Dh памяти DS2422 значение Tread2, затем конвертировать его в
десятичный формат ºС и сохранить, как Tread2_D вместе с Tref2_D;
Для определения новых значений, записываемых в ячейки страницы Регистра Подстройки,
необходимо произвести следующие вычисления:
Ratio = (Tread1_D + K2) / (K1 × 2 × (CLEN_init_D +1))
CLEN_new_D = (CLEN_init_D +1) × (Tref1_D – Tref2_D) / (Tread1_D – Tread2_D) – 1
Tread1_new_D = 2 × (CLEN_new_D +1) × Ratio × K1 – K2
Tzero_adjust_D = (Tref1_D – Tread1_new_D) / K1
Treset_new_D = Treset_init_D + Tzero_adjust_D
Затем нужно округлить полученное значение Treset_new_D до целого числа и конвертировать его в
шестнадцатеричный формат, получив Treset_new. А полученное значение CLEN_new_D также нужно
округлить до целого числа и конвертировать его в шестнадцатеричный формат, получив CLEN_new.
Полученные значения следует записать соответственно по адресам 0404h÷0405h (Сдвиг характеристики
преобразования) и 0406h÷0407h (Наклон характеристики преобразования), при этом младший байт
записывается в ячейку с младшим адресом.
На этом на этом процедура двухточечной подстройки считается законченной. Полученные в ходе ее
реализации значения коэффициентов будут сохраняться в памяти DS2422 до тех пор, пока не будет снято
питание с вывода Vbat. После снятия питания эти значения коэффициентов можно использовать и в
дальнейшем, перезаписав их повторно в соответствующие ячейки страницы Регистра Подстройки.
Обязательным условием при этом является сохранение уровня напряжения на выводе Vbat при
эксплуатации DS2422 таким же, как и на стадии реализации процедуры калибровки.
2. Получение данных для программной коррекции.
Точность измерений температуры, выполненных DS2422, можно еще повысить посредством постобработки
(программной коррекции). Алгоритм программной коррекции использует три опорные точки в
регистрируемом микросхемой температурном диапазоне: Tref1, Tref2 и Tref3 . Первые две из этих точек
идентичны верхней и нижней опорным точкам, используемым при реализации двухточечной подстройки, а
третья опорная точка лежит посередине диапазона, ограниченного значениями Tref1 = -10ºС и Tref2 = +60ºС
и равна +25ºС.
Для реализации программной коррекции необходимо иметь информацию о показаниях эталонного
термометра и результатах преобразования DS2422 в каждой их трех опорных точек. Показания эталонного
термометра и результаты преобразования прибора, изготовленного на базе DS2422, в точках Tref2 и Tref3
2 из 5
Перевод App.Note2810 от НТЛ ЭлИн
заносятся в специальный раздел памяти калибровочных констант микросхемы. Согласно методу
двухточечной подстройки погрешность результатов преобразований DS2422 в опорной точке Tref1 такая
же, как и в опорной точке Tref2, поэтому для опорной точки Tref1 результаты сохранять уже не нужно.
Таблица 2. Данные, необходимые для программной коррекции.
Обозначение Значение
Единицы
Описание
Tref1
60
ºС
Верхняя опорная точка, номинальное значение
Tref2
-10
ºС
Нижняя опорная точка, номинальное значение
Tref3
25
ºС
Средняя опорная точка, номинальное значение
Tref2_D
ºС
Показания эталонного термометра в нижней опорной точке в
десятичном формате
Tref3_D
ºС
Показания эталонного термометра в средней опорной точке в
десятичном формате
Tread2
---
Результат преобразования DS2422 в нижней опорной точке, в
шестнадцатеричном формате
Tread3
---
Результат преобразования DS2422 в средней опорной точке, в
шестнадцатеричном формате
Для получения данных, необходимых для проведения программной коррекции, нужно проделать
шаги, аналогичные шагам, подробно описанным в разделе 1 этого документа, но для опорных точек
Tref2 и Tref3. Рассмотрим эту процедуру подробнее:
•
Поместить прибор, изготовленный на базе DS2422 в тестовую климатическую камеру. При этом
необходимо: подать питание на вывод Vbat микросхемы, подключить DS2422 к персональному
компьютеру через 1-Wire-интерфейс и запустить ее внутренний генератор;
•
Выбрать для DS2422 регистрацию температуры с высоким разрешением (TLFS=1);
•
Установить в климатической камере температуру, равную температуре опорной точки Tref2 (-10ºС);
•
После стабилизации температуры в климатической камере считать показания эталонного
измерителя камеры в ºС (Tref2_D) и сохранить их;
•
Сразу же после считывания значения Tref2_D послать к DS2422 команду Принудительное
Преобразование и выполнить температурное преобразование;
•
Считать по адресам 020Сh÷020Dh памяти DS2422 значение Tread2 и затем сохранить его в памяти
калибровочных констант DS2422 вместе со значением Tref2_D;
•
Установить в климатической камере температуру, равную температуре опорной точки Tref3 (+25ºС);
•
После стабилизации температуры в климатической камере считать показания эталонного
измерителя камеры в ºС (Tref3_D) и сохранить их;
•
Сразу же после считывания значения Tref3_D послать к DS2422 команду Принудительное
Преобразование и выполнить температурное преобразование;
•
Считать по адресам 020Сh÷020Dh памяти DS2422 значение Tread3 и затем сохранить его в памяти
калибровочных констант DS2422 вместе со значением Tref3_D;
Теперь в памяти калибровочных констант Ds2422 должны быть сохранены четыре значения: Tref2_D,
Tread2, Tref3_D и Tread3.
На этом приготовления, необходимые для осуществления программной коррекции результатов
температурных преобразований, выполняемых DS2422, можно считать законченными. Полученные
константы будут сохраняться в памяти калибровочных констант до тех пор, пока не будет снято питание с
вывода Vbat микросхемы DS2422. После снятия питания эти константы можно использовать и в
дальнейшем, перезаписав их повторно в соответствующие ячейки памяти калибровочных констант DS2422.
Обязательным условием при этом является сохранение уровня напряжения на выводе Vbat при
эксплуатации DS2422 таким же, как и на стадии реализации процедуры калибровки.
Если необходимо совпадение процедуры программной коррекции прибора, построенного на базе DS2422, с
процедурой программной коррекции, используемой для защищенного регистратора DS1922L-F5, следует
преобразовать значения Tref2_D и Tref3_D в шестнадцатеричный формат (Tref2_H, Tref3_H) и сохранить
вместе со значениями Tread2, Tread3 в специальных ячейках памяти калибровочных констант, как показано
в Таблице 3
3 из 5
Перевод App.Note2810 от НТЛ ЭлИн
Таблица 3. Сохранение данных для программной коррекции.
Адрес
Значение
Описание
0240h ÷ 0241h
Tref2_H
Показания эталонного термометра в нижней опорной точке, конвертированные в
шестнадцатеричный формат. Старший байт размещен по младшему адресу.
0242h ÷ 0243h
Tread2
Результат преобразования DS2422 в нижней опорной точке Tref2. Шестнадцатеричный
формат. Старший байт размещен по младшему адресу.
0244h ÷ 0245h
Tref3_H
Показания эталонного термометра в средней опорной точке, конвертированные в
шестнадцатеричный формат. Старший байт размещен по младшему адресу.
0246h ÷ 0247h
Tread3
Результат преобразования DS2422 в средней опорной точке Tref3. Шестнадцатеричный
формат. Старший байт размещен по младшему адресу.
3. Реализация программной коррекции.
Алгоритм программной коррекции состоит из трех стадий: 1) получение (считывание из памяти
калибровочных констант) и преобразование (конверсия в десятичную систему счисления) необходимых
данных, 2) вычисление коэффициентов коррекции, 3) непосредственно коррекция результатов измерения.
Коррекция подразумевает, что регистрация осуществляется в шестнадцатиразрядном формате данных
(разрешение температурного преобразования - 11 разрядов). Коррекция для температурного
преобразования с 8-разрядным разрешением не улучшит точность измерений.
Преобразование значений, сохраненных в памяти калибровочных констант, в десятичный формат
ºС
Tref2_D
Показания эталонного термометра в опорной точке Tref2, конвертированные в десятичный
формат и выраженные в ºС
Tref3_D
Показания эталонного термометра в опорной точке Tref3, конвертированные в десятичный
формат и выраженные в ºС
Tread2_D
Результат
преобразования
DS2422
соответствующий
конвертированный в десятичный формат и выраженный в ºС
показаниям
Tref2_D,
Tread3_D
Результат
преобразования
DS2422
соответствующий
конвертированный в десятичный формат и выраженный в ºС
показаниям
Tref3_D,
Вычисление коэффициентов коррекции
Err2 = Tread2_D - Tref2_D
Err3 = Tread3_D – Tref3_D
Err1 = Err2
Tref1 = 60ºС
2
2
2
2
2
B=
(Tref2_D – Tref1 ) × (Err3 – Err1) / [(Tref2_D - Tref1 ) × (Tref3_D – Tref1) + (Tref3_D –
2
– Tref1 ) × (Tref1 – Tref2_D)]
A=
B × (Tref1 – Tref2_D) / (Tref2_D – Tref1 )
C=
Err1 – A × Tref1 – B × Tref1
2
2
2
Коррекция результатов измерений
Tcorr =
2
Tread – (A × Tread +B × Tread + C),
Здесь Tread – это выраженный в ºС некорректированный результат температурного преобразования,
выполненного микросхемой DS2422.
Вычислив коэффициенты коррекции один раз, их можно использовать и в дальнейшем для увеличения
точности результатов преобразования температуры, выполненных с 11-разрядным разрешением этим
конкретным прибором.
4 из 5
Перевод App.Note2810 от НТЛ ЭлИн
Общие рекомендации
• Если позволяют габариты тестовой климатической камеры, можно поместить в нее несколько приборов
построенных на базе DS2422 и производить циклы нагрева/охлаждения одновременно для нескольких
изделий сразу. Это сэкономит время, так как переход от одной опорной контрольной точки к другой может
занять около часа.
• Если планируется программная коррекция, можно получить данные для нее в процессе проведения
процедуры двухточечной подстройки. После записи значений CLEN_new и Treset_new в соответствующие
ячейки страницы Регистра Подстройки прибор, построенный на базе DS2422, уже готов к
преобразованию, в результате которого может быть определено требуемое значение в точке Tref2,
необходимое для реализации программной коррекции. Это сэкономит время, если тестовая
климатическая камера в этот момент выставлена на именно эту точку.
• Электронная таблица для вычислений и преобразований форматов, используемых в этом документе,
реализованная в виде макроса программы Exсel, может быть загружена по адресу:
http://www.ibutton.com/software/ibutton/AN2810_DS2422_Trim.zip
}{ Научно-техническая Лаборатория ЭлИн (Электронные Инструменты),
октябрь 2004 года.
Internet: http://www.elin.ru eMail: [email protected]
Телефоны для справок (909)694-95-87, (916)389-18-61,
(985)043-82-51.
5 из 5
Перевод App.Note2810 от НТЛ ЭлИн