基础任务(必须完成):
额外任务(可完成全部额外任务,或者其中部分,也可以自行扩展):
完成基础任务可获得基础奖励(芯片费用返还+100元打板补贴),完成额外任务获得大奖的机率更高。
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参考方法:
这个传感器有集成在芯片里的温度,也可以通过外部接一个三极管,读取远端温度(板子以外,算远端)
NST461-DQNR:小尺寸高精度12C接口远程和本地数字温度传感器
NST461是一款远程温度传感器监视器,内置本地温度传感器。其远程温度传感器连接的晶体管通常是低成本的NPN或PNP类型晶体管或衬底热晶体管及二极管,这些器件是微控制器、微处理器或FPGA必不可少的组成部分。片上12bit的模数转换可以为本地和远程温度传感器提供高达0.0625℃的分辨率。NST461可兼容IC和 SMBus的接口,最多支持9个设备的可编程引脚地址,并具有可编程警报和SMBus重置功能。NST461包括了串联电阻消除、可编程非理想因子(n因子)、可编程的偏移量、可编程的温度限值、可编程数字滤波器、二极管故障检测和温度报警等功能,提高了输出精度与抗噪性,为热监测提供了可靠的解决方案。NST461的工作电压范围为2.1V至3.6 V,温度范围为-40℃至125℃,是通信、计算、仪表和工业等众多应用中多位置、高精度温度测量的理想选择。
为什么可以使用三极管(晶体管)测量温度?
其核心原理是利用了半导体PN结的一个周有物理特性:在恒定电流下,PN结的正向压降(Vbe)会随温度升高而几乎线性地下降
具体来说:
1.物理基础:无论是分立的三极管(BJ)还是二极管,其本质都是由PN结构成的。三极管内部有两个PN结(发射结和集电结),当我们将二极管的基极和集电极短接,把它当作一个二极管来使用时(这正是NST461等传感器推荐的接法),我们利用的就是其发射结的这个特性。
2.工作方式:传感器芯片(如NST461)会向连接的外部三极管的PN结施加一个精确的、恒定的微小电流(通常有两个不同的电流值,用于后续计算)。
3.测量变化:芯片内部的精密模数转换器(ADC)会精确测量在这个恒定电流下,PN结产生的正向压降(Vbe)值。
4.温度换算:由于Vbe和温度(T)之间存在已知的、稳定的线性关系(公式为be=(kT/g)*1n(I1/I2),其中k是玻尔兹曼常数,q是电子电荷量),芯片通过测量出的电压值,就可以非常精确地反推出当前PN结的温度,也就是您想测量的目标的温度。
简单比喻:这就好比一个水银温度计,水银柱的高度(相当于PN结的压降Vbe)会随着温度的变化而线性地升高或降低,我们通过读取高
度就知道了温度。
一般MCU内置的温度检测是用什么实现?
绝大多数MCU(微控制器)内置的温度传感器,其实现原理与上述方式完全相同。
1.传感器本质:MCU芯片在制造时,就已经在它的硅晶圆内部集成了一個专用的PN结(通常就是一个三极管或二极管结构)作为温度传感元件。这个PN结和CPU核心、内存等其它部件都在同一块芯片上。
2.测量电路:MCU内部也集成了相应的模拟电路和ADC(模数转换器)。这套电路会向这个内部的PN结施加恒定电流,并测量其压降变化。
3.软件换算:MCU的固件或库函数中包含了根据测得的电压值换算成温度值的公式和校准参数。您通过读取特定的寄存器值,就能得到芯片内部的估算温度。
需要注意的是:
精度相对较低:MCU内置的温度传感器主要用于监测芯片自身的粗略温升,防止过热损坏。它的精度通常不高(可能误差在±5°C其至更大),因没有像NST461这样的专业传感器进行出厂精密校准,且容易受到MCU内部其他电路发热和噪声的干扰。测量的是芯片温度:它测量的主要是MCU芯片内部(Die)的温度,而不是环境温度。当CPU高负荷运行时,其自身发热会显著影响测量值。