兼容SPI接口的低功耗數(shù)字溫度傳感器ADT7301及其接

關(guān)鍵詞：溫度傳感器；SPI；ADT7301

１　概述

ＡＤＴ７３０１是一個完整的溫度監(jiān)測系統(tǒng)，有ＳＯＴ－３２和ＭＳＯＰ兩種封裝形式。在芯片內(nèi)部集成了一個用于溫度監(jiān)測的帶隙溫度傳感器和一個１３位ＡＤ轉(zhuǎn)換器，其最小溫度分辨率為０．０３１２５Ｃ。ＡＤＴ７３０１帶有一個非常靈活的串行接口，可非常容易地與大多數(shù)微控制器接口；而且該接口還可與ＳＰＩＴＭ、ＱＳＰＩ及ＭＩＣＲＯＷＩＲＥＴＭ協(xié)議及ＤＳＰ接口兼容，通過串口控制可使器件處于待機(jī)模式。ＡＤＴ７３０１的寬供電電源范圍、低供電電流及與ＳＰＩ兼容的接口使得該器件非常適合于個人計算機(jī)、辦公設(shè)備及家電設(shè)備等各種領(lǐng)域。

ＡＤＴ７３０１功能特性如下：

●供電電源＋２．７Ｖ～＋５．５Ｖ；

●內(nèi)含１３位數(shù)字溫度傳感器；

●測溫精度為０．５℃；

●具有０．０３１２５℃溫度分辨率；

●工作電流典型值為１μＡ；

●帶有ＳＰＩ及ＤＳＰ兼容的串行接口；

●工作溫度范圍寬達(dá)－４０～＋１５０℃；

●采用節(jié)省空間的ＳＯＴ－２３和ＭＳＯＰ封裝。

２　內(nèi)部結(jié)構(gòu)與管腳說明

２．１ 管腳描述

ＡＤＴ７３０１模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖１所示。該器件具有６腳ＳＯＴ－２３和８腳ＭＯＳＰ兩種封裝形式，各引腳的功能如下：

ＧＮＤ：模擬地和數(shù)字地；

ＤＩＮ：串行數(shù)據(jù)輸入口。裝入芯片控制寄存器的數(shù)據(jù)可在時鐘ＳＣＬＫ上升沿通過該管腳串行輸入；

ＶＤＤ：供電電源正輸入端。 供電電源范圍為：＋２．７Ｖ～＋５．５Ｖ；

ＳＣＬＫ：與串行端口對應(yīng)的串行時鐘輸入；

ＣＳ：片選輸入，低電平有效；

ＤＯＵＴ：串行數(shù)據(jù)輸出端口。溫度值在串行時鐘ＳＣＬＫ的下降沿通過該管腳串行輸出。

ＡＤＴ７３０１的串行接口由ＣＳ、ＳＣＬＫ、ＤＩＮ及ＤＯＵＴ四線構(gòu)成。將ＣＳ和ＤＩＮ接地可使該接口工作于兩線模式，在這種模式下，該接口只能通過ＤＯＵＴ來讀取數(shù)據(jù)寄存器中的值。推薦使用ＣＳ端口，這樣有利于ＡＤＴ７３０１與其主控器件之間同步。ＤＩＮ端口用于寫控制寄存器，也可使芯片處于節(jié)電模式。使用時，在電源和地線之間應(yīng)加一個０．１μＦ的去耦電容。

圖2

２．２ 工作過程與應(yīng)用時序

ＡＤＴ７３０１內(nèi)部集成有晶體振蕩器，所以工作時只需在串口接入時鐘，而不需再提供Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換時鐘。該芯片具有兩種工作模式，即正常工作模式和節(jié)電工作模式。在正常工作模式，內(nèi)部時鐘振蕩器將驅(qū)動自動轉(zhuǎn)換時序，從而使芯片每秒鐘對模擬電路上電一次，以進(jìn)行一次溫度轉(zhuǎn)換。完成一次溫度轉(zhuǎn)換一般需８００μｓ，轉(zhuǎn)換結(jié)束后，芯片的模擬電路自動斷電，并在１秒鐘后自動上電。因此，在溫度值寄存器中總可以得到最新的溫度轉(zhuǎn)換值。

通過設(shè)置ＡＤＴ７３０１控制寄存器可將其設(shè)置為節(jié)電模式。在節(jié)電模式下，片內(nèi)振蕩器被關(guān)閉，ＡＤＴ７３０１不進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，直到恢復(fù)到正常工作模式。可向控制寄存器中寫零使其恢復(fù)到正常工作模式。在進(jìn)入節(jié)電模式前?其溫度轉(zhuǎn)換結(jié)果即使在進(jìn)入節(jié)電模式后仍可被正確讀取。

在正常轉(zhuǎn)換模式下，執(zhí)行讀／寫操作時，其內(nèi)部振蕩器可在讀寫操作結(jié)束后自動復(fù)位，以使溫度轉(zhuǎn)換器能夠重新進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換。若在ＡＤＴ７３０１進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換過程中執(zhí)行讀寫操作?則會使其自動停止轉(zhuǎn)換，并在串行通訊結(jié)束后又重新開始，而讀取的溫度值是前一次的轉(zhuǎn)換結(jié)果。ＡＤＴ７３０１執(zhí)行讀／寫操作時的時序如圖２所示。

當(dāng)片選端口ＣＳ為低時，ＳＣＬＫ時鐘輸入有效，而在執(zhí)行讀操作后，系統(tǒng)會將２位零標(biāo)志位、１位符號位和１３位的數(shù)據(jù)位在１６個時鐘脈沖下降沿從溫度值寄存器中取出。如果ＣＳ持續(xù)為低的時間超過１６個ＳＣＬＫ時鐘周期，ＡＤＴ７３０１將循環(huán)輸出２位零標(biāo)志位加１４位數(shù)值位。而一旦ＣＳ變?yōu)楦唠娖?，ＤＯＵＴ輸出端將處于高阻狀態(tài)?此時輸出數(shù)據(jù)將在ＳＣＬＫ的下降沿被鎖存在ＤＯＵＴ線上。

ＡＤＴ７３０１的寫操作與讀操作可同步進(jìn)行。當(dāng)寫數(shù)據(jù)流中的第三位寫１而其余位為０時， ＡＤＴ７３０１進(jìn)入節(jié)電模式；寫數(shù)據(jù)流全為０時，為正常工作模式。在正常工作模式?數(shù)據(jù)在第１６個ＳＣＬＫ的上升沿被裝入控制寄存器并立刻起作用。若ＣＳ在第１６個ＳＣＬＫ上升沿之前變?yōu)楦唠娖?，那么，控制寄存器中的?shù)據(jù)將不會被裝入，但此時工作模式不變。

２．３ 溫度值編碼

溫度值寄存器是一個１４位的只讀寄存器，用于存儲ＡＤＣ的１３位二進(jìn)制補(bǔ)碼加１位符號位的溫度轉(zhuǎn)換結(jié)果(最高位為符號位)。理論上，ＡＤＣ測量的溫度范圍可達(dá)２５５℃，實際上，內(nèi)部溫度傳感器能確保的溫度范圍為－４０℃～ ＋１５０℃。溫度數(shù)據(jù)格式如表１所列。

表1 溫度寄存器數(shù)據(jù)格式

其溫度轉(zhuǎn)換公式如下：

正溫度值＝ＡＤＣ轉(zhuǎn)換結(jié)果代碼（ｄ）／３２；

負(fù)溫度值＝(ＡＤＣ轉(zhuǎn)換結(jié)果代碼（ｄ）－１６３８４)／３２（使用符號位）；

負(fù)溫度值＝(ＡＤＣ轉(zhuǎn)換結(jié)果代碼（ｄ）－８１９２)／３２（不使用符號位）。

３　應(yīng)用電路

３．１ ＡＤＴ７３０１與單片機(jī)的串行接口電路

圖３為ＡＤＴ７３０１與單片機(jī)的串行通訊接口電路，該接口方式具有轉(zhuǎn)換速度快的優(yōu)點(diǎn)，但不能被設(shè)置成節(jié)電工作模式。

這里應(yīng)注意的是：由于在單片機(jī)串行通訊中是先低后高，而ＡＤＴ７３０１在向外串行輸出溫度值時是先高后低，所以要先進(jìn)行高低位互換?然后再進(jìn)行處理，具體處理程序這里不再給出。下面是ＡＤＴ７３０１與８０５１單片機(jī)進(jìn)行串行接口的軟件編程：

；＊＊＊＊＊主程序＊＊＊＊＊

ｍａｉｎ:

ｃａｌｌ ｒｅｃｅｉｖｅ ?;讀取溫度值子程序

ｃａｌｌ ｄｉｓｐｏｓｅ ?;讀取結(jié)果處理子程序

ｓｊｍｐ ＄

;＃＃＃串行通訊子程序＃＃＃

ｒｅｃｅｉｖｅ: ｓｅｔｂ ｐ１．３

ｍｏｖ ｓｃｏｎ,＃１１ｈ ?;選擇串行口為方式０接收

ｍｏｖ ｒ７,＃２ ;字節(jié)計數(shù)

ｍｏｖ ｒ０,＃３０ｈ ;指向溫度值緩沖區(qū)

ｃｌｒ ｐ１．３ ;選通ＡＤＴ７３０１

ｃｌｒ ｒｉ ?;清接收中斷標(biāo)志，準(zhǔn)備接收

ｌｏｏｐ: ｊｎｂ ｒｉ,＄

ｍｏｖ ａ,ｓｂｕｆ

ｍｏｖ ＠ｒ０,ａ

ｉｎｃ ｒ０

ｃｌｒ ｒｉ

ｄｊｎｚ ｒ７,ｌｏｏｐ

ｓｅｔｂ ｐ１．３

ｒｅｔ

３．２ ＡＤＴ７３０１與單片機(jī)的全雙工通訊接口

通過ＡＤＴ７３０１與單片機(jī)的全雙工通訊接口可以使ＡＤＴ７３０１工作在節(jié)電模式。圖４是ＡＤＴ７３０１與８０５１單片機(jī)進(jìn)行全雙工通訊接口連接圖。相應(yīng)的軟件編程如下。

?＃＃＃全雙工通訊子程序＃＃＃

ｓｅｔｂ ｐ１．３

ｍｏｖ ｒ０,＃３０ｈ ?;讀溫度值緩沖器?３０ｈ３１ｈ?

ｍｏｖ ｒ１,＃３２ｈ ?;控制寄存器寫入值（３２ｈ３３ｈ）

ｍｏｖ ｒ６,＃０８ｈ ?;循環(huán)移位計數(shù)

ｍｏｖ ｒ７,＃０２ｈ ? ;字節(jié)計數(shù)

ｃｌｒ ｐ１．３ ? ;選通

ｌｏｏｐ０:

ｓｅｔｂ ｐ１．０ ?;控制ｐ１．０產(chǎn)生下降沿

ｃｌｒ ｐ１．０ ?;準(zhǔn)備讀取數(shù)據(jù)

ｍｏｖ ｃｙ,ｐ１．１ ?;讀值

ｍｏｖ ａ,＠ｒ０ ?;將上次結(jié)果重裝入

ｒｌｃ ａ ?;移位存儲讀取結(jié)果

ｍｏｖ ＠ｒ０,ａ ?;暫存

ｍｏｖ ａ,＠ｒ１ ?;將要寫入值給累加器

ｒｌｃ ａ ?;移出要寫入位

ｍｏｖ ｐ１．２,ｃｙ ?;循環(huán)寫入

ｍｏｖ ＠ｒ１,ａ ?;暫存

ｄｊｎｚ ｒ７?ｌｏｏｐ０

ｉｎｃ ｒ０

ｉｎｃ ｒ１

ｄｊｎｚ ｒ７,ｌｏｏｐ０

ｃｌｒ ｐ１．３

ｒｅｔ

４　結(jié)束語

ＡＤＴ７３０１可用于測量物體的表面溫度或空氣溫度。由于該器件采用低功耗設(shè)計，因此，在利用熱傳導(dǎo)粘結(jié)劑將ＡＤＴ７３０１粘結(jié)到被測物體表面時，測得的溫度與表面實際溫度之差不超過０．１℃。另外，當(dāng)被測物周圍溫度與被測物表面溫度存在溫度差時，應(yīng)注意將器件的背面和管腳與周圍空氣隔離開。由于接地引腳提供了管芯最好的熱傳導(dǎo)途徑，因此，管芯溫度與印制電路板的地線溫度最接近，所以應(yīng)保證該管腳與被測表面良好接觸。

該溫度傳感器不宜長期處于極限工作狀態(tài)，當(dāng)工作在＋１５０℃時，該器件的使用壽命是其工作在＋５５℃時的５％。當(dāng)長期工作在電壓和溫度極限時，器件的結(jié)構(gòu)完整性也將會遭到破壞。