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兼容SPI接口的低功耗數(shù)字溫度傳感器ADT7301及其接口技術(shù)
摘要:ADT7301是AD公司推出的13位數(shù)字溫度傳感器芯片。該芯片采用+2.7V~+5.5V電源供電,具有溫度轉(zhuǎn)換精度高、功耗低、串行接口靈活方便等特點(diǎn)。文中介紹了ADT7301的主要特性,并以其與8052接口為例,給出了ADT7301的串行接口電路、應(yīng)用程序。關(guān)鍵詞:溫度傳感器;SPI;ADT7301
1概述
。粒模裕罚常埃笔且粋(gè)完整的溫度監(jiān)測(cè)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(gè)用于溫度監(jiān)測(cè)的帶隙溫度傳感器和一個(gè)13位AD轉(zhuǎn)換器,其最小溫度分辨率為0.03125°C。ADT7301帶有一個(gè)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(guò)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(gè)人計(jì)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(cè)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。
。矁(nèi)部結(jié)構(gòu)與管腳說(shuō)明
2.1管腳描述
。粒模裕罚常埃蹦K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;
。模桑危捍袛(shù)據(jù)輸入口。裝入芯片控制寄存器的數(shù)據(jù)可在時(shí)鐘SCLK上升沿通過(guò)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;
。樱茫蹋耍号c串行端口對(duì)應(yīng)的串行時(shí)鐘輸入;
。茫樱浩x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(shí)鐘SCLK的下降沿通過(guò)該管腳串行輸出。
。粒模裕罚常埃钡拇薪涌谟桑茫印ⅲ樱茫蹋、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(guò)DOUT來(lái)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(shí),在電源和地線之間應(yīng)加一個(gè)0.1μF的去耦電容。
圖2
2.2工作過(guò)程與應(yīng)用時(shí)序
。粒模裕罚常埃眱(nèi)部集成有晶體振蕩器,所以工作時(shí)只需在串口接入時(shí)鐘,而不需再提供A/D轉(zhuǎn)換時(shí)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(shí)鐘振蕩器將驅(qū)動(dòng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換時(shí)序,從而使芯片每秒鐘對(duì)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(dòng)斷電,并在1秒鐘后自動(dòng)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(guò)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(shí),其內(nèi)部振蕩器可在讀寫操作結(jié)束后自動(dòng)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(guò)程中執(zhí)行讀寫操作?則會(huì)使其自動(dòng)停止轉(zhuǎn)換,并在串行通訊結(jié)束后又重新開(kāi)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(shí)的時(shí)序如圖2所示。
當(dāng)片選端口CS為低時(shí),SCLK時(shí)鐘輸入有效,而在執(zhí)行讀操作后,系統(tǒng)會(huì)將2位零標(biāo)志位、1位符號(hào)位和13位的數(shù)據(jù)位在16個(gè)時(shí)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(shí)間超過(guò)16個(gè)SCLK時(shí)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(shí)輸出數(shù)據(jù)將在SCLK的下降沿被鎖存在DOUT線上。
。粒模裕罚常埃钡膶懖僮髋c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(shí),ADT7301進(jìn)入節(jié)電模式;寫數(shù)據(jù)流全為0時(shí),為正常工作模式。在正常工作模式?數(shù)據(jù)在第16個(gè)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(gè)SCLK上升沿之前變?yōu)楦唠娖剑敲,控制寄存器中的?shù)據(jù)將不會(huì)被裝入,但此時(shí)工作模式不變。
2.3溫度值編碼
溫度值寄存器是一個(gè)14位的只讀寄存器,用于存儲(chǔ)ADC的13位二進(jìn)制補(bǔ)碼加1位符號(hào)位的溫度轉(zhuǎn)換結(jié)果(最高位為符號(hào)位)。理論上,ADC測(cè)量的溫度范圍可達(dá)255℃,實(shí)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
溫度值(℃)數(shù)據(jù)輸出DB13DB0-4011,101100000000-3011,110001000000-2511,110011100000-1011,111011000000-0.312511,111111111111000,000000000000+0.312500,000000000001+1000,000101000000+2500,001100100000+5000,011001000000+7500,100101100000+10000,110010000000+12500,111110100000+15001,001011000000
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(hào)位);
負(fù)溫度值=(ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果代碼(d)-8192)/32(不使用符號(hào)位)。
。硲(yīng)用電路
3.1ADT7301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(shí)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:
。悖幔欤欤颍澹悖澹椋觯?;讀取溫度值子程序
calldispose?;讀取結(jié)果處理子程序
。螅辏恚稹
;###串行通訊子程序###
receive:setbp1.3
。恚铮觯螅悖铮,#11h?;選擇串行口為方式0接收
movr7,#2;字節(jié)計(jì)數(shù)
。恚铮觯颍,#30h;指向溫度值緩沖區(qū)
clrp1.3;選通ADT7301
。悖欤颍颍?;清接收中斷標(biāo)志,準(zhǔn)備接收
。欤铮铮:jnbri,$
mova,sbuf
。恚铮觯溃颍,a
incr0
。悖欤颍颍
djnzr7,loop
。螅澹簦猓穑保
ret
3.2ADT7301與單片機(jī)的全雙工通訊接口
通過(guò)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###
setbp1.3
。恚铮觯颍,#30h?;讀溫度值緩沖器?30h31h?
movr1,#32h?;控制寄存器寫入值(32h33h)
。恚铮觯颍,#08h?;循環(huán)移位計(jì)數(shù)
movr7,#02h?;字節(jié)計(jì)數(shù)
。悖欤颍穑保?;選通
loop0:
。螅澹簦猓穑保?;控制p1.0產(chǎn)生下降沿
clrp1.0?;準(zhǔn)備讀取數(shù)據(jù)
。恚铮觯悖,p1.1?;讀值
mova,@r0?;將上次結(jié)果重裝入
。颍欤悖?;移位存儲(chǔ)讀取結(jié)果
mov@r0,a?;暫存
。恚铮觯,@r1?;將要寫入值給累加器
rlca?;移出要寫入位
。恚铮觯穑保,cy?;循環(huán)寫入
mov@r1,a?;暫存
。洌辏睿颍?loop0
incr0
。椋睿悖颍
djnzr7,loop0
。悖欤颍穑保
。颍澹
。唇Y(jié)束語(yǔ)
ADT7301可用于測(cè)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(jì),因此,在利用熱傳導(dǎo)粘結(jié)劑將ADT7301粘結(jié)到被測(cè)物體表面時(shí),測(cè)得的溫度與表面實(shí)際溫度之差不超過(guò)0.1℃。另外,當(dāng)被測(cè)物周圍溫度與被測(cè)物表面溫度存在溫度差時(shí),應(yīng)注意將器件的背面和管腳與周圍空氣隔離開(kāi)。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(cè)表面良好接觸。
該溫度傳感器不宜長(zhǎng)期處于極限工作狀態(tài),當(dāng)工作在+150℃時(shí),該器件的使用壽命是其工作在+55℃時(shí)的5%。當(dāng)長(zhǎng)期工作在電壓和溫度極限時(shí),器件的結(jié)構(gòu)完整性也將會(huì)遭到破壞。
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