數(shù)字傳感器MPXY8020A與MSP430的接口設(shè)計

介紹數(shù)字式氣壓和溫度傳感器MPXY8020A的片內(nèi)結(jié)構(gòu)、引腳功能、工作方式、口原理和軟件設(shè)計；詳細討論氣壓和溫度數(shù)據(jù)的采樣、采樣值與真實值問的轉(zhuǎn)換和采樣值的誤差處理，并給出該傳感器與單片機MSP430F1232的接口原理圖和部分c程序代碼。
關(guān)鍵詞：MPXY8020A 壓力 溫度 傳感器 MSP430F1232

1 概述
MPXY8020A是摩托羅拉公司于2003年推出的汽車輪胎氣壓監(jiān)測傳感器。其內(nèi)部集成了氣壓傳感器、溫度傳感器和數(shù)字接口電路，8引腳SSOP封裝；能承受的最大氣壓為1400MPa。MPXY8020A的功耗比較低，特別適用于輪胎氣壓和溫度監(jiān)測系統(tǒng)，能和摩托羅拉的無線遙控開鎖系統(tǒng)集成在一起，組成低成本、高集成度的系統(tǒng)。此外，MPXY8020A還可應(yīng)用于其他氣壓和溫度監(jiān)測系統(tǒng)中。

2 片內(nèi)結(jié)構(gòu)
MPXY8020A的功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。氣壓信號的采樣由電容式傳感器完成，溫度信號的采樣由薄膜電阻完成，此外，片內(nèi)集成了數(shù)字接口電路。整個傳感器采用硅CMOS工藝加工而成[1]。

氣壓信號的采樣分兩步完成：首先是把采樣電容上的信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，然后用開關(guān)式電容放大器對信號進行放大，以提高采樣的準(zhǔn)確度。電容放大器帶有溫度補償電路，采樣偏移量可調(diào)，并且可以通過在EEPROM寄存器中寫入校正值進行采樣信號的校正。氣壓信號值的大小通過電壓比較器確定。在氣壓轉(zhuǎn)換前，外部微控制器通過MPXY8020A的數(shù)字接口輸入8位極限值。片內(nèi)8位DAC(數(shù)模轉(zhuǎn)換器)把該值轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬電壓，電壓比較器把采樣的電壓值與該值進行比較，在OUT引腳輸出比較后的結(jié)果。當(dāng)采樣值高于輸入值時，OUT引腳為高電平；反之，為低電平。溫度信號的采樣由帶有正溫度系數(shù)的薄膜電阻完成。由圖1可見，通過2路開關(guān)，可選擇傳感器工作于氣壓采樣狀態(tài)或溫度采樣狀態(tài)。溫度信號的采樣過程與氣壓信號的采樣過程相似。

在MPXY8020A片內(nèi)，集成了1個低頻率、低功率的5．4 kHz晶體振蕩器，1個14級的分頻器。通過14級分頻，可在OUT引腳得到周期性(一般3 s)的輸出信號。該信號還可以用作微控制器的中斷源。此外，MPXY8020A片內(nèi)還集成了1個10級的分頻器，通過該分頻器，傳感器可每隔52 min使外部微控制器復(fù)位1次，以防程序長時間跑飛。為了節(jié)能，可通過MPXY8020A的引腳，控制其工作于不同的工作狀態(tài)。

3 引腳功能及工作方式
3.1 引腳功能
MPXY8020A的各個引腳如表1所列。MPXY8020A的片內(nèi)電路通過引腳VDD(正電平)和引腳VSS(地)供電。在VDD與VSS之間，通常接1個0．1 ?F的電容進行電源濾波。OUT引腳在采樣值高于電壓比較器的極限值時，輸出1；反之輸出0。電壓比較器的極限值由外部微控制器通過數(shù)字接口輸入到MPXY8020A片內(nèi)的8位DAC寄存器。當(dāng)MPXYS020A工作于空閑狀態(tài)時，OUT引腳被置高，直到14級分頻器發(fā)生溢出時，該引腳輸出一個負脈沖。RST引腳通常被置為高電平；當(dāng)1O級分頻器發(fā)生溢出時，被置為低電平。這個引腳通常用于使外部微控制器復(fù)位。10級分頻器的溢出周期為52 min，這跟MPXY8020A的工作狀態(tài)無關(guān)。S0和S1引腳一起，用于工作方式選擇。在設(shè)置電壓比較器的極限值時，DATA引腳為串行數(shù)據(jù)輸入引腳。CLK引腳用于提供串行讀寫數(shù)據(jù)的時鐘。向MPXY8020A寫數(shù)據(jù)時，在CLK引腳信號的上升沿，串行數(shù)據(jù)從DATA引腳按時序送到片內(nèi)移位寄存器，在CLK引腳信號的第8個下降沿，數(shù)據(jù)被送到片內(nèi)D/A寄存器。S0、S1、DATA和CLK四個引腳都內(nèi)置了施密特觸發(fā)器，以提高芯片的抗干擾性，并且這四個引腳都內(nèi)置了下拉電阻，所以當(dāng)它們被懸空時，都為低電平。

3.2工作方式
MPXY8020A有4種工作方式，其工作于哪種工作方式由S1和S0引腳的電平來決定，如表2所列。只要VDD引腳有足夠的供電電壓，不管MPXY8020A工作于何種工作方式，其內(nèi)部的多路開關(guān)、D/A寄存器、低頻振蕩器和輸出脈沖分頻器都處于激活狀態(tài)。需要注意的是，無論MPXY8020A工作于氣壓采樣方式還是溫度采樣方式，所有的EEPROM位都處于激活狀態(tài)。如果為了節(jié)能而把VDD引腳置為低電平，有必要把所有引腳的電平都置為低電平，以免MPXY8020A被誤激活。

4 MPXY8020A與MSP430F1232的接口
4．1接口電路
MPXY8020A傳感器和MSP430F1232的接口電路如圖2所示。其中的串行通信SPI是靠CLK和DATA引腳實現(xiàn)的。傳感器在CLK引腳信號的上升沿讀取DATA的1位數(shù)據(jù)，連續(xù)8位為1個周期。對于不具備SPI接口的微控制器，可以通過I/O口軟件仿真的方式實現(xiàn)通信。本系統(tǒng)中，通過MSP430F1232的I/O口軟件仿真SPI，實現(xiàn)采樣極限值的設(shè)置。

4．2 軟件設(shè)計
4．2.1 給MPXY8020A發(fā)送1字節(jié)數(shù)據(jù)
在給MPXY8020A設(shè)置氣壓和溫度采樣極限值時，極限值以字節(jié)為單位發(fā)送給MPXY8020A。我們編寫了一個向MPXY8020A發(fā)送1字節(jié)數(shù)據(jù)的函數(shù)，方便于系統(tǒng)中重復(fù)調(diào)用，該函數(shù)的代碼如下[2]：

void MPXY8020A_sendByte(uchar MPXY8020A_data){