兼容SPI接口的低功耗數(shù)字溫度傳感器ADT7301及其接
關鍵詞: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、辦公設備及家電設備等各種領域。
ADT7301功能特性如下:
●供電電源+2.7V~+5.5V;
●內含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-40~+150℃;
●采用節(jié)省空間的SOT-23和MSOP封裝。
2 內部結構與管腳說明
2.1 管腳描述
ADT7301模塊的內部結構如圖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加一個0.1μF的去耦電容。
圖2
2.2 工作過程與應用時序
ADT7301內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,內部時鐘振蕩器將驅動自動轉換時序,從而使芯片每秒鐘對模擬電路上電一次,以進行一次溫度轉換。完成一次溫度轉換一般需800μs,轉換結束后,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換值。
通過設置ADT7301控制寄存器可將其設置為節(jié)電模式。在節(jié)電模式下,片內振蕩器被關閉,ADT7301不進行溫度轉換,直到恢復到正常工作模式。可向控制寄存器中寫零使其恢復到正常工作模式。在進入節(jié)電模式前?其溫度轉換結果即使在進入節(jié)電模式后仍可被正確讀取。
在正常轉換模式下,執(zhí)行讀/寫操作時,其內部振蕩器可在讀寫操作結束后自動復位,以使溫度轉換器能夠重新進行溫度轉換。若在ADT7301進行溫度轉換過程中執(zhí)行讀寫操作?則會使其自動停止轉換,并在串行通訊結束后又重新開始,而讀取的溫度值是前一次的轉換結果。ADT7301執(zhí)行讀/寫操作時的時序如圖2所示。
當片選端口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行。當寫數(shù)據(jù)流中的第三位寫1而其余位為0時, ADT7301進入節(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位二進制補碼加1位符號位的溫度轉換結果(最高位為符號位)。理論上,ADC測量的溫度范圍可達255℃,實際上,內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 |
-40 | 11,1011 0000 0000 |
-30 | 11,1100 0100 0000 |
-25 | 11,1100 1110 0000 |
-10 | 11,1110 1100 0000 |
-0.3125 | 11,1111 1111 1111 |
0 | 00,0000 0000 0000 |
+0.3125 | 00,0000 0000 0001 |
+10 | 00,0001 0100 0000 |
+25 | 00,0011 0010 0000 |
+50 | 00,0110 0100 0000 |
+75 | 00,1001 0110 0000 |
+100 | 00,1100 1000 0000 |
+125 | 00,1111 1010 0000 |
+150 | 01,0010 1100 0000 |
其溫度轉換公式如下:
正溫度值=ADC轉換結果代碼(d)/32;
負溫度值=(ADC轉換結果代碼(d)-16384)/32(使用符號位);
負溫度值=(ADC轉換結果代碼(d)-8192)/32(不使用符號位)。
3 應用電路
3.1 ADT7301與單片機的串行接口電路
圖3為ADT7301與單片機的串行通訊接口電路,該接口方式具有轉換速度快的優(yōu)點,但不能被設置成節(jié)電工作模式。
這里應注意的是:由于在單片機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,所以要先進行高低位互換?然后再進行處理,具體處理程序這里不再給出。下面是ADT7301與8051單片機進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 ?;清接收中斷標志,準備接收
loop: jnb ri,$
mov a,sbuf
mov @r0,a
inc r0
clr ri
djnz r7,loop
setb p1.3
ret
3.2 ADT7301與單片機的全雙工通訊接口
通過ADT7301與單片機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單片機進行全雙工通訊接口連接圖。相應的軟件編程如下。
?###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產生下降沿
clr p1.0 ?;準備讀取數(shù)據(jù)
mov cy,p1.1 ?;讀值
mov a,@r0 ?;將上次結果重裝入
rlc a ?;移位存儲讀取結果
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計,因此,在利用熱傳導粘結劑將ADT7301粘結到被測物體表面時,測得的溫度與表面實際溫度之差不超過0.1℃。另外,當被測物周圍溫度與被測物表面溫度存在溫度差時,應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),當工作在+150℃時,該器件的使用壽命是其工作在+55℃時的5%。當長期工作在電壓和溫度極限時,器件的結構完整性也將會遭到破壞。
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