數(shù)字溫度傳感器TC77與AVR單片機(jī)的接口設(shè)計

2 TC77的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳功能

圖1所示為TC77的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖。TC77由CMOS結(jié)型溫度傳感器、帶符號位的13位∑-△A／D轉(zhuǎn)換器、溫度寄存器、配置寄存器、制造商ID寄存器及三線制串行接口等部分組成。

其引腳定義如下：

SI／O：串行數(shù)據(jù)引腳

SCK：串行時鐘

Vss：地

CE：片選端(低電平有效)

VDD：電源電壓(6.0 V)

3 TC77的工作原理

數(shù)字溫度傳感器TC77從固態(tài)(PN結(jié))傳感器獲得溫度并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。再將轉(zhuǎn)換后的溫度數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存儲在其內(nèi)部寄存器中，并能在任何時候通過SPI串行總線接口或Microwire兼容接口讀取。TC77有兩種工作模式，即連續(xù)溫度轉(zhuǎn)換模式和關(guān)斷模式。連續(xù)溫度轉(zhuǎn)換模式用于溫度的連續(xù)測量和轉(zhuǎn)換，關(guān)斷模式用于降低電源電流的功耗敏感型應(yīng)用。

3.1 TC77的上電與復(fù)位

上電或電壓復(fù)位時，TC77即處于連續(xù)溫度轉(zhuǎn)換模式，上電或電壓復(fù)位時的第一次有效溫度轉(zhuǎn)換會持續(xù)大約300 ms，在第一次溫度轉(zhuǎn)換結(jié)束后，溫度寄存器的第2位被置為邏輯“1”，而在第一次溫度轉(zhuǎn)換期間，溫度寄存器的第2位是被置為邏輯“0”的，因此，可以通過監(jiān)測溫度寄存器第2位的狀態(tài)判斷第一次溫度轉(zhuǎn)換是否結(jié)束。

3.2 TC77的低功耗關(guān)斷模式

在得到TC77允許后，主機(jī)可將其置為低功耗關(guān)斷模式，此時，A／D轉(zhuǎn)換器被中止，溫度數(shù)據(jù)寄存器被凍結(jié)，但SPI串行總線端口仍然正常運行。通過設(shè)置配置寄存器CONFIG中的SHDN位，可將TC77置于低功耗關(guān)斷模式：即設(shè)置SHDN=0時為正常模式；SHDN=1時為低功耗關(guān)斷模式。

3.3 TC77的溫度數(shù)據(jù)格式

TC77采用13位二進(jìn)制補(bǔ)碼表示溫度，表1所列是TC77的溫度、二進(jìn)制碼補(bǔ)碼及十六進(jìn)制碼之間的關(guān)系。表中最低有效位(LSB)為0.062 5 ℃，最后兩個LSB位(即位1和位0)為三態(tài)，表中為“1”。在上電或電壓復(fù)位事件后發(fā)生第一次溫度轉(zhuǎn)換結(jié)束時，位2被置為邏輯“1”。

3.4 TC77的串行總線

TC77的串行總線包括片選信號線CE、串行時鐘信號線SCK及串行數(shù)據(jù)信號線SI／O，遵循SPI或Mi-crowire接口標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。在有多個TC77連接到串行時鐘和串行數(shù)據(jù)信號線時，CE用于選擇其中的某一個TC77器件，CS為邏輯“0”時，用于寫入器件或從器件中讀出數(shù)據(jù)的同步；CS為邏輯“1”時，SCK被禁止。CS的下降沿啟動器件間的相互通信，CS的上升沿則停止器件間的相互通信。圖2是對溫度寄存器進(jìn)行讀操作的時序。

圖3是TC77的多字節(jié)通信操作時序，包括對溫度寄存器的讀操作和對配置寄存器的寫操作。第一組的16個SCK脈沖用于將TC77的溫度數(shù)據(jù)傳送到微處理器，第二組的16個SCK脈沖用于接收微處理器的指令，以便使TC77進(jìn)入關(guān)斷模式或連續(xù)轉(zhuǎn)換模式。寫入TC77配置寄存器的數(shù)據(jù)應(yīng)為全0或全1，分別與連續(xù)轉(zhuǎn)換模式或關(guān)斷模式相對應(yīng)，當(dāng)配置寄存器的C0～C7全為1時為關(guān)斷模式，當(dāng)C0～C7中有一個0被寫入時即變?yōu)檫B續(xù)轉(zhuǎn)換模式。

4 TC77與AVR單片機(jī)的接口

4.1 TC77與AVR單片機(jī)的硬件接口

圖4是TC77與AVR單片機(jī)的接口硬件連接原理圖。圖中使用的是同步串行三線SPI接口，可以方便地連接采用SPI通信協(xié)議的外設(shè)或另一片AVR單片機(jī)，實現(xiàn)短距離的高速同步通信。

ATmega128的SPI采用硬件方式實現(xiàn)面向字節(jié)的全雙工3線同步通信，支持主機(jī)、從機(jī)和兩種不同極性的SPI時序。ATmega128單片機(jī)內(nèi)部的SPI接口也可用于程序存儲器和數(shù)據(jù)E2PROM的編程下載和上傳。但需要特別注意的是，此時SPI的MOSI和MISO接口不再對應(yīng)PB2和PB3引腳，而是轉(zhuǎn)換到PE0和PE1引腳(PDI、PDO)。

4.2 TC77與AVR單片機(jī)的軟件接口

TC77與AVR單片機(jī)的接口軟件包括主程序和中斷服務(wù)程序。在主程序中首先要對ATmega128的硬件SPI進(jìn)行初始化。在初始化時，應(yīng)將PORTB的MOSI、SCLK和SS引腳作為輸出，同時將MISO引腳作為輸入，并開啟上拉電阻。接著對SPI的寄存器進(jìn)行初始化設(shè)置，并空讀一次SPSR(SPX Status Reg-ister，SPI狀態(tài)寄存器)、SPDR(SPI Data Register SPI，數(shù)據(jù)寄存器)，使ISP空閑等待發(fā)送數(shù)據(jù)。AVR的SPI由一個16位的循環(huán)移位寄存器構(gòu)成，當(dāng)數(shù)據(jù)從主機(jī)方移出時，從機(jī)的數(shù)據(jù)同時也被移入，因此SPI的發(fā)送和接收可在同一中斷服務(wù)程序中完成。在SPI中斷服務(wù)程序中，先從SPDR中讀一個接收的字節(jié)存人接收數(shù)據(jù)緩沖器中，再從發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器取出一個字節(jié)寫入SPDR中，由ISP發(fā)送到從機(jī)。數(shù)據(jù)一旦寫入SPDR，ISP硬件開始發(fā)送數(shù)據(jù)。下一次ISP中斷時表示發(fā)送完成，并同時收到一個數(shù)據(jù)。程序中putSPIchar()和getSPIchar()為應(yīng)用程序的底層接口函數(shù)，同時也使用了兩個數(shù)據(jù)緩沖器，分別構(gòu)成循環(huán)隊列。下面這段代碼是通過SPI主機(jī)方式連續(xù)批量輸出、輸人數(shù)據(jù)的接口程序：

5 結(jié)束語

TC77可與具有SPI或相同接口的MCU直接連接，對于不具有SPI接口的MCU則可通過軟件編程合成SPI操作。TC77非常適用于溫度測控的低成本和小型應(yīng)用，如電腦硬盤驅(qū)動器或PC其他外圍設(shè)備的熱保護(hù)，同時也適用于要求較低的溫度測量與控制系統(tǒng)。