基于12C總線接口的智能溫度傳感器TMPl01的設(shè)計(jì)

　　TMPl01是TI公司生產(chǎn)的基于I2C串行總線接口的低功耗、高精度智能溫度傳感器,其內(nèi)部集成有溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、I2C串行總線接口等。寬泛的溫度測(cè)量范圍和較高的分辨率使其廣泛應(yīng)用于多領(lǐng)域的溫度測(cè)量系統(tǒng)、多路溫度測(cè)控系統(tǒng)以及各種恒溫控制裝置。TMPl01具有以下性能特點(diǎn):

　　1)帶有I2C總線,通過串行接口(SDA,SCI)實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)的通信,其I2C總線上可掛接3個(gè)TMPl01器件,構(gòu)成多點(diǎn)溫度測(cè)控系統(tǒng)。

　　2)溫度測(cè)量范圍為－55％~125℃,9～12位A/D轉(zhuǎn)換精度,12位A/D轉(zhuǎn)換的分辨率達(dá)0.0625~C。被測(cè)溫度值以符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出。

　　3)電源電壓范圍寬(＋2.7 V～＋5.5 V),靜態(tài)電流小(待機(jī)狀態(tài)下僅為O.1μA)。

　　4)內(nèi)部具有可編程的溫度上、下限寄存器及報(bào)警(中斷)輸出功能,內(nèi)部的故障排隊(duì)功能可防止因噪聲干擾引起的誤觸發(fā),從而提高溫控系統(tǒng)的可靠性。

2 TMPl01引腳功能和內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2.1 TMPl01引腳功能

　　TMPl01硬件連接簡(jiǎn)便,運(yùn)行時(shí)除了SDA、SCI．和ALERT線上需要加上拉電阻外不需外接器件．TMPl01采用SOT23-6封裝,引腳排列如圖1所示,引腳功能如下：

SCL:串行時(shí)鐘輸入端;
GND:接地端;
ALERT:總線報(bào)警(中斷)輸出端，漏極開路輸出;
V+：電源端;
ADD0:I2C總線的地址選擇端;
SDA:串行數(shù)據(jù)輸入/輸出端。電源與接地端之間接有一只0.1μF的耦合電容。

2.2 TMPl01內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　TMP101內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示,TMP101內(nèi)部含有二極管溫度傳感器、△-∑型A/D轉(zhuǎn)換器、時(shí)鐘振蕩器、控制邏輯、配置寄存器、溫度寄存器以及故障排隊(duì)計(jì)數(shù)器。TMP101首先通過內(nèi)部溫度傳感器產(chǎn)生一個(gè)與被測(cè)溫度成正比的電壓信號(hào),再通過12位△-∑型A/D轉(zhuǎn)換器將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為與攝氏溫度成正比的數(shù)字量并存儲(chǔ)在內(nèi)部的溫度寄存器中。該器件根據(jù)用戶在溫度上下限寄存器中設(shè)定的THIGH和TLOW,通過溫度窗口比較器決定是否啟動(dòng)報(bào)警輸出。系統(tǒng)上電后器件處于缺省狀態(tài),其溫度報(bào)警缺省閾值為:上限溫度THIGH=80℃溫度TLOW=75℃。

3 TMP101工作原理

　　TMPl01的I2C總線串行數(shù)據(jù)接口線SDA和串行時(shí)鐘接口線SDA由主控制器控制．主控制器作為主機(jī),TMP101作為從機(jī)并支持12C總線協(xié)議的讀／寫操作命令。首先通過主控制器對(duì)其進(jìn)行地址設(shè)定。使主控制器對(duì)掛接在總線上的TMP1O1進(jìn)行地址識(shí)別。為了能夠正確獲取TMP101內(nèi)部溫度寄存器中的溫度值數(shù)據(jù),要通過I2C總線對(duì)TMP101內(nèi)部相關(guān)寄存器寫相應(yīng)的數(shù)據(jù),設(shè)定溫度轉(zhuǎn)換結(jié)果的分辨率、轉(zhuǎn)換時(shí)間、報(bào)警輸出的上、下限溫度值以及工作方式等．也就是對(duì)TMPl01內(nèi)部的配置寄存器、上限溫度寄存器和下限溫度寄存器進(jìn)行初始化設(shè)置。

3.1 TMP1O1的地址設(shè)置

　　根據(jù)12C串行總線規(guī)范,TMP1O1有一個(gè)7位的從器件地址碼,其有效位為"10010",其余兩位根據(jù)引腳ADD0接地、懸空和接電源端的不同分別設(shè)置為"00"、"01"、"10"。一條I2C總線上可掛接3個(gè)TMPl01器件。

3.2 TMP101內(nèi)部寄存器

　　TMP101的功能實(shí)現(xiàn)和工作方式主要是由內(nèi)部5個(gè)寄存器確定,如圖3所示,這些寄存器分別是地址指針寄存器、溫度寄存器、配置寄存器、上限溫度(TL)寄存器和下限溫度(TH)寄存器。后4個(gè)寄存器均屬于數(shù)據(jù)寄存器。

　　地址指針寄存器為8位可讀/寫寄存器,內(nèi)部存儲(chǔ)了要讀寫的其余4個(gè)數(shù)據(jù)寄存器的地址,在讀寫操作中。通過設(shè)定地址指針寄存器的內(nèi)容確定要訪問的寄存器。在8位數(shù)據(jù)字節(jié)中,前6位全部設(shè)置為0,后2位用于選擇寄存器,后2位P0、P1的值與選擇的寄存器關(guān)系如表l所列。