兼容SPI接口的低功耗数字温度传感器ADT7301及其接

关键词：温度传感器；SPI；ADT7301

１　概述

ＡＤＴ７３０１是一个完整的温度监测系统，有ＳＯＴ－３２和ＭＳＯＰ两种封装形式。在芯片内部集成了一个用于温度监测的带隙温度传感器和一个１３位ＡＤ转换器，其最小温度分辨率为０．０３１２５Ｃ。ＡＤＴ７３０１带有一个非常灵活的串行接口，可非常容易地与大多数微控制器接口；而且该接口还可与ＳＰＩＴＭ、ＱＳＰＩ及ＭＩＣＲＯＷＩＲＥＴＭ协议及ＤＳＰ接口兼容，通过串口控制可使器件处于待机模式。ＡＤＴ７３０１的宽供电电源范围、低供电电流及与ＳＰＩ兼容的接口使得该器件非常适合于个人计算机、办公设备及家电设备等各种领域。

ＡＤＴ７３０１功能特性如下：

●供电电源＋２．７Ｖ～＋５．５Ｖ；

●内含１３位数字温度传感器；

●测温精度为０．５℃；

●具有０．０３１２５℃温度分辨率；

●工作电流典型值为１μＡ；

●带有ＳＰＩ及ＤＳＰ兼容的串行接口；

●工作温度范围宽达－４０～＋１５０℃；

●采用节省空间的ＳＯＴ－２３和ＭＳＯＰ封装。

２　内部结构与管脚说明

２．１ 管脚描述

ＡＤＴ７３０１模块的内部结构如图１所示。该器件具有６脚ＳＯＴ－２３和８脚ＭＯＳＰ两种封装形式，各引脚的功能如下：

ＧＮＤ：模拟地和数字地；

ＤＩＮ：串行数据输入口。装入芯片控制寄存器的数据可在时钟ＳＣＬＫ上升沿通过该管脚串行输入；

ＶＤＤ：供电电源正输入端。 供电电源范围为：＋２．７Ｖ～＋５．５Ｖ；

ＳＣＬＫ：与串行端口对应的串行时钟输入；

ＣＳ：片选输入，低电平有效；

ＤＯＵＴ：串行数据输出端口。温度值在串行时钟ＳＣＬＫ的下降沿通过该管脚串行输出。

ＡＤＴ７３０１的串行接口由ＣＳ、ＳＣＬＫ、ＤＩＮ及ＤＯＵＴ四线构成。将ＣＳ和ＤＩＮ接地可使该接口工作于两线模式，在这种模式下，该接口只能通过ＤＯＵＴ来读取数据寄存器中的值。推荐使用ＣＳ端口，这样有利于ＡＤＴ７３０１与其主控器件之间同步。ＤＩＮ端口用于写控制寄存器，也可使芯片处于节电模式。使用时，在电源和地线之间应加一个０．１μＦ的去耦电容。

图2

２．２ 工作过程与应用时序

ＡＤＴ７３０１内部集成有晶体振荡器，所以工作时只需在串口接入时钟，而不需再提供Ａ／Ｄ转换时钟。该芯片具有两种工作模式，即正常工作模式和节电工作模式。在正常工作模式，内部时钟振荡器将驱动自动转换时序，从而使芯片每秒钟对模拟电路上电一次，以进行一次温度转换。完成一次温度转换一般需８００μｓ，转换结束后，芯片的模拟电路自动断电，并在１秒钟后自动上电。因此，在温度值寄存器中总可以得到最新的温度转换值。

通过设置ＡＤＴ７３０１控制寄存器可将其设置为节电模式。在节电模式下，片内振荡器被关闭，ＡＤＴ７３０１不进行温度转换，直到恢复到正常工作模式。可向控制寄存器中写零使其恢复到正常工作模式。在进入节电模式前?其温度转换结果即使在进入节电模式后仍可被正确读取。

在正常转换模式下，执行读／写操作时，其内部振荡器可在读写操作结束后自动复位，以使温度转换器能够重新进行温度转换。若在ＡＤＴ７３０１进行温度转换过程中执行读写操作?则会使其自动停止转换，并在串行通讯结束后又重新开始，而读取的温度值是前一次的转换结果。ＡＤＴ７３０１执行读／写操作时的时序如图２所示。

当片选端口ＣＳ为低时，ＳＣＬＫ时钟输入有效，而在执行读操作后，系统会将２位零标志位、１位符号位和１３位的数据位在１６个时钟脉冲下降沿从温度值寄存器中取出。如果ＣＳ持续为低的时间超过１６个ＳＣＬＫ时钟周期，ＡＤＴ７３０１将循环输出２位零标志位加１４位数值位。而一旦ＣＳ变为高电平，ＤＯＵＴ输出端将处于高阻状态?此时输出数据将在ＳＣＬＫ的下降沿被锁存在ＤＯＵＴ线上。

ＡＤＴ７３０１的写操作与读操作可同步进行。当写数据流中的第三位写１而其余位为０时， ＡＤＴ７３０１进入节电模式；写数据流全为０时，为正常工作模式。在正常工作模式?数据在第１６个ＳＣＬＫ的上升沿被装入控制寄存器并立刻起作用。若ＣＳ在第１６个ＳＣＬＫ上升沿之前变为高电平，那么，控制寄存器中的数据将不会被装入，但此时工作模式不变。

２．３ 温度值编码

温度值寄存器是一个１４位的只读寄存器，用于存储ＡＤＣ的１３位二进制补码加１位符号位的温度转换结果(最高位为符号位)。理论上，ＡＤＣ测量的温度范围可达２５５℃，实际上，内部温度传感器能确保的温度范围为－４０℃～ ＋１５０℃。温度数据格式如表１所列。

表1 温度寄存器数据格式

其温度转换公式如下：

正温度值＝ＡＤＣ转换结果代码（ｄ）／３２；

负温度值＝(ＡＤＣ转换结果代码（ｄ）－１６３８４)／３２（使用符号位）；

负温度值＝(ＡＤＣ转换结果代码（ｄ）－８１９２)／３２（不使用符号位）。

３　应用电路

３．１ ＡＤＴ７３０１与单片机的串行接口电路

图３为ＡＤＴ７３０１与单片机的串行通讯接口电路，该接口方式具有转换速度快的优点，但不能被设置成节电工作模式。

这里应注意的是：由于在单片机串行通讯中是先低后高，而ＡＤＴ７３０１在向外串行输出温度值时是先高后低，所以要先进行高低位互换?然后再进行处理，具体处理程序这里不再给出。下面是ＡＤＴ７３０１与８０５１单片机进行串行接口的软件编程：

；＊＊＊＊＊主程序＊＊＊＊＊

ｍａｉｎ:

ｃａｌｌ ｒｅｃｅｉｖｅ ?;读取温度值子程序

ｃａｌｌ ｄｉｓｐｏｓｅ ?;读取结果处理子程序

ｓｊｍｐ ＄

;＃＃＃串行通讯子程序＃＃＃

ｒｅｃｅｉｖｅ: ｓｅｔｂ ｐ１．３

ｍｏｖ ｓｃｏｎ,＃１１ｈ ?;选择串行口为方式０接收

ｍｏｖ ｒ７,＃２ ;字节计数

ｍｏｖ ｒ０,＃３０ｈ ;指向温度值缓冲区

ｃｌｒ ｐ１．３ ;选通ＡＤＴ７３０１

ｃｌｒ ｒｉ ?;清接收中断标志，准备接收

ｌｏｏｐ: ｊｎｂ ｒｉ,＄

ｍｏｖ ａ,ｓｂｕｆ

ｍｏｖ ＠ｒ０,ａ

ｉｎｃ ｒ０

ｃｌｒ ｒｉ

ｄｊｎｚ ｒ７,ｌｏｏｐ

ｓｅｔｂ ｐ１．３

ｒｅｔ

３．２ ＡＤＴ７３０１与单片机的全双工通讯接口

通过ＡＤＴ７３０１与单片机的全双工通讯接口可以使ＡＤＴ７３０１工作在节电模式。图４是ＡＤＴ７３０１与８０５１单片机进行全双工通讯接口连接图。相应的软件编程如下。

?＃＃＃全双工通讯子程序＃＃＃

ｓｅｔｂ ｐ１．３

ｍｏｖ ｒ０,＃３０ｈ ?;读温度值缓冲器?３０ｈ３１ｈ?

ｍｏｖ ｒ１,＃３２ｈ ?;控制寄存器写入值（３２ｈ３３ｈ）

ｍｏｖ ｒ６,＃０８ｈ ?;循环移位计数

ｍｏｖ ｒ７,＃０２ｈ ? ;字节计数

ｃｌｒ ｐ１．３ ? ;选通

ｌｏｏｐ０:

ｓｅｔｂ ｐ１．０ ?;控制ｐ１．０产生下降沿

ｃｌｒ ｐ１．０ ?;准备读取数据

ｍｏｖ ｃｙ,ｐ１．１ ?;读值

ｍｏｖ ａ,＠ｒ０ ?;将上次结果重装入

ｒｌｃ ａ ?;移位存储读取结果

ｍｏｖ ＠ｒ０,ａ ?;暂存

ｍｏｖ ａ,＠ｒ１ ?;将要写入值给累加器

ｒｌｃ ａ ?;移出要写入位

ｍｏｖ ｐ１．２,ｃｙ ?;循环写入

ｍｏｖ ＠ｒ１,ａ ?;暂存

ｄｊｎｚ ｒ７?ｌｏｏｐ０

ｉｎｃ ｒ０

ｉｎｃ ｒ１

ｄｊｎｚ ｒ７,ｌｏｏｐ０

ｃｌｒ ｐ１．３

ｒｅｔ

４　结束语

ＡＤＴ７３０１可用于测量物体的表面温度或空气温度。由于该器件采用低功耗设计，因此，在利用热传导粘结剂将ＡＤＴ７３０１粘结到被测物体表面时，测得的温度与表面实际温度之差不超过０．１℃。另外，当被测物周围温度与被测物表面温度存在温度差时，应注意将器件的背面和管脚与周围空气隔离开。由于接地引脚提供了管芯最好的热传导途径，因此，管芯温度与印制电路板的地线温度最接近，所以应保证该管脚与被测表面良好接触。

该温度传感器不宜长期处于极限工作状态，当工作在＋１５０℃时，该器件的使用寿命是其工作在＋５５℃时的５％。当长期工作在电压和温度极限时，器件的结构完整性也将会遭到破坏。