兼容SPI接口的低功耗數(shù)字溫度傳感器ADT7301及其接口技術(shù)

摘要：ADT7301是ＡＤ公司推出的13位數(shù)字溫度傳感器芯片。該芯片采用＋～＋５.5V電源供電，具有溫度轉(zhuǎn)換精度高、功耗低、串行接口靈活方便等特點(diǎn)。文中介紹了ADT7301的主要特性，并以其與8052接口為例，給出了ADT7301的串行接口電路、應(yīng)用程序。

關(guān)鍵詞：溫度傳感器；SPI；ADT7301

１概述

ＡＤＴ７３０１是一個(gè)完整的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，有ＳＯＴ－３２和ＭＳＯＰ兩種封裝形式。在芯片內(nèi)部集成了一個(gè)用于溫度監(jiān)測(cè)的帶隙溫度傳感器和一個(gè)１３位ＡＤ轉(zhuǎn)換器，其最小溫度分辨率為０．０３１２５°Ｃ。ＡＤＴ７３０１帶有一個(gè)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(jī)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(gè)人計(jì)算機(jī)、辦公設(shè)備及家電設(shè)備等各種領(lǐng)域。

ＡＤＴ７３０１功能特性

●供電電源＋２．７Ｖ～＋５．５Ｖ；

●內(nèi)含１３位數(shù)字溫度傳感器；

●測(cè)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(dá)－４０～＋１５０℃；

●采用節(jié)省空間的ＳＯＴ－２３和ＭＳＯＰ封裝。

２內(nèi)部結(jié)構(gòu)與管腳說明

２．１管腳描述

ＡＤＴ７３０１模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)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

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(shí)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(duì)應(yīng)的串行時(shí)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(shí)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(gòu)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(shí)，在電源和地線之間應(yīng)加一個(gè)０．１μＦ的去耦電容。

２．２工作過程與應(yīng)用時(shí)序

ＡＤＴ７３０１內(nèi)部集成有晶體振蕩器，所以工作時(shí)只需在串口接入時(shí)鐘，而不需再提供Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換時(shí)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(nèi)部時(shí)鐘振蕩器將驅(qū)動(dòng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換時(shí)序，從而使芯片每秒鐘對(duì)模擬電路上電一次，以進(jìn)行一次溫度轉(zhuǎn)換。完成一次溫度轉(zhuǎn)換一般需８００μｓ，轉(zhuǎn)換結(jié)束后，芯片的模擬電路自動(dòng)斷電，并在１秒鐘后自動(dòng)上電。因此，在溫度值寄存器中總可以得到最新的溫度轉(zhuǎn)換值。

通過設(shè)置ＡＤＴ７３０１控制寄存器可將其設(shè)置為節(jié)電模式。在節(jié)電模式下，片內(nèi)振蕩器被關(guān)閉，ＡＤＴ７３０１不進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，直到恢復(fù)到正常工作模式?？上蚩刂萍拇嫫髦袑懥闶蛊浠謴?fù)到正常工作模式。在進(jìn)入節(jié)電模式前其溫度轉(zhuǎn)換結(jié)果即使在進(jìn)入節(jié)電模式后仍可被正確讀取。

在正常轉(zhuǎn)換模式下，執(zhí)行讀／寫操作時(shí)，其內(nèi)部振蕩器可在讀寫操作結(jié)束后自動(dòng)復(fù)位，以使溫度轉(zhuǎn)換器能夠重新進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換。若在ＡＤＴ７３０１進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換過程中執(zhí)行讀寫操作則會(huì)使其自動(dòng)停止轉(zhuǎn)換，并在串行通訊結(jié)束后又重新開始，而讀取的溫度值是前一次的轉(zhuǎn)換結(jié)果。ＡＤＴ７３０１執(zhí)行讀／寫操作時(shí)的時(shí)序如圖２所示。

當(dāng)片選端口ＣＳ為低時(shí)，ＳＣＬＫ時(shí)鐘輸入有效，而在執(zhí)行讀操作后，系統(tǒng)會(huì)將２位零標(biāo)志位、１位符號(hào)位和１３位的數(shù)據(jù)位在１６個(gè)時(shí)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(shí)間超過１６個(gè)ＳＣＬＫ時(shí)鐘周期，ＡＤＴ７３０１將循環(huán)輸出２位零標(biāo)志位加１４位數(shù)值位。而一旦ＣＳ變?yōu)楦唠娖剑模希眨暂敵龆藢⑻幱诟咦锠顟B(tài)此時(shí)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(jìn)行。當(dāng)寫數(shù)據(jù)流中的第三位寫１而其余位為０時(shí)，ＡＤＴ７３０１進(jìn)入節(jié)電模式；寫數(shù)據(jù)流全為０時(shí)，為正常工作模式。在正常工作模式數(shù)據(jù)在第１６個(gè)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(gè)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(huì)被裝入，但此時(shí)工作模式不變。

２．３溫度值編碼

溫度值寄存器是一個(gè)１４位的只讀寄存器，用于存儲(chǔ)ＡＤＣ的１３位二進(jìn)制補(bǔ)碼加１位符號(hào)位的溫度轉(zhuǎn)換結(jié)果(最高位為符號(hào)位)。理論上，ＡＤＣ測(cè)量的溫度范圍可達(dá)２５５℃，實(shí)際上，內(nèi)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DB13DB0-4011，101100000000-3011，110001000000-2511，110011100000-1011，11101100，111111111111000，000000000000+，000000000001+1000，000101000000+2500，001100100000+5000，011001000000+7500，100101100000+10000，1100

10000000+12500，111110100000+15001，001011000000

其溫度轉(zhuǎn)換公式

正溫度值＝ＡＤＣ轉(zhuǎn)換結(jié)果代碼／３２；

負(fù)溫度值＝(ＡＤＣ轉(zhuǎn)換結(jié)果代碼－１６３８４)／３２；

負(fù)溫度值＝(ＡＤＣ轉(zhuǎn)換結(jié)果代碼－８１９２)／３２。

３應(yīng)用電路

３．１ＡＤＴ７３０１與單片機(jī)的串行接口電路

圖３為ＡＤＴ７３０１與單片機(jī)的串行通訊接口電路，該接口方式具有轉(zhuǎn)換速度快的優(yōu)點(diǎn)，但不能被設(shè)置成節(jié)電工作模式。

這里應(yīng)注意的是：由于在單片機(jī)串行通訊中是先低后高，而ＡＤＴ７３０１在向外串行輸出溫度值時(shí)是先高后低，所以要先進(jìn)行高低位互換然后再進(jìn)行處理，具體處理程序這里不再給出。下面是ＡＤＴ７３０１與８０５１單片機(jī)進(jìn)行串行接口的軟件編程：

；＊＊＊＊＊主程序＊＊＊＊＊

ｍａｉｎ:

ｃａｌｌｒｅｃｅｉｖｅ;讀取溫度值子程序

ｃａｌｌｄｉｓｐｏｓｅ;讀取結(jié)果處理子程序

ｓｊｍｐ＄

;＃＃＃串行通訊子程序＃＃＃

ｒｅｃｅｉｖｅ:ｓｅｔｂｐ１．３

ｍｏｖｓｃｏｎ,＃１１ｈ;選擇串行口為方式０接收

ｍｏｖｒ７,＃２;字節(jié)計(jì)數(shù)

ｍｏｖｒ０,＃３０ｈ;指向溫度值緩沖區(qū)

ｃｌｒｐ１．３;選通ＡＤＴ７３０１

ｃｌｒｒｉ;清接收中斷標(biāo)志，準(zhǔn)備接收

ｌｏｏｐ:ｊｎｂｒｉ,＄

ｍｏｖａ,ｓｂｕｆ

ｍｏｖ＠ｒ０,ａ

ｉｎｃｒ０

ｃｌｒｒｉ

ｄｊｎｚｒ７,ｌｏｏｐ

ｓｅｔｂｐ１．３

ｒｅｔ

３．２ＡＤＴ７３０１與單片機(jī)的全雙工通訊接口

通過ＡＤＴ７３０１與單片機(jī)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(jī)進(jìn)行全雙工通訊接口連接圖。相應(yīng)的軟件編程如下。

＃＃＃全雙工通訊子程序＃＃＃

ｓｅｔｂｐ１．３

ｍｏｖｒ０,＃３０ｈ;讀溫度值緩沖器３０ｈ３１ｈ

ｍｏｖｒ１,＃３２ｈ;控制寄存器寫入值

ｍｏｖｒ６,＃０８ｈ;循環(huán)移位計(jì)數(shù)

ｍｏｖｒ７,＃０２ｈ;字節(jié)計(jì)數(shù)

ｃｌｒｐ１．３;選通

ｌｏｏｐ０:

ｓｅｔｂｐ１．０;控制ｐ１．０產(chǎn)生下降沿

ｃｌｒｐ１．０;準(zhǔn)備讀取數(shù)據(jù)

ｍｏｖｃｙ,ｐ１．１;讀值

ｍｏｖａ,＠ｒ０;將上次結(jié)果重裝入

ｒｌｃａ;移位存儲(chǔ)讀取結(jié)果

ｍｏｖ＠ｒ０,ａ;暫存

ｍｏｖａ,＠ｒ１;將要寫入值給累加器

ｒｌｃａ;移出要寫入位

ｍｏｖｐ１．２,ｃｙ;循環(huán)寫入

ｍｏｖ＠ｒ１,ａ;暫存

ｄｊｎｚｒ７ｌｏｏｐ０

ｉｎｃｒ０

ｉｎｃｒ１

ｄｊｎｚｒ７,ｌｏｏｐ０

ｃｌｒｐ１．３

ｒｅｔ

４結(jié)束語

ＡＤＴ７３０１可用于測(cè)量物體的表面溫度或空氣溫度。由于該器件采用低功耗設(shè)計(jì)，因此，在利用熱傳導(dǎo)粘結(jié)劑將ＡＤＴ７３０１粘結(jié)到被測(cè)物體表面時(shí)，測(cè)得的溫度與表面實(shí)際溫度之差不超過０．１℃。另外，當(dāng)被測(cè)物周圍溫度