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文檔簡介
兼容SPI接口的低功耗數字溫度傳感器ADT7301及其接口技術
摘要:ADT7301是AD公司推出的13位數字溫度傳感器芯片。該芯片采用+~+5.5V電源供電,具有溫度轉換精度高、功耗低、串行接口靈活方便等特點。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、應用程序。
關鍵詞:溫度傳感器;SPI;ADT7301
1概述
ADT7301是一個完整的溫度監測系統,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0.03125°C。ADT7301帶有一個非常靈活的串行接口,可非常容易地與大多數微控制器接口;而且該接口還可與SPITM、QSPI及MICROWIRETM協議及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
●供電電源+2.7V~+5.5V;
●內含13位數字溫度傳感器;
●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
GND:模擬地和數字地;
DIN:串行數據輸入口。裝入芯片控制寄存器的數據可在時鐘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:串行數據輸出端口。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來讀取數據寄存器中的值。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。
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電模式。在節電模式下,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。在進入節電模式前其溫度轉換結果即使在進入節電模式后仍可被正確讀取。
在正常轉換模式下,執行讀/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,而在執行讀操作后,系統會將2位零標志位、1位符號位和13位的數據位在16個時鐘脈沖下降沿從溫度值寄存器中取出。如果CS持續為低的時間超過16個SCLK時鐘周期,ADT7301將循環輸出2位零標志位加14位數值位。而一旦CS變為高電平,DOUT輸出端將處于高阻狀態此時輸出數據將在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。當寫數據流中的第三位寫1而其余位為0時,ADT7301進入節電模式;寫數據流全為0時,為正常工作模式。在正常工作模式數據在第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上升沿之前變為高電平,那么,控制寄存器中的數據將不會被裝入,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℃。溫度數據格式如表1所列。
表1溫度寄存器數據格式溫度值數據輸出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
其溫度轉換公式
正溫度值=ADC轉換結果代碼/32;
負溫度值=(ADC轉換結果代碼-16384)/32;
負溫度值=(ADC轉換結果代碼-8192)/32。
3應用電路
3.1ADT7301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點,但不能被設置成節電工作模式。
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:
callreceive;讀取溫度值子程序
calldispose;讀取結果處理子程序
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;字節計數
movr0,#30h;指向溫度值緩沖區
clrp1.3;選通ADT7301
clrri;清接收中斷標志,準備接收
loop:jnbri,$
mova,sbuf
mov@r0,a
incr0
clrri
djnzr7,loop
setbp1.3
ret
3.2ADT7301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###
setbp1.3
movr0,#30h;讀溫度值緩沖器30h31h
movr1,#32h;控制寄存器寫入值
movr6,#08h;循環移位計數
movr7,#02h;字節計數
clrp1.3;選通
loop0:
setbp1.0;控制p1.0產生下降沿
clrp1.0;準備讀取數據
movcy,p1.1;讀值
mova,@r0;將上次結果重裝入
rlca;移位存儲讀取結果
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;循環寫入
mov@r1,a;暫存
djnzr7loop0
incr0
incr1
djnzr7,loop0
clrp1.3
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
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