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