LM92數(shù)字溫度傳感器

-.zLM92I2C總線方式控制的數(shù)字溫度傳感器和MSP430單片機(jī)構(gòu)成的測溫嵌入式系統(tǒng)和Internet相連，并通過標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器進(jìn)展過程控制。LM92I2CtestingtemperatureembeddedsystemwhichbinethedigitaltemperaturesensorLM92andMCUMSP430becontrolledbyI2CBusandInternetconnectandusethestandardnetworkbrowsertocontrol1LM92數(shù)字溫度傳感器LM92是美國國家半導(dǎo)體公司近期生產(chǎn)的一種高精度數(shù)字溫度傳感器，他采用I2C總線方式控制。內(nèi)含12b溫度A/D轉(zhuǎn)換器，工作電壓：＋2.7～+5.5V；測溫*圍：-55～＋150℃；精度：±0.333℃〔30℃時(shí)〕；線形度：±0.5℃；溫度刷新間隔：500ms。內(nèi)部有16b只讀溫度存放器，通過I2C總線方式控制，可以存儲測溫?cái)?shù)據(jù)，還可以設(shè)置窗口上、下限溫度值，臨界溫度告警值。當(dāng)測溫?cái)?shù)據(jù)偏離窗口上、下限溫度*圍，或臨界溫度值時(shí)，LM92可以產(chǎn)生中斷請求信號INT或臨界溫度告警信號TCRITA。在同一條I2C總線上最多可連接4個(gè)LM92。LM92采用SO8腳封裝，I2C總線由數(shù)據(jù)線SDA和時(shí)鐘線SCL構(gòu)成；其輸出為漏極開路，總線必須接有上拉電阻。2MSP430與I2C總線LM92的接口MSP430單片機(jī)與傳統(tǒng)的51單片機(jī)在構(gòu)造上有很大的區(qū)別。其中之一就是：在MSP430的外圍接口電路中，沒有提供像51那樣控制外設(shè)讀、寫、地址鎖存信號的硬件電路。與這種接口電路相適應(yīng)，MSP430更傾向使用I2C總線以及ISP等基于串行接口的外圍器件。如圖1所示。3MSP430單片機(jī)與LM92構(gòu)成嵌入式測溫系統(tǒng)的特點(diǎn)LM92數(shù)字溫度傳感器與傳統(tǒng)的熱敏電阻器、模擬溫度傳感器不同，他可以直接將測量的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成13b串行數(shù)字溫度信號，供CPU讀取；在硬件電路設(shè)計(jì)上就可以省去傳統(tǒng)傳感器需要的信號放大器和A/D轉(zhuǎn)換器。雖然長期以來熱敏電阻器是最常用的元件，目前在一些工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域仍然起重要的作用；在汽車的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，溫度傳感器仍然采用熱敏電阻器。熱敏電阻器的電壓輸出與溫度不具有線性關(guān)系，需通過查表或外加線性化電路，才能得到準(zhǔn)確的溫度。而且，熱敏電阻器在高溫區(qū)段電壓變化率較小，不易分辨，造成溫度測量的誤差較大。這是熱敏電阻器的最大缺點(diǎn)。其次，熱敏電阻器產(chǎn)品在不同的批次間存在差異，電子響應(yīng)性能不一致。因而，使用前都需要進(jìn)展調(diào)校，在大量生產(chǎn)時(shí)增加了本錢和時(shí)間。相比之下，集成電路溫度傳感器LM92輸出與溫度成線性關(guān)系，無論在高溫或低溫*圍內(nèi)，準(zhǔn)確度都是一樣的。但是LM92數(shù)字溫度傳感器測溫*圍是：-55～＋150℃，特別是在高溫段的測溫*圍，相對熱敏電阻器較低；限制了他在一些工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中的應(yīng)用。但在低溫段可以替代熱敏電阻器、模擬溫度傳感器。MSP430單片機(jī)片內(nèi)最多有64kB的ROM，可以完全容納一個(gè)控溫程序，不需要對外擴(kuò)展ROM芯片。MSP430單片機(jī)與LM92構(gòu)成的嵌入式測溫系統(tǒng)硬件電路構(gòu)造緊湊、簡單，可以充分減小制版面積，減小了本錢；系統(tǒng)設(shè)計(jì)也可以簡化，節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間。提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確度、準(zhǔn)確度、可靠性，減小了系統(tǒng)的干擾。4單片機(jī)嵌入系統(tǒng)和Internet連接目前，為了把單片機(jī)為核心的嵌入式系統(tǒng)和Internet相連，已有多家國外公司在進(jìn)展這方面的較多研究。這方面較為典型的有emWare公司和TASKING公司。要求專門為嵌入式微控制器設(shè)備設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)效勞器，使嵌入式設(shè)備可以和Internet相連，并通過標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器進(jìn)展過程控制。LM92采用I2C總線方式控制，而MSP430單片機(jī)的通用串行同步異步通信接口USART是一個(gè)串行通道，他允許7b或8b串行位流以預(yù)先編程的速率或外部時(shí)鐘確定的速率移入、移出MSP430。串行異步通信協(xié)議UART以預(yù)先編程的速率和嵌入式系統(tǒng)內(nèi)部的電路模塊進(jìn)展串行數(shù)據(jù)移入、移出通信；串行同步通信協(xié)議SPI用外部時(shí)鐘確定的速率和嵌入式系統(tǒng)外部的Internet網(wǎng)進(jìn)展串行數(shù)據(jù)移入、移出通信。LM92和MSP430單片機(jī)構(gòu)成的嵌入式測溫系統(tǒng)，是以串行同步通信協(xié)議SPI模式和Internet網(wǎng)連接；使人們可以通過互聯(lián)網(wǎng)觀測、控制遠(yuǎn)在千里外的系統(tǒng)進(jìn)展正常工作。通過MSP430的串行同步通信協(xié)議SPI模式，用藍(lán)牙收發(fā)器芯片無線連接Internet網(wǎng)，還可以實(shí)現(xiàn)在汽車行駛過程中的離車診斷；他不僅可以讀取汽車控制系統(tǒng)存儲的故障信息，還能對控制系統(tǒng)進(jìn)展重新檢測和診斷。還可以進(jìn)展對汽車無人遙控駕駛課題的研究。5結(jié)語LM92數(shù)字溫度傳感器和MSP430單片機(jī)構(gòu)成的嵌入式測溫系統(tǒng)，用串行同步通信協(xié)議SPI模式和Internet相連，并通過標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器進(jìn)展過程控制；其應(yīng)用的*圍將極為廣闊，改變了傳統(tǒng)的近距離有線嵌入式控制系統(tǒng)，極大地方便了人們的工作和生活，將是未來一種新的開展趨勢。參考文獻(xiàn)［1］胡大可.MSP430系列16位單片機(jī)原理與應(yīng)用［M］.：航空航天大學(xué),2000來源：現(xiàn)代電子技術(shù)楊勇30單片機(jī)--瀏覽文章MSP430與I2C總線接口技術(shù)的研究點(diǎn)擊:發(fā)布日期：2007-7-2616:25:00進(jìn)入論壇引言

MSP430單片機(jī)自從2000年問世以來，就以其功能完善、超低功耗、開發(fā)簡便的特點(diǎn)得到了許多設(shè)計(jì)人員的青睞。MSP430與傳統(tǒng)的51單片機(jī)在構(gòu)造上有很大的區(qū)別。其中之一就是：在MSP430的外圍接口電路中，沒有提供像51那樣控制外設(shè)讀、寫、地址鎖存信號的硬件電路。與這種接口電路相適應(yīng)，MSP430更傾向使用I2C總線以及ISP等基于串行接口的外圍器件。另一方面，隨著I2C技術(shù)的開展和成熟，其硬件構(gòu)造簡單、高速傳輸、器件豐富等特點(diǎn)使該類器件的應(yīng)用越來越廣泛。因此研究新型單片機(jī)MSP430與I2C總線接口技術(shù)有著重要的意義。本文針對這一問題進(jìn)展研究，分析研究了MSP430與I2C總線接口的原理和方法，提出了高效的接口方法，介紹了優(yōu)化的程序。

1MSP430單片機(jī)I/O端口控制特點(diǎn)

與8031單片機(jī)相比，MSP430的I/O端口的功能要強(qiáng)大的多，其控制的方法也更為復(fù)雜。MSP430的I/O端口可以實(shí)現(xiàn)雙向的輸入、輸出；完成一些特殊功能如：驅(qū)動LCD、A/D轉(zhuǎn)換、捕獲比較等；實(shí)現(xiàn)I/O各種中斷。MSP430采用了傳統(tǒng)的8位端口方式保證其兼容性，即每個(gè)I/O端口控制8個(gè)I/O引腳。為了實(shí)現(xiàn)對I/O端口每一個(gè)引腳的復(fù)雜控制，MSP430中的每個(gè)I/O口都對應(yīng)一組8位的控制存放器(如圖1)。存放器中的每一位對應(yīng)一個(gè)I/O引腳，實(shí)現(xiàn)對該引腳的獨(dú)立控制。存放器的功能和數(shù)目是由該I/O口所能完成的功能以及類型確定的。[2]

圖1為MSP430的一個(gè)I/O端口的控制構(gòu)造示意圖。對于最根本的只能完成輸入、輸出功能的I/O端口其控制存放器只有3個(gè)。其中，輸入存放器保存輸入狀態(tài)；輸出存放器保存輸出的狀態(tài)，方向存放器控制對應(yīng)引腳的輸入、輸出狀態(tài)。本文中用來實(shí)現(xiàn)I2C總線接口的P6.6、P6.7都屬于這類的端口。此外，有些I/O端口不但可以用作根本的輸入輸出，而且可以用作其他用途，比方可以作為LCD的驅(qū)動控制引腳。這類端口的控制功能存放器實(shí)現(xiàn)引腳功能狀態(tài)的切換。再者，有一類端口不但可以完成上述兩種端口的功能，而且可以實(shí)現(xiàn)中斷功能。該類端口擁有圖1中所有的存放器，中斷觸發(fā)的方式以及中斷的屏蔽性都可以通過相應(yīng)的存放器控制。本文中使用的P2.0就屬于該類端口，利用它來接收LM92發(fā)出的中斷。

通過上述的控制構(gòu)造，MSP430的I/O端口可以實(shí)現(xiàn)很豐富的功能。不僅如此，其中一些I/O口還可以與MSP430中的特殊模塊相結(jié)合完成更為復(fù)雜的工作。如與捕獲比較模塊相結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)串行通信，與A/D模塊結(jié)合實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換等。此外，MSP430I/O端口的電器特性也十分突出，幾乎所有的I/O口都有20mA的驅(qū)動能力，對于一般的LED、蜂鳴器可以直接驅(qū)動無需輔助電路。許多端口內(nèi)部都集成了上拉電阻，可以方便與外圍器件的接口。

2MSP430與I2C總線器件接口

通過上述的介紹了解了MSP430中I/O口的一些控制特點(diǎn)。以下介紹如何利用這些特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)I2C總線的接口。如圖2所示，使用41系列單片機(jī)的P6.6產(chǎn)生I2C總線的時(shí)序同步信號；使用P6.7完成I2C總線的串行數(shù)據(jù)輸入輸出；利用P2.0接收LM92產(chǎn)生的中斷信號。基于I2C總線規(guī)*，通過對LM92的A0、A1和AT240的A0、A1、A2設(shè)定不同的器件地址，兩個(gè)器件可以共用SCL、SDA。

2.1I/O端口引腳控制

與8031不同，MSP430沒有位空間，也沒有專門執(zhí)行位操作的控制電路。則對于一個(gè)指定的I/O端它是如何進(jìn)展控制的呢.MSP430中有關(guān)位操作的指令都是通過邏輯運(yùn)算實(shí)現(xiàn)的。[3]例如：

BISB*01000010B,P1OUT;將P1.6和P1.1置位*ORB*01000010B,P1OUT;邏輯或運(yùn)算

該例中的置位指令BISB是用原操作數(shù)〔01000010〕與目的操作數(shù)(P1OUT)做邏輯或運(yùn)算得到的。因此該命令與第二行的指令是等效的。雖然，這樣的控制方法比起8031略顯復(fù)雜，但它的控制能力有所增強(qiáng)。從例子中不難看出，這種方式可以同時(shí)控制多個(gè)端口位。

2.2簡化I2C接口的方法

眾所周知，實(shí)現(xiàn)I2C總線協(xié)議主要是控制SDA、SCL使其產(chǎn)生協(xié)議所規(guī)定的各種時(shí)序。要控制P6.7、P6.6產(chǎn)生I2C總線要求的各種時(shí)序，就要頻繁使用到輸入、輸出以及方向存放器。而要減少代碼的量，簡化接口控制，最直接的方法就是減少有關(guān)存放器操作次數(shù)。要實(shí)現(xiàn)這一想法需要軟硬件結(jié)合，充分利用I/O口的特點(diǎn)以及I2C總線協(xié)議的特點(diǎn)。

仔細(xì)觀察圖3的根本數(shù)據(jù)操作時(shí)序[1]可以發(fā)現(xiàn)：第一，I2C總線在無數(shù)據(jù)傳輸時(shí)均處于高電平狀態(tài)；第二，SDA引腳是數(shù)據(jù)的輸入輸出端，它的狀態(tài)變化最為復(fù)雜，控制它需要頻繁的使用P6IN、P6OUT、P6DIR三個(gè)存放器。

圖2中的R1、R2是上拉電阻，其阻值由選用的I2C總線器件的電器特性確定。在本文中這兩個(gè)電阻不但起上拉的作用，還有助于解決第一個(gè)問題。當(dāng)P6.6、P6.7處于接收狀態(tài)時(shí)，上拉電阻可以將該點(diǎn)的電平拉升為VCC，從而確?？偩€空閑時(shí)有穩(wěn)定的高電平。

延續(xù)以上的思路可以發(fā)現(xiàn)，方向存放器相應(yīng)位為輸入時(shí)，就等于給I2C從器件發(fā)送了邏輯'1'。則如何發(fā)送邏輯'0'呢.將對應(yīng)的方向控制位設(shè)為輸出，然后輸出存放器相應(yīng)位置為'0'就可以實(shí)現(xiàn)。再進(jìn)一步，如果將輸出存放器對應(yīng)為設(shè)為'0'，只控制方向存放器的變化就可以發(fā)送兩種邏輯電平。這樣，在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)只需要控制方向存放器。對于SDA需要頻繁切換輸入輸出狀態(tài)的特點(diǎn)，本方法可以減少15％左右的代碼量，并使程序更清晰。這樣就為第二個(gè)問題找到了很好的解決方法。

3I2C總線控制時(shí)序的實(shí)現(xiàn)以上講述了I2C總線最根本的操作時(shí)序。I2C總線中的各種操作都是由這些根本操作組合完成的。由于I2C總線器件的類型、功能、構(gòu)造不盡一樣，因此每一種器件具體控制時(shí)序有所區(qū)別。圖4是AT2402讀取指定字節(jié)數(shù)據(jù)控制時(shí)序。從圖中可以看出一個(gè)讀取操作中要使用到起始、發(fā)送字節(jié)、處理回應(yīng)、接收字節(jié)、停頓這些根本操作。附錄中的代碼就實(shí)現(xiàn)了這個(gè)時(shí)序。對于AT2402還有其他控制的時(shí)序，如字節(jié)寫時(shí)序、數(shù)據(jù)頁讀時(shí)序、地址讀取時(shí)序等等[1]。附錄中代碼對根本操作分別編寫為子程序。對于不同的功能時(shí)序，可以通過子程序的調(diào)用來實(shí)現(xiàn)。

LM92是一種高精度的溫度傳感器，它也采用I2C總線方式控制。圖5是該器件讀取溫度數(shù)據(jù)的時(shí)序。因?yàn)樗墓δ芎蜆?gòu)造與AT2402有很大的區(qū)別，所以二者控制時(shí)序不盡一樣。如圖4和圖5，雖然都是實(shí)現(xiàn)讀取操作，但是二者時(shí)序差異很大，LM92的控制時(shí)序明顯要復(fù)雜的多。不過仔細(xì)分析可以看出這些時(shí)序也都是由一些根本操作組合實(shí)現(xiàn)的。這樣就可以在上述方法的根底上完善LM92所需要的根本操作子程序，進(jìn)而根據(jù)時(shí)序需要安排子程序?qū)崿F(xiàn)對LM92的各種控制。

綜上所述，要實(shí)現(xiàn)I2C總線的控制時(shí)序，需要仔細(xì)分析各種器件的時(shí)序要求及特點(diǎn)，構(gòu)建所有的根本操作，并按時(shí)序要求合理安排根本操作。

4完畢語

應(yīng)用上述的設(shè)計(jì)方法和電路，實(shí)現(xiàn)了MSP430與I2C總線器件的接口，很好的控制AT2402和LM92，到達(dá)了預(yù)期的目標(biāo)。實(shí)踐證明該方法對實(shí)現(xiàn)I2C總線器件控制非常有效，而且使用該方法編制的程序代碼量小，執(zhí)行效率高。該方法為MSP430與I2C總線接口提供了一種可行的方案。溫度傳感器LM92的主要性能參數(shù)2012-05-0814:34瀏覽：340次LM92是一個(gè)具有I2C串行總線，其精度為±0.33℃的溫度傳感器和溫度窗口比較器。LM92窗口比較器構(gòu)造使溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)極為方便。只要溫度超出可編程窗口，漏極開路中斷INT就變?yōu)橛行В划?dāng)溫度超過可編程溫度門限時(shí)溫度報(bào)警輸出T_CRIT_A變?yōu)橛行?。INT輸出可以用兩種模式工作，即比較器模式或事件模式。而T_CRIT_A輸出只能以比較器模式工作。主控制器可以編程LM92的窗口的上限和下限以及溫度的臨界門限。另外，可編程的滯回和故障排隊(duì)功能對最大程度減少虛假報(bào)警也是很有用的。該傳感器的加電缺省門限為：THYST=2℃,TLOW=10℃,THIGH=64℃,T_CRIT=80℃.1．主要特點(diǎn)：〔1〕I2C串行總線接口?！?〕窗口比較大大簡化了ACPI溫度監(jiān)視和控制的設(shè)計(jì)?！?〕獨(dú)立的漏極開路中斷輸出和臨界溫度關(guān)斷?！?〕最小功耗的掉電模式?！?〕同一總線最多可連接四片LM92?！?〕12位帶符號輸出。〔7〕電源電壓：2.7～5.5V〔8〕溫度測量精度：最大±0.33℃〔30℃〕；最大±0.50℃〔10～50℃〕；最大±1.0℃〔-10～85℃〕；最大±1.25℃〔125℃〕；最大±1.5℃〔-25～150℃〕?！?〕電源電壓：350μA〔典型〕；625μA〔最大〕；〔10〕掉電模式電源電流：5μA〔最大〕；〔11〕溫度線性：最大±0.5℃?！?2〕分辨率：±0.0625℃。2．外型引腳圖和引腳表LM92的引腳圖和引腳表如圖1和表1所示。LM9221345678SDASCLT_CRIT_AGND+VSA0A1INT圖1：LM92的引腳圖引腳號符號描述1SDAI2C串行總線的雙向數(shù)據(jù)線。漏極開路輸出2SCLI2C串行總線的時(shí)鐘輸入3T_CRIT_A臨界溫度報(bào)警，漏極開路輸出4GND地5INT中斷，漏極開路輸出8+VS正電源7，6A0,A1用戶設(shè)置I2C地址輸入表1：LM92的引腳表3.內(nèi)部原理方框圖和溫度誤差曲線LM92的內(nèi)部原理方框圖和溫度誤差曲線如圖2、圖3和圖4所示。圖2：LM92的內(nèi)部原理方框圖圖3：+Vs=5V時(shí)LM92的溫度誤差曲線圖4：+Vs=3.3V時(shí)LM92的溫度誤差曲線4．技術(shù)參數(shù)LM92的主要極限參數(shù)、溫度/數(shù)字轉(zhuǎn)換特性和技術(shù)參數(shù)如表2、表3和表4所示。電源電壓-0.3～6.5V任一引腳電壓〔對地〕-0.3～[(+Vs)+0.3]V任一引腳輸入電流5mAT_CRIT_A和INT輸出吸收電流10mAT_CRIT_A和INT輸出電壓6.