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〕；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，可以存儲測溫數(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)測溫數(shù)據(jù)偏離窗口上、下限溫度*圍，或臨界溫度值時，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LM92。LM92采用SO8腳封裝，I2C總線由數(shù)據(jù)線SDA和時鐘線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單片機與傳統(tǒng)的51單片機在構(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單片機與LM92構(gòu)成嵌入式測溫系統(tǒng)的特點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??；在硬件電路設(shè)計上就可以省去傳統(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；在汽車的計算機控制系統(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。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，使用前都需要進展調(diào)校，在大量生產(chǎn)時增加了本錢和時間。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單片機片內(nèi)最多有64kB的ROM，可以完全容納一個控溫程序，不需要對外擴展ROM芯片。MSP430單片機與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)計也可以簡化，節(jié)省設(shè)計時間。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單片機嵌入系統(tǒng)和Internet連接目前，為了把單片機為核心的嵌入式系統(tǒng)和Internet相連，已有多家國外公司在進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)瀏覽器進展過程控制。LM92采用I2C總線方式控制，而MSP430單片機的通用串行同步異步通信接口USART是一個串行通道，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用外部時鐘確定的速率和嵌入式系統(tǒng)外部的Internet網(wǎng)進展串行數(shù)據(jù)移入、移出通信。LM92和MSP430單片機構(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)進展重新檢測和診斷。還可以進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--瀏覽文章MSP430與I2C總線接口技術(shù)的研究點擊:發(fā)布日期：2007-7-2616:25:00進入論壇引言

MSP430單片機自從2000年問世以來，就以其功能完善、超低功耗、開發(fā)簡便的特點得到了許多設(shè)計人員的青睞。MSP430與傳統(tǒng)的51單片機在構(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、器件豐富等特點使該類器件的應(yīng)用越來越廣泛。因此研究新型單片機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I/O端口控制特點

與8031單片機相比，MSP430的I/O端口的功能要強大的多，其控制的方法也更為復(fù)雜。MSP430的I/O端口可以實現(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I/O端口控制8個I/O引腳。為了實現(xiàn)對I/O端口每一個引腳的復(fù)雜控制，MSP430中的每個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I/O引腳，實現(xiàn)對該引腳的獨立控制。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。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)合可以實現(xiàn)串行通信，與A/D模塊結(jié)合實現(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。以下介紹如何利用這些特點實現(xiàn)I2C總線的接口。如圖2所示，使用41系列單片機的P6.6產(chǎn)生I2C總線的時序同步信號；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?；贗2C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。則對于一個指定的I/O端它是如何進展控制的呢.MSP430中有關(guān)位操作的指令都是通過邏輯運算實現(xiàn)的。[3]例如：

BISB*01000010B,P1OUT;將P1.6和P1.1置位*ORB*01000010B,P1OUT;邏輯或運算

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。從例子中不難看出，這種方式可以同時控制多個端口位。

2.2簡化I2C接口的方法

眾所周知，實現(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)定的各種時序。要控制P6.7、P6.6產(chǎn)生I2C總線要求的各種時序，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)。要實現(xiàn)這一想法需要軟硬件結(jié)合，充分利用I/O口的特點以及I2C總線協(xié)議的特點。

仔細(xì)觀察圖3的根本數(shù)據(jù)操作時序[1]可以發(fā)現(xiàn)：第一，I2C總線在無數(shù)據(jù)傳輸時均處于高電平狀態(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。在本文中這兩個電阻不但起上拉的作用，還有助于解決第一個問題。當(dāng)P6.6、P6.7處于接收狀態(tài)時，上拉電阻可以將該點的電平拉升為VCC，從而確?？偩€空閑時有穩(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，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'就可以實現(xiàn)。再進一步，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，本方法可以減少15％左右的代碼量，并使程序更清晰。這樣就為第二個問題找到了很好的解決方法。

3I2C總線控制時序的實現(xiàn)以上講述了I2C總線最根本的操作時序。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序有所區(qū)別。圖4是AT2402讀取指定字節(jié)數(shù)據(jù)控制時序。從圖中可以看出一個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。附錄中的代碼就實現(xiàn)了這個時序。對于AT2402還有其他控制的時序，如字節(jié)寫時序、數(shù)據(jù)頁讀時序、地址讀取時序等等[1]。附錄中代碼對根本操作分別編寫為子程序。對于不同的功能時序，可以通過子程序的調(diào)用來實現(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)的時序。因為它的功能和構(gòu)造與AT2402有很大的區(qū)別，所以二者控制時序不盡一樣。如圖4和圖5，雖然都是實現(xiàn)讀取操作，但是二者時序差異很大，LM92的控制時序明顯要復(fù)雜的多。不過仔細(xì)分析可以看出這些時序也都是由一些根本操作組合實現(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，進而根據(jù)時序需要安排子程序?qū)崿F(xiàn)對LM92的各種控制。

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

4完畢語

應(yīng)用上述的設(shè)計方法和電路，實現(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)。實踐證明該方法對實現(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?；?dāng)溫度超過可編程溫度門限時溫度報警輸出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功能對最大程度減少虛假報警也是很有用的。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：〔1〕I2C串行總線接口。〔2〕窗口比較大大簡化了ACPI溫度監(jiān)視和控制的設(shè)計?！?〕獨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。〔6〕12位帶符號輸出?！?〕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串行總線的時鐘輸入3T_CRIT_A臨界溫度報警，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LM92的溫度誤差曲線圖4：+Vs=3.3V時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.