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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＋2.7V～＋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
�。备攀�
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。
�。粒模裕罚常埃惫δ芴匦匀缦拢�
●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。
�。矁炔拷Y構與管腳說明
�。玻惫苣_描述
�。粒模裕罚常埃蹦K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，各引腳的功能如下：
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；
�。郑模模汗╇婋娫凑斎攵�。供電電源范圍為：＋２．７Ｖ～＋５．５Ｖ；
�。樱茫蹋耍号c串行端口對應的串行時鐘輸入；
�。茫樱浩x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。
�。粒模裕罚常埃钡拇薪涌谟桑茫印ⅲ樱茫蹋�、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。
圖2
�。玻补ぷ鬟^程與應用時序
�。粒模裕罚常埃眱炔考捎芯w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�？上蚩刂萍拇嫫髦袑懥闶蛊浠謴偷秸９ぷ髂Ｊ�。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。
�。粒模裕罚常埃钡膶懖僮髋c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。
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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DB13DB0-4011，101100000000-3011，110001000000-2511，110011100000-1011，111011000000-0.312511，111111111111000，000000000000+0.312500，000000000001+1000，000101000000+2500，001100100000+5000，011001000000+7500，100101100000+10000，110010000000+12500，111110100000+15001，001011000000
其溫度轉換公式如下：
正溫度值＝ＡＤＣ轉換結果代碼（ｄ）／３２；
負溫度值＝(ＡＤＣ轉換結果代碼（ｄ）－１６３８４)／３２（使用符號位）；
負溫度值＝(ＡＤＣ轉換結果代碼（ｄ）－８１９２)／３２（不使用符號位）。
３應用電路
�。常保粒模裕罚常埃迸c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＊＊＊＊＊
�。恚幔椋�:
ｃａｌｌｒｅｃｅｉｖｅ?;讀取溫度值子程序
ｃａｌｌｄｉｓｐｏｓｅ?;讀取結果處理子程序
�。螅辏恚稹�
;＃＃＃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,＄
�。恚铮觯�,ｓｂｕｆ
�。恚铮觯溃颍�,ａ
�。椋睿悖颍�
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ｄｊｎｚｒ７,ｌｏｏｐ
�。螅澹簦猓穑保�
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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＃＃＃
�。螅澹簦猓穑保�
�。恚铮觯颍�,＃３０ｈ?;讀溫度值緩沖器?３０ｈ３１ｈ?
�。恚铮觯颍�,＃３２ｈ?;控制寄存器寫入值（３２ｈ３３ｈ）
�。恚铮觯颍�,＃０８ｈ?;循環移位計數
�。恚铮觯颍�,＃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
�。颍欤悖�?;移位存儲讀取結果
�。恚铮觯溃颍�,ａ?;暫存
�。恚铮觯�,＠ｒ１?;將要寫入值給累加器
�。颍欤悖�?;移出要寫入位
�。恚铮觯穑保�,ｃｙ?;循環寫入
ｍｏｖ＠ｒ１,ａ?;暫存
ｄｊｎｚｒ７?ｌｏｏｐ０
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�。粒模裕罚常埃笨捎糜跍y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，當被測物周圍溫度與被測物表面溫度存在溫度差時，應注意將器件的背面和管腳與周圍空氣隔離開。由于接地引腳提供了管芯最好的熱傳導途徑，因此，管芯溫度與印制電路板的地線溫度最接近，所以應保證該管腳與被測表面良好接觸。
該溫度傳感器不宜長期處于極限工作狀態，當工作在＋１５０℃時，該器件的使用壽命是其工作在＋５５℃時的５％。當長期工作在電壓和溫度極限時，器件的結構完整性也將會遭到破壞。
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