基于MC74型電路的無(wú)線數(shù)字溫度傳感器
關(guān)鍵詞：無(wú)線數(shù)字溫度傳感器；MC74；串行輸出：F2C
中圖分類號(hào)：TP212．11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006—6977{2006)01—0060—04
1 概述
將普通傳感器與低功耗無(wú)線發(fā)射控制器和接收裝置連在一起就可構(gòu)成無(wú)線傳感器，如果將該系統(tǒng)接入因特網(wǎng)(Intemet)甚至還可以組成無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感器。文中介紹利用MC74型集成串行數(shù)字溫度傳感器組成的無(wú)線數(shù)字溫度傳感器。
MC74是安森美公司生產(chǎn)的8位串行接口集成數(shù)字溫度傳感器，其溫度數(shù)據(jù)由熱傳感單元轉(zhuǎn)換而來(lái)。MC74的溫度分辨率為±1°C，轉(zhuǎn)換速率通常為8次采樣／秒。在正常工作條件下，靜態(tài)電流為200μA(典型值)，在待機(jī)條件下，靜態(tài)電流為5μA(典型值)。其他設(shè)備與MC74的通信可由2線SM總線，I2C兼容串行總線來(lái)實(shí)現(xiàn)．該總線可用于多區(qū)域監(jiān)控．配置寄存器CONFIG中的SHDN位可用來(lái)激活低功耗待機(jī)方式。體積小巧、低裝配成本和易于操作的特點(diǎn)使MC74成為各種系統(tǒng)熱管理的理想選擇。
2 MC74的特點(diǎn)
圖1示出MC74的2種封裝形式。圖2示出MC74的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。：MC74的特性如下：
數(shù)字溫度傳感功能；
兩種封裝．即SOT一23型或TO一220型封裝；
輸出溫度為一個(gè)8位的數(shù)字；
簡(jiǎn)單的SM總線，12C串行接口；
固態(tài)(PN結(jié)型)溫度傳感；
高精度、+25°C至+85°C時(shí)，最高精度為±2°C；0°C至+125°C時(shí)，最高精度為：±3°C；
電源電壓范圍為2．7V一5．5V；
低功耗，工作電流典型值為200μA；待機(jī)典型電流值為5μA。
表1列出了MC74的引腳功能。
3 MC74的工作原理
MC74的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。它從固態(tài)(PN結(jié))傳感器獲得溫度并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)．其溫度分辨率為±1°C。它將轉(zhuǎn)換后的溫度數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)在內(nèi)部寄存器中，再通過(guò)串行端口讀取。系統(tǒng)接口是一個(gè)主從式的SM總線／I2C端口，通過(guò)該接口可在任何時(shí)候讀取溫度數(shù)據(jù)。MC74總共有8個(gè)可編程的SM總線／I2C地址?？梢酝瑫r(shí)使用多傳感器配置，即在一個(gè)控制系統(tǒng)中同時(shí)最多可連接8個(gè)類似MC74傳感器，而且在溫度獲取暫停時(shí)電路會(huì)進(jìn)入低功耗等待方式。
3．1 MC74的低功耗等待方式
在得到MC74允許后。主機(jī)可將其置為低功耗(IDD=5μA典型值)等待方式，在這種方式中，A／D轉(zhuǎn)換器被中止，溫度數(shù)據(jù)寄存器被凍結(jié)，但SM總線／I2C端口還在正常運(yùn)行。通過(guò)設(shè)置配置寄存器CONFIG中的SHDN位，可使MC74處于低功耗等待方式：即SHDN=0時(shí)為正常方式；SHDN=l時(shí)為低功耗等待方式。
3．2 MC74的SM總線/I2C從地址
MC74經(jīng)內(nèi)部編程設(shè)定有一個(gè)默認(rèn)的SM總線，I2C地址為1001101，其他的7個(gè)地址可由用戶自行設(shè)定。圖3示出MC74的讀、寫及接收數(shù)據(jù)的格式。
3．3 MC74的串行端口操作
通過(guò)串行時(shí)鐘輸入端口SCLK和2線雙向串行端口的雙向數(shù)據(jù)端口SDA可對(duì)MC74進(jìn)行編程和訪問(wèn)。所有數(shù)據(jù)傳輸都在主從式結(jié)構(gòu)中主機(jī)的控制下進(jìn)行．通常是由CPU或微控制器充當(dāng)主機(jī)，主機(jī)為所有傳輸提供時(shí)鐘信號(hào)。MC74通常作為主從式結(jié)構(gòu)中的從機(jī)工作。在串行協(xié)議通信中，所有數(shù)據(jù)傳輸有兩個(gè)階段且所有字節(jié)先傳輸最高有效位。訪問(wèn)由一個(gè)開(kāi)始(START)條件發(fā)起，接著是一個(gè)器件地址字節(jié)和一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，器件地址字節(jié)包括一個(gè)讀，寫選擇位，每一次訪問(wèn)必須以一個(gè)停止(STOP)條件終止．應(yīng)答(ACK)確認(rèn)每一個(gè)字節(jié)的接收．只有在SCLK為低電平時(shí)SDA才能改變．當(dāng)SCLK為高電平時(shí)SDA的改變將作為開(kāi)始(START)和停止(STOP)條件。MC74的溫度與二進(jìn)制值的關(guān)系如表2所示。
3．4 MC74的8位只讀溫度寄存器
該寄存器中的二進(jìn)制值(二進(jìn)制的補(bǔ)碼)代表一個(gè)交換周期后機(jī)載傳感器的溫度，在一次交互方式后寄存器中的數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)被更新，溫度數(shù)據(jù)寄存器中每個(gè)單元的值代表1℃，該值采用二進(jìn)制的補(bǔ)碼運(yùn)算，所以，一個(gè)00000000b的讀數(shù)相當(dāng)于O°C。
4 MC74溫度傳感器的應(yīng)用
4．1 由MC74組成的無(wú)線數(shù)字溫度傳感器
圖4示出由MC74組成的無(wú)線數(shù)字溫度傳感器發(fā)送端的電路原理。圖中，Ul是PIC系列單片機(jī)PICl2C509AG，U2是MC74．發(fā)射器是以PICl2C509AG為基礎(chǔ)的．由：PICl2C509AG驅(qū)動(dòng)一個(gè)環(huán)型天線，天線蝕刻在發(fā)射器的電路板上。即由標(biāo)準(zhǔn)的PICl2C509AG，加上一個(gè)433MHz的ASK發(fā)射器。PICl2C509AG的RF部分包含一個(gè)晶體振蕩器、一個(gè)完整的鎖相環(huán)、模式控制邏輯及一個(gè)功率放大器。從圖4可以看到，RF部分和PIC微控制器部分在邏輯上是分開(kāi)的，盡管它們駐留在同一個(gè)物理包內(nèi)。
通常，ASK調(diào)制即在脈沖寬度調(diào)制模式下交替改變載波的振幅。這里使用的是。Manchesmr編碼方法。根據(jù)Manchester編碼(在一個(gè)位的中間，低電平向高電平轉(zhuǎn)變代表邏輯“0”，在一個(gè)位的中間，高電平向低電平轉(zhuǎn)變代表邏輯“1”)，這樣就產(chǎn)生了同步位流．帶有編碼的時(shí)鐘信號(hào)，不在位界進(jìn)行物理轉(zhuǎn)換．而是在每個(gè)位時(shí)間的中間進(jìn)行邏輯轉(zhuǎn)換。
打開(kāi)電源．發(fā)射器在大部分的時(shí)間內(nèi)都處于休眠狀態(tài)以節(jié)省電能。工作時(shí)，PICl2C509AG部分使用I2C總線讀MC74。假如溫度有變化，新的溫度將會(huì)被發(fā)送。發(fā)射器上有兩個(gè)按鈕。這些按鈕用來(lái)喚醒發(fā)射器設(shè)置狀態(tài)ID，生成測(cè)試音頻或開(kāi)始傳送目前的溫度和發(fā)射器開(kāi)關(guān)狀態(tài)。當(dāng)SWl被按下，發(fā)射器代碼被設(shè)置為自動(dòng)改變發(fā)射器的狀態(tài)ID。同時(shí)，因?yàn)槊總€(gè)MC74有一個(gè)永久的12C地址。這個(gè)地址取決于感應(yīng)器的序號(hào)，發(fā)射器代碼使用12C信號(hào)自動(dòng)決定當(dāng)前板載MC74上的I2C地址。
4．2 發(fā)送端數(shù)據(jù)發(fā)送的部分程序代碼
發(fā)射器發(fā)射的信息包內(nèi)含有32位的報(bào)頭、4位的同步格式和32位的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)域包含狀態(tài)ID(8位)、溫度(8位)、傳感器類型(4位)、信息類型(2位)、按鈕狀態(tài)(2位)和檢驗(yàn)(8位)。每次調(diào)用發(fā)射事件時(shí)，這一整套信息被連續(xù)發(fā)送3次。下面是MC74型傳感器的發(fā)送端數(shù)據(jù)發(fā)送的一段程序代碼：
5 結(jié)束語(yǔ)
MC74非常適合于低成本和小型化應(yīng)用。如電腦的硬盤驅(qū)動(dòng)器或PC的其他外圍設(shè)備的熱保護(hù)，同時(shí)也適合于那些要求不太苛刻的溫度測(cè)量與控制系統(tǒng)。在上述無(wú)線數(shù)字溫度傳感器的嵌入式系統(tǒng)PICl2C509AG中．如果能嵌入Internet無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，則可由它們組成一個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。
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