TMP275在手持式實(shí)時(shí)測(cè)溫儀中的應(yīng)用

摘要：設(shè)計(jì)一種基于TMP275的手持實(shí)時(shí)測(cè)溫儀，采用TI公司的低功耗單片機(jī)MSP430F149作為主控芯片，該系統(tǒng)采用I2C總線協(xié)議數(shù)字溫度傳感器TMP275對(duì)現(xiàn)場(chǎng)溫度進(jìn)行采集，通過(guò)低功耗液晶模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度顯示，該系統(tǒng)具有采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、抗干擾能力強(qiáng)、功耗低的特點(diǎn)，非常適合于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度進(jìn)行測(cè)量與采集。
關(guān)鍵詞：MSP430F149；低功耗；TMP275；DSl302

0 引言
    在工業(yè)生產(chǎn)、日常生活的很多領(lǐng)域，經(jīng)常要在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集、測(cè)量與記錄，手持式實(shí)時(shí)測(cè)溫儀是理想的選擇。對(duì)于手持設(shè)備，功耗是必須要考慮的問(wèn)題。MSP430F149單片機(jī)是TI推出的一種具有超低功耗16位FLASH單片機(jī)，特別適合于對(duì)功耗敏感的場(chǎng)合。利用MSP-430F149單片機(jī)，可以簡(jiǎn)便快捷地構(gòu)建一個(gè)低電壓平臺(tái)，通過(guò)各功能模塊的智能運(yùn)行管理和MCU功耗模式相結(jié)合，可以解決運(yùn)行速度與低功耗設(shè)計(jì)之間的矛盾，將各功能模塊的電流消耗降至最低狀態(tài)。系統(tǒng)采用的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片、傳感器芯片及存儲(chǔ)模塊均采用I2C總線模式，接口簡(jiǎn)單，易于編程。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖
    本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)框圖如圖1所示，設(shè)計(jì)采用TI公司的MSP430F149作為中央控制器，控制TMP275芯片溫度的采集與處理，實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DSl302為系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的時(shí)間信息，通過(guò)控制鍵盤(pán)、顯示模塊顯示時(shí)間與溫度、狀態(tài)等信息；E2PROM存儲(chǔ)模塊AT24C16可實(shí)時(shí)記錄某一時(shí)間段的溫度變化情況，LED指示燈則指示溫度所處的狀態(tài)；電源模塊為控制系統(tǒng)提供符合要求的電源電壓，系統(tǒng)要求的電壓為3．3 V。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2．1 單片機(jī)控制電路
    本系統(tǒng)的控制電路采用MSP430F149單片機(jī)，MSP430F149共有五種低功耗模式，即低功耗模式O(LPMO)至低功耗模式4(LPM4)，非常適合手持設(shè)備的低功耗要求，具體電路如圖2所示。由圖2可看出，單片機(jī)的P1．O，P1．1，P1．2，P1．3作為通用I／O口接鍵盤(pán)，P4口和P3．5，P3．6，P3．7分別作為L(zhǎng)CD液晶顯示器的數(shù)據(jù)與控制連接端口；單片機(jī)的P5．1，P5．2接TMS275溫度傳感器芯片，P5．2，P5．3，P5．4接DSl302芯片引腳，P6．6和P6．7接AT24C16芯片引腳，三個(gè)芯片都使用軟件模擬I2C總線協(xié)議，P6．3和P6．4接LED起指示作用。

2．2 電源電路
    由于MSP430系列單片機(jī)的工作電壓一般是l.8～3.6 V，并且功耗極低，因此選用TI公司的TPS70633作為電源芯片。該電源芯片輸出為3．3 V，電流為50 mA，完全能滿足大多數(shù)低功耗應(yīng)用場(chǎng)合的要求。圖3為具體電路，由圖3可以看出：該電路非常的簡(jiǎn)單，只需要簡(jiǎn)單的外圍器件。為了使輸出電源的紋波小，在輸出部分用了一個(gè)2．2μF和0．1μF的電容，另外在芯片的輸入端也放置一個(gè)2．2μF的濾波電容，進(jìn)一步減小干擾。

2．3 典型模塊電路
2．3．1 實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊
    系統(tǒng)采用芯片DSl302為手持測(cè)溫儀提供實(shí)時(shí)時(shí)鐘，該芯片是DALLAS公司推出的涓流充電時(shí)鐘芯片，內(nèi)含有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘／日歷和3l B靜態(tài)RAM，可提供秒、分、時(shí)、日、月、年等時(shí)間信息。DS1302與單片機(jī)之間能簡(jiǎn)單地采用同步串行的方式即I2C協(xié)議進(jìn)行通信，具體電路如圖4所示，僅需用到三個(gè)端口就可實(shí)現(xiàn)對(duì)該芯片的讀寫(xiě)控制，工作時(shí)功耗很低保持?jǐn)?shù)據(jù)和時(shí)鐘信息時(shí)功率小于1 mW。

2．3．2 溫度傳感器模塊
    系統(tǒng)采用的溫度傳感器為T(mén)I公司的TMP275，圖5為溫度傳感器電路，該器件的主要特性包括：50μA功耗、9～12 b可編程分辨率、O．1μA關(guān)機(jī)電流模式、整個(gè)溫度范圍內(nèi)出色的穩(wěn)定性以及-40～+125℃的廣泛工作溫度范圍。該器件還允許多達(dá)8個(gè)不同地址，以實(shí)現(xiàn)接口總線設(shè)計(jì)的高靈活性，電路中．AO，A1，A2接地用于決定芯片的器件地址。溫度傳感器TMP275可直接輸出數(shù)字信號(hào)，而無(wú)需對(duì)采樣信號(hào)作信號(hào)調(diào)理和信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換，可以直接傳輸給單片機(jī)信號(hào)處理系統(tǒng)，測(cè)溫精度±0．5℃。TMP275兩線串行接口(引腳SDL，SDA)與I2C總線接口兼容，可直接與其相連。
2．4 人機(jī)交互模塊
    由于系統(tǒng)所用按鍵較少，因此采用獨(dú)立式鍵盤(pán)電路，按鍵電路硬件實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單，具體接口如圖6所示，單片機(jī)的P1．0，P1．1，P1．2，P1．3分別接四個(gè)按鍵，可充分利用單片機(jī)P1口所帶的中斷功能，按鍵識(shí)別程序?qū)崿F(xiàn)更加方便。四個(gè)按鍵分別為功能鍵，溫度增、減鍵，功能確定鍵。功能鍵主要完成對(duì)實(shí)時(shí)時(shí)鐘時(shí)間的設(shè)定，警示溫度上下限的設(shè)置、實(shí)時(shí)溫度的存儲(chǔ)與調(diào)用顯示等。警示溫度的設(shè)定主要由系統(tǒng)所接的3個(gè)不同顏色的LED指示燈實(shí)現(xiàn)，其中綠燈表示測(cè)試溫度正常，橙色燈表示接近警示溫度，紅燈表示超過(guò)警示溫度，并不斷的閃爍提示工作人員。
    在本系統(tǒng)中，采用通甩LCD液晶模塊1602實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)時(shí)間、設(shè)定溫度、實(shí)時(shí)溫度及存儲(chǔ)溫度的顯示。該液晶顯示器為16字×2行的字符型液晶模塊，以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn)，在各類(lèi)儀表和低功耗系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。具體顯示格式為年-月-日；S為溫度上限-溫度警戒限，示例如表1所示。

3 軟件設(shè)計(jì)
    MSP430采用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)環(huán)境，大大提高了軟件的開(kāi)發(fā)的工作效率，提高了程序的可靠性、可讀性及可移植性。主程序與中斷程序流程如圖6所示。

    系統(tǒng)主程序首先完成對(duì)系統(tǒng)主控制芯片，鍵盤(pán)，顯示器，溫度傳感器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、E2PROM芯片的初始化工作，接著讀取溫度傳感器的溫度值，并對(duì)讀取溫度進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換成可以在液晶顯示器上可以顯示的數(shù)據(jù)，調(diào)用溫度顯示程序進(jìn)行顯示。按鍵的處理放在中斷系統(tǒng)中完成，通過(guò)對(duì)按鍵的判讀，決定完成各項(xiàng)功能，如是否顯示存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，是否修改溫度的上下限，并在退出中斷之前更新顯示內(nèi)容。

4 結(jié)語(yǔ)
    介紹了基于TMP275的手持式溫度測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，首先介紹了系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖，然后介紹了系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)也可再作改進(jìn)，根據(jù)需要外接USB接口，實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)上傳。系統(tǒng)采用的TI的低功耗MSP430單片機(jī)芯片，數(shù)字式的溫度傳感器，功耗得到了有效的控制，對(duì)于在功耗要求非常嚴(yán)格的場(chǎng)合有很好的應(yīng)用前景。