溫度傳感器DS75LX與PIC單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)

1 概述

DS75LX是一款高精度的串行數(shù)字輸出型溫度傳感器，測(cè)量的溫度數(shù)據(jù)可通過(guò)兩線串行總線(與I2C總線兼容)輸出。DS75LX工作電壓為1.7 V到3.7 V。除了基本的測(cè)溫功能外，DS75LX還具有溫度報(bào)警功能，允許用戶通過(guò)軟件設(shè)置報(bào)警溫度的門限值。DS75LX測(cè)溫范圍為-55℃～+125℃，當(dāng)測(cè)溫范圍為-25℃～+100℃時(shí)，測(cè)量精度為±2℃。DS75LX同時(shí)具有可編程的9至12位的溫度數(shù)據(jù)輸出格式。輸出的溫度數(shù)據(jù)為12位時(shí)，其分辨率可達(dá)0.0625℃。該傳感器具有三個(gè)地址引腳，可設(shè)置為三種狀態(tài)中的任意一種：接GND、VDD，或懸空，可設(shè)置27種地址組合。例如A2、A1和A0分別為接電源、接地和懸空時(shí)，DS75LX的器件地址為0101110。圖1是DS75LX的引腳排列，各功能描述如表1所示。

2 DS75LX的工作原理

DS75LX通過(guò)一個(gè)能隙帶溫度感知體系結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量。片上△-∑模數(shù)轉(zhuǎn)換器將所測(cè)的環(huán)境溫度直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量并存儲(chǔ)在溫度寄存器中。DS75LX一上電就開始測(cè)量溫度，用戶可通過(guò)軟件設(shè)置配置寄存器的內(nèi)容以滿足自身的測(cè)量要求。DS75LX除了基本的溫度測(cè)量外還具有溫度報(bào)警模塊。與溫度報(bào)警模塊相關(guān)的兩個(gè)寄存器分別為報(bào)警門限寄存器Tos和溫度遲滯寄存器Thyst。該模塊可配置為兩種工作模式：比較器模式和中斷模式。在比較器模式時(shí)只要被測(cè)溫度在連續(xù)1、2、4或6次測(cè)量的結(jié)果均高于Tos中的值，O.S.引腳觸發(fā)并按照配置寄存器中的POL位的值輸出特定電平，此時(shí)與Thyst中的設(shè)定值無(wú)關(guān)；而在中斷模式時(shí)只要被測(cè)的溫度在連續(xù)1、2、4或6次溫度測(cè)量的結(jié)果均高于Tos中的值或低于Thyst中的值時(shí)觸發(fā)O.S.引腳，輸出特定電平。

3 DS75LX的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

DS75LX的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要是由地址、I／O口控制單元、精確參考源、采樣調(diào)節(jié)器和可訪問(wèn)寄存器等組成。對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，只需了解DS75LX的地址、I／O口控制單元和可訪問(wèn)寄存器即可，因?yàn)镈S75LX的所有操作均是通過(guò)串行I／O口讀寫可訪問(wèn)寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

3.1 DS75LX的配置寄存器

DS75LX的配置寄存器如表2所示，該寄存器可讀／寫，允許用戶選擇不同功能。這些功能包括報(bào)警輸出類型、溫度測(cè)量分辨率等。

該寄存器各位的含義說(shuō)明：最高位為保留位，該位讀出值為0；R1和R0位的取值決定了DS75LX輸出的溫度數(shù)據(jù)的位數(shù)。當(dāng)R1和R0分別為00、01、10、或11時(shí)，DS75LX輸出溫度有效數(shù)據(jù)分別為9、10、11或12位；F1和F0位的值決定了觸發(fā)O.S.引腳所需要進(jìn)行的連續(xù)溫度測(cè)量次數(shù)。當(dāng)F1和F0分別為00、01、10、11時(shí)對(duì)應(yīng)的連續(xù)溫度測(cè)量次數(shù)為1、2、4和6次；POL位的值決定了O.S.引腳觸發(fā)時(shí)為高電平還是低電平。當(dāng)POL=0時(shí)O.S.引腳觸發(fā)時(shí)輸出低電平，POL值為1時(shí)0.S.引腳觸發(fā)時(shí)輸出高電平；TM=0時(shí)溫度報(bào)警模塊工作在比較器模式，TM=1時(shí)溫度報(bào)警模塊工作在中斷模式；SD=1時(shí)DS75LX處于關(guān)斷模式，此時(shí)DS75LX不進(jìn)行溫度采集，SD=0時(shí)，DS75LX處于正常工作狀態(tài)。該配置寄存器的各位上電時(shí)均為0。

3.2 DS75LX的可訪問(wèn)寄存器

DS75LX有4個(gè)用戶可訪問(wèn)寄存器，分別為溫度寄存器、配置寄存器、溫度遲滯寄存器和報(bào)警門限寄存器。其中溫度寄存器為只讀寄存器，用于存取測(cè)量的環(huán)境溫度數(shù)據(jù)，報(bào)警門限寄存器和溫度遲滯寄存器均為可瀆／寫寄存器，用于提供用戶可編程的報(bào)警溫度值。如果環(huán)境溫度漂移超出編程設(shè)定值則溫度報(bào)警引腳輸出報(bào)警信號(hào)。

3.3 寄存器指針

寄存器指針是向用戶提供所要訪問(wèn)寄存器地址，寄存器指針的內(nèi)容即為可訪問(wèn)寄存器地址。由于DS75LX內(nèi)部只含有4個(gè)可訪問(wèn)寄存器，因此寄存器指針的內(nèi)容只有低兩位(P1、P0)有效，當(dāng)訪問(wèn)某個(gè)寄存器時(shí)，必須確保寄存器指針已指向該寄存器。P1和P0的值與可訪問(wèn)寄存器對(duì)應(yīng)關(guān)系如表3所示。

3.4 輸出的溫度數(shù)據(jù)格式

DS75LX將測(cè)量的溫度轉(zhuǎn)換為16位二進(jìn)制補(bǔ)碼形式并存儲(chǔ)在兩個(gè)字節(jié)的溫度寄存器中。最高位是符號(hào)位，為0時(shí)表示測(cè)量的溫度在0℃以上，反之，所測(cè)的溫度在0℃以下。而低字節(jié)的低4位無(wú)用，其值為0。當(dāng)DS75LX輸出的溫度數(shù)據(jù)為12位即DS75LX具有12位分辨率時(shí)，溫度寄存器的位15至位4為有效的溫度數(shù)據(jù)。同理，當(dāng)分辨率分別為11、10、和9位時(shí)，對(duì)應(yīng)的有效溫度數(shù)據(jù)分別是溫度寄存器的位15至位5、位15至位6和位15至位7。

3.5 兩線串行總線

DX75LX的讀寫操作是通過(guò)兩線串行總線接口實(shí)現(xiàn)的，該串行總線與I2C總線兼容。圖2所示為讀溫度及溫度門限寄存器的時(shí)序圖。此時(shí)假定寄存器指針已指向溫度寄存器，否則需要對(duì)指針進(jìn)行設(shè)置。設(shè)置方法如下：主器件產(chǎn)生起始位、發(fā)送包含DS75LX地址的寫命令、收到應(yīng)答、發(fā)送寄存器指針字節(jié)。注意只有指針字節(jié)的低兩位(P1、P0位)有效。

4 DS75LX與PIC單片機(jī)接口電路

DS75LX與PIC單片機(jī)的硬件接口電路很簡(jiǎn)單，如圖3所示。由于PIC16F737具有I2C總線接口，只需將兩者的時(shí)鐘和數(shù)據(jù)引腳對(duì)應(yīng)相連，無(wú)論時(shí)鐘還是數(shù)據(jù)線都必須通過(guò)上拉電阻與電源相連。本文假定DS75LX的三個(gè)地址輸入引腳都接地，此時(shí)DS75LX的地址為1001000。

5 軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)部分包括DS75LX與PIC單片機(jī)的初始化程序，讀溫度數(shù)據(jù)子程序等，限于篇幅以下給出PIC單片機(jī)讀取DS75LX輸出的溫度數(shù)據(jù)的子程序。該子程序?qū)?yīng)的時(shí)序見圖2。采用C語(yǔ)言編程，編譯器為PICC編程環(huán)境MPLAB IDE。該程序既可用查詢方式也可用中斷方式實(shí)現(xiàn)，本文利用查詢中斷標(biāo)志SSPIF實(shí)現(xiàn)，具體程序代碼如下：

6 結(jié)束語(yǔ)

本文主要介紹數(shù)字溫度傳感器DS75LX的工作原理以及與單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)。DS75LX具有測(cè)量精度高、分辨率可調(diào)等特點(diǎn)。DS75LX的片選引腳具有三態(tài)輸入，在同樣數(shù)量的地址引腳情況下，與其他同類器件相比，DS75LX具有更多的地址組合可用，因此非常適用于多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng)。同時(shí)DS75LX的兩線串行接口簡(jiǎn)化了與單片機(jī)的硬件接口設(shè)計(jì)。DS75LX體積小巧，可廣泛應(yīng)用在小型基站、路由器、服務(wù)器及便攜式溫度計(jì)。