I2C总线的数字温度传感器在温度测量系统中的应用

　　美国TI公司推出的TMP101是一种基于I2C串行总线接口的数字式温度传感器,它将温度传感器、A/D转换器、I2C串行总线接口等集成在同一个芯片中,能够在现场采集温度数据,可直接将被测温度物理量转化为数字信号并以总线方式传送给微处理器进行数据处理。TMP101成本低、精度高、稳定可靠,可在许多温度测量领域代替传统的温度传感器。

　　1　TMP101内部结构和工作原理

　　1.1　TMP101内部结构

　　TMP101温度传感器内部结构框图如图1所示。TMP101内部带有二极管温度传感器,Δ-ΣAD转换器,时钟振荡器,控制逻辑,配置寄存器,温度寄存器以及故障排队计数器。TMP101首先通过内部温度传感器产生一个与被测温度成正比的电压信号,再通过12位Δ-ΣAD转换器将电压信号转换为与摄氏温度成正比的数字量并存储在内部的温度寄存器中。器件可根据用户在温度上下限寄存器中设定的THIGH和TLOW值在温度窗口比较器中决定是否启动报警输出。

　　1.2　TMP101工作原理

　　TMP101温度传感器的I²C总线串行数据接口线SDA和串行时钟接口线SCL由主控器进行控制,以主控器作为主机,TMP101作为从机并支持I²C总线协议的读/写操作命令。一条I²C总线上可连接3个TMP101器件,可实现一点或者多点的温度测量系统。

　　首先,通过主控器对其进行地址设定,使主控器对连接在总线上的TMP101温度传感器进行地址识别。根据I²C串行总线规范,TMP101有一个7位作为从器件的地址码,其最高位有效位为“10010”,其余两位根据其引脚ADD0接地、悬空和接电源端的不同分别设置为“00”,“01”,“10”。

　　其次,为了能够正确获取TMP101内部温度值寄存器中的温度值数据,主控器首先要通过I²C总线向TMP101内部相关寄存器写特定的数据,从而设定温度转换结果的分辨率、转换时间、报警输出端的工作模式和极性以及报警输出的上、下限温度值等,也就是对TMP101内部的配置寄存器、上限温度寄存器和下限温度寄存器进行写操作等一系列的初始化设置。

　　地址指针寄存器: 8位可读写寄存器,内部存储了指向要读写的其余4个数据寄存器的地址。在读写过程中,通过设定地址指针寄存器的内容说明要访问哪个寄存器。

　　温度值寄存器: 16位可读寄存器,温度值寄存器存储着由A/D转换器送来的9~12位温度值数据,其余对应不用位全补为0,以构成2个字节的可读寄存器。

　　上/下限温度值寄存器: 16位可读寄存器,上/下限温度寄存器的数据格式与温度值寄存器相同。配置寄存器: 8位可读/写的寄存器。通过对配置寄存器的配置来设置器件的工作方式。TMP101温度传感器内部配置寄存器的数据格式如表1所示,各数据位的具体说明如下:R1/R0:分辨率配置位,可以设定内部A/D转换器的分辨率及转换时间。F1/F0:故障排队次数配置位,当被测温度连续超过n(通过设置F1/F0位)次,就会有报警输出。TM:将器件工作设置在比较模式(TM=0)或中断模式(TM=1)。POL:ALERT极性位,通过POL的设置,可以使控制器和ALERT一致。SD:设置器件是否工作在关断模式(SD=1)。OS/ALERT:在关断模式下,向该位写1可以开启一次温度转换。