基于ADuC812的温度测量系统

　　近年来,随着科学技术的发展,温度检测被广泛用于工农业生产、科学研究和人们的日常生活等领域。单片机技术迅速发展,使得温度的采集和处理方便快捷,且成本低廉,省时省力,功耗低,测量精度高。而I2C总线是一种两线式串行总线,用于连接微控制器及其外围设备。

　　I2C总线是由Philips公司提出的串行通讯接口规范,仅仅用两条数据线(SDA、SCL),就实现了完善的双工同步数据传送,在连接到该总线上的器件之间双向传送数据。数据传输速率标准模式(S)可达100kb/s,快速模式(F)下可达400kb/s,高速模式(Hs)下速率高达3.4Mb/s,连接到总线上的器件数只受400pF的总线电容的限制。I2C总线简单有效,它支持多主控,但在任何时间点上只能有一个主控。

　　使用高性能单片机ADuC812和新型高精度数字温度传感器TMP100结合I2C串行总线技术使系统结构简单、可靠性高,是全集成的12位数据采集系统,内部集成8通道高精度ADC和双12位DAC。系统在测温精度、转换时间、分辨率等方面都有很大的改进,本文介绍了对环境温度进行高精度测量的方法。

　　1　硬件设计

　　系统工作基本原理是利用外部温度传感器TMP100采集温度数据,通过I2C总线送入单片机系统的12位A/D转换器,使其变为数字信号,再通过内部的转换,然后使数据在LED上显示出来。图1为系统结构示意图。

　　1·1　核心器件单片机ADuC812

　　ADuC812是全集成的12位数据采集系统,它在单个芯片内包含了高性能的自校准多通道ADC(8通道12位高精度)、2个12位DAC以及可编程的8位MCU。

　　ADuC812可以工作在低电压、低功耗的省电模式。值得注意的是,在ADuC812中端口0、2和3是双向端口,而端口1是只输入端口。ADuC812的主要包括微分运算放大器、积分器、比较器、DAC反馈电路和数字滤波器。ADuC812内部的ADC转换块包含一个5μs转换时间、8通道、12位、单电源的A/D转换器。ADC具有单独的模拟电源和参考电压,可最大限度地减少数字电路的干扰。ADuC812支持I2C二线串行接口,并能与SPI总线接口兼容,此时第26脚仍做串行时钟端(如图),第27脚改为数据I/O端。

　　1·2　温度传感器TMP100

　　新型数字温度传感TMP100是由TI公司推出的采用微型6引脚SOT-23封装,包含1个12位模数转换器(ADC)、硅温度传感器和2线串行接口。其内部框图及应用电路如图2所示。该器件具备45μA超低电流和0.1μA关机电流,特别适合低功率应用。支持I2C总线接口,低电流损耗。TMP100温度传感器的地址可以通过2根地址引脚设定,这使得一根I2C总线上可以同时连接8个这样的传感器。

　　本方案中, TMP100的1脚(SCL)连接到单片机ADuC812的26脚(SCL)上, 6脚(SDA)连接到ADuC812的27脚(SDATA)上, 3脚和5脚分别连接到10脚(D1)和9脚(D0)上。当需要访问传感器时,先要发出一个8位的寄存器指针,然后再发出传感器的地址(7位地址,低位是WR信号)。传感器中有3个寄存器可供MCU使用, 8位寄存器指针就是用来确定MCU究竟要使用哪个寄存器的。要读取传感器测量值寄存器的内容,MCU必须首先发送传感器地址和寄存器指针。MCU发出一个启动信号,接着发出传感器地址,然后将RD/WR管脚设为高电平,就可以读取测量值寄存器。