采用DS75LX與P單片機實現硬件接口的應用設計

1 概述

DS75LX是一款高精度的串行數字輸出型溫度傳感器，測量的溫度數據可通過兩線串行總線（與I2C總線兼容）輸出。DS75LX工作電壓為1.7 V到3.7 V。除了基本的測溫功能外，DS75LX還具有溫度報警功能，允許用戶通過軟件設置報警溫度的門限值。DS75LX測溫范圍為-55℃～+125℃，當測溫范圍為-25℃～+100℃時，測量精度為±2℃。DS75LX同時具有可編程的9至12位的溫度數據輸出格式。輸出的溫度數據為12位時，其分辨率可達0.0625℃。該傳感器具有三個地址引腳，可設置為三種狀態中的任意一種：接GND、VDD，或懸空，可設置27種地址組合。例如A2、A1和A0分別為接電源、接地和懸空時，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通過一個能隙帶溫度感知體系結構來實現溫度測量。片上△-∑模數轉換器將所測的環境溫度直接轉換成數字量并存儲在溫度寄存器中。DS75LX一上電就開始測量溫度，用戶可通過軟件設置配置寄存器的內容以滿足自身的測量要求。DS75LX除了基本的溫度測量外還具有溫度報警模塊。與溫度報警模塊相關的兩個寄存器分別為報警門限寄存器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。在比較器模式時只要被測溫度在連續1、2、4或6次測量的結果均高于Tos中的值，O.S.引腳觸發并按照配置寄存器中的POL位的值輸出特定電平，此時與Thyst中的設定值無關；而在中斷模式時只要被測的溫度在連續1、2、4或6次溫度測量的結果均高于Tos中的值或低于Thyst中的值時觸發O.S.引腳，輸出特定電平。

3 DS75LX的內部結構

DS75LX的內部結構主要是由地址、I／O口控制單元、精確參考源、采樣調節器和可訪問寄存器等組成。對于用戶來說，只需了解DS75LX的地址、I／O口控制單元和可訪問寄存器即可，因為DS75LX的所有操作均是通過串行I／O口讀寫可訪問寄存器來實現的。

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。這些功能包括報警輸出類型、溫度測量分辨率等。

該寄存器各位的含義說明：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輸出的溫度數據的位數。當R1和R0分別為00、01、10、或11時，DS75LX輸出溫度有效數據分別為9、10、11或12位；F1和F0位的值決定了觸發O.S.引腳所需要進行的連續溫度測量次數。當F1和F0分別為00、01、10、11時對應的連續溫度測量次數為1、2、4和6次；POL位的值決定了O.S.引腳觸發時為高電平還是低電平。當POL=0時O.S.引腳觸發時輸出低電平，POL值為1時0.S.引腳觸發時輸出高電平；TM=0時溫度報警模塊工作在比較器模式，TM=1時溫度報警模塊工作在中斷模式；SD=1時DS75LX處于關斷模式，此時DS75LX不進行溫度采集，SD=0時，DS75LX處于正常工作狀態。該配置寄存器的各位上電時均為0。

3.2 DS75LX的可訪問寄存器

DS75LX有4個用戶可訪問寄存器，分別為溫度寄存器、配置寄存器、溫度遲滯寄存器和報警門限寄存器。其中溫度寄存器為只讀寄存器，用于存取測量的環境溫度數據，報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警溫度值。如果環境溫度漂移超出編程設定值則溫度報警引腳輸出報警信號。

3.3 寄存器指針

寄存器指針是向用戶提供所要訪問寄存器地址，寄存器指針的內容即為可訪問寄存器地址。由于DS75LX內部只含有4個可訪問寄存器，因此寄存器指針的內容只有低兩位（P1、P0）有效，當訪問某個寄存器時，必須確保寄存器指針已指向該寄存器。P1和P0的值與可訪問寄存器對應關系如表3所示。

3.4 輸出的溫度數據格式

DS75LX將測量的溫度轉換為16位二進制補碼形式并存儲在兩個字節的溫度寄存器中。最高位是符號位，為0時表示測量的溫度在0℃以上，反之，所測的溫度在0℃以下。而低字節的低4位無用，其值為0。當DS75LX輸出的溫度數據為12位即DS75LX具有12位分辨率時，溫度寄存器的位15至位4為有效的溫度數據。同理，當分辨率分別為11、10、和9位時，對應的有效溫度數據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的讀寫操作是通過兩線串行總線接口實現的，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序圖。此時假定寄存器指針已指向溫度寄存器，否則需要對指針進行設置。設置方法如下：主器件產生起始位、發送包含DS75LX地址的寫命令、收到應答、發送寄存器指針字節。注意只有指針字節的低兩位（P1、P0位）有效。

4 DS75LX與PIC單片機接口電路

DS75LX與PIC單片機的硬件接口電路很簡單，如圖3所示。由于PIC16F737具有I2C總線接口，只需將兩者的時鐘和數據引腳對應相連，無論時鐘還是數據線都必須通過上拉電阻與電源相連。本文假定DS75LX的三個地址輸入引腳都接地，此時DS75LX的地址為1001000。

5 軟件設計

軟件設計部分包括DS75LX與PIC單片機的初始化程序，讀溫度數據子程序等，限于篇幅以下給出PIC單片機讀取DS75LX輸出的溫度數據的子程序。該子程序對應的時序見圖2。采用C語言編程，編譯器為PICC編程環境MPLAB IDE。該程序既可用查詢方式也可用中斷方式實現，本文利用查詢中斷標志SSPIF實現，具體程序代碼如下：

6 結束語

本文主要介紹數字溫度傳感器DS75LX的工作原理以及與單片機的接口設計。DS75LX具有測量精度高、分辨率可調等特點。DS75LX的片選引腳具有三態輸入，在同樣數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溫度測量系統。同時DS75LX的兩線串行接口簡化了與單片機的硬件接口設計。DS75LX體積小巧，可廣泛應用在小型基站、路由器、服務器及便攜式溫度計。

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