基于MSP430F247和TMP275的测温仪的设计方案

     摘要:  介绍了一种TI公司推出的MSP430F247单片机，利用它自带的I2C模块驱动I2C总线的温度传感器TMP275。TMP275是一款具有高、低功耗的新型温度传感器。由于TMP275具有可编程功能，纤小的封装以及极大的温度范围，因而广泛应用于组建超小型温度测量装置。

　　1 引言

　　TI公司的MSP430单片机以独特的低功耗和模块化设计赢得了设计者的青睐。新型MSP430F247其性价比相当高，该16位单片机处理速度快，超低功耗，能节省很多资源；MSP430F247内置I2C模块，方便了程序编写，大大降低了程序的出错率。同时更多的I/O口可以级联更多的外围器件，而无需使用地址数据锁存器件，既方便了程序的编写，也简化了硬件电路的设计。

　　温度传感器TMP275可直接输出数字信号，而无需取样、放大、滤波和模数信号的转换，可以直接传输给单片机信号处理系统；而且输出信号分辨率可以达到0．0625，测温±0．5℃，若使用MSP430F247做控制器，可直接与其自带的I2C模块相连，使用方便。

　　2 电路设计

　　2．1 总体方案设计

　　该测温仪的硬件结构由温度测量、控制电路、显示电路和电源电路等4部分组成。总体方案框图如图l所示。

　　2．2 单元模块设计

　　2．2．1 控制电路

　　控制电路采用MSP4313F247完成数据的测量和处理，实现温度测量和控制输出显示功能，电路如图2所示，其中的P3．1．P3．2分别是MSP430F247自带I2C模块的SCL和SDA，可以直接连接TMP275，不用再模拟I2C口，应注意接上拉电阻。

图2 控制电路

　　2．2．2 温度测量

　　测温部件采用TI公司生产的温度传感器TMP275，以数字形式用I2C总线向CPU传输数据，图3给出温度测量电路。

图3 温度测量电路

　　TMP275是一个I2C总线的温度传感器，测温范围一40℃~+125℃，在一20℃~+100℃之间误差仅为±0．5℃。

　　TMP275内部有指针寄存器、配置寄存器、温度值寄存器、高温和低温限制寄存器等5个寄存器。

　　指针寄存器是通过P1，P0识别哪个寄存器来响应读写命令。其格式字如表1所示，指针地址如表2所示。

　　配置寄存器是一个8位可读写的寄存器，用来存储TMP275的工作模式控制字，详细资料请参见参考文献。

　　温度寄存器是12位补码只读寄存器，用来存储近变换得到的数据，存储形式与TI公司的TMPl00和DALLAS公司的DSl8820相同。该寄存器通过2个字节读写数据，如表3，表4所示，且先传输高8位再传输低8位，其中个字节8位有效，第二个字节只有高4位有效。上电和复位后读出的是0°。图4和图5分别是I2C数据写、读时序图。

图4 I2C数据写时序

图5 I2C数据读时序

　　2．2．3 显示电路

　　图6给出显示电路，显示部分主要由3个共阴数码管组成，以达林顿集成电路ULN2003和74LS06作为反向驱动。

图6 显示电路

　　2．2．4 电源电路

　　该装置的电源由两部分组成：由三端稳压器LM7805提供的+5 V。主要给ULN2003，74LS06以及温度传感器TMP275供电：由TI公司专用电平转换器TPS76033提供的3．3 V，主要提供MSP430F247单片机工作电源，如图7所示。

图7 电源电路

　　3 程序流程图及部分程序代码

　　3．1 主程序

　　程序开始头文件加载、端口及各种寄存器初始化，然后进入显示测温程序，如图8所示。

图8 主程序流程图

　　3．2 测温子程序

　　3．2．1 测温初始化子程序

　　此部分程序分别对MSP430F247自带的I2C模块相关的寄存器进行设置：①设P3．1、P3．2为外部管脚，使能SW Reset；②选择I2C模块操作模式为主机，同步模式；③选择时钟，复位R/W；④设置从机地址，清除SW中断标志，使能Rx中断；⑤设置接收字节计数器是2，目的是读2个字节的温度值；⑥发送I2C开始命令；⑦接收2个字节的温度值；⑧发送I2C停止命令。

　　3.2.2读温度高、低字节数据子程序

　　3.2.3 温度值处理子程序

　　图9给出测温子程序流程图。

图9 测温子程序流程图

　　4 结语

　　测温仪设计系统中，对于数字温度传感器TMP275，采用了模块化的设计理念，设计思路明朗，搭建系统框架比较容易，尤其是MSP430F247本身带有I2C模块，不必再用一般的2个端口来模拟I2C，程序编写简单，在使用其他的I2C器件时也可以参考，移植使用。

  

参考文献:

[1]. TMP275 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/TMP275_1619190.html.
[2]. MSP430 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/MSP430_490166.html.
[3]. ULN2003 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/ULN2003_500970.html.
[4]. 74LS06 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/74LS06_62678.html.
[5]. LM7805 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/LM7805_843721.html.
[6]. TPS76033 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/TPS76033_592447.html.