采用MSP430F247单片机实现TMP275测温仪的I2C模块的连接
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，测温精度±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、核心控制电路、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 核心控制电路
核心控制电路采用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 核心控制电路
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℃之间最大误差仅为±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，用来存储最近变换得到的数据，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，其中第一个字节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 程序流程图及部分核心程序代码
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。
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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，测温精度±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、核心控制电路、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 核心控制电路
核心控制电路采用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 核心控制电路
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℃之间最大误差仅为±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，用来存储最近变换得到的数据，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，其中第一个字节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 程序流程图及部分核心程序代码
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。
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