數(shù)字溫度傳感器可直接與微處理器進(jìn)行接口，大大方便了傳感器輸出信號(hào)的處理。本文以PWM模式輸出的TMP04型數(shù)字式溫度傳感器為例，介紹由PCI單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的幾種測(cè)溫方案，并給出軟件設(shè)計(jì)流程。

　　1 引言
 

　　數(shù)字式溫度傳感器主要的輸出模式有PWM、SPI、I2C、SMBus等，當(dāng)今主流的單片機(jī)幾乎都支持這種接口方式，文中以PWM輸出模式為例，討論了PIC單片機(jī)對(duì)于這種輸出模式的測(cè)溫方案。PWM模式輸出的數(shù)字溫度傳感器如TMP03/04、TPM05/06等，都是將傳感器件測(cè)得的溫度信息數(shù)字化后，經(jīng)過(guò)一定的輸出編碼，調(diào)制成占空比與溫度成正比的數(shù)字脈沖信號(hào)單線輸出。輸出信號(hào)接入微處理器后，只需測(cè)得數(shù)字脈沖信號(hào)的占空比就可由軟件運(yùn)算得到相應(yīng)的溫度信息。而對(duì)于微處理器來(lái)說(shuō)，輸入信號(hào)占空比的計(jì)算方式多種多樣以PCI系列單片機(jī)為例，在PIC16、PIC17、PIC18中均可由CCP模塊的捕捉功能、RB端口電平變化中斷功能，外部中斷功能等多種方法實(shí)現(xiàn)。以下將分別作以介紹。

　　2 硬件設(shè)計(jì)

　　由于數(shù)字式溫度傳感器直接輸出數(shù)字脈沖信號(hào)，無(wú)需后續(xù)的AD轉(zhuǎn)換和溫度補(bǔ)償，所以基于數(shù)字式溫度傳感器的測(cè)溫電路硬件非常簡(jiǎn)單，僅需要單片機(jī)微處理器和傳感芯片就可實(shí)現(xiàn)。除了個(gè)別集電極開(kāi)路輸出的傳感芯片在接入單片機(jī)時(shí)需要外加上拉電阻以外，其余的傳感芯片可與單片機(jī)直接相連。在此選用PCI系列單片機(jī)作為微處理器，ADI公司的TMP04數(shù)字式溫度傳感器作為傳感芯片。

　　2.1 PIC系列單片機(jī)簡(jiǎn)介

　　PIC系列單片機(jī)是美國(guó)微芯(Microchip)公司生產(chǎn)的8位COMS單片機(jī)，它內(nèi)部采用哈佛總線結(jié)構(gòu)，使得全部指令單字節(jié)、單周期化，有利于提高CPU執(zhí)行搜集的速度，從而提高單片機(jī)的運(yùn)行速度。它的指令系統(tǒng)采用精簡(jiǎn)指令集(R1SC)技術(shù)，尋址方式非常簡(jiǎn)單，便于程序的編寫(xiě)與調(diào)試。它豐富的外部功能模塊更是為外設(shè)提供了極其方便的接口，使得許多外部設(shè)備可以直接與微處理器進(jìn)行通信。本設(shè)計(jì)采用的PIC18F458具有最大25mA的拉/灌電流、3個(gè)外部中斷、4個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、2個(gè)捕捉/比較/脈沖調(diào)制(CCP)模塊、SPI和I2C二種工作方式的主同步串行模塊(MSSP)、可尋址的USART模塊、高級(jí)10位8通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及集成的CAN總線模塊等多種外圍功能模塊。

2.2 數(shù)字式溫度傳感器TMP04簡(jiǎn)介

　　TMP04是ADI公司生產(chǎn)的一款低功耗、高精度、寬動(dòng)態(tài)輸入范圍的PWM模式輸出的數(shù)字式溫度傳感器。TMP04是三端單線式器件，其總體功能框圖如圖1所示，測(cè)量結(jié)果以PWM編碼式數(shù)字脈沖信號(hào)在DOUT引腳輸出，輸出信號(hào)的占空比與所測(cè)溫度成正比，其輸出編碼格式以及具體的溫度計(jì)算公式如圖2所示。其中，T1一般為10ms，最大不趕12ms，T2隨著溫度的變化而變化，輸出不同占空比的數(shù)字脈沖信號(hào)時(shí)表示不同的溫度.

　　TMP04內(nèi)部含有一個(gè)由輸入采樣器、模擬求和器、積分器、比較器、1位DAC以及數(shù)字濾波器構(gòu)成的∑-Δ型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，如圖3所示。該模數(shù)轉(zhuǎn)換器具有分辨率高、線性度好、抗混疊哭聲和量化噪聲能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，非常適用于數(shù)字式溫度傳感器等微傳感系統(tǒng)。由于∑-Δ型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的作用，TMP04的最大功耗不超過(guò)6.5mW，全程線性誤差只有0.5℃，穩(wěn)定性非常高。同時(shí)TMP04的動(dòng)態(tài)輸入范圍比較大，精度也比較高，在-25℃～125℃溫度范圍內(nèi)誤差僅為1.5℃。TMP04還有一個(gè)與其結(jié)構(gòu)、功能很類(lèi)似的同類(lèi)產(chǎn)品TMP03，二者唯一的區(qū)別就是TMP03的輸出級(jí)采用集電極開(kāi)路電路，輸出電流可達(dá)5mA，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，可驅(qū)動(dòng)光耦實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程測(cè)溫，接入單片機(jī)時(shí)需要外接上拉電阻，而TMP04的輸出級(jí)采用互補(bǔ)型MOSFET電路，其輸出電平與COMS/TTL電路兼容，可直接接入單片機(jī)。

　　3 軟件設(shè)計(jì)

　　由PWM編碼的原理可知，要測(cè)出PWM數(shù)字脈沖信號(hào)所攜帶的溫度信號(hào)，只要檢測(cè)出數(shù)字脈沖信號(hào)的占空比即可，以PIC18系列為例，一個(gè)單片機(jī)有9個(gè)不同的端口(2個(gè)CCP模塊端口、4個(gè)RB電平變換中斷端口、3個(gè)外部中斷INT端口)，可以測(cè)出TMP04的輸出溫度，這為PWM編碼式溫度數(shù)字傳感器提供了相當(dāng)靈活的接口方式和更為廣闊的應(yīng)用空間。

　　3.1 由CCP模塊的捕捉功能實(shí)現(xiàn)

　　捕捉/比較/脈寬調(diào)制CCP模塊是PIC單片機(jī)特有的外圍功能模塊，它與TMR1和TMR2配合使用實(shí)現(xiàn)輸入捕捉、輸出比較和脈寬調(diào)制輸出等功能。其中輸入捕捉模式用于測(cè)量引腳輸入信號(hào)的周期、頻率、脈寬、信號(hào)的到達(dá)時(shí)刻以及消失時(shí)刻等。結(jié)合TMP04輸出信號(hào)的特點(diǎn)，可以利用CCP模塊分別測(cè)量出TMP04輸出信號(hào)的高電平脈寬T1和低脈寬T2，然后間接算出信號(hào)的占空比，從而得到TMP04輸出的溫度信息。詳細(xì)的程序流程圖如圖4所示。