基于I_2C总线接口的智能温度传感器TMP101及其应用


基于 I2C 总线接口的智能温度传感器 TMP101 及其应用

- 43-

●新特器件应用

基于 I 2C 总线接口的智能温度传感器 TMP101 及其应用
顾 威, 陈 梅, 李 鑫
( 合肥工业大学 电气与自动化工程学院, 安徽 合肥 230009 )

摘要: TMP101 是 TI 公司生产的基于 I2C 串行总线接口的低功耗、 高精度智能温度传感器, 片内集 成了温度传感器、 转换器、2C 串行总线接口等。介绍了 TMP101 的性能特点、 内部结构以及工 A/D I 作原理, 给出了其典型应用实例。 关 键 词: TMP101 ; 温度传感器; PIC18F458; I2C 总线 文献标识码: B 文章编号: 1006- 6977( 2007) 02- 0043- 04 中图分类号: TP212.11

Intelligent temper atur e sensor TMP101 with I 2C inter face and its application
GU Wei, CHEN Mei, LI Xin
(College of Electrical & Automation Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China)

Abstr act: TMP101 is a low power, high resolution intelligent temperature sensor with I2C serial bus in- terface from Texas Instruments,and it is consist of temperature sensor ,A/D converter and I2C serial bus interface.Its character,operating principle, inner structure are introduced.And the typical application ex- ample is given. Key wor ds : TMP101; temperature sensor; PIC18F458; I2C bus



概述
TMP101 是 TI 公司生产的基于 I2C 串行总线接

口的低功耗、 精度智能温度传感器, 其内部集成 高 宽 有温度传感器、 转换器、2C 串行总线接口等。 A/D I 泛的温度测量范围和较高的分辨率使其广泛应用

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!



结束语
USB 为 计 算 机 外 设 输 入 输 出 提 供 了 新 的 接 口

拟仪器的设计[J].自动化仪表, 2006,27(3):14- 17. [3]洪家平.基于嵌入式处理器 MAXQ2000 的温度测 控系统[J].单片机与嵌入式系统应用,2005(4) :43-

标准。它使设备具有热插拔、 即插即用、 自动配置的 功能, 并标准 化设备连接 , 还 可 与 MAX485 相 结 合 实现数据的远程采集。而 USB2.0 标准传输速率更 高, 具有更好的应用前景。该系统具有可靠性高、 数 据采集速度快、 性价比高和多点采集等优点。 参考文献:

44. [4]崔岩松. USB 接口的高速数据采集卡的设计与实 现[J].电子技术应用,2003( 3) :20- 22.
作者简介: 洪家平(1964- ), 男 , 副教授, 现任教于湖北 师范学院计算机科学系。主要研究方向是计算机控 制技术、 嵌入式系统应用。 收稿日期: 2006- 09- 06 咨询编号: 070211

[1]Maxim Integrated Products.Microcontroller MAXQ- 2000 ENGINEERING REVIEW [DB/OL].http://pdf serv.maxim- ic.com/en/ej/MER- 4.pdf. 2004. [2]吴 莹,秦树人 ,张 帆. 基于 USB 总线的嵌入式虚

- 44-

《国外电子元器件》 2007 年第 2 期

2007 年 2 月

于多领域的温度测量系统、 多路温度测控系统以及 各种恒温控制装置。 TMP101 具有以下性能特点:

和 TLOW, 通过温度窗口比较器决定是否启动报警输 出。 系统上电后器件处于缺省状态, 其温度报警缺省 阈值为:上限温度 THIGH=80℃,下限温度 TLOW=75℃。

1)带 有 I C 总 线 , 通 过 串 行 接 口 ( SDA, SCL) 实


现与单片机的通信, 其 I C 总线上可挂接 3 个


TMP101 器件, 构成多点温度测控系统。 2)温度测量范围为 - 55℃~ 125℃,9~ 位 A/D 转 12
换精度, 12 位 A/D 转换的分辨率达 0.0625℃。被测 温度值以符号扩展的 16 位数字量方式串行输出。

3) 电 源 电 压 范 围 宽 ( +2.7 V~+5.5 V) , 静 态 电 流小(待机状态下仅为 0.1 μ 。 A)
下限寄存器及报 4) 内部具有可编程的温度上、 警( 中断) 输出功能, 内部的故障排队功能可防止因 噪声干扰引起的误触发, 从而提高温控系统的可靠 性。
图 2 TMP101 内部结构框图



TMP101 引脚功能和内部结构



TMP101 工作原理

2.1 TMP101 引脚功能 TMP101 硬件连接简便, 运行时除了 SDA、 SCL 和 ALERT 线 上 需 要 加 上 拉 电 阻 外 不 需 外 接 器 件 , TMP101 采用 SOT23- 6 封装, 引脚排列如图 1 所示,
引脚功能如下:

TMP101 的 I2C 总线串行数据接口线 SDA 和串 行时钟接口线 SDA 由主控制器控制, 主控制器作为 主机, TMP101 作为从机并支持 I2C 总线协议的读/写
操作命令。首先通过主控制器对其进行地址设定, 使 主控制器对挂接在总线上的 TMP101 进行地址识别。 为了能够正确获取 TMP101 内部温度寄存器中的温 度值数据, 要通过 I2C 总线对 TMP101 内部相关寄存 转换 器写相应的数据, 设定温度转换结果的分辨率、 时间、 报警输出的上、 下限温度值以及工作方式等, 也 上限温度寄存器 就是对 TMP101 内部的配置寄存器、 和下限温度寄存器进行初始化设置。

SCL: 串行时钟输入端; GND: 接地端; ALERT: 总线报警(中断)输出端,漏极开路输出; V+: 电源端; ADD0: I2C 总线的地址选择端; SDA: 串行数据输入 /输出端。电源与接地端之 间接有一只 0.1 μ 的耦合电容。 F

图 1 TMP101 引脚排列

2.2 TMP101 内部结构 TMP101 内部结构框图如图 2 所示, TMP101 内 部含有二 极管温度传 感器、 - Σ型 A/D 转 换 器 、 时 Δ
钟振荡器、 控制逻辑、 配置寄存器、 温度寄存器以及 故障排队计数器。 TMP101 首先通过内部温度传感器 产生一个与被测温度成正比的电压信号, 再通过 12 位 Δ Σ型 A/D 转换器将电压信号转换为与摄氏温 - 度成正比的数字量并存储在内部的温度寄存器中。 该器件根据用户在温度上下限寄存器中设定的 THIGH

3.1 TMP101 的地址设置 根据 I2C 串行总线规范, TMP101 有一个 7 位的 从器件地址码, 其有效位为 10010 ” 其余两位根据 , “ 引脚 ADD0 接地、 悬空和接电源端的不同分别设置 为 “00” 01 ” 10” 一 条 I2C 总 线 上 可 挂 接 3 个 、 “ 、 “ 。 TMP101 器件。 3.2 TMP101 内部寄存器 TMP101 的功能实现和工作方式主要是由内部 5 个寄存器确定, 如图 3 所示, 这些寄存器分别是地

图 3 TMP101 内部寄存器

基于 I2C 总线接口的智能温度传感器 TMP101 及其应用 址指针寄存器、 温度寄存器、 配置寄存器、 上限温度 ( TL) 寄存器和下限温度( TH) 寄存器。后 4 个寄存器 均属于数据寄存器。 地址指针寄存器为 8 位可读 /写寄存器 , 内部存 储了要读写的其余 4 个数据寄存器的地址 , 在读写 操作中 , 通过设定地址指针寄存器的内容确定要访 问的寄存器。 8 位数据字节中,前 6 位全部设置为 在 比较模式的状态。

- 45-

次温度转换, 在温度比较模式下, 该数据位可提供



与 PIC18F458 单片机的接口
TMP101 以高精度的测量结果和超小型贴片封

装广泛应用于各种温度测量系统、电源管理系统、 温度监控装置以及恒温控制装置中 , 通过其串行数 据接口线 SDA 和串行时钟接口线 SCL 可方便地与 微控制器相连接, 构成一个温度测量系统。图 4 所 示 为 PIC18F458 单 片 机 与 TMP101 的 连 接 应 用 电 路。

0, 后 2 位用于选择寄存器, 后 2 位 P0、 的值与选 P1
择的寄存器关系如表 1 所列。

温度寄存器为 16 位可读寄存器 , 温度寄存器存 储经 A/D 转换后的 12 位温度数据 , 后 4 位全补为 0, 以构成 2 字节的可读寄存器。也可以通过设置配置 寄存器的内容来获得 9、 、 、 位不同的转换 结 10 11 12 果。 配置寄存器为 8 位可读 / 写寄存器, 数据格式如 表 2 所列。通过配置寄存器设置器件的工作方式。
图4

PIC18F458 单片机与 TMP101 的连接

R1/R0 为温度传感器转换分辨率配置位 , 可以设定 内部 A/D 转 换器 的 分 辨 率 及 转 换 时 间 ; F1/F0 为 故 障排队次数配置位 , 当被测温度连续超过 n 次 (通过 设置 F1/F0 位), 就会有报警输出; POL 为 ALERT 极 性位 , 通过 POL 的设置, 可以使控制器和 ALERT 输 出的极性一致; SD 用来设置器件是否工作在关断模 式; 在关断模式下, 向 OS/ALERT 位写 1 可以开启一

4.1 PIC18F458 简介 PIC18F458 是 美 国 Microchip 公 司 生 产 的 单 片 比较 机, 片内集成了 A/D 转换器、 EEPROM 存储器、 2 输出、 捕捉输入、 异步串 PWM 输出、 C 和 SPI 接口、 I 行 通 信 ( USART) 接 口 电 路 、 CAN 总 线 接 口 电 路 、 Flash 程序存储器等, 功能强大, 设计电路简单可靠。 4.2 TMP101 初始化设置 要获取 TMP101 中的温度值数据, 首先应通过 PIC18F458 单 片 机 对 TMP101 内 部 的 配 置 寄 存 器 、
上限温度寄存器和下限温度寄存器进行初始化设 置 。 其 过 程 为 : PIC18F458 单 片 机 对 TMP101 写 地 址, 然后写配置寄存器地址到指针寄存器, 最后写 入数据到配置寄存器。 PIC18F458 单片机对 TMP101 配置寄存器写操作的时序如图 5 所示, 上、 限温 下 度寄存器的写时序和配置寄存器的写时序同理。

图5

单片机对 TMP101 配置寄存器写操作的时序图

- 46-

《国外电子元器件》 2007 年第 2 期

2007 年 2 月

4.3 TMP101 读数据 读 取 TMP101 内 部 温 度 寄 存 器 当 前 值 的 过 程
是 : 首 先 写 入 要 读 的 TMP101 , 然 后 写 入 要 读 的



结束语
介绍了基于 I2C 串行总线接口的数字智能温度

TMP101 内部温度 寄存器, 向 I2C 总 线上发 送 一 个
“重启动信号” 并将 TMP101 地址字节也重发一次, , 改变数据的传输方向, 从而再进行读取温度寄存器 的操作。单片机对 TMP101 温度寄存器读操作的时 序如图 6 所示。

传感器 TMP101 的性能、结构和工作原理, 以及与 “基 PIC18F458 单片机的实际应用, 并成功地运用到 于单片机的智能教室控制系统” , 该系统能显示 中 教室内实际检测到的温度值, 并通过 RS- 485 通讯 数据线传输到上位机进行实时显示, 测量结果精度

图6

单片机对 TMP101 温度寄存器读操作的时序图

图 6 可以解释 为: 在串行数 据线 SDA 和串行 时 钟 线 SCL 的 时 序 配 合 下 , 将 PIC18F458 单 片 机 的启动使能位 SEN 置位建立启 动信号时序 , 紧接 着单片机将要读的 TMP101 地址字节 写入缓冲器 , 并 通 过 单 片 机 内 部 移 位 寄 存 器 将 字 节 移 送 至 SDA 引 脚 , 8 位 地 址 字 节 的 前 7 位 是 TMP101 的 受 控 地 址 , 后 1 位 为 读/写 控 制 位 ( 为 0” 表 示 写 操 作 ) 。 “ 时 写地 址 字 节 完 成 后 , 在 第 9 个 时 钟 脉 冲 周 期 内 , 单 片 机 释 放 SDA, 以 便 TMP101 在 地 址 匹 配 后 , 能 够 反馈一个有效应答信号供单片机检测接收。第 9 个 时 钟 脉 冲 之 后 , SCL 引 脚 保 持 为 低 电 平 , SDA 引 脚电平保持不变, 直到下一个数据字节被送入缓 冲器为止。 然后再写入要读的 TMP101 内部温度寄 存器地址字节, 其过程与 TMP101 地址字节的 写操 作同理。通过向总线上发送 “重启动信号” 改变数 , 据的 传 输 方 向 , 此 时 寻 址 字 节 也 要 重 发 一 次 , 但 对

高, 系统运行稳定。 参考文献:

[1]胡东川, 张兴明, 李 竹.带 I2C 接口的数字温度传 感器 TMP101 及其应用[J].国外电子元器件, 2005 (1):68- 70. [2]沙占友, 薛树琦, 庞志峰. 中外集成传感器使用手 册[M].北京: 电子工业出版社, 2005. 提高篇) [M]. [3]李学海.PIC 单片机实用教程( 基础篇、 北京: 北京航空航天大学出版社, 2004. [4]刘和平, 刘 林, 余红欣, 郑群英.PIC18Fxxx 单片机 原理及接口程序设计[M].北京: 北京航空航天大 学出版社, 2004. 作者简介: 顾 威(1979- ), 男,硕士研究生, 研究方向为
计算机控制系统。 收稿日期: 2006- 09- 12 咨询编号: 070212

!!!!!!!!!!!"

TMP101 的 地 址 字 节 已 变 为 读 操 作 , 再 读 取 TMP101 内 部 温 度 寄 存 器 的 地 址 字 节 , 最 后 读 出 TMP101 内 部 温 度 寄 存 器 中 的 温 度 值 数 据 字 节 , 被 测 温 度 值 以 符 号 扩 展 的 16 位 数 字 量 方 式 串 行 输
出。单片机每接收一个字节都要反馈一个应答信 号 , 此 时 要 注 意 单 片 机 反 馈 的 应 答 信 号 和 TMP101 反馈的应答信号是不同的, 最后通过设置停止使 能位 , 发 送 一 个 停 止 信 号 时 序 到 总 线 上 , 表 明 此 次 通信终止。

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!" !!!!!!!!!!!"

欢迎订阅

国外电子元器件
地址: 西安市高新路 25 号瑞欣大厦 10 层 A 座 电话: 88222991

88222992

邮编: 710075

Email: ad@ieechina.com(广告) editor @ ieechina.com(投稿)

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"


相关文档

基于I2C总线接口的智能温度传感器TMP101
基于I2C串行总线接口的数字智能温度传感器TMP101
基于总线技术的智能温度传感器 及其应用
基于I 2C总线接口的智能温度传感器TMP101及其应用
单总线智能型温度传感器的应用研究
基于FPGA的I~2C总线接口设计
数字式I^2C总线温度传感器DS1624在温度检测中的应用
实用温度传感器的智能化与应用
I~2C总线接口的fpga实现研究
智能温度传感器LM73及其应用
电脑版