温度传感器TMP275的核心控制电路

[导读]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。

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。

测温仪的设计方案‌主要包括以下几个方面：

1. 测温原理

测温仪基于红外测温原理工作。所有温度高于绝对零度(-273℃)的物体都会向外辐射红外电磁波，物体的表面温度与其辐射的红外电磁波能量成正比。红外测温仪通过测量目标物体发出的红外辐射能量来计算物体的实际温度。具体过程包括：光学系统汇聚目标红外辐射能量，使其聚焦在光电探测器上，探测器将红外辐射能量转变为电信号，经过放大器和信号处理电路处理后，最终转变为被测目标的温度值‌1。

2. 硬件组成

测温仪的硬件组成包括：

‌光学系统‌：汇集目标红外辐射能量。

‌光电探测器‌：将红外辐射能量转变为电信号。

‌信号放大器及处理电路‌：对电信号进行放大和处理，最终计算出温度值。

‌显示输出‌：通常采用LCD显示屏显示温度值，部分设备还支持语音报数或数据传输到电脑进行集中处理‌12。

3. 软件设计

软件设计主要包括信号处理算法和用户界面设计。信号处理算法用于将电信号转换为温度值，并通过单片机进行复杂处理。用户界面设计包括LCD显示、按键控制、电量检测等功能。部分高端测温仪还支持多模式切换、高温报警、记忆功能等‌23。

4. 具体技术参数

‌测温范围‌：前额32-43℃，表面温度0-60℃。

‌测量精度‌：±0.2℃。

‌测量时间‌：≤1秒。