MCP9800IC数字温度传感器与PICmicro单片机的接口设计

MCP9800 数字温度传感器具有 I2C™ 接口，特别适合 嵌入式系统。I2C提供了与单片机接口的业界标准方式。 本应用笔记将讨论在嵌入式系统中使用 MCP9800 时需 要考虑的系统集成、固件实现和 PCB 布局技巧。
将 MCP9800 集成到嵌入式系统环境中的技巧将使用 PICkit™ 1 闪存单片机入门工具包和 MCP9800 PICtail™ 子板来演示。此时，需要将 MCP9800 PICtail 子板插 入到 PICkit 1 闪存单片机入门工具包的扩展插座 J3， 如图 1 所示。 MCP9800 演示板设计用于测量温度并利 用板上的 7 段 LED 数码管来显示温度值。
寄存器
MCP9800 系列器件有四个用户可读/写的寄存器。这些 寄存器为环境温度寄存器、 温度门限设置（TSET） 寄存 器、温度迟滞 （THYST）寄存器和器件配置寄存器。
环境温度寄存器为只读寄存器，用于读取环境温度数 据。从 ADC 送出的数据也同时储存在这个寄存器中。 TSET 和 THYST 寄存器为可读 / 写寄存器，允许用户设置 温 度 极 限。如 果 环 境 温 度 超 出 设 置 的 极 限 值， MCP9800 通过 ALERT 引脚输出报警信号（请参见“报 警输出配置” ） 。器件配置寄存器使用户可以配置 MCP9800 的不同功能。接下来的部分将对这些寄存器 做进一步详细说明。
在所附的压缩文件 00059R1.zip 中包含 PCB Gerber 文 件、源代码和用于编程 PIC16F684 的 hex 文件。
PICkit™ 1 闪存单片机入门工具包
USB PC
PICmicro® 闪存 MCU
J3
I2C™ 接口
SPI 接口
PIC16F684
VDD GND
MCP9800 PICtail™ 演示板
2006 Microchip Technology Inc.
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应用信息
MCP9800 在温度测量时并不需要任何外部元器件，但 还是建议在 VDD 和 GND 引脚间加一个 0.1 µF 至 1 µF 的旁路电容 （应使用高频陶瓷电容）。这个电容应尽可 能摆放得靠近 IC 电源引脚，从而为传感器提供有效的 噪声保护。
报警极性 报警比较 / 中断 配置 寄存器 温度 寄存器 THYST 寄存器
TSET 寄存器
9位 10 位 11 位 12 位
Σ-∆ ADC
带隙 温度传感器
寄存器 指针
I2C™/SMBus 接口
图 2： 功能框图
VDD 0.1 µF
VDD MCP9800
SDA SCK ALERT
PICmicro® MCU
MCP9800 报警指示器 温度 传感器
J2
2 I2C 接口
2 +5V
SPI 接口
PIC16F737 显示控制器
图 1： MCP9800 数字温度传感器演示板框图
7 段显示
2006 Microchip Technology Inc.
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MCP9800 功能介绍
02H
Temp. MSb
2-1 2-2 0 0 0 0 0 0
01H
Temp. LSb
请参见 MCP9800 数据手册，《双线高精度温度传感 器》（DS21909B_CN） ，获取更多关于串行接口的信 息。
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2006 Microchip Technology Inc.
LSb 温度寄存器
= 41.5°C = 00101001b = 25 + 23 + 20
= 32 + 8 + 1 = 41 = 10000000b = 2-1 = 0.5
表 1：
温度寄存器
Dห้องสมุดไป่ตู้ D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 地址 / 寄存器
Sign 26 25 24 23 23 21 20
SDA
SCK I/O
GND
图 3： MCP9800 与 PICmicro® MCU 接口
温度数据格式
温度数据表示为 9 至 12 位二进制补码字，分辨率为 0.15°C/位至0.0025°C/位。温度数据以二进制补码格式 存储在温度寄存器中，格式如表 1 所示。
以 10 位数据为示例： 温度 MSb 温度寄存器
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MCP9800 I2C™ 数字温度传感器与 PICmicro® 单片机的接口设计
作者： Ezana Haile 和 Jim Lepkowski Microchip Technology Inc.
简介
MCP9800 为数字 CMOS 硅片式温度传感器，提供准确 的数字温度测量能力。内部二极管温度感应单元的数据 被转换成数字格式，因而可以直接与 PICmicro® 单片机 （MCU）接口。 MCP9800 温度传感器提供了许多系统 级优点，包括在很小的集成电路 （IC）封装内部集成了 传感器和信号调理电路。 MCP9800 还具有单次转换 （One-shot Conversion）模式，可以进行单次温度测 量，然后进入省电的关断 （Shutdown）模式。 单次测 量模式使这个传感器很适合对功耗有严格要求的便携 式应用。
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分辨率
单次测量
关断
故障序列
报警极性
报警比较 / 中断
配置 寄存器
温度 寄存器
THYST 寄存器 TSET 寄存器
报警输出 控制逻辑
报警 输出
图 4： 寄存器框图
通过 I2C™ 接口向 MCP9800 发送寄存器指针来读 / 写 这些寄存器。这是一个 8 位指针。但只用最低两位作指 针，其他位必须清零。这个器件还有其他几个寄存器， 保留用于测试和校正。如果读取这些寄存器，器件工作 可能无法达到规范列出的性能。请参见 MCP9800 数据 手册获取更多详细信息。
MCP9800 包含一个内置的二极管温度传感器，用户可 选的 9 位至 12 位 Σ-∆ 模数转换器 （ADC），数字寄存 器和 I2C 通信端口。图 2 提供了 MCP9800 的简化功能 框图。 MCP9800 与 PICmicro 单片机的接口原理图如 图 3 所示。
分辨率 单次测量
关断 故障系列
MCP9800 通过监测 IC 管芯上二极管的电压来测量温 度。 MCP9800 的 IC 引脚在管芯和 PCB 间提供低阻抗 的热路径，从而允许 MCP9800 有效地监测 PCB 的温 度。与环境空气间的热路径效率不高，因为塑封 IC 封 装起到热绝缘体的作用。因此，环境空气的温度（即使 在空气与 PCB 之间存在很大的温度差）对 MCP9800 温度测量仅有很小的影响。