1 引言

TI公司的MSP430單片機以獨特的低功耗和模塊化設計贏得了設計者的青睞。新型MSP430F247其性價比相當高，該16位單片機處理速度快，超低功耗，能節省很多資源；MSP430F247內置I2C模塊，方便了程序編寫，大大降低了程序的出錯率。同時更多的I/O口可以級聯更多的外圍器件，而無需使用地址數據鎖存器件，既方便了程序的編寫，也簡化了硬件電路的設計。

溫度傳感器TMP275可直接輸出數字信號，而無需取樣、放大、濾波和模數信號的轉換，可以直接傳輸給單片機信號處理系統；而且輸出信號分辨率可以達到0．0625，測溫精度±0．5℃，若使用MSP430F247做控制器，可直接與其自帶的I2C模塊相連，使用方便。

2 電路設計

2．1 總體方案設計

該測溫儀的硬件結構由溫度測量、核心控制電路、顯示電路和電源電路等4部分組成。總體方案框圖如圖l所示。

2．2 單元模塊設計

2．2．1 核心控制電路

核心控制電路采用MSP4313F247完成數據的測量和處理，實現溫度測量和控制輸出顯示功能，電路如圖2所示，其中的P3．1．P3．2分別是MSP430F247自帶I2C模塊的SCL和SDA，可以直接連接TMP275，不用再模擬I2C口，應注意接上拉電阻。

圖2 核心控制電路

2．2．2 溫度測量

測溫部件采用TI公司生產的溫度傳感器TMP275，以數字形式用I2C總線向CPU傳輸數據，圖3給出溫度測量電路。

圖3 溫度測量電路

TMP275是一個I2C總線的溫度傳感器，測溫范圍一40℃~+125℃，在一20℃~+100℃之間最大誤差僅為±0．5℃。

TMP275內部有指針寄存器、配置寄存器、溫度值寄存器、高溫和低溫限制寄存器等5個寄存器。

指針寄存器是通過P1，P0識別哪個寄存器來響應讀寫命令。其格式字如表1所示，指針地址如表2所示。

配置寄存器是一個8位可讀寫的寄存器，用來存儲TMP275的工作模式控制字，詳細資料請參見參考文獻。

溫度寄存器是12位補碼只讀寄存器，用來存儲最近變換得到的數據，存儲形式與TI公司的TMPl00和DALLAS公司的DSl8820相同。該寄存器通過2個字節讀寫數據，如表3，表4所示，且先傳輸高8位再傳輸低8位，其中第一個字節8位有效，第二個字節只有高4位有效。上電和復位后讀出的是0°。圖4和圖5分別是I2C數據寫、讀時序圖。

圖4 I2C數據寫時序

圖5 I2C數據讀時序

2．2．3 顯示電路

圖6給出顯示電路，顯示部分主要由3個共陰數碼管組成，以達林頓集成電路ULN2003和74LS06作為反向驅動。

圖6 顯示電路

2．2．4 電源電路

該裝置的電源由兩部分組成：由三端穩壓器LM7805提供的+5 V。主要給ULN2003，74LS06以及溫度傳感器TMP275供電：由TI公司專用電平轉換器TPS76033提供的3．3 V，主要提供MSP430F247單片機工作電源，如圖7所示。

圖7 電源電路

3 程序流程圖及部分核心程序代碼

3．1 主程序

程序開始頭文件加載、端口及各種寄存器初始化，然后進入顯示測溫程序，如圖8所示。

圖8 主程序流程圖

3．2 測溫子程序

3．2．1 測溫初始化子程序

此部分程序分別對MSP430F247自帶的I2C模塊相關的寄存器進行設置：①設P3．1、P3．2為外部管腳，使能SW Reset；②選擇I2C模塊操作模式為主機，同步模式；③選擇時鐘，復位R/W；④設置從機地址，清除SW中斷標志，使能Rx中斷；⑤設置接收字節計數器是2，目的是讀2個字節的溫度值；⑥發送I2C開始命令；⑦接收2個字節的溫度值；⑧發送I2C停止命令。

3.2.2讀溫度高、低字節數據子程序

3.2.3 溫度值處理子程序

圖9給出測溫子程序流程圖。

圖9 測溫子程序流程圖

4 結語

測溫儀設計系統中，對于數字溫度傳感器TMP275，采用了模塊化的設計理念，設計思路明朗，搭建系統框架比較容易，尤其是MSP430F247本身帶有I2C模塊，不必再用一般的2個端口來模擬I2C，程序編寫簡單，在使用其他的I2C器件時也可以參考，移植使用。