数字气压和温度传感器MPXY8020A介绍和驱动代码
Author：Once Day
Date：北部市保留地，2022年5月13日
文章目录
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- 数字气压和温度传感器MPXY8020A介绍和驱动代码
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- 1.概述
- 2.MPXY8020A和Mcu的硬件连接
- 3.MPXY8020A的性能参数
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- 3.1 待机电流在1uA温度测量电流在400以下uA，压力测量电流为1300uA左右。
- 3.2 ==如下图所示==：
- 3.3 ==如下所示==：
- 4. 编写数据通信和程序
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- 4.1 时序约束
- 4.2 数据采样过程
- 4.3 代码设计
- 4.4 基于实际代码编写msp430系列单片机
- 5. 封装信息
- 注：本内容收集整理在互联网上，仅供学习和交流。
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1.概述
MPXY8020A它是摩托罗拉公司于2003年推出的汽车轮胎气压监测传感器。它集成了气压传感器、温度传感器和数字接口电路SSOP包装；最大气压为1.4万kPa。MPXY8020A特别适用于轮胎气压和温度监测系统。
力传感器是由表面微加工制成的电容式传感器，接口电路和传感器采用标准硅CMOS工艺集成在同一模具上。压力信号的调节始于电容转换到电压(C到V)，然后是开关电容放大器。该放大器具有可调的偏移量和增益微调。工厂校准了偏移增益，存储校准值EEPROM在微调寄存器中。该放大器还具有灵敏度和偏置的温度补偿电路EEPROM工厂调整微调寄存器。压力由电压比较器监测，将测量值与串行输入调整的8位阈值进行比较。调整阈值和监控OUT引脚状态，外部设备可检查是否超过低压阈值，或多达8位A /D转换。
以上文字机翻自数据手册，以下简要说明:
- 温度范围-40~125摄氏度，误差较大，误差在4-5摄氏度之间。
- 可测量压力，适当范围为250kPa~450kPa，但最大支持是14000kPa，此时可能会损坏设备。
- 有了自己的时钟，可以输出两个的信号MCU。
- 串行口用于输入数据，输出信号只有高低电平，需要与单片机合作收集8位adc然后将数据转化为实际温度或压力。
：
2.MPXY8020A和Mcu的硬件连接
VCC供电范围可为2.1v-3.6v，推荐在3.0-3.3v附近，比较合适。
如果VCC供电为0v，但是如果管脚电平高，也会通过管脚上的二极管供电！因此，为了切断电源，必须降低所有管脚。
S1和S0用于选择运行模式，触发器避免干扰：
OUT待机模式下的管脚每3个s输出脉冲：
RST管脚可以输出52个低脉冲信号mins，定期复位信号可作为外部单片机。
==DATA和CLK单路串行通信由下拉电阻和施密特触发器组成，以避免干扰。==这两个直接连接到单片机IO管脚很好，然后使用模拟SPI协议传输数据。
3.MPXY8020A的性能参数
3.1 待机电流在1uA温度测量电流在400以下uA，压力测量电流为1300uA左右。
3.2 如下图所示：
3.3 如下所示：
4. 编写数据通信和程序
4.1 时序约束
根据表面要求，data边沿到clk上升沿，它(data)最小电平建立时间为100ns，然后此后data数据保持100ns所以MCU的IO电平翻转速率小于5Mhz，即通信速率小于5Mhz。
可以看出，每个数据输入的大小是一个字节，即8位。在每个时钟的上升沿读取数据，在第八个下降沿读取数据D/A在数据寄存器中。
4.2 数据采样过程
信号采样分为两个步骤：首先将采样电容器上的信号转换为电压信号，然后用开关电容放大器放大信号，以提高采样精度。
通过电压比较器确定信号值的大小。外部微控制器在信号转换前通过MPXY8020A输入接口输入8位极限值。片中8位DAC(数模转换器)将该值转换为相应的模拟电压，电压比较器将采样的电压值与该值进行比较OUT引脚输出比较后的结果。当采样值高于输入值时，OUT引脚为高电平；相反，它是低电平。
也就是说，
因此，如果只是阈值判断，编程非常简单，那就是输入要判断的阈值，然后判断输出管脚的高度。
若要获得准确的测量值，可采用二次逼近法进行测量。即采用二分法进行多次比较。ADC，使用8次二分法，然后在最小范围内确定值。
因此，每次读取温度数据都需要 ( 1 u s ? 8 200 u s 50 u s ) ? 8 = 2 m s (1us*8 200us 50us)*8=2ms (1us∗8+200us+50us)∗8=2ms或者最大2.4ms，每次读压力数据需要4.4ms至4.8ms。
4.3 代码设计
模拟SPI设计，根据时序图，CLK低电平为空闲模式，并在第一个上升沿采样，因此数据线信号先行，数据线低电平为0，高电平为1。
请注意，数据是高位先行。
这里延时1us是用于数据建立时间，数据保持时间应在CLK_H后再延迟一段时间，但这里没有这么做。原理很简要，目标单片机速率并不快，而且电路状态改变并不快，因此在下次data信号改变达到时，原来的数据已成功写入了。
由于这里是整型数据，所以二次逼近法可设计成如下程序：
很明显，取值区间在0~255.
4.4 实际代码编写，基于msp430系列单片机
初始化管脚。
S1，S0，CLk，data，初始化为输出。
OUT和 RST，初始化为输入。
//mpxy8020a io口初始化
void mpxy8020a_io_init(void)
{
//S1，S0，CLk，data，输出
P2DIR |= BIT0+BIT2+BIT3+BIT4;
P2OUT &=~(BIT0+BIT2+BIT3+BIT4);//输出置低
(P2OUT|=(BIT2));
(P2OUT&=~(BIT2));
delay_ms(1);
//OUT和 RST，输入
P2DIR &=~(BIT1+BIT5);
P2REN |=(BIT5);
P2OUT |=(BIT5);//RST上拉
}
管脚宏定义，屏蔽底层硬件接口：
//管脚宏定义
#define MPXY8020A_S0_H (P2OUT|=(BIT2))
#define MPXY8020A_S0_L (P2OUT&=~(BIT2))
#define MPXY8020A_S1_H (P2OUT|=(BIT0))
#define MPXY8020A_S1_L (P2OUT&=~(BIT0))
#define MPXY8020A_CLK_H (P2OUT|=(BIT3))
#define MPXY8020A_CLK_L (P2OUT&=~(BIT3))
#define MPXY8020A_DATA_H (P2OUT|=(BIT4))
#define MPXY8020A_DATA_L (P2OUT&=~(BIT4))
#define MPXY8020A_OUT_IN (P2IN&(BIT1))
//延时函数宏定义
#define delayus(x) delay_us(x)
四种模式切换代码，插入必要的延时。
//测量温度
void mpxy8020a_measure_temperature(void)
{
MPXY8020A_S0_L;
MPXY8020A_S1_H;
delayus(200);//等待测量结束
}
//测量压力
void mpxy8020a_measure_pressure(void)
{
MPXY8020A_S0_H;
MPXY8020A_S1_L;
delayus(500);//等待测量结束
}
//待机模式
void mpxy8020a_standby(void)
{
MPXY8020A_S0_L;
MPXY8020A_S1_L;
delayus(50);//等待一会
}
//读输出比较结果模式
void mpxy8020a_read(void)
{
MPXY8020A_S0_H;
MPXY8020A_S1_H;
delayus(50);//等待读响应到来
}
发送一个字节数据给MPXY8020A：
//向MPXY8020a发送一个数据
void mpxy8020a_send_byte(char c)
{
int i;
for(i=7;i>=0;i--)
{
if(c&(1<<i))//高位在前
MPXY8020A_DATA_H;
else
MPXY8020A_DATA_L;
MPXY8020A_CLK_L;
//cpu主频低于 1Mhz就不需要延时
delay_us(10);
MPXY8020A_CLK_H;
delay_us(10);
}
MPXY8020A_CLK_L;
}
获取温度的代码：
//计算结果数据，放大100倍
int mpxy8020a_get_temperature(void)
{
int min=0,max=255;
int value=0,output=0;
double temp=0.0;
while(1)
{
value=(int)((min+max)/2);//取一半的值
//待机模式下发送数据
mpxy8020a_standby();
//发送数据
mpxy8020a_send_byte((char)(value&0xff));
//开启测量
mpxy8020a_measure_temperature();
//输出结果
mpxy8020a_read();
if(MPXY8020A_OUT_IN)//判断是否为真
{
//真表示实际值大于给出的阈值
if(max-min<=2)
{
output=max;
break;//可以结束了
}
else
{
min=value;//重新选取范围
}
}
else
{
//此时给出的阈值大于真实值
if(max-min<=2)
{
output=min;
break;//可以结束了
}
else
{
max=value;//重新选取范围
}
}
}
//待机模式下发送数据
mpxy8020a_standby();
//根据公式计算实际温度值 output=74.7461 + 0.9752*Temperature+0.0041*(Temperature)^2
//解此方程可得
//注意精准计算需要根据数据手册制表查找，并且根据实际情况进行校准。
temp=sqrt(-4087.1654+(double)output/0.0041)-118.926829;
return (int)(temp*100);
}
获取压力的代码：
//计算结果数据
int mpxy8020a_get_pressure(void)
{
float pressure_error=7.5;//3.0v 25摄氏度误差，具体根据手册的表格确定
int min=0,max=255;
int value=0,output=0;
double temp=0.0;
while(1)
{
value=(int)((min+max)/2);//取一半的值
//待机模式下发送数据
mpxy8020a_standby();
//发送数据
mpxy8020a_send_byte((char)(value&0xff));
//开启测量
mpxy8020a_measure_pressure();
//输出结果
mpxy8020a_read();
if(MPXY8020A_OUT_IN)//判断是否为真
{
//真表示实际值大于给出的阈值
if(max-min<=2)
{
output=max;
break;//可以结束了
}
else
{
min=value;//重新选取范围
}
}
else
{
//此时给出的阈值大于真实值
if(max-min<=2)
{
output=min;
break;//可以结束了
}
else
{
max=value;//重新选取范围
}
}
}
//待机模式下发送数据
mpxy8020a_standby();
//根据公式计算实际气压值temp=output*2.5+-(pressure-error)
//注意精准计算需要根据数据手册制表查找，并且根据实际情况进行校准。
//不减去误差
temp=(double)output*2.5;
return (int)(temp);
}
使用时，依次调用，后面两个函数即可。
5. 封装信息
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