1 概述
mpxy8020a是摩托罗拉公司于2003年推出的汽车轮胎气压监测传感器。其内部集成了气压传感器、温度传感器和数字接口电路，8引脚ssop封装；能承受的最大气压为1400mpa。mpxy8020a的功耗比较低，特别适用于轮胎气压和温度监测系统，能和摩托罗拉的无线遥控开锁系统集成在一起，组成低成本，高集成度的系统。此外，mpxy8020a还可应用于其他气压和温度监测系统中。
2 片内结构
mpxy8020a的功能结构如图1所示。气压信号的采样由电容式传感器完成，温度信号的采样由薄膜电阻完成，此外，片内集成了数字接口电路。整个传感器采用硅cmos工艺加工而成[1]。
气压信号的采样分两步完成：首先是把采样电容上的信号转换为电压信号，然后用开关式电容放大器对信号进行放大，以提高采样的准确度。电容放大器带有温度补偿电路，采样偏移量可调，并且可以通过在eeprom寄存器中写入校正值进行采样信号的校正。气压信号值的大小通过电压比较器确定。在气压转换前，外部微控制器通过mpxy8020a的数字接口输入8位极限值。片内8位dac（数模转换器）把该值转换成相应的模拟电压，电压比较器把采样的电压值与该值进行比较，在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，反之，为低电平，温度信号的采样由带有正温度系数的薄膜电阻完成。由图1可见，通过2路开关，可选择传感器工作于气压采样状态或温度采样状态，温度信号的采样过程与气压信号的采样过程相似。
mpxy8020a内，集成了1个低频率、低功率的5.4khz晶体振荡器，1个14级的分频器。通过14级分频，可在out引脚得到周期性（一般3s）的输出信号。该信号还可以用作微控制器的中断源。此外，mpxy8020a片内还集成了一个10级的分频器，通过该分频器，传感器可每隔52min使外部微控制器复位1次，以防程序长时间跑飞。为了节能，可通过mpxy8020a的引脚，控制其工作于不同的工作状态。
3 引脚功能及工作方式
3.1 引脚功能
mpxy8020a的各个引脚如表1所列。mpxy8020a的片内电路通过引脚vdd（正电平）和引脚vss（地）供电。在vdd与vss之间，通常接一个0.1μf的电容进行电源滤波。out引脚在采样值高于电压比较器的极限值时，输出1；反之输出0。电压比较器的极限值由外部微控制器通过数字接口输入到mpxy8020a片内的8位dac寄存器。当mpxy8020a工作于空闲状态时，out引脚被置高，直到14级分频器发生溢出时，该引脚输出一个负脉冲。rst引脚通常被置为高电平；当10级分频器发生溢出时，被置为低电平，这个引脚通常用于使外部微控制器复位。10级分频器的溢出周期为52min，这跟mpxy8020a的工作状态无关。s0和s1引脚一起，用于工作方式选择。在设置电压比较器的极限值时，data引脚为串行数据输入引脚。clk引脚用于提供串行读写数据的时钟。向mpxy8020a写数据时，在clk引脚信号的上升沿，串行数据从data引脚按时序送到片内移位寄存器，在clk引脚信号的第8个下降沿，数据被送到片内d/a寄存器。s0、s1、data和clk四个引脚都内置了施密特触发器，以提高芯片的抗干扰性，并且这四个引脚都内置了下拉电阻，所以当它们被悬空时，都为低电平。
3.2 工作方式
mpxy8020a有4种工作方式，其工作于哪种工作方式由s1和s0引脚的电平来决定，如表2所列，只要vdd引脚有足够的供电电压，不管mpxy8020a工作于何种工作方式，其内部的多路开关、d/a寄存器、低频振荡器和输出脉冲分频器都处于激活状态。
需要注意的是，无论mpxy8020a工作于气压采样方式还是温度采样方式，所有的eeprom位都处于激活状态，如果为了节能而把vdd引脚置为低电平，有必要把所有引脚的电平都置为低电平，以免mpxy8020a被误激活。
4 mpxy8020a与msp430f1232的接口
4.1 接口电路
mpxy8020a传感器和msp430f1232的接口电路如图2所示，其中的串行通信spi是靠clk和data引脚实现的，传感器在clk引脚信号的上升沿读取data的1位数据，连续8位为1个周期，对于不具备spi接口的微控制器，可以通过i/o口软件仿真的方式实现通信，本系统中，通过msp430f1232的i/o口软件仿真spi，实现采样极限值的设置。
4.2 软件设计
4.2.1 给mpxy8020a发送1字节数据
在给mpxy8020a设置气压和温度采样极限值时，极限值以字节为单位发送给mpxy8020a，我们编写了一个向mpxy8020a发送1字节数据的函数，方便于系统中重复调用，该函数的代码如下[2]：
void mpxy8020a_sendbyte（uchar mpxy8020a_data）{
uchar i；
p3dir|＝mpxy8020_clk＋mpxy8020_dat；
//clk和dat引脚为输出
delay650us（）；
p3out＆＝～mpxy8020_chk； //clk引脚清0
for（i＝0；i＜8；i＋＋）{
if（（mpxy8020a_data＆bit7）＝bt7）{
//高位在前
p3out|＝mpxy8020_dat； // out引脚置1
}
else{
p3out＆＝～mpxy8020_dat； //out引脚清0
{
p3out|＝mpxy8020_chk； //clk引脚置1
delay20us（1）；
p3out＆＝～mpxy8020_clk； //clk引脚清0
delay20us（1）；
mpxy8020a_data＝mpxy8020a_data＜＜1；
//左移1位
}
}
4.2.2 温度和气压数据的读取
获取mpxy8020a传感器气压和温度数据的方法逐次逼近法和报警值检查法。逐次逼近法能够获得8位精度的转换结果，但需要较长的转换时间和消耗较多的电能。报警值检查法是预先设置一个气压和温度的报警值，然后监测out引脚的电平来确定气压和温度值是否超过报警值。这是一种低功耗模式，在不需要知道准确的气压/温度值时，可采用这种工作方式，本系统中采用的是逐次逼近法。
mpxy8020a传感器利用外部的msp430f1232作为逐次逼近程序的控制器，msp430f1232将猜测的极限值通过spi接口串行地发送到传感器的dar（数/模转换寄存器）器件内dar将此猜测值变为模拟值，并与待测的气压值比较，通过out引脚给出比较后的结果。每次比较需用64个时钟周期。例如：第1次猜测值为0x80，如果检测out脚为高电平，则说明气压值大于0x80，msp430f1232通过spi再送入oxc0，检测out引脚的状态，如果这次out引脚是低电平，说明气压在0x08或0xc0之间，重复这样的过程，直到逼近近似值。整个过程类似对分搜索，首先，取全量程值的一半作为第1个猜测值，并送入数/模转换寄存器，然后监测传感器out引脚的输出状态，若out引脚的输出为“低”，说明猜测值太大或者和取样值接近；若out引脚的输出保持“高”，则说明猜测值太小。转换结果寄存器作为一个变量由msp430f135实时修改。如果猜测值太小，结果寄存器的最低位置“1”；如果猜测值太大，结果寄存器的最低位置“0”，使用新的猜测值继续逼近，值得得到最终结果。
用逐次逼近的方法读取mpxy8020a温度数据的程序代码如下：
void mpxy8020a_temperature_sample（void）{
uchar mpxy8020a_temp＝0；
p3dir＆＝～mpxy8020_out； //input
mpxy8020a_temp|＝bit7；//初始值为128，即位7＝1
mpxy8020a_standby_state（）； //待机模式
mpxy8020a_sendbyte（mpxy8020a_temp）；
//发送极限值
mpxy8020a_temperature_state（）； //测量温度模式
mpxy8020a_output_state（）； //读数据模式
if（（p3in＆mpxy8020_out）＝＝mpxy8020_out）{
//比较out引脚是否为1
mpxy8020a_temp|＝bit6； //位6＝1
}
else{
mpxy8020a_temp＆＝～bit7；//位7＝0
mpxy8020a_temp|＝bit6；//位6＝1
}
…//省略部分为从位6到位1的重复逼近的程序，其c
//代码与位7的相似
mpxy8020a_standby_state（）； //待机模式
mpxy8020a_sendbyte（mpxy8020a_temp）；
//发送极限值
mpxy8020a_temperature_state（）； //测量温度模式
mpxy8020a_output_state（）； //读数据模式
if（（p3in＆mpxy8020_out）＝＝mpxy8020_out）
//比较out引脚是否为1
{}
else{
mpxy8020a_temp＆＝～bit0；//位0＝0
}
temperature＝mpxy8020a_temp；
//用全局变量储存采样值
}
读取mpxy8020a气压数据的函数代码与读取温度的函数相似。限于篇幅，本文不再细述。
4.2.3 温度和气压数据的转换
（1）温度数据的转换
根据表3，可以把温度采样值转换为实际温度值，实际温度值的单位为℃。众所周知，单片机对浮点数的处理能力不强，因此，为了便于单片机进行运算和保留更高的准确度，对转换后的实际温度值放大了100倍，例如，1501对应于15.01℃。
当采样温度值小于－40℃对应的值时，按0.8℃/位的变化率进行计算，温度采样值小于25℃对应的采样值时，以上限为基准进行计算，因为其上限出现的机率更大，这样得出的结果误差会小些；当采样温度值大于25℃对应的采样值时，以下限为基准进行计算，因为下限出现的机率更大。比如，采样值介于25℃对应的采样值和70℃对应的采样值之间，则以25℃为基准。
（2）气压数据的转换
mpxy8020a测量的气压范围约为0－600kpa，测得的值与气压之间的转换关系由下式给出：
p＝2.5×output±气压误差
式中，output为测量得到的值（在0－255之间），气压误差由mpxy8020a的数据手册给出（将在下一节中讨论）；p为转换后的气压值，单位为kpa。
4.2.4 气压数据的误差处理
mpxy8020a所测得的气压是存在误差的，并且，在不同的问题区间，不同的工作电压、不同的气压情况下，其误差也不一样。mpxy8020a的气压误差由其数据手册给出，表4列出其在250kpa－450kpa气压区间下的误差值。
由表4可以看出，阴影部分的误差较小。当电压低于2.5v或者温度过低或者温度过高的情况下，所测得的温差比较大。为了减小测量误差，mpxy8020a应工作于2.5－3.3v的电压区间。
由于各个传感器的误差不尽相同，因此，可以通过实际测量得到其具体的气压误差，然后再在程序中加上或者减去这个误差值，这样所得出的气压值就更加接近真实的值。此外，也可以通过分段多次测量方法，得到更好的测量结果。
结论
mpxy8020a为数字式气压和温度传感器，体积小、接口简单、工作稳定可靠、功耗小；适用于对体积要求比较高的气压和温度测量系统，尤其适用于无线汽车轮胎气压监测系统。本设计已应用于某无线汽车轮胎气压监测系统中，经实践证明使用效果良好。
