一. 前言：

      在FastBond第一阶段中设计了适用于十二指神探的数字温度传感器，并在Scheme-it中绘制了框图和原理图。现在参加FastBond第二阶段，进行PCB的设计以及程序的编写。不熟悉本项目第一阶段的同学可以跳转到第一阶段进行了解：

FastBond2阶段1-适用于十二指神探的数字温度传感器拓展 - 电子森林 (eetree.cn)

数字温度传感器_哔哩哔哩_bilibili

      二. 原理图设计：

      在第一阶段中使用了Scheme-it绘制原理图，但Scheme-it并不具备绘制PCB的功能因此在第二阶段使用KiCad重新绘制原理图。

      本次设计使用的是MicroShip的TCN75AVUA数字传感器芯片，该芯片使用I2C进行通信，因此在原理图设计时主要考虑I2C的通信接口设计以及地址线设计。

      在I2C协议中SDA，SCL在空闲时默认为高，因此将芯片的SDA和SCL引脚引出并设置跳线帽接上拉电阻。

      在I2C通信时需要指定通信设备的地址，TCN75AVUA的地址为7位其中高4位固定为1001低三位A0,A1,A2为用户设置，因此在原理图设计时将A0,A1,A2引出通过跳线帽控制地址位

      由于需要与十二指神探相连因此需要将接口设置位2x6的母座插排

      CH0和CH1别与SDA,SCL相连并通过十二指神探给数字温度传感器供电

      三. PCB设计：

      选择合适的封装然后进行布局布线，这里元器件较少布局布线相对容易

      四. RP2040介绍：

      RP2040是树莓派基金会推出的一款微控制器芯片RP2040芯片旨在为嵌入式系统和物联网（IoT）项目提供低成本、高性能的解决方案。

      RP2040 芯片的主要特性包括：

      1.双核ARM Cortex-M0+处理器：该芯片配备两个核心，可实现高效的多任务处理和同时处理多个任务。

      2.内存：具有264KB的片上SRAM，为大多数嵌入式应用提供足够的内存。 还可以连接外部闪存来存储附加数据和程序代码。

      3.GPIO（通用输入/输出）引脚：RP2040 提供大量 GPIO 引脚，使其适合需要与各种传感器、显示器和外设连接的各种项目。

      4.可编程I/O：RP2040的突出特点之一是其灵活而强大的可编程I/O (PIO)子系统，它使开发人员能够在硬件中实现自定义数字接口和协议，从而减轻主处理器的任务。

      5.USB 2.0：RP2040 本身支持 USB 2.0，这使得它可以作为 USB 设备与计算机或其他 USB 主机进行通信。

      6.低功耗功能：该芯片设计为高能效，使其适合电池供电的应用。

      十二指神探是一款基于微控制器RP2040制作的多功能硬件调试助手 - 取名为“12指神探”，意为它有12根引脚、功能灵活、搭配不同的程序，可以做成各种调试器。

      五. TCN75AVUA介绍及控制寄存器介绍

      TCN75AVUA是MicroShip的一款温度传感器芯片，其测温物理原理基于热敏电阻的工作原理。

      芯片特性：

      感应温度范围：-40°C~125°C

      精度：±1°C(典型)

      电压-电源：2.7V~5.5V

      工作温度：-40°C~125°C

      转换时间：30ms 至 240ms 典型转换时间

      传输协议：I2C

      封装：8-MSOP

      TCN75AVUA共有4个寄存器

      每个寄存器有不同的地址位

      一个8位的地址选择寄存器，只有低两位被用到高6位为0

      00：温度寄存器

      01：配置寄存器

      10：温度滞后寄存器用于配置报警温度下限

      11：温度限制寄存器用于配置报警温度上限

      Configuration Register:配置寄存器用于配置芯片的工作状态

      该寄存器共有8位

      Bit 0：关闭模式选择

      Bit 1：报警输出模式选择

      Bit 2：报警输出极性选择

      Bit 3-4：故障队列周期选择

      Bit 5-6：温度测量分辨率

      Bit 7：一次性模式选择

      温度寄存器是一个16位的寄存器，用于存放环境温度，为只读寄存器，读出该寄存器的数值即为当前温度值，可通过配置寄存器的5-6位控制转换精度。

      转换公式T=高8位+低8位*2^-8

      温度限制寄存器和温度滞后寄存器都为16位寄存器，只有高9位被用到，用于配置报警温度的上下限，当温度超过这两个寄存器设定的范围时TCN75AVUA的ALERT引脚会发出报警信号，可通过配置寄存器的1和2位配置其输出状态

      六. 控制代码编写

      本次通过十二指神探读取数字温度传感器的温度，使用MicroPython编程，使用轻量化编译器Thonny。

MicroPython是Python3的精简版，包含了Python的一部分标准库，可以运行在有限的微控制器上。语法简单，功能强大，开发便捷。

I2C读写流程如下：

由十二指神探作为主机，数字温度传感器作为从机。

总线上数据的传输必须有个起始信号作为开始条件，以一个结束信号作为传输的停止条件，起始和结束信号均是由主设备产生，这也意味着从设备不可以主动发起通信，所以的设备都是主设备发起的。

主设备可以发起询问的指令，然后等待从设备的通信当总线在空闲状态时，SCL和SDA都保持着高电平。

1. 由主机开始信号
2. 主机向总线发出8位信号，bit1-7为地址，bit0为读/写表示接下来的操作时读还是写寄存器
3. 与主机对应地址的从机确定是自己的地址后产生应答信号
4. 主机发送要读或写的寄存器地址，从机应答
5. 读：从机发送对应寄存器的数据，主机应答。写：主机发送数据，从机接收并写入从机应答
6. 操作完毕，主机发出结束信号

from machine import I2C,Pin
import math
import time

# TCN75A的I2C 地址
TCN75A = 0x48

#I2C设备内部寄存器
TA = 0x00#温度寄存器地址
CONFIG = 0x01#配置寄存器地址
THYST = 0x02#温度报警下限地址
TSET = 0x03#温度报警上限地址

#常用参数
Temp_9bit = 0x00#设置温度精度为0.5 C
Temp_10bit = 0x20#设置温度精度为0.25 C
Temp_11bit = 0x40#设置温度精度为0.125 C
Temp_12bit = 0x60#设置温度精度为0.0625 C
Comparator = 0x00#设置报警输出为比较器模式
Interrupt = 0x02#设置报警输出为中断模式
Alert_high = 0x04#设置报警输出为高
Alert_low = 0x00#设置报警输出为低


code=0
temp=0
#初始化I2C
i2c = I2C(id=0,scl=Pin(21),sda=Pin(20),freq=50_000)

#向指定寄存器写入数据
def reg_write(i2c, addr, reg, data):
    # Construct message
    msg = bytearray()
    msg.append(data)

    i2c.writeto_mem(addr, reg, msg)

#从指定寄存器中读取指定字节的数据
def reg_read(i2c, addr, reg, nbytes):

    data = i2c.readfrom_mem(addr, reg, nbytes)
    return data

#读取总线上挂载的I2C设备并返回其地址
addr_list = i2c.scan()
print(addr_list)

reg_write(i2c,TCN75A,TA,Temp_12bit)#设置温度精度

while True:
    code=reg_read(i2c,TCN75A,TA, 2)
    temp=code[0]+code[1]*0.00390625#将接收到的数据转换为温度
    print("Temperature = "+str(temp)+" C")
    time.sleep(1)