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10位低功耗數字溫度感測器的應用

admin @ 2014-03-14 , reply:0

概述

AD公司生產的數字溫度感測器，內部包括一個帶隙溫度感測器和一個10位A/D轉換器，精度可達0.25℃，是LM75的升級替換產品。可廣泛應用於個人計算機、電子測試設備、辦公設備、家用電器、過程式控制制等場合……

AD公司生產的數字溫度感測器，內部包括一個帶隙溫度感測器和一個10位A/D轉換器，精度可達0.25℃，是LM75的升級替換產品。可廣泛應用於個人計算機、電子測試設備、辦公設備、家用電器、過程式控制制等場合。

該系列有：AD7414、AD7415、AD7416、AD7814等四種型號，它們的工作原理相同，主要參數見表1，引腳排列如圖1所示，引腳說明見表2。

表1 主要參數

型 號

AD7414

AD7415

AD7416

AD7814

介面方式

I2C /SM BUS

SPI / DSP

溫度測量範圍

－55～125℃－40～85℃

－40～85℃

－55～125℃

－55～125℃

超溫指示

有

無

有

無

省電工作方式

無

有

最大並聯數

3

8

1

工作電壓

2.7～5.5V

轉換時間

400μs

封裝

SOT-23

SOT-23

SO-8/RM-8

SOT-23/uSOIC

　

圖1 引腳圖

圖2 AD7416功能框圖

2 器件主要組成

    以AD7416為例，器件功能框圖如圖2所示。由帶隙溫度感測器、10位A/D轉換器、溫度寄存器、可設點比較器、故障排隊計數器等組成。

2.1 帶隙溫度感測器和10位A/D轉換器

    感測器將溫度轉換成電壓，再由A/D轉換器轉換成10位數字量送溫度值寄存器。A/D轉換器的一次轉換時間約400μs。

2.2 溫度值寄存器

    溫度值寄存器是一個16位只讀寄存器，它的高10位D15～D6由A/D轉換器送來的數字量以補碼格式儲存，低6位D5～D0未用，如表3所示。

    溫度數據格式見表4（小數點在D8、D7

  

表2 引腳說明

引腳

名稱

說 明

GND

電源地

AS

邏輯輸入,從三個I2C地址中選其一的地址輸入

VDD

正電源電壓，2.7～5.5V

SCL

串列匯流排時鐘

OTI

超溫掉電輸出（漏極開路）

SDA

數字I/O。雙向數據串列匯流排，漏極開路輸出

A2～A0

串列匯流排地址可編程的低3位

DIN

串列數據輸入

SCLK

串列時鐘輸入

片選輸入

DOUT

串列數據輸出

表3 溫度值寄存器

D15

D14

D13

D12

D11

D10

D9

D8

D7

D6

D5～D0

B9

B8

B7

B6

B5

B4

B3

B2

B1

B0

未用

2.3 可設點比較器

    它對實際測量溫度與預先設定的高（TOTI ）和低（THYST ）門限（寄存在圖2中所示的上、下限寄存器中）進行比較，並在超溫指示輸出端（OTI）輸出一個指示信號。OTI輸出端需一個外部上拉電阻，通常為10kΩ。

    圖3是一簡單的風扇控制器，當溫度超過80℃時它將接通冷卻風扇，而在溫度降到75℃時關斷風扇。

2.4 故障排隊計數器

    為了避免在雜訊環境下的誤觸發，器件提供了一個故障排隊計數器。例如，如果故障排隊設置為4，則必須連續4次的測量溫度大於TOTI（或小於THYST），OTI才輸出有效。任何打斷了這種持續的讀操作將複位故障排隊計數器，所以如果有三次讀數大於TOTI，接著有一次讀數小於TOTI，則故障排隊計數器將被複位而不會觸發OTI。

3 使用方法

3.1 數字溫度感測器的安裝

數字溫度感測器可用於表面或空氣溫度檢測。如用熱傳導的粘合劑將器件粘附在一個表面上，則管芯溫度與表面溫度之差大約在0.2℃之內。當環境空氣溫度與被測量的表面溫度不同時，應將器件的背面和引線與空氣隔離。接地引腳是通向管芯的最主要的熱量路徑，必須保證接地引腳也與被測溫的表面有良好的熱接觸。數字溫度感測器封裝的小型化使其可以被安裝在密封的金屬探頭中進行溫度測量。

3.2 器件地址
    AD7814的地址由其片選信號決定；

    AD7416的地址由A0、A1、A2決定，地址格式為：1001 A2A1A0 R/W；

    AD7414和AD7415的地址見表5。

3.3 多個數字溫度感測器的系統

    D7416串列地址的低3位可以由用戶設置，允許從1001000至1001111共8個地址中選擇。圖4示出了有8個AD7416接到一個串列匯流排的系統，它們的OTI輸出“線與”，形成一個公共的中斷請求線。

  

表4 溫度值寄存器

溫度

數字量輸出

－128℃

10 0000 0000

－125℃

10 0000 1100

－100℃

10 0111 0000

－75℃

10 1101 0100

－50℃

11 0011 1000

－25℃

11 1001 1100

－0.25℃

11 1111 1111

0℃

00 0000 0000

+0.25℃

00 0000 0001

+10℃

0 0001 01000

+25℃

0 0011 00100

+50℃

0 0110 01000

+75℃

0 1001 01100

+100℃

0 1100 10000

+125℃

0 1111 10100

+127℃

0 1111 11100

圖3 風扇控制器

表5 AD7414/AD7415的地址

器件型號

AS引腳連接方式

器件地址

AD7414.0

Floal

1001 000

AD7414.0

GND

1001 001

AD7414.0

VDD

1001 010

AD7414.1

Floal

1001 100

AD7414.1

GND

1001 101

AD7414.1

VDD

1001 110

                                        圖4   8個AD7416並聯

圖5 評估電路

　

4 應用實例

    硬體原理圖見圖5。這是一個評估電路，可同時安裝三片數字溫度感測器:AD7414、AD7416、AD7814,軟體輪流顯示各器件所測得的環境溫度，並模擬OTI輸出，用LED指示。現作如下幾點說明：

    （1）各器件的地址不同，而SDA、DOUT引線可直接相連；AD7414、AD7416的OTI輸出線與（低電平有效），現作超限報警指示。

    （2）因溫度的慣性係數較大，可採用簡便有效的移動平均法、中值法、低通濾波法等進行軟體濾波。在實際應用中，可邊採樣，邊計算其平均值，以其平均值作為溫度採樣值。採樣次數為8～16次即可。

    （3）本系統採用LCM103液晶模塊作溫度顯示，X25045作上電複位及看門狗用。

    （4）AD7414、AD7416、AD7814的溫度數據採樣參考程序如下：

；偽定義      
  ADCH EQU 32H ；採樣值高位元組
  ADCL EQU 31H ；採樣值低位元組
  ADCNUM EQU 30H ；採樣次數
  ADCS BIT P1.5 ；AD7814片選
  ADSCLK BIT P1.1 ；AD7814時鐘
  ADDOUT BIT P1.7 ；AD7814數據輸出
  ADSCL BIT P1.1 ；AD7416時鐘
  ADSDA BIT P1.7 ；AD7416數據I/O
  ······      
；程序初始化      
  ······      
；AD7814的採樣參考程序  
SAMPLE78: MOV ADCNUM, #8 ;採樣8次
SE078: CLR ADCS ;選中AD7814
  MOV R7, #16 ;產生16個取數脈衝
  MOV ADCH, #0 ;A/D值高位元組
  MOV ADCL, #0 ;A/D值低位元組
SE178: CLR ADSCLK
  NOP  
  NOP  
  JB ADDOUT, SE178
SE378: CLR ADSCLK
  NOP  
  NOP  
  MOV C, ADDOUT
  MOV A, ADCL
  RLC A
  MOV ADCL, A
  MOV A, ADCH
  RLC A
  MOV ADCH, A
  SETB ADSCLK
  NOP  
  NOP  
  DJNZ R7, SE378
  SETB ADCS
  ······ ；進行數據處理
  DJNZ ADCNUM, SE078
  RET  
；AD7416的採樣參考程序；AD7414、AD7415與AD7416相似，但地址不同。
SAMPLE74: MOV ADCNUM, #8 ；連續採樣8次
SE074： MOV R6, #9EH ；片選AD7416的地址寫操作
  MOV R5, #1 ；選中配置寄存器
  MOV R4, #18H ；給配置寄存器賦值
  LCALL WRCOM ；三位元組的寫操作
  MOV R6，#10011110B
  MOV R5，#3 ；選中溫度上限寄存器
  MOV R4，#40H ；上限溫度=64
  LCALL WRCOM
  MOV R6，#10011110B
  MOV R5，#2 ；選中溫度下限寄存器
  MOV R4，#20H ；上限溫度=32
  LCALL WRCOM
  MOV R6，#10011110B
  MOV R5，#0 ；選中溫度寄存器
  MOV WREXE ；兩位元組的寫操作
  MOV DATA1，#10011111B ；片選AD7416，讀操作
  LCALL RDCOM
  ······     ；數據處理
  DJNZ ADCNUM，SE074 ；採樣未完，返回
WRCOM： LCALL BEGIN ；三位元組的寫操作
  MOV DATA1，R6
  LCALL OUTBYTE ；輸出位元組
  MOV DATA1，R5
  LCALL OUTBYTE
  MOV DATA1，R4
  LCALL OUTBYTE
  LCALL STOP
  RET  
WREXE： LCALL BEGIN ；兩位元組的寫操作
  MOV DATA1，R6
  LCALL OUTBYTE
  MOV DATA1，R5
  LCALL OUTBYTE
  LCALL STOP
  RET  
RDCOM： LCALL BEGIN ；讀操作
  LCALL OUTBYTE
  LCALL INBYTE ；輸入位元組
  MOV ADCH，DATA1
  LCALL NACK ；MCU使ADSDA數據線變為低電平
  LCALL INBYTE
  MOV ADCL，DATA1
  LCALL ACK ；MCU使ADSDA數據線變為高電平
  LCALL STOP
  RET  
OUTBYTE: MOV R7,#8 ;輸出位元組
OE1： MOV A，DATA1
  RLCA  
  MOV ADSDA，C
  MOV DATA1，A
  LCALL CLOCK
  DJNZ R7，OE1
  LCALL ACK ；AD7416產生應答
  RET  
INBYTE： SETB ADSDA ；輸入位元組
  MOV R7，#8
INE1： LCALL CLOCK
  MOV A，DATA1
  RLCA  
  MOV DATA1，A
  DJNZ R7，INE1
  RET  
NACK： CLR ADSDA ；AD7416無應答
  LCALL CLOCK ；ADSDA數據線為0，一個時鐘脈衝之後，ADSDA為1
  RET  
ACK： SETB ADSDA ；AD7416有應答
  LCALL CLOCK ；ADSDA為1，一個時鐘脈衝之後，ADSDA為0
  RET  
STOP： CLR ADSDA ；產生停止信號
  SETB ADSCL
  NOP  
  NOP  
  NOP  
  NOP  
  SETB ADSDA
  RET  
BEGIN： SETB ADSDA ；產生開始信號
  SETB ADSCL
  NOP  
  NOP  
  NOP  
  NOP  
  NOP  
  CLR ADSDA
  NOP  
  NOP  
  NOP  
  NOP  
  CLR ADSCL
  RET  
CLOCK： NOP       ；產生時鐘脈衝
  SETB ADSCL
  NOP  
  NOP  
  NOP  
  NOP  
  MOV C，ADSDA
  CLR ADSCL
  RET  

    總之,採用數字溫度感測器，可使設計者完全打破傳統的設計模式:感測器-運放-A/D轉換，從而大大簡化了設計方案，提高了電路的可靠性，輕鬆地實現標度變換過程。

參 考 文 獻

1 AD7416具有二線介面的10位低功耗數字溫度感測器數據手冊. 武漢力源電子股份有限公司, 1999.8
2 AD7414 Data sheet. AD公司
3 AD7415 Data sheet. AD公司
4 AD7814 Data sheet. AD公司

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