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  • 溫度傳感器AD7416的工作原理及應(yīng)用解析
    溫度傳感器AD7416的工作原理及應(yīng)用解析
  • 溫度傳感器AD7416的工作原理及應(yīng)用解析
  •   發(fā)布日期: 2019-03-08  瀏覽次數(shù): 1,048

    AD7416是美國模擬器件公司(ADI)出品的單片機(jī)溫度監(jiān)控系統(tǒng)集成電路。其內(nèi)部包含有帶隙溫度傳感器和10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器,可將感應(yīng)溫度轉(zhuǎn)換為0.25℃量化間隔的數(shù)字信號,以便用來與用戶設(shè)置的溫度點(diǎn)進(jìn)行比較。AD7416片內(nèi)寄存器可以進(jìn)行高/低溫度門限的設(shè)置當(dāng)溫度超過設(shè)置門限時,過溫漏級開路指示器(OTI)將輸出有效信號。另外,可以通過I2C接口對AD7416的內(nèi)部寄存器進(jìn)行讀/寫操作,最多可允許8片AD7416掛接在同一個串行總線上。該溫度傳感器可廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的環(huán)境溫度監(jiān)測、工業(yè)過程控制、電池充電以及個為計(jì)算機(jī)等系統(tǒng)。

    1 基本特性與引腳功能

     

    溫度傳感器AD7416的工作原理及應(yīng)用解析

    AD AD7416具有如下基本特性:

    ●工作電壓范圍為+2.7V~+5.5V;

    ●測溫范圍為-55℃~+125℃;

    ●具有10位數(shù)字輸出溫度值,分辨率為0.25℃;

    ●精度為±2℃(-25℃~+100℃)和±3℃(-55℃~+125℃);

    ●轉(zhuǎn)換時間為15~30μs,更新速率為400μs;

    ●帶有過溫漏級開路指示器(OTI);

    ●具有I2C兼容的串行接口和可選的串行總線地址;

    ●具有低功耗關(guān)閉模式(典型值為0.2μA);

    ●可用來升級替換LM75。

    AD7416采用8腳表面貼SO和8腳小型SOIC封裝形式,圖1所示為AD7416的引腳排列圖,各引腳功能如表1所列。

    表1 AD7416引腳功能

    引 腳符 號功 能 描 述

    1SDA串行數(shù)據(jù)輸入、輸出端

    2SCL時鐘信號輸入端

    3OTI過溫漏級開路輸出端

    4GND接地端

    5A2串行總線地址輸入端

    6A1串行總線地址輸入端

    7A0串行總線地址輸入端

    8VDD電源端

    2 工作原理

    AD7416的內(nèi)部功能框圖如圖2所示。它的片內(nèi)帶隙溫度傳感器可按預(yù)先設(shè)置的工作方式對環(huán)境溫度進(jìn)行實(shí)時測量,并將結(jié)果轉(zhuǎn)化為數(shù)字量存入到溫度值寄存器中(地址00H),其環(huán)境溫度與輸出數(shù)據(jù)的關(guān)系如表2所列。

    表2 環(huán)境溫度與輸出數(shù)據(jù)的關(guān)系

    環(huán) 境 溫 度二進(jìn)制數(shù)字輸出

    -50℃11 0011 1000

    -25℃11 1001 1100

    -0.25℃11 1111 1111

    0℃00 0000 0000

    +0.25℃00 0000 0001

    +10℃00 0010 1000

    +25℃00 0110 0100

    +50℃00 1100 1000

    +75℃01 0010 1100

    +100℃01 1001 0000

    +125℃01 1111 0100

    AD7416預(yù)先設(shè)置的工作方式分兩種:

    ●自動測溫方式。在這種方式下,AD7416每隔400μs對環(huán)境溫度測量一次,每次的量化轉(zhuǎn)換時間為15~30μs,其余時間芯片則自動轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài);

    D7 D6 D5D4 D3D2D1D0

    通道選擇故障排隊(duì)OTI輸出極性比較/中斷工作方式

    ●低功耗方式。這種方式通常應(yīng)用在測溫頻率較低的場合。當(dāng)用戶需要對環(huán)境溫度進(jìn)行測量時,可通過I2C串行接口總線來寫入操作命令,此時,芯片將由休眠狀態(tài)轉(zhuǎn)入測溫狀態(tài)。當(dāng)溫度量化轉(zhuǎn)換結(jié)束后,芯片將重新轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)。

    溫度傳感器AD7416的工作原理及應(yīng)用解析

    AD7416內(nèi)部的配置寄存器(地址01H)為8位讀/寫寄存器,可用于設(shè)置操作方式,其格式為:

    配置寄存器各部分的功能如下:

    ●D7~D5始終設(shè)置為000;

    ●D4和 D3用于設(shè)置故障排隊(duì)長度,以防止測溫系統(tǒng)在受到干擾時錯誤地觸發(fā)過溫指示器(OTI),故障排隊(duì)長度可分別設(shè)置為1、2、4和6次;

    ●D2用于設(shè)置OTI的輸出極性。0表示低電平輸出,1表示高電平輸出;

    ●D1 用于設(shè)置OTI的工作方式。0表示采用比較方式工作,即當(dāng)環(huán)境溫度超過TOTI時觸發(fā)OUT輸出,其輸出電平一直保持到環(huán)境溫度降至THYST;1表示采用中斷方式工作,即當(dāng)環(huán)境溫度超過TOTI的觸發(fā)OTI輸出,其輸出電平將一直保持到下一次讀操作,而在這期間,即使環(huán)境溫度降到THYST,輸出電平也不翻轉(zhuǎn);

    ●D0用于設(shè)置工作方式。0表示采用自動測溫方式,1表示采用低功耗方式。

    THYST溫度點(diǎn)寄存器(地址02H)和TOTI溫度點(diǎn)寄存器(地址03H)均是16位讀/寫寄存器,分別用于設(shè)置低端和高端溫度點(diǎn)的門限值,所設(shè)數(shù)值以二進(jìn)制補(bǔ)碼的形式存入高9位,其余位置0。

    溫度傳感器AD7416的工作原理及應(yīng)用解析

    AD7416采用I2C串行總線和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議來實(shí)現(xiàn)同外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸。在數(shù)據(jù)傳輸過程中AD7416作為從器件通過數(shù)據(jù)輸入/輸出線SDA以及時鐘信號線SCL與總線相連。其傳輸時序如圖3所示。當(dāng)SCL保持高電平時,SDA從高電平到低電平的跳變?yōu)閿?shù)據(jù)傳輸?shù)拈_始信號,隨后傳送AD7416的地址信息的讀/寫控制位。其地址信息的格式為:100A2A1A0R/W。

    根據(jù)A2A1A0的不同編碼,最多可允許8片AD7416掛接同一個串行總線上。讀/寫控制位為1時,表示對AD7416進(jìn)行讀操作,為0時,則表示進(jìn)行寫操作。當(dāng)每個字節(jié)傳送結(jié)束時,必須在收到接收數(shù)據(jù)一方的確認(rèn)信號(ACK)后方可開始下一步的操作。然后在地址信息和讀/寫控制位之后傳送片內(nèi)寄存器地址和數(shù)據(jù)。最后,在SCL保持高電平的情況下,當(dāng)SDA從低電平跳變到高電平時將終止數(shù)據(jù)的傳輸操作。

    3 應(yīng)用實(shí)例

    AD7416在每次上電時的默認(rèn)參數(shù)如下:

    ●TOUI設(shè)置為80℃、THYST設(shè)置為75℃;

    溫度傳感器AD7416的工作原理及應(yīng)用解析

    ●OTI采用比較方式工作;

    ●OTI輸出低電平有效;

    ●故障排隊(duì)長度設(shè)置為1。

    這些默認(rèn)值可使該溫度傳感器在不連接串行總線時用作自動調(diào)溫器,圖4所示就是AD7416作為自動調(diào)溫器的典型應(yīng)用電路原理圖。當(dāng)被測量的環(huán)境溫度低于 THYST時,OTI輸出高電平,Q1導(dǎo)通,繼電器吸合,加熱器開始工作;當(dāng)被測量的環(huán)境溫度高于TOTI時,OTI輸出低電平,將Q1的基極電位拉低以使其截止,繼電器釋放,加熱器停止工作。

    實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)注意以下幾個問題:

    ●為防止環(huán)境干擾,AD7416的電源同地線之間要并接容值大于0.1μF的鉭電容;

    ●AD7416的感溫器件在芯片內(nèi)部,因此芯片表面要被測物體緊密接觸;

    ●由于芯片自耗電的存在,AD7416工作時的自身溫升約為0.2,所以在精確測溫時應(yīng)采取低功耗的工作方式;

    ●OTI輸出端的上拉電阻的阻值越大,流入AD7416的電流越小,其溫升也越小,但上拉電阻最大不能超過30kΩ,通常選10kΩ;

    ●與I2C兼容的接口總線在AD7416上電后就一直有效,因此在芯片處于休眠狀態(tài)下仍可進(jìn)行片內(nèi)數(shù)據(jù)的讀出和寫入。


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