【導(dǎo)讀】AD7416 是美國(guó)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,本文介紹了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(cè)、工業(yè)過(guò)程控制、電池充電以及個(gè)為計(jì)算機(jī)等系統(tǒng)。
基本特性與引腳功能
圖1:AD7416引腳排列圖
AD AD7416具有如下基本特性:
工作電壓范圍為+2.7V~+5.5V;
測(cè)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(shí)間為15~30μs,更新速率為400μs;
帶有過(guò)溫漏級(jí)開(kāi)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(lái)升級(jí)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。
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(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)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。
AD7416預(yù)先設(shè)置的工作方式分兩種:
自動(dòng)測(cè)溫方式。在這種方式下,AD7416每隔400μs對(duì)環(huán)境溫度測(cè)量一次,每次的量化轉(zhuǎn)換時(shí)間為15~30μs,其余時(shí)間芯片則自動(dòng)轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài);
低功耗方式。這種方式通常應(yīng)用在測(cè)溫頻率較低的場(chǎng)合。當(dāng)用戶(hù)需要對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行測(cè)量時(shí),可通過(guò)I2C串行接口總線來(lái)寫(xiě)入操作命令,此時(shí),芯片將由休眠狀態(tài)轉(zhuǎn)入測(cè)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)。
圖2:AD7416內(nèi)部功能框圖
AD7416內(nèi)部的配置寄存器(地址01H)為8位讀/寫(xiě)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(zhǎng)度,以防止測(cè)溫系統(tǒng)在受到干擾時(shí)錯(cuò)誤地觸發(fā)過(guò)溫指示器(OTI),故障排隊(duì)長(zhǎng)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(guò)TOTI時(shí)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(guò)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(dòng)測(cè)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(xiě)寄存器,分別用于設(shè)置低端和高端溫度點(diǎn)的門(mén)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。
圖3:AD7416與外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)序
AD7416采用I2C串行總線和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)同外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸。在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中AD7416作為從器件通過(guò)數(shù)據(jù)輸入/輸出線SDA以及時(shí)鐘信號(hào)線SCL與總線相連。其傳輸時(shí)序如圖3所示。當(dāng)SCL保持高電平時(shí),SDA從高電平到低電平的跳變?yōu)閿?shù)據(jù)傳輸?shù)拈_(kāi)始信號(hào),隨后傳送AD7416的地址信息的讀/寫(xiě)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(gè)串行總線上。讀/寫(xiě)控制位為1時(shí),表示對(duì)AD7416進(jìn)行讀操作,為0時(shí),則表示進(jìn)行寫(xiě)操作。當(dāng)每個(gè)字節(jié)傳送結(jié)束時(shí),必須在收到接收數(shù)據(jù)一方的確認(rèn)信號(hào)(ACK)后方可開(kāi)始下一步的操作。然后在地址信息和讀/寫(xiě)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(shí)將終止數(shù)據(jù)的傳輸操作。
應(yīng)用實(shí)例
AD7416在每次上電時(shí)的默認(rèn)參數(shù)如下:
圖4:AD7416典型應(yīng)用電路
OTI采用比較方式工作;
OTI輸出低電平有效;
故障排隊(duì)長(zhǎng)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(shí)用作自動(dòng)調(diào)溫器,圖4所示就是AD7416作為自動(dòng)調(diào)溫器的典型應(yīng)用電路原理圖。當(dāng)被測(cè)量的環(huán)境溫度低于 THYST時(shí),OTI輸出高電平,Q1導(dǎo)通,繼電器吸合,加熱器開(kāi)始工作;當(dāng)被測(cè)量的環(huán)境溫度高于TOTI時(shí),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(gè)問(wèn)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(cè)物體緊密接觸;
由于芯片自耗電的存在,AD7416工作時(shí)的自身溫升約為0.2,所以在精確測(cè)溫時(shí)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(guò)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(xiě)入。
TOUI設(shè)置為80℃、THYST設(shè)置為75℃;