ADT75型数字温度传感器的原理和应用.docx

ADT75型数字温度传感器的原理和应用ronggang导语：介绍ADT75型数字温度传感器，它将温度传感器、12位A/D转换器、可编程温度越限报警器和SMBus/I2C总线接口集成在一个芯片中。具体描绘ADT75的功能、原理及使用方法，给出该电路在温度控制系统中的应用摘要：介绍ADT75型数字温度传感器，它将温度传感器、12位A/D转换器、可编程温度越限报警器和SMBus/I2C总线接口集成在一个芯片中。具体描绘ADT75的功能、原理及使用方法，给出该电路在温度控制系统中的应用。关键词：数字温度传感器；ADT75；温度控制系统ADT75是ADI公司推出的数字温度传感器，内置1个高度集成的温度传感器，其额定工作温度范围为-55+125，可以对温度进展准确测量。其内部还包含1个12位的ADC，用来监测并数字化温度值，其分辨率可达0.0625，功耗低，工作电压范围是3V5.5V。假设工作电压在3.3V，其典型电流值为300A；在关断形式下，典型电流值仅为3A。ADT75是一款完善的数字温度传感器，集传感器和模数转换器于一体，可大大简化温度测试系统的设计，进步系统的集成化。ADT75的主要特点如下：内含12位A/D转换器；温度误差最大是±1，温度分辨率0.0625；SMBus/I2C兼容接口；工作温度范围为-55+125；超温指示器；采用关断形式降低能耗；在3.3V工作电压下的功耗典型值为69W；8引脚MSOP和SOIC封装。2ADT75的引脚排列及功能ADT75的引脚排列如图l所示。各个引脚的功能如表l所列。3ADT75的工作原理ADl75的内部构造如图2所示。主要包括温度传感器、一调节器、4个数据存放器温度数据存放器、配置存放器、THYST定值存放器和TOS定值存放器和1个地址指针存放器、数字比拟器、SM-Bus/I2C串行接口等。其工作经过如下：温度传感器进展温度收集，产生与绝对温度成一定比例的准确电压，并与内部参考电压进展比拟，输入准确的数字式调节器中，转换为有效精度为12位的数据。被测量的温度值与限定值比拟，假如测量值超限，那么OS/ALERT引脚输出超限信息。ADl75包含5个存放器：4个数据存放器和1个地址指针存放器。配置存放器是惟一的8位数据存放器，其余的均是16位。温度数据存放器是惟一的只读数据存放器。上电时，地址指针存放器被设置为Ox00，且指针指向温度数据存放器，详细描绘见表2。1地址指针存放器该8位写存放器存放指向4个数据存放器之一的1个地址，并选择单步形式。采用单步形式可以减少电能消耗，当单步形式启动时，ADT75立即进入关断形式。当VDD为3.3V时，电流消耗为3A；当VDD为5V时，电流消耗为5.5A。P0和P1选择被写入或者读出数据字节的数据存放器。PO、Pl和P2通过向这个存放器写入04H来选择单步形式。该8位存放器其余位都设置为零。存放器地址选择见表3。2温度数据存放器16位只读存放器存储由内置温度传感器测得的温度值，以二进制补码的方式存储，以MSB为温度标记位。读存放器时，先读高8位，后读低8位。3配置存放器8位可读/写存放器为ADT75配置各种形式，如关断、超温中断、单步、SMBus报警使能、OS/ALERT引脚极性和超温错误队列等。4THYST定值存放器这个16位读/写存放器存放2个中断形式下的温度滞后限定值。温度限定值以二进制补码的方式存储，用MSB作为温度标志位。当从这个存放器读数时，先读高8位MSB，后读低8位LSB。THYST的缺省设置极限温度为+75。5TOS定值存放器这个16位读/写存放器以2个中断形式存放超温限定值。温度限定值以二进制补码的方式存储。当从这个存放器读数时，先读高8位MSB，后读低8位LSB。TOS的缺省设置极限温度为+80。4典型应用温度是测控系统中主要的被控参数之一。实际应用中，经常需要控制温度使之保持在某一范围内。以往，在实际测控系统中，多采用热敏电阻器或者热电偶测量温度。这种温度收集电路有时需要冷端补偿电路，这样就增加了电路的复杂性；而且电路易受干扰，使收集到的数据不准确。4.1应用比拟在传统的温度测控系统中，用热电偶或者热敏电阻器收集温度，再由前置放大电路将检测到的微小信号转变为ADC可转换的信号，同时经过冷端温度补偿后进展A/D转换，这样才能把模拟温度信号数字化，如图3所示。这种传统电路的特点是需要的器件多，电路所占空间大，电路易受干扰，调试工作量大，电路集成度差，误差大。ADT75是一款完善的数字温度传感器，集传感器和模/数转换器于一体。采用ADT75大大简化了温度测试系统的设计，电路集成度高，所占空间小，精度高，大大减少了调试工作量。4.2应用实例直冷式电冰柜的机件相对较少，设备不轻易出故障，而且制冷相对迅速，它是利用冰柜内空气自然对流的方式冷却食品的。其蒸发器经常安装在冰柜上部，蒸发器四周的空气要与蒸发器产生热交换，空气循环往复自然对流，进而到达制冷的目的。在实际使用中，电冰柜的温度应保持在设定值，这就需要采用温度测控系统进展自动调节。温度控制原理是根据蒸发器的温度控制制冷压缩机的启停、使冰柜内的温度保持在设定的温度范围内。在直冷式电冰柜温度测控系统的设计中，以AT89C51型单片机为核心，采用ADT75构成温度控制电路。这种电路硬件设计简单且功耗较低，实用性强。ADT75与AT89C51的硬件接口电路如图4所示。在电路中，将ADT75的SMBus/I2C串行数据输入/输出端SDA与单片机的P11脚相连，串行时钟输入端SCL由P10脚依次发出上下电平，lOk电阻为漏极开路时的上拉电阻器；ADT75采用比拟形式，当OS/ALERT输出设置为低电平时，与其相接的蜂鸣器进展温度超限报警。设计中A2、Al和A0接地，那么SMBus/I2C的地址为1001000。系统根据测得的温度值，由单片机内部完成PID运算，然后通过外部温度控制装置控制制冷压缩机的启停，进展温度的调节，使电冰柜内的温度保持在某个设定的范围内。5工作方式5.1串行总线的协议操纵方式主设备如单片机等，见图4通过设置开场条件启动数据转换，由ADT75串行数据线SDA定义高到低的转换，同时串行时钟线SCL一直为高电平。ADT75在第9个时钟脉冲之前拉低数据线，等待数据读出或者写入。假如R/W位是0，将数据写入ADT75。假如R/W位是1，将从ADT75中读数据。数据按照9个时钟脉冲序列的顺序传送到串行总线上。在写入形式下，在第10个时钟脉冲到停顿状态期间主设备将拉高数据线。在读出形式下，在第9个时钟脉冲之前的低电平期间单片机将拉高数据线。5.2ADT75的写入方式ADl75有2种不同的写入方式。1存放器写地址为了从特定的存放器读数据，地址指针存放器必须包含该存放器地址。假如没有包含该地址，必须通过执行单字节写操纵将正确的地址写入地址指针存放器。2向存放器写数据配置存放器是8位，因此只有数据的1个字节能写入这个存放器。写到配置存放器的数据字节包括串行总线地址，数据存放器地址写到地址指针存放器中，接着数据字节写入所选择的数据存放器。THYST存放器和TOS存放器都是16位，所以可将2个数据字节写入这些存放器中。5.3ADT75的读出方式对于配置存放器，以1个单字节数据的方式从ADT75中读数据。对于温度数据存放器、THYST存放器和TOS存放器，以1个双字节数据的方式从ADT75中读数据。从其他存放器读数据，需要对地址指针存放器设定相关的存放器地址。5.4超温形式工作方式ADT75有2种超温形式，即比拟形式和中断形式。1比拟形式在比拟形式下，当测量温度降至被存放在THYST定值存放器中的温度限制值以下时，OS/ALERT指针将再次恢复到无效状态。在比拟形式下，设置ADT75为关断形式时，无需重新设置OS/ALERT的状态。2中断形式在中断形式下，只有从ADT75的存放器读数据时，OS/ALERT引脚才进入无效状态。在被测温度低于存放在THYST定值存放器中的设定值时，OS/ALERT引脚返回到有效状态。一旦OS/ALERT引脚被重新设詈，只有当温度高于TOS定值存放器中的设定值时，它才将再次回到有效状态。5.5多电路工作方式在1个主设备的控制下，最多可将8个ADT75连接到一条SMBus/I2C总线上。像所有的SMBus/I2C兼容设备一样，ADl75有1个7位串行地址，这个地址的高4位被设置为1001；低3位由引脚5、引脚6和引脚7设置即A2、A1和A0，有8种不同的地址选择。假如不需要多个ADT75共同工作，那么A2、Al和A0引脚接地。6完毕语在直冷式电冰柜温度测控系统的硬件设计中，ADT75完全可以知足温度收集的要求，使用起来也很方便。由于温度检测电路的外部接口电路简单，串行接口占用单片机口线少，且性能优良，功耗低，可靠性好，所以设计和运行都到达了非常满足的效果。