数字温度传感器

10 位低功耗数字温度传感器的应用武汉力源电子股份有限公司应用推广部（430079） 苏亦雄摘 要 采用 10 位低功耗数字温度传感器进行温度测控，可大大简化设计方案，系统性能也更加稳定。重点介绍这种传感器的结构和使用。关键词 数字温度传感器 OTI 输出 故障排队1 概述AD 公司生产的数字温度传感器，内部包括一个带隙温度传感器和一个 10 位 A/D 转换器，精度可达0.25，是 LM75 的升级替换产品。可广泛应用于个人计算机、电子测试设备、办公设备、家用电器、过程控制等场合。该系列有：AD7414、AD7415、AD7416、AD7814 等四种型号，它们的工作原理相同，主要参数见表1，引脚排列如图 1 所示，引脚说明见表 2。表 1 主要参数型 号 AD7414 AD7415 AD7416 AD7814接口方式 I2C /SM BUS SPI / DSP温度测量范围5512540854085 55125 55125超温指示 有 无 有 无省电工作方式 无 有最大并联数 3 8 1工作电压 2.75.5V转换时间 400s封装 SOT-23 SOT-23 SO-8/RM-8 SOT-23/uSOIC图 1 引脚图图 2 AD7416 功能框图2 器件主要组成以 AD7416 为例，器件功能框图如图2 所示。由带隙温度传感器、10 位 A/D转换器、温度寄存器、可设点比较器、故障排队计数器等组成。2.1 带隙温度传感器和 10 位 A/D 转换器传感器将温度转换成电压，再由 A/D转换器转换成 10 位数字量送温度值寄存表 2 引脚说明引脚名称说 明GND 电源地AS 逻辑输入,从三个 I2C 地址中选其一的地址输入VDD 正电源电压，2.75.5VSCL 串行总线时钟OTI 超温掉电输出（漏极开路）器。A/D 转换器的一次转换时间约400s。2.2 温度值寄存器温度值寄存器是一个 16 位只读寄存器，它的高 10 位 D15D 6由 A/D 转换器送来的数字量以补码格式储存，低 6 位D5D 0未用，如表 3 所示。温度数据格式见表 4（小数点在D8、D 7之间）。该表中显示了 A/D 转换器的全部理论范围128至+127。实际应用中，温度的测量范围将取决于器件的正常工作温度范围，表中所列的数据为理论工作范围中的一些典型值。SDA 数字 I/O。双向数据串行总线，漏极开路输出A2A 0 串行总线地址可编程的低 3 位DIN 串行数据输入SCLK 串行时钟输入片选输入DOUT 串行数据输出表 3 温度值寄存器D15 D14 D13 D12 D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5D 0B9 B8 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 未用2.3 可设点比较器它对实际测量温度与预先设定的高（TOTI ）和低（THYST ）门限（寄存在图 2 中所示的上、下限寄存器中）进行比较，并在超温指示输出端（OTI）输出一个指示信号。OTI 输出端需一个外部上拉电阻，通常为 10k。图 3 是一简单的风扇控制器，当温度超过80时它将接通冷却风扇，而在温度降到 75时关断风扇。2.4 故障排队计数器为了避免在噪声环境下的误触发，器件提供了一个故障排队计数器。例如，如果故障排队设置为 4，则必须连续 4 次的测量温度大于TOTI（或小于 THYST），OTI 才输出有效。任何打断了这种持续的读操作将复位故障排队计数器，所以如果有三次读数大于 TOTI，接着有一次读数小于 TOTI，则故障排队计数器将被复位而不会触发 OTI。3 使用方法3.1 数字温度传感器的安装数字温度传感器可用于表面或空气温度检测。如用热传导的粘合剂将器件粘附在一个表面上，表 4 温度值寄存器温度 数字量输出128 10 0000 0000125 10 0000 1100100 10 0111 000075 10 1101 010050 11 0011 100025 11 1001 11000.25 11 1111 11110 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则管芯温度与表面温度之差大约在 0.2之内。当环境空气温度与被测量的表面温度不同时，应将器件的背面和引线与空气隔离。接地引脚是通向管芯的最主要的热量路径，必须保证接地引脚也与被测温的表面有良好的热接触。数字温度传感器封装的小型化使其可以被安装在密封的金属探头中进行温度测量。3.2 器件地址AD7814 的地址由其片选信号 决定；AD7416 的地址由 A0、A 1、A 2决定，地址格式为：1001 A 2A1A0 R/W；AD7414 和 AD7415 的地址见表 5。3.3 多个数字温度传感器的系统D7416 串行地址的低 3 位可以由用户设置，允许从 1001000 至 1001111 共 8 个地址中选择。图 4 示出了有 8 个 AD7416 接到一个串行总线的系统，它们的 OTI 输出“线与”，形成一个公共的中断请求线。图 3 风扇控制器表 5 AD7414/AD7415 的地址器件型号 AS 引脚连接方式 器件地址AD7414.0 Floal 1001 000AD7414.0 GND 1001 001AD7414.0 VDD 1001 010AD7414.1 Floal 1001 100AD7414.1 GND 1001 101AD7414.1 VDD 1001 110图 4 8 个 AD7416 并联图 5 评估电路4 应用实例硬件原理图见图 5。这是一个评估电路，可同时安装三片数字温度传感器:AD7414、AD7416、AD7814,软件轮流显示各器件所测得的环境温度，并模拟 OTI 输出，用 LED 指示。现作如下几点说明：（1）各器件的地址不同，而 SDA、DOUT 引线可直接相连；AD7414、AD7416 的 OTI 输出线与（低电平有效），现作超限报警指示。（2）因温度的惯性系数较大，可采用简便有效的移动平均法、中值法、低通滤波法等进行软件滤波。在实际应用中，可边采样，边计算其平均值，以其平均值作为温度采样值。采样次数为 816次即可。（3）本系统采用 LCM103 液晶模块作温度显示，X25045 作上电复位及看门狗用。（4）AD7414、AD7416、AD7814 的温度数据采样参考程序如下：；伪定义ADCH EQU 32H ；采样值高字节ADCL EQU 31H ；采样值低字节ADCNUM EQU 30H ；采样次数ADCS BIT P1.5 ；AD7814 片选ADSCLK BIT P1.1 ；AD7814 时钟ADDOUT BIT P1.7 ；AD7814 数据输出ADSCL BIT P1.1 ；AD7416 时钟ADSDA BIT P1.7 ；AD7416 数据 I/O；程序初始化；AD7814 的采样参考程序SAMPLE78:MOV ADCNUM, #8 ;采样 8 次SE078: CLR ADCS ;选中 AD7814MOV R7, #16 ;产生 16 个取数脉冲MOV ADCH, #0 ;A/D 值高字节MOV ADCL, #0 ;A/D 值低字节SE178: CLR ADSCLKNOPNOPJB ADDOUT, SE178SE378: CLR ADSCLKNOPNOPMOV C, ADDOUTMOV A, ADCLRLC AMOV ADCL, AMOV A, ADCHRLC AMOV ADCH, ASETB ADSCLKNOPNOPDJNZ R7, SE378SETB ADCS；进行数据处理DJNZ ADCNUM, SE078RET；AD7416 的采样参考程序；AD7414、AD7415 与 AD7416 相似，但地址不同。SAMPLE74:MOV ADCNUM, #8 ；连续采样 8 次SE074： MOV R6, #9EH ；片选 AD7416 的地址写操作MOV R5, #1 ；选中配置寄存器MOV R4, #18H ；给配置寄存器赋值LCALL WRCOM ；三字节的写操作MOV R6，#10011110BMOV R5，#3 ；选中温度上限寄存器MOV R4，#40H ；上限温度=64LCALL WRCOMMOV R6，#10011110BMOV R5，#2 ；选中温度下限寄存器MOV R4，#20H ；上限温度=32LCALL WRCOMMOV R6，#10011110BMOV R5，#0 ；选中温度寄存器MOV WREXE ；两字节的写操作MOV DATA1，#10011111B ；片选 AD7416，读操作LCALL RDCOM；数据处理DJNZ ADCNUM，SE074 ；采样未完，返回WRCOM： LCALL BEGIN ；三字节的写操作MOV DATA1，R6LCALL OUTBYTE ；输出字节MOV DATA1，R5LCALL OUTBYTEMOV DATA1，R4LCALL OUTBYTELCALL STOPRETWREXE： LCALL BEGIN ；两字节的写操作MOV DATA1，R6LCALL OUTBYTEMOV DATA1，R5LCALL OUTBYTELCALL STOPRETRDCOM： LCALL BEGIN ；读操作LCALL OUTBYTELCALL INBYTE ；输入字节MOV ADCH，DATA1LCALL NACK ；MCU 使 ADSDA 数据线变为低电平LCALL INBYTEMOV ADCL，DATA1LCALL ACK ；MCU 使 ADSDA 数据线变为高电平LCALL STOPRETOUTBYTE: MOV R7,#8 ;输出字节OE1： MOV A，DATA1RLCAMOV ADSDA，CMOV DATA1，ALCALL CLOCKDJNZ R7，OE1LCALL ACK ；AD7416 产生应答RETINBYTE： SETB ADSDA ；输入字节MOV R7，#8INE1： LCALL CLOCKMOV A，DATA1RLCAMOV DATA1，ADJNZ R7，INE1RETNACK： CLR ADSDA ；AD7416 无应答LCALL CLOCK ；ADSDA 数据线为 0，一个时钟脉冲之后，ADSDA 为 1RETACK： SETB ADSDA ；AD7416 有应答LCALL CLOCK ；ADSDA 为 1，一个时钟脉冲之后，ADSDA 为 0RETSTOP： CLR ADSDA ；产生停止信号SETB ADSCLNOPNOPNOPNOP