十位数字温度传感器(AD7416.doc

十位数字温度传感器(AD7416 )和四通道、单通道ADC(AD7417/AD7418)1. 概述AD7416是有8个管脚的温度监测器。该温度监测器可通过多路复用器的0通道进行访问。片上寄存器可编程控制极限温度，当温度超过极限时漏极开路温度过热指示器（OTI）处于工作状态。AD7417和AD7418分别是10位，4通道和单通道的ADC，其片上温度传感器可用2.7V5.5V电压供电。该装置包含一个约15s的转换器，5通道多路复用器，温度传感器，时钟振荡器，跟踪-保持器和一个2.5V的参考电压。1.1 AD7416/AD7417/AD7418的主要特点 10位ADC，转换时间15s和30s 单通道和4单通道模拟输入 片上温度传感器测量范围：-40+25 片上跟踪-保持 温度过热指示 转换结束自动掉电 供电电压范围：2.7V5.5V I2C兼容串口 串行总线地址允许八个AD7416/AD7417连接到一条总线上 AD7416可代替LM751.2 管脚说明AD7416管脚结构如图1所示，表1是其管脚功能说明。AD7417管脚结构如图2所示，表2是其管脚功能说明。AD7418管脚结构如图3所示，表3是其管脚功能说明。图1 AD7416管脚结构图表1 AD7416管脚功能说明管脚号名称说明1SDA数字I/O。双向数据串行总线。2SCL数字输入。串行总线时钟。3OTI逻辑输出。当通道0（温度传感器）的转换结果大于温度过热寄存器（OTR）的8位数时，温度过热指示器（OTI）置位。信号在连续读操作结束时重置。漏极开路输出。 4GND跟踪-保持、比较器和电容DAC、数字电路的参考地。5A2数字输入。串行总线地址的最高可编程位。6A1数字输入。串行总线地址的中间可编程位。7A0数字输入。串行总线地址的最低可编程位。8VDD正向供电电压，2.7V5.5V。图2 AD7417管脚结构图表2 AD7417管脚功能说明管脚号名称说明1，16NC无连接。2SDA数字I/O，双向数据串行总线。3SCL数字输入，串行总线时钟。4OTI逻辑输出，当通道0（温度传感器）的转换结果大于温度过热寄存器（OTR）的8位数时，温度过热指示器（OTI）置位。信号在连续读操作结束时重置。漏极开路输出。5REFIN参考输入，连接外部2.5V参考电压。若使用片上参考，该引脚应该接地；如果连接了外部参考，应关闭内部参考。6GND跟踪-保持、比较器和电容DAC、数字电路的参考地。710AIN1到AIN4模拟输入通道。AD7417有四个模拟输入通道，且是单端输入。输入电压在0V到VREF之间。11A2数字输入。串行总线地址的最高可编程位。12A1数字输入。串行总线地址的中间可编程位。13A0数字输入。串行总线地址的最低可编程位。14VDD正向供电电压，2.7V5.5V。15逻辑输入信号，转换开始信号。信号的上升沿触发器件上电，所需时间为4s。图3 AD7418管脚结构图表3 AD7418管脚功能说明管脚号名称说明1SDA数字I/O。双向数据串连行总线。2SCL数字输入。串行总线时钟。3OTI逻辑输出，当通道0（温度传感器）的转换结果大于温度过热寄存器（OTR）的8位数时，温度过热指示器（OTI）置位。信号在连续读操作结束时重置。漏极开路输出。4GND跟踪保持、比较器和电容DAC、数字电路的参考地。5AIN模拟输入通道。单端输入，输入电压在0V到VREF之间。6REFIN参考输入，连接外部2.5V参考电压。若使用片上参考，该引脚应该接地；如果连接了外部参考，应关闭内部参考。7VDD正向供电电压，2.7V5.5V。8逻辑输入信号，转换开始信号。信号的上升沿触发器件上电，所需时间为4s。2. 工作原理 AD7416/AD7417/AD7418功能模块图分别如图4、图5、图6所示。图4 AD7416功能模块图图5 AD7417功能模块图图6 AD7418功能模块图2.1 ADC转换 通过给输入一个脉冲信号来触发AD7417/AD7418转换。转换时钟是内部产生的不需要外部时钟，除非从串口读数据或写数据到串口。片上跟踪-保持部分在信号的下降沿由跟踪模式转变为保持模式。在自动转换模式下当AD7416/AD7417/AD7418进行读写操作时开始转换。在这种情况下，内部时钟振荡器在读或写操作结束时置位。读写操作完成并开始转换后，从跟踪模式到保持模式的转变需要3s。15s或30s后得到转换结果，这要看选择的是模拟输入通道还是温度传感器。AD7417/AD7418跟踪-保持的获得时间是400ns。 选择片上的0通道进行温度测量和转换。完全转换需要30s。所有未用的模拟输入端应该接地使功耗达到最低。2.2 温度测量 AD7416/AD7417/AD7418温度测量方法是在不同的电流下测量当前VBE的变化。如图7所示。VBE=KT/ln(N)式中，K是波尔兹曼常数，q 是电子电荷（1.61019库仑），T是绝对温度，N是电流比。图7 温度测量电路 图中，为测量VBE，操作电流在I和NI之间转换。所得波形通过一个稳定的斩波放大器得到与VBE成比例的直流电压。该电压通过ADC后以温度的形式输出。ADC的精度是0.25，理论上能测量的温度跨度为255，能保证的测量范围是-40+125。转换结果作为16位数存到温度值寄存器中。 温度转换公式用温度值寄存器的高10位来表示：1. 正温度=ADC编码/42. 负温度=(ADC编码*-512)/4*MSB从ADC编码中删除。2.3 内部寄存器 AD7417/AD7418有7个内部寄存器，如图8所示。包括6个数据寄存器和1个地址指针寄存器。AD7416有5个内部寄存器（缺少ADC和一个结构寄存器）。2.3.1 地址指针寄存器 地址指针寄存器是8位的，存贮数据寄存器的地址。每个连续写操作的第一个字节是数据寄存器的地址，存贮在地址指针寄存器中。该寄存器的最后三位进行数据寄存器的选择。如表4所示。表5为寄存器地址。表4 地址指针寄存器P7*P6*P5*P4*P3*P2P1P000000寄存器选择*P3到P7必须置零。表5 寄存器地址P2P1P0寄存器000温度值（只读）001结构寄存器（读/写）010THYST （读/写）011TOTI100ADC（AD7417/AD7418）101结构寄存器2（AD7417/AD7418）地址指针寄存器（为读/写操作选 择数据寄存器）温度值寄存器（只读地址00h）结构寄存器（读/写地址01h）THYST设定值寄存器（读/写地址02h） TOTI设定值寄存器（读/写地址03h）ADC寄存器2（读/写地址04h）结构寄存器（读/写地址05h）串行总线接口地址数据 SDASCL图8 AD7417/AD7418内部寄存器结构图2.3.2 温度值寄存器（地址00h） 温度值寄存器是16位只读寄存器，前10位存贮从ADC中读取的温度。第5位到第1位不用。如表6所示。表6 温度值寄存器D15D14D13D12D11D10D9D8D7D6MSBB8B7B6B5B4B3B2B1B0温度数据形式如表7所示。ADC理论范围从-128到+127，但是实际上，温度测量范围受器件的操作温度限制。表7 温度数据形式温度数字输出-12810 0000 0000-12510 0000 1100-10010 0111 0000-7510 1101 0100-5011 0011 1000-2511 1001 1100-0.2511 1111 1111000 0000 0000+0.2500 0000 0001+1000 0010 1000+2500 0110 0100+5000 1100 1000+7501 0010 1100+10001 1001 0000+12501 1111 0100+12701 1111 11002.3.3 结构寄存器（地址01h） 结构寄存器是8位，读/写寄存器用于设置AD7418/AD7417/AD7418的操作模式。D7到D5位控制通道选择，如表8所示。对AD7416来说，这些位应该全设为0。D4和D3用来设置出错队列的长度。D2设置OTI输出，D1选择比较器或操作中断模式，D0=1选择停止模式（默认值D0=0）。表8 结构寄存器D7D6D5D4D3D2D1D0通道选择出错队列OTI极性比较/中断停止AD7416只有一个温度通道，AD7417有4个模拟输入通道和一个温度通道，AD7418有一个温度通道和一个模拟输入通道。他们的温度通道都是CH0。AD7418的模拟输入通道是CH4。表9是通道选择列表，表10是出错队列设置。表9 通道选择D7D6D5通道选择000温度传感器001AIN1 （AD7417）010AIN2 （AD7417）011AIN3 （AD7417）100AIN4 （AD7417和AD7418）表10 出错队列设置D4D3出错数001（上电默认）0121041162.3.4 THYST 设定值寄存器（地址02h） THYST 设定值寄存器是16位，读/写寄存器高9位存储THYST 的设定值，相当于温度值寄存器的高9位，位6到位0位无用。2.3.5 TOTI 设定值寄存器（地址03h） TOTI 设定值寄存器是16位的，读/写寄存器的高9位存储TOTI 的设定值，相当于温度值寄存器高9位，位6到位0无用。设定值寄存器如表11所示。表11 设定值寄存器D15D14D13D12D11D10D9D8D7MSBB7B6B5B4B3B2B1LSB2.3.6 ADC值寄存器（地址04h） ADC值寄存器是16位只读寄存器，高10位存储ADC二进制值。位5到位0无用。表12是ADC值寄存器的高10位，包括ADC转换请求。表12 ADC值寄存器D15D14D13D12D11D10D9D8D7D6MSBB8B7B6B5B4B3B2B1LSBADC转换功能：LSB整数（如1LSB、2LSB等）时进行编码转换。1LSB=VREF/1024。AD7417和AD7418的理论转换特性见图9。图9 AD7417和AD7418的理论转换特性2.3.7 结构寄存器2（地址05h） AD7417和AD7418的第二个结构寄存器包含CONVST。它是8位的寄存器，D5到D0为零，D7决定AD7417/AD7418是否处于默认模式下（D7=0），每355s转换一次，或者在管脚模式下（D7=1）进行转换。位6包含测试位 1。当该位是0时，激活I2C滤波器（默认），是1则不激活。表10 结构寄存器2D7D6D5D4D3D2D1D0转换模式Test10000002.4 串行总线地址 AD7416/AD7417/AD7418有7位串口地址，AD7416高4位设为1001，AD7417设为0101，低3位可以通过把A2和A0连接到VDD 或GND来设置。通过设置不同的地址，最多可将8个 AD7417/AD7418连接到一条总线上，地址的选择要避免和总线上其他的器件的地址发生冲突。AD7418的地址高4位设置为0101，低3位全设置为0。3. 应用3.1 风扇控制 图10所示是简单的风扇控制器，当温度超过80时开启风扇，当温度低于75时关闭风扇。AD7416可以单独使用，如果需要触发不同温度也可以和串行总线接口一起使用。如果AD7416和总线接口一起使用，OTI高电平有效，Q1和R1忽略，OTI直接连接到带有上拉电阻R2的Q2门。图10 AD7416作为风扇控制器使用3.2 自动调温器 图11是AD7416作为自动调温器使用时的电路图。当温度降到THYST以下时，加热器启动；当温度升到TOTI以上时，加热器停止工作。OTI输出低电平有效。图11 自动调温电路图3.3 多路复用系统AD7418使用者可以对AD7416的串行总