基于ad7711的高精度溫度傳感電路設(shè)計(jì)

1、第27卷第9期2005年9月武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)JOURNALOFWUHANUNIVERSITYOFTECHNOLOGYVol.27No.9Sep.2005基于AD7711的高精度溫度傳感電路設(shè)計(jì)黎庶(武漢理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院武漢430063)摘要:主要對(duì)由AD7711組成的數(shù)字溫度計(jì)硬件和軟件進(jìn)行了探討和研究?jī)?nèi)容包括AD7711的特點(diǎn)內(nèi)部時(shí)序和外部接口詳細(xì)說(shuō)明了AD7711的功能特點(diǎn)和工作方式簡(jiǎn)要論述了其在RTD高精度溫度測(cè)量中的應(yīng)

2、用。并給出了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中AD7711與單片機(jī)的接口方法包括硬件接口電路和軟件程序設(shè)計(jì)。并列出了部分匯編源程序。關(guān)鍵詞:AD7711熱電阻傳感器(RTD)Σ2Δ轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)外部時(shí)鐘模式中圖分類(lèi)號(hào):TN919.5文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號(hào):167124431(2005)0920104203DesignofHigh2accuracyTemperatureSensingCircuitBasedonAD7711LIShu(SchoolofEnergyP

3、owerEngineeringWuhanUniversityofTechnologyWuhan430063China)Abstract:ResearcheddigitalthermometerhardwaresoftwaremadeupofAD7711mainly.Theacteristicsinterfacesaredescribed.DescribedthefunctionsoperatingmodesofAD7711alsodis

4、cussedinbrieftheapplicationinhigh2precisiontemperaturemeasurement.InterfacetechnologyofAD7711tomicrocomputerthecollecting2datessystemisdescribedindetailincludinghard2warecircuitsoftwarehaslistedthesourceprogrampartly.Key

5、wds:AD7711RTDsigma2deltahardwarestructureexternalclockingmode收稿日期:2005205228.作者簡(jiǎn)介:黎庶(19642)男碩士工程師.E2mail:lishuabc@tom.com1問(wèn)題的提出溫度是表征物體冷熱程度的物理量是工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中一個(gè)非常重要的參數(shù)。物質(zhì)的許多物理現(xiàn)象和化學(xué)性質(zhì)都與溫度有關(guān)。它一般約占生產(chǎn)過(guò)程中全部過(guò)程參數(shù)的50%左右許多生產(chǎn)過(guò)程都是在一定的溫度

6、范圍內(nèi)進(jìn)行的。因此溫度檢測(cè)仍有很重要的地位[1]。目前在溫度測(cè)量中經(jīng)常用到NTC(熱敏電阻)測(cè)溫技術(shù)、半導(dǎo)體溫度傳感器測(cè)溫技術(shù)、鉑電阻(RTD)測(cè)溫技術(shù)、熱電偶測(cè)溫技術(shù)等等。各種測(cè)溫技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)。在不同的領(lǐng)域都有其最適合的應(yīng)用之處。在鉑電阻測(cè)溫技術(shù)中電阻溫度探測(cè)器(RTD)運(yùn)用了材料的電阻隨溫度改變這一物理特性并在廣泛領(lǐng)域里得到應(yīng)用。在某些情況下可以取代熱電偶理由是:熱電偶需要專(zhuān)用導(dǎo)線和冷端補(bǔ)償而RTD則不需要。RTD可以測(cè)量到400

7、℃或者更高的溫度。RTD是金屬傳感器有良好的線性和高溫穩(wěn)定性所以熱電阻測(cè)溫技術(shù)有著廣闊的應(yīng)用空間但成本高需要復(fù)雜的測(cè)量電路。AD7711的串行通信口允許簡(jiǎn)易地連接到工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的微處理器上微控制器和數(shù)字處理器提供一個(gè)靈活的布局一個(gè)對(duì)AD7711的串行讀取可以訪問(wèn)輸出寄存器、控制寄存器或校準(zhǔn)寄存器的數(shù)據(jù)一個(gè)對(duì)AD7711的串行寫(xiě)可以將數(shù)據(jù)寫(xiě)入控制和校準(zhǔn)寄存器。且AD7711采用電荷平衡式AD轉(zhuǎn)換器24位分辨率24位無(wú)漏碼輸出0.0015%非線

8、性度采用Σ2Δ轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)[23]噪聲小、抗干擾能力強(qiáng)適合對(duì)RTD的輸出模擬信號(hào)直接采集。因此研究以AD7711為采集芯片的精密溫度巡回監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有十分重要的意義。?19942006ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.SCLK的下降沿和RFS的上升沿之間的時(shí)間下一位(BITN1)會(huì)在RFS變?yōu)楦唠娖街俺霈F(xiàn)在數(shù)據(jù)總線。當(dāng)RFS再次返回為低電平它激活S

9、DATA輸出。當(dāng)整個(gè)字被傳輸DRDY將變?yōu)楦唠娖絹?lái)關(guān)閉SDATA輸出。2)外部時(shí)鐘模式寫(xiě)操作數(shù)據(jù)可以被寫(xiě)進(jìn)控制寄存器和校正寄存器。在這2個(gè)情況下寫(xiě)操作不受到DRDY的影響寫(xiě)操作同樣不會(huì)對(duì)DRDY的狀態(tài)有任何影響。一個(gè)對(duì)控制寄存器和校正寄存器的寫(xiě)操作必須總是將24位寫(xiě)至各自的寄存器里。圖3展示TFS保持低電平在寫(xiě)操作期間一個(gè)對(duì)AD7711的寫(xiě)操作。A0確定一個(gè)寫(xiě)操作是傳輸數(shù)據(jù)至控制寄存器還是校正寄存器。這個(gè)A0信號(hào)在串行寫(xiě)操作期間必須保持

10、有效。和之前一樣串行時(shí)鐘在讀和寫(xiě)操作之間應(yīng)該為低電平。數(shù)據(jù)在這個(gè)與作為第一個(gè)被傳輸?shù)腗SB(最高有效位)的SCLK信號(hào)的高電平時(shí)候記錄到AD7711在最后一個(gè)起作用的SCLK的高電平時(shí)期最低有效位LSB被裝入AD7711。2.2單片機(jī)與AD7711的接口電路由于AT89C52單片機(jī)的串行口要與上位機(jī)進(jìn)行通信所以本設(shè)計(jì)中采用AD7711與P2口相連。P2.3與A0相連來(lái)選擇寄存器P2.7與SCLK相連讀寫(xiě)信號(hào)的時(shí)鐘信號(hào)由P2.7給出P2.

11、4與SDATA腳相連SDATA腳串行數(shù)據(jù)由P2.4讀入或?qū)懗鯬2.0與RFS腳相連P2.1與TFS腳相連P2.2和DRDY相連[5]。3溫度檢測(cè)系統(tǒng)的編程編寫(xiě)溫度采集程序的成敗很大程度決定對(duì)AD7711時(shí)序圖的理解。讀寫(xiě)數(shù)據(jù)、控制、校準(zhǔn)寄存器都通過(guò)SDATA數(shù)據(jù)線串行讀寫(xiě)。數(shù)據(jù)AD轉(zhuǎn)換完畢后DRDY置低RFS置低使讀取數(shù)據(jù)有效每次SCLK上升沿時(shí)讀一位數(shù)據(jù)[6]。讀寫(xiě)時(shí)序如圖1和圖3所示。根據(jù)讀寫(xiě)時(shí)序編寫(xiě)的部分程序代碼如下:控制字寫(xiě)操作

12、程序:入口參數(shù):(R2R1R0)=控制字初值WR24:MOVR2#0ACHMOVR1#0C0HMOVR0#41H控制字初值MOVR4#24計(jì)數(shù)器初值SETBP2.1TFSSETBP2.0RFSCLRP2.7CLKWR:CLRP2.1TFSMOVAR0RLCAMOVR0AMOVAR1RLCAMOVR1AMOVAR2RLCAMOVR2A控制字左移一位MOVP2.4C輸出一位SETBP2.7NOPNOPCLRP2.7產(chǎn)生一個(gè)移位脈沖DJNZR

13、4WR循環(huán)24次NOPSETBP2.1結(jié)束寫(xiě)操作RET返回?cái)?shù)據(jù)讀操作程序:(略)4結(jié)語(yǔ)AD7711以其優(yōu)越的性能、方便的接口、極少的外圍元件和低功率損耗在高精度溫度測(cè)量系統(tǒng)中發(fā)揮了重要作用。在單片機(jī)與AD7711構(gòu)成的靈巧型測(cè)量系統(tǒng)中(如使用帖片元件使系統(tǒng)小型化)更能展示其卓越性能可以部分取代一些溫度變送器。由于PC機(jī)支持外部時(shí)鐘模式因此可直接與PC機(jī)通訊省去了中間智能模塊大大降低了測(cè)溫系統(tǒng)的造價(jià)具有一定的應(yīng)用價(jià)值。(下轉(zhuǎn)第110頁(yè))6