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1 引言 ADT75是ADI公司推出的數字溫度傳感器，內置1個高度集成的溫度傳感器，其額定工作溫度范圍為-55℃～+125℃，能夠對溫度進行準確測量。其內部還包含1個12位的ADC，用來監測并數字化溫度值，其分辨率可達0.0625℃，功耗低，工作電壓范圍是3 V"5.5 V。若工作電壓在3.3 V，其典型電流值為300 μA；在關斷模式下，典型電流值僅為3μA。ADT75是一款完善的數字溫度傳感器，集傳感器和模數轉換器于一體，可大大簡化溫度測試系統的設計，提高系統的集成化。 ADT75的主要特點如下： 內含12位A/D轉換器； 溫度誤差最大是±1℃，溫度分辨率0.0625℃； SMBus/I2C兼容接口； 工作溫度范圍為-55℃"+125℃； 超溫指示器； 采用關斷模式降低能耗； 在3.3 V工作電壓下的功耗典型值為69μW； 8引腳MSOP和SOIC封裝。 2 ADT75的引腳排列及功能 ADT75的引腳排列如圖l所示。各個引腳的功能如表1所列。 3 ADT75的工作原理 ADl75的內部結構如圖2所示。主要包括溫度傳感器、∑一△調節器、4個數據寄存器(溫度數據寄存器、配置寄存器、THYST定值寄存器和TOS定值寄存器)和1個地址指針寄存器、數字比較器、SM-Bus/I2C串行接口等。其工作過程如下：溫度傳感器進行溫度采集，產生與絕對溫度成一定比例的精確電壓，并與內部參考電壓進行比較，輸入精確的數字式調節器中，轉換為有效精度為12位的數據。被測量的溫度值與限定值比較，如果測量值超限，則OS/ALERT引腳輸出超限信息。 ADl75包含5個寄存器：4個數據寄存器和1個地址指針寄存器。配置寄存器是惟一的8位數據寄存器，其余的均是16位。溫度數據寄存器是惟一的只讀數據寄存器。上電時，地址指針寄存器被設置為Ox00，且指針指向溫度數據寄存器，具體描述見表2。 (1)地址指針寄存器 該8位寫寄存器存放指向4個數據寄存器之一的1個地址，并選擇單步模式。采用單步模式可以減少電能消耗，當單步模式啟動時，ADT75立刻進入關斷模式。當VDD為3.3V時，電流消耗為3μA；當VDD為5 V時，電流消耗為5.5μA。P0和P1選擇被寫入或讀出數據字節的數據寄存器。PO、Pl和P2通過向這個寄存器寫入04H來選擇單步模式。該8位寄存器其余位都設置為零。寄存器地址選擇見表3。 (2)溫度數據寄存器 16位只讀寄存器存儲由內置溫度傳感器測得的溫度值，以二進制補碼的方式存儲，以MSB為溫度標記位。讀寄存器時，先讀高8位，后讀低8位。 (3)配置寄存器 8位可讀/寫寄存器為ADT75配置各種模式，如關斷、超溫中斷、單步、SMBus報警使能、OS/ALERT引腳極性和超溫錯誤隊列等。 (4)THYST定值寄存器 這個16位讀/寫寄存器存放2個中斷模式下的溫度滯后限定值。溫度限定值以二進制補碼的方式存儲，用MSB作為溫度標志位。當從這個寄存器讀數時，先讀高8位MSB，后讀低8位LSB。THYST的缺省設置極限溫度為+75℃。 (5)TOS定值寄存器 這個16位讀/寫寄存器以2個中斷模式存放超溫限定值。溫度限定值以二進制補碼的方式存儲。當從這個寄存器讀數時，先讀高8位MSB，后讀低8位LSB。TOS的缺省設置極限溫度為+80℃。 4典型應用 溫度是測控系統中主要的被控參數之一。實際應用中，經常需要控制溫度使之保持在某一范圍內。以往，在實際測控系統中，多采用熱敏電阻器或熱電偶測量溫度。這種溫度采集電路有時需要冷端補償電路，這樣就增加了電路的復雜性；而且電路易受干擾，使采集到的數據不準確。用比較 在傳統的溫度測控系統中，用熱電偶或熱敏電阻器采集溫度，再由前置放大電路將檢測到的微小信號轉變為ADC可轉換的信號，同時經過冷端溫度補償后進行A/D轉換，這樣才能把模擬溫度信號數字化，如圖3所示。 這種傳統電路的特點是需要的器件多，電路所占空間大，電路易受干擾，調試工作量大，電路集成度差，誤差大。 ADT75是一款完善的數字溫度傳感器，集傳感器和模/數轉換器于一體。采用ADT75大大簡化了溫度測試系統的設計，電路集成度高，所占空間小，精度高，大大減少了調試工作量。 4.2 應用實例 直冷式電冰柜的機件相對較少，設備不容易出故障，而且制冷相對迅速，它是利用冰柜內空氣自然對流的方式冷卻食品的。其蒸發器常常安裝在冰柜上部，蒸發器周圍的空氣要與蒸發器產生熱交換，空氣循環往復自然對流，從而達到制冷的目的。在實際使用中，電冰柜的溫度應保持在設定值，這就需要采用溫度測控系統進行自動調節。溫度控制原理是根據蒸發器的溫度控制制冷壓縮機的啟停、使冰柜內的溫度保持在設定的溫度范圍內。 在直冷式電冰柜溫度測控系統的設計中，以AT89C51型單片機為核心，采用ADT75構成溫度控制電路。這種電路硬件設計簡單且功耗較低，實用性強。ADT75與AT89C51的硬件接口電路如圖4所示。 在電路中，將ADT75的SMBus/I2C串行數據輸入/輸出端SDA與單片機的P11腳相連，串行時鐘輸入端SCL由P10腳依次發出高低電平，lO kΩ電阻為漏極開路時的上拉電阻器；ADT75采用比較模式，當OS/ALERT輸出設置為低電平時，與其相接的蜂鳴器進行溫度超限報警。設計中A2、Al和A0接地，則SMBus/I2C的地址為1001000。系統根據測得的溫度值，由單片機內部完成PID運算，然后通過外部溫度控制裝置控制 制冷壓縮機的啟停，進行溫度的調節，使電冰柜內的溫度保持在某個設定的范圍內。 5 工作方式 5.1 串行總線的協議操作方式 主設備(如單片機等，見圖4)通過設置開始條件啟動數據轉換，由ADT75串行數據線SDA定義高到低的轉換，同時串行時鐘線SCL一直為高電平。 ADT75在第9個時鐘脈沖之前拉低數據線，等待數據讀出或寫入。如果R/W位是0，將數據寫入ADT75。如果R/W位是1，將從ADT75中讀數據。 數據按照9個時鐘脈沖序列的順序傳送到串行總線上。在寫入模式下，在第10個時鐘脈沖到停止狀態期間主設備將拉高數據線。在讀出模式下，在第9個時鐘脈沖之前的低電平期間單片機將拉高數據線。 5.2 ADT75的寫入方式 ADl75有2種不同的寫入方式。 (1)寄存器寫地址 為了從特定的寄存器讀數據，地址指針寄存器必須包含該寄存器地址。如果沒有包含該地址，必須通過執行單字節寫操作將正確的地址寫入地址指針寄存器。 (2)向寄存器寫數據 配置寄存器是8位，因此只有數據的1個字節能寫入這個寄存器。寫到配置寄存器的數據字節包括串行總線地址，數據寄存器地址寫到地址指針寄存器中，接著數據字節寫入所選擇的數據寄存器。THYST寄存器和TOS寄存器都是16位，所以可將2個數據字節寫入這些寄存器中。 5.3 ADT75的讀出方式 對于配置寄存器，以1個單字節數據的方式從ADT75中讀數據。對于溫度數據寄存器、THYST寄存器和TOS寄存器，以1個雙字節數據的方式從ADT75中讀數據。從其他寄存器讀數據，需要對地址指針寄存器設定相關的寄存器地址。 5.4 超溫模式工作方式 ADT75有2種超溫模式，即比較模式和中斷模式。 (1)比較模式 在比較模式下，當測量溫度降至被存放在THYST定值寄存器中的溫度限制值以下時，OS/ALERT指針將再次恢復到無效狀態。在比較模式下，設置ADT75為關斷模式時，無需重新設置OS/ALERT的狀態。 (2)中斷模式 在中斷模式下，只有從ADT75的寄存器讀數據時，OS/ALERT引腳才進入無效狀態。在被測溫度低于存放在THYST定值寄存器中的設定值時，OS/ALERT引腳返回到有效狀態。一旦OS/ALERT引腳被重新設詈，只有當溫度高于TOS定值寄存器中的設定值時，它才將再次回到有效狀態。 5.5 多電路工作方式 在1個主設備的控制下，最多可將8個ADT75連接到一條SMBus/I2C總線上。像所有的SMBus/I2C兼容設備一樣，ADl75有1個7位串行地址，這個地址的高4位被設置為1001；低3位由引腳5、引腳6和引腳7設置(即A2、A1和A0)，有8種不同的地址選擇。如果不需要多個ADT75共同工作，那么A2、Al和A0引腳接地。 6 結束語 在直冷式電冰柜溫度測控系統的硬件設計中，ADT75完全能夠滿足溫度采集的要求，使用起來也很方便。由于溫度檢測電路的外部接口電路簡單，串行接口占用單片機口線少，且性能優良，功耗低，可靠性好，所以設計和運行都達到了非常滿意的效果。 |
