溫度傳感器原理圖

數字溫度傳感器AD7416及其應用

　　AD7416 是美國模擬器件公司（ADI）出品的單片機溫度監控系統集成電路。其內部包含有帶隙溫度傳感器和10位模數轉換器，可將感應溫度轉換為0.25℃量化間隔的數字信號，以便用來與用戶設置的溫度點進行比較。AD7416片內寄存器可以進行高/低溫度門限的設置當溫度超過設置門限時，過溫漏級開路指示器（OTI）將輸出有效信號。另外，可以通過I2C接口對AD7416的內部寄存器進行讀/寫操作，最多可允許8片AD7416掛接在同一個串行總線上。該溫度傳感器可廣泛應用于數據采集系統中的環境溫度監測、工業過程控制、電池充電以及個為計算機等系統。

1 基本特性與引腳功能

AD AD7416具有如下基本特性：

●工作電壓范圍為+2.7V～+5.5V；

●測溫范圍為-55℃～+125℃；

●具有10位數字輸出溫度值，分辨率為0.25℃；

●精度為±2℃(-25℃～+100℃)和±3℃（-55℃～+125℃）；

●轉換時間為15～30μs，更新速率為400μs；

●帶有過溫漏級開路指示器（OTI）；

●具有I2C兼容的串行接口和可選的串行總線地址；

●具有低功耗關閉模式（典型值為0.2μA）；

●可用來升級替換LM75。

AD7416采用8腳表面貼SO和8腳小型SOIC封裝形式，圖1所示為AD7416的引腳排列圖，各引腳功能如表1所列。

表1 AD7416引腳功能

2 工作原理

AD7416的內部功能框圖如圖2所示。它的片內帶隙溫度傳感器可按預先設置的工作方式對環境溫度進行實時測量，并將結果轉化為數字量存入到溫度值寄存器中（地址00H），其環境溫度與輸出數據的關系如表2所列。

表2 環境溫度與輸出數據的關系

AD7416預先設置的工作方式分兩種：

●自動測溫方式。在這種方式下，AD7416每隔400μs對環境溫度測量一次，每次的量化轉換時間為15～30μs，其余時間芯片則自動轉入休眠狀態；

●低功耗方式。這種方式通常應用在測溫頻率較低的場合。當用戶需要對環境溫度進行測量時，可通過I2C串行接口總線來寫入操作命令，此時，芯片將由休眠狀態轉入測溫狀態。當溫度量化轉換結束后，芯片將重新轉入休眠狀態。

AD7416內部的配置寄存器（地址01H）為8位讀/寫寄存器，可用于設置操作方式，其格式為：

配置寄存器各部分的功能如下：

●D7～D5始終設置為000；

●D4和 D3用于設置故障排隊長度，以防止測溫系統在受到干擾時錯誤地觸發過溫指示器（OTI），故障排隊長度可分別設置為1、2、4和6次；

●D2用于設置OTI的輸出極性。0表示低電平輸出，1表示高電平輸出；

●D1 用于設置OTI的工作方式。0表示采用比較方式工作，即當環境溫度超過TOTI時觸發OUT輸出，其輸出電平一直保持到環境溫度降至THYST；1表示采用中斷方式工作，即當環境溫度超過TOTI的觸發OTI輸出，其輸出電平將一直保持到下一次讀操作，而在這期間，即使環境溫度降到THYST，輸出電平也不翻轉；

●D0用于設置工作方式。0表示采用自動測溫方式，1表示采用低功耗方式。

THYST溫度點寄存器（地址02H）和TOTI溫度點寄存器（地址03H）均是16位讀/寫寄存器，分別用于設置低端和高端溫度點的門限值，所設數值以二進制補碼的形式存入高9位，其余位置0。

　　AD7416采用I2C串行總線和數據傳輸協議來實現同外設的數據傳輸。在數據傳輸過程中AD7416作為從器件通過數據輸入/輸出線SDA以及時鐘信號線SCL與總線相連。其傳輸時序如圖3所示。當SCL保持高電平時，SDA從高電平到低電平的跳變為數據傳輸的開始信號，隨后傳送AD7416的地址信息的讀/寫控制位。其地址信息的格式為：100A2A1A0R/W。

根據A2A1A0的不同編碼，最多可允許8片AD7416掛接同一個串行總線上。讀/寫控制位為1時，表示對AD7416進行讀操作，為0時，則表示進行寫操作。當每個字節傳送結束時，必須在收到接收數據一方的確認信號（ACK）后方可開始下一步的操作。然后在地址信息和讀/寫控制位之后傳送片內寄存器地址和數據。最后，在SCL保持高電平的情況下，當SDA從低電平跳變到高電平時將終止數據的傳輸操作。

3 應用實例

AD7416在每次上電時的默認參數如下：

●TOUI設置為80℃、THYST設置為75℃；

●OTI采用比較方式工作；

●OTI輸出低電平有效；

●故障排隊長度設置為1。

這些默認值可使該溫度傳感器在不連接串行總線時用作自動調溫器，圖4所示就是AD7416作為自動調溫器的典型應用電路原理圖。當被測量的環境溫度低于 THYST時，OTI輸出高電平，Q1導通，繼電器吸合，加熱器開始工作；當被測量的環境溫度高于TOTI時，OTI輸出低電平，將Q1的基極電位拉低以使其截止，繼電器釋放，加熱器停止工作。

實際應用中應注意以下幾個問題：

●為防止環境干擾，AD7416的電源同地線之間要并接容值大于0.1μF的鉭電容；

●AD7416的感溫器件在芯片內部，因此芯片表面要被測物體緊密接觸；

●由于芯片自耗電的存在，AD7416工作時的自身溫升約為0.2，所以在精確測溫時應采取低功耗的工作方式；

●OTI輸出端的上拉電阻的阻值越大，流入AD7416的電流越小，其溫升也越小，但上拉電阻最大不能超過30kΩ，通常選10kΩ；

●與I2C兼容的接口總線在AD7416上電后就一直有效，因此在芯片處于休眠狀態下仍可進行片內數據的讀出和寫入。