AD7416在低功耗系統(tǒng)中的應(yīng)用

0 引言
    在測(cè)量與儀器儀表中，溫度的檢測(cè)幾乎成為必不可少的一部分。傳統(tǒng)的模擬溫度傳感器或是外圍電路復(fù)雜，或是需要設(shè)計(jì)A／D轉(zhuǎn)換、操作煩瑣，在使用上都受到一定的限制，用數(shù)字溫度傳感器AD7416設(shè)計(jì)各種控制系統(tǒng)，體積小、功耗低、編程簡(jiǎn)單操作方便。芯片帶有自動(dòng)比較、可編程控制輸出端OTI，在溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中有很大優(yōu)勢(shì)，另外，AD7416功耗低，可以編程控制工作與休眠狀態(tài)的切換，在低功耗系統(tǒng)設(shè)計(jì)中也有廣泛應(yīng)用。

1 AD7416的結(jié)構(gòu)功能
1．1 管腳功能
    AD7416共8個(gè)管腳，采用SOIC／MSOP封裝。1腳為數(shù)據(jù)輸入輸出口，IIC總線雙向數(shù)據(jù)端口；2腳為IIC總線時(shí)鐘端口；3腳OTI為溫度比較輸出端；4腳GND接地端；5、6、7為IIC總線地址編程位輸入端；8腳VDD為電源。

1．2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)功能
    AD7416的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，片內(nèi)帶隙溫度傳感器和1O位AD轉(zhuǎn)換器組成測(cè)溫電路，測(cè)量結(jié)果存入溫度值寄存器。片內(nèi)有5個(gè)寄存器、一個(gè)溫度比較器、一個(gè)錯(cuò)誤隊(duì)列計(jì)數(shù)器，功能在下文介紹。一個(gè)串行總線接口用于IIC地址控制和數(shù)據(jù)傳輸。

1．2．1 內(nèi)部寄存器
    AD7416有5個(gè)內(nèi)部寄存器：地址指針寄存器、溫度值寄存器(00H)、上限寄存器TOTI(03H)、下限寄存器THYST(02H)、配置寄存器(01H)。
    地址指針寄存器儲(chǔ)存指向四個(gè)數(shù)據(jù)寄存器之一的地址。對(duì)AD7416每一次串行寫操作的第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)是數(shù)據(jù)寄存器的地址，這就是隨后的數(shù)據(jù)字節(jié)要寫入的地址，這個(gè)值就存儲(chǔ)在地址指針寄存器中。這個(gè)寄存器只須最低兩位被用來選擇一個(gè)數(shù)據(jù)寄存器，其值對(duì)應(yīng)于寄存器地址。溫度值寄存器是一個(gè)16位只讀寄存器，它的高1O位以2的補(bǔ)碼格式儲(chǔ)存由AD轉(zhuǎn)換器送來的10位溫度讀數(shù)，低六位未用。
    配置寄存器是一個(gè)8位讀／寫寄存器，它用來設(shè)置AD7416的工作方式。D7、D6、D5用于通道選擇，均保持為0；D4、D3設(shè)置錯(cuò)誤隊(duì)列長(zhǎng)度；D2設(shè)置OTI輸出極性；D1設(shè)置OTI工作方式；DO設(shè)置芯片工作方式。THYST設(shè)點(diǎn)寄存器和TOTI設(shè)點(diǎn)寄存器都是16位讀／寫寄存器，它們的9個(gè)最高位儲(chǔ)存以2的補(bǔ)碼格式表示的低、高溫度門限設(shè)點(diǎn)，對(duì)應(yīng)溫度值寄存器的高9位，低7位未用。
    AD7416上電時(shí)地址指針指向溫度值寄存器，TOT1=80℃，THYST=75℃。
1．2．2 基本工作原理
    帶隙溫度傳感器和10位A／D轉(zhuǎn)換器可以按照預(yù)先設(shè)定的工作方式對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。同時(shí)把轉(zhuǎn)換結(jié)果以10位二進(jìn)制數(shù)形式保存到溫度值寄存器。
    設(shè)點(diǎn)比較器把實(shí)際測(cè)量到的溫度值與預(yù)先設(shè)定的高低門限值進(jìn)行比較，如果超限則按配置寄存器設(shè)置在OTI端輸出高低電平。OTI在使用中需要外接一個(gè)約1O k的上拉電阻。
    AD7416中有一個(gè)故障排隊(duì)計(jì)數(shù)器用以避免干擾造成的OTI輸出端誤觸發(fā)，這個(gè)計(jì)數(shù)器的排隊(duì)長(zhǎng)度由配置寄存器設(shè)定。如果排隊(duì)設(shè)置為4，那么就需要連續(xù)4次測(cè)量溫度超限才能引起OTI的有效輸出，小于4次都認(rèn)為是干擾，將復(fù)位故障排隊(duì)計(jì)數(shù)器。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2．1 硬件設(shè)計(jì)
    系統(tǒng)中AD7416部分硬件原理圖如圖3所示，A2、A1、A0 分別接低、低、高電平，在八位地址中，高四位為1001表示選中7416，次三位為A2、A1、A0表示的地址，最低位表示讀寫，所以應(yīng)用中AD7416 的寫地址為10010010B，讀地址為10010011B。本例中僅使用AD7416進(jìn)行測(cè)量溫度，OTI懸空，沒有利用。串行時(shí)鐘、數(shù)據(jù)總線對(duì)應(yīng)連接處理器的時(shí)鐘、數(shù)據(jù)總線端口。

2．2 軟件設(shè)計(jì)
    AD7416的01H為配置寄存器，其最低位為0，則啟動(dòng)芯片采集溫度值并進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換；為1則停止芯片工作。軟件開始首先啟動(dòng)芯片工作，程序如下：

  
    這段程序向AD7416的配置寄存器寫入00H，完成芯片的測(cè)溫啟動(dòng)。I2C_START子程序啟動(dòng)IIC總線，I2C_WwRITE子程序向IIC總線寫一個(gè)字節(jié)，I2C_STOP子程序關(guān)閉IIC總線。程序首先向IIC總線寫92H，選中AD7416芯片，然后把01H寫入AD7416的地址指針寄存器，選中配置寄存器，最后把00H寫入配置寄存器。
    讀取雙字節(jié)溫度值時(shí)，首先要向AD7416寫入目的寄存器地址00H，即要讀取數(shù)據(jù)的寄存器的地址，存放于地址指針寄存器中。然后發(fā)送讀命令，接收到第一個(gè)字節(jié)后，處理器向總線發(fā)送應(yīng)答信號(hào)，接收第二字節(jié)發(fā)送非應(yīng)答信號(hào)，完畢后停止總線操作。從AD7416中讀取溫度值的部分程序如下，TEMPH存放高字節(jié)，TEMPL存放低字節(jié)：

3 結(jié)論
    系統(tǒng)設(shè)計(jì)中使用了AD7416的測(cè)溫功能，從使用過程看，該芯片結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，功耗低，是低功耗測(cè)溫系統(tǒng)的最佳選擇。又由于使用片內(nèi)溫度傳感器，所以大大簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，同時(shí)也在很大程度上提高了系統(tǒng)的可靠性。