CN0075: 利用精密模拟微控制器ADuC7061和外部RTD构建基于USB的温度监控器

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概览

电路笔记PDF, 11/2010 (pdf, 339 kB)
下载英文版PDF, 07/2013 (pdf, )
优势和特点
  • 典型温度范围为0 ℃至+100 ℃
  • 18位无噪声代码分辨率
  • RTD温度监控器
  • 采用ARM7处理内核的单芯片解决方案
此电路中所用产品
    应用: 
  • 现场仪器仪表和智能发送器
  • 温度控制器
  • 传感器和传感器接口
  • 高温产品

电路功能与优势

本电路显示如何在精密RTD温度监控应用中使用精密模拟微控制器 ADuC7061。ADuC7061集成双通道24位Σ-Δ ADC、双通道可编程电流源、14位DAC、1.2 V内部基准电压源、ARM7内核、32 kB闪存、4 kB SRAM以及各种数字外设,例如UART、定时器、SPI和I2C接口等。它与一个100 Ω RTD相连。

在源代码中,ADC采样速率选择100 Hz。当ADC输入PGA的增益配置为32时,ADuC7061的无噪声分辨率大于18位。

图1:具有RTD接口、用作温度监控器控制器的ADuC7061(原理示意图,所有连接均未显示)

电路描述

图1所示电路完全通过USB接口供电。利用2.5 V低压差线性稳压器 ADP3333 可将USB接口提供的5 V电源调节至2.5 V,进而向ADuC7061提供DVDD电压。ADuC7061的AVDD电源经过额外滤波处理,如图所示。在线性稳压器的输入端也放置一个滤波器,对USB电源进行滤波。

本应用中用到ADuC7061的下列特性:

内置可编程增益放大器(PGA)的24位Σ-Δ型主ADC:PGA的增益在本应用的软件中设置为32。
可编程激励电流源,用来强制受控电流流经RTD:双通道电流源可在0 μA至2 mA范围内以200 μA步进配置。本例设置为200 μA。
ADuC7061中ADC的外部基准电压源:对于本应用,我们采用比率式设置,将一个外部基准电阻(RREF)连接在外部VREF+ 和VREF− 引脚上。或者,也可以在ADuC7061中提供1.2 V内部基准电压源。
ARM7TDMI®内核:功能强大的16/32位ARM7内核集成了32 kB闪存和SRAM存储器,用来运行用户代码,可配置并控制ADC,通过RTD处理ADC转换,以及控制UART/USB接口的通信。
UART: UART用作与PC主机的通信接口。
两个外部开关用来强制该器件进入闪存引导模式:使S1处于低电平,同时切换S2,ADuC7061将进入引导模式,而不是正常的用户模式。在引导模式下,通过UART接口可以对内部闪存重新编程。

本电路使用的RTD为100 Ω铂RTD,型号为Enercorp PCS 1.1503.1。它采用0805表贴封装,温度变化率为0.385 Ω/°C。

请注意,基准电阻RREF应为精密5.62 kΩ (±0.1%)电阻。

ADuC7061的USB接口通过FT232R UART转USB收发器实现,它将USB信号直接转换为UART。

除图1所示的去耦外,USB电缆本身还应采用铁氧体磁珠来增强EMI/RFI保护功能。本电路所用铁氧体磁珠为Taiyo Yuden #BK2125HS102-T,它在100 MHz时的阻抗为1000 Ω。

本电路必须构建在具有较大面积接地层的多层电路板上。为实现最佳性能,必须采用适当的布局、接地和去耦技术(请参考 教程 MT-031——“实现数据转换器的接地并解开AGND和DGND的迷团”、 教程 MT-101——“去耦技术”以及ADuC7061评估板布局)。

代码说明
用于测试本电路的源代码可从以下网址下载(zip压缩文件): www.analog.com/cn0075_source.

UART配置为波特率9600、8数据位、无极性、无流量控制。如果本电路直接与PC相连,则可以使用“超级终端”(HyperTerminal)等通信端口查看程序来查看该程序发送给UART的结果(请参考图2)。源代码附有注释说明,方便了解、使用。

欲了解有关线性化和实现最佳电路性能的详细信息,请参考应用笔记: “利用ADuC706x微控制器实现RTD接口和线性化”(格式:pdf,大小:341 字节)

图2:“超级终端”通信端口查看程序的输出

常见变化

ADP120-2.5可以代替ADP3333-2.5,前者具有更宽的工作温度范围(−40°C至+125°C),功耗更低(典型值为20 μA,而后者为70 μA),但最大输入电压较低(前者为5.5 V,后者为12 V)。如果微控制器上需要更多GPIO引脚,则可以选择采用48-LFCSP或48-LQFP封装的 ADuC7060。请注意,ADuC7060/ADuC7061可以通过标准JTAG接口编程或调试。对于标准UART至RS-232接口,可以用ADM3202等器件代替FT232R收发器,前者需采用3 V电源供电。

此电路中所用产品:

产品 描述 可提供样片的产品型号
ADP3333 高精度,超低IQ、300 mA、ANYCAP®低压差稳压器 ADP3333ARMZ-2.5-R7 ADP3333ARMZ-5-R7 ADP3333ARMZ-3.15R7 ADP3333ARMZ-1.8RL7 ADP3333ARMZ-3.3-R7
ADP7102 20 V、300 mA低噪声CMOS LDO ADP7102ARDZ-3.0-R7 ADP7102ACPZ-1.5-R7 ADP7102ACPZ-3.3-R7 ADP7102ARDZ-3.3-R7 ADP7102ACPZ-9.0-R7 ADP7102ARDZ-1.5-R7 ADP7102ACPZ-1.8-R7 ADP7102ARDZ-2.5-R7 ADP7102ARDZ-R7 ADP7102ACPZ-5.0-R7 ADP7102ARDZ-9.0-R7 ADP7102ARDZ-5.0-R7 ADP7102ACPZ-3.0-R7 ADP7102ACPZ-R7 ADP7102ACPZ-2.5-R7 ADP7102ARDZ-1.8-R7
ADUC7060 低功耗、精密模拟微控制器、双通道Σ-Δ型ADC、Flash/EE、ARM7TDMI ADUC7060BCPZ32 ADUC7060BSTZ32
ADUC7061 低功耗、精密模拟微控制器、双通道Σ-Δ型ADC,Flash/EE存储器,ARM7TDMI内核 ADUC7061BCPZ32
沪ICP备09046653号
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