CN0214 ADP3333-2.5可以代替ADP120-2.5穩(wěn)壓器，前者具有更寬的工作溫度范圍（?40°C至+125°C），功耗更低（典型值為20 μA，而后者為70 μA），但最大輸入電壓較低（前者為5.5 V，后者為12 V）。如果微控制器上需要更多GPIO引腳，則可以選擇采用48引腳LFCSP或48引腳LQFP封裝的ADuC7060。請(qǐng)注意，ADuC7060/ADuC7061可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)JTAG接口編程或調(diào)試。 使用外部基準(zhǔn)電阻作為RTD測(cè)量的基準(zhǔn)源時(shí)，建議以單位增益模式使用運(yùn)算放大器來(lái)對(duì)VREF+引腳的輸入進(jìn)行緩沖。這是為了確保進(jìn)入VREF+引腳的輸入泄漏電流不會(huì)有損于測(cè)量精度。圖8中，我們針對(duì)此目的，在單位增益下使用運(yùn)算放大器OP193。在圖1的主電路圖中，該輸入未經(jīng)緩沖，但為了獲得最佳效果，應(yīng)將其緩沖。 對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)UART至RS-232接口，可以用 ADM3202等器件代替FT232R收發(fā)器，前者需采用3 V電源供電。對(duì)于更寬的溫度范圍，可以使用其它熱電偶，例如J型熱電偶。為使冷結(jié)補(bǔ)償誤差最小，可以讓一個(gè)熱敏電阻與實(shí)際的冷結(jié)接觸，而不是把它放在PCB上。 針對(duì)冷結(jié)溫度測(cè)量，可以用一個(gè)外部數(shù)字溫度傳感器來(lái)代替RTD和外部基準(zhǔn)電阻。例如，ADT7410可以通過(guò)I2C接口連接到ADuC7060/ADuC7061。 有關(guān)冷結(jié)補(bǔ)償?shù)母?a target='_blank' class='arckwlink_none'>信息，請(qǐng)參閱ADI公司的《傳感器信號(hào)調(diào)理》第7章“溫度傳感器”。 如果USB連接器與本電路之間需要隔離，則應(yīng)增加隔離器件 ADuM3160/ADuM4160 。 為了測(cè)試和評(píng)估該電路，我們單獨(dú)評(píng)估了熱電偶測(cè)量和RTD測(cè)量。 熱電偶測(cè)量測(cè)試 基本測(cè)試設(shè)置如圖6所示。注意，熱電偶連接到J2-8和J2-9，J2-5必須連接到J2-8。EVAL-ADUC7061MKZ板從PC的USB連接獲得電源。 使用兩種方法來(lái)評(píng)估本電路的性能。首先使用連接到電路板的熱電偶來(lái)測(cè)量冰桶的溫度，然后測(cè)量沸水的溫度。 使用Wavetek 4808多功能校準(zhǔn)儀來(lái)充分評(píng)估誤差，如圖4和圖6所示。這種模式下，校準(zhǔn)儀代替熱電偶作為電壓源，如圖7所示。為了評(píng)估T型熱電偶的整個(gè)范圍，利用校準(zhǔn)儀設(shè)置T型熱電偶?200°C至+350°C的正負(fù)溫度范圍之間11個(gè)點(diǎn)的等效熱電偶電壓。(T型熱電偶請(qǐng)參見(jiàn)ITS-90表)。 基為了評(píng)估查找算法的精度，將?200°C至+350°C溫度范圍內(nèi)每隔1°C的溫度所對(duì)應(yīng)的551個(gè)電壓讀數(shù)傳遞到溫度計(jì)算函數(shù)中。針對(duì)線性方法和分段線性逼近法計(jì)算得到誤差，如圖4和圖5所示。 ? 圖7. 用于在整個(gè)熱電偶輸出電壓范圍內(nèi)校準(zhǔn)和測(cè)試電路的設(shè)置 ? RTD 測(cè)量測(cè)試 為了評(píng)估RTD電路和線性化源代碼，以精確的可調(diào)電阻源代替了電路板上的RTD。所用的儀器是1433-Z十進(jìn)制電阻。RTD值的范圍是90 Ω至140 Ω，代表?25°C至+114°C的RTD溫度范圍。 設(shè)置電路如圖8所示。 ? 圖8. 用于校準(zhǔn)和測(cè)試-25°C至114°C范圍內(nèi)RTD輸出電壓的測(cè)試設(shè)置 ? 圖9顯示了RTD測(cè)試的誤差結(jié)果。 ? 圖9. 使用分段線性代碼和ADC0測(cè)量結(jié)果進(jìn)行RTD測(cè)量時(shí)的°C誤差 ? Application Note AN-0970, RTD Interfacing and Linearization Using an ADuC706x Microcontroller 本應(yīng)用中用到ADuC7060/ADuC706的下列特性： 內(nèi)置可編程增益放大器(PGA)的24位Σ-Δ型主ADC：PGA的增益在本應(yīng)用的軟件中設(shè)置為32。主ADC在熱電偶信號(hào)采樣與RTD電壓信號(hào)采樣之間連續(xù)切換。 可編程激勵(lì)電流源，用來(lái)驅(qū)動(dòng)受控電流流經(jīng)RTD：雙通道電流源可在0 μA至2 mA范圍內(nèi)以200 μA步進(jìn)配置。本例使用200 μA設(shè)置，以便將RTD自熱效應(yīng)引起的誤差降至最小。 ADuC7060/ADuC7061中ADC的內(nèi)置1.2 V基準(zhǔn)電壓源：內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源精度高，適合測(cè)量熱電偶電壓。 ADuC7060/ADuC7061中ADC的外部基準(zhǔn)電壓源：為了測(cè)量RTD電阻，我們采用比率式設(shè)置，將一個(gè)外部基準(zhǔn)電阻(RREF)連接在外部VREF+ 和 VREF? 引腳上。 14位DAC：DAC用于將熱電偶共模電壓設(shè)置為地電壓以上850 mV。 ARM7TDMI? 內(nèi)核：功能強(qiáng)大的16/32位ARM7內(nèi)核集成了32 kB閃存和SRAM存儲(chǔ)器，用來(lái)運(yùn)行用戶代碼，可配置并控制ADC，通過(guò)RTD處理ADC轉(zhuǎn)換，以及控制UART/USB接口的通信。 UART：UART用作與PC主機(jī)的通信接口。 兩個(gè)外部開關(guān)用來(lái)強(qiáng)制該器件進(jìn)入閃存引導(dǎo)模式：使S1處于低電平，同時(shí)切換S2，ADuC7060/ADuC7061將進(jìn)入引導(dǎo)模式，而不是正常的用戶模式。在引導(dǎo)模式下，通過(guò)UART接口可以對(duì)內(nèi)部閃存重新編程。 熱電偶和RTD產(chǎn)生的信號(hào)均非常小，因此需要使用PGA來(lái)放大這些信號(hào)。ADuC7060/ADuC7061的輔助ADC不含PGA，因此二者均連接到主ADC，二者之間的切換通過(guò)軟件完成。 本應(yīng)用使用的熱電偶為銅-康銅型，其溫度范圍為?200°C至+350°C，靈敏度約為40 μV/°C，這意味著ADC在雙極性模式和32倍PGA增益設(shè)置下可以覆蓋熱電偶的完整溫度范圍。 RTD用于執(zhí)行冷結(jié)補(bǔ)償。本電路使用的RTD為100 Ω鉑RTD，型號(hào)為Enercorp PCS 1.1503.1。它采用0805表貼封裝，溫度變化率為0.385 Ω/°C。 注意，基準(zhǔn)電阻RREF應(yīng)為精密5.62 kΩ (±0.1%)電阻。 ADuC7060/ADuC7061的USB接口通過(guò)FT232R UART轉(zhuǎn)USB收發(fā)器實(shí)現(xiàn)，它將USB信號(hào)直接轉(zhuǎn)換為UART。 除圖1所示的去耦外，USB電纜本身還應(yīng)采用鐵氧體磁珠來(lái)增強(qiáng)EMI/RFI保護(hù)功能。本電路所用鐵氧體磁珠為Taiyo Yuden #BK2125HS102-T，它在100 MHz時(shí)的阻抗為1000 Ω。 本電路必須構(gòu)建在具有較大面積接地層的多層電路板上。為實(shí)現(xiàn)最佳性能，必須采用適當(dāng)?shù)牟季帧⒔拥睾腿ヱ罴夹g(shù)（請(qǐng)參考教程MT-031——“實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的接地并解開AGND和DGND的謎團(tuán)”、 教程MT101——“去耦技術(shù)”和ADuC7060/ ADuC7061評(píng)估板布局布線 ）。 圖2所示為EVAL-ADUC7061MKZ PCB。 圖2. 本電路所用的EVAL-ADUC7061MKZ板 ? 代碼說(shuō)明 用于測(cè)試本電路的源代碼可從以下網(wǎng)址下載（zip壓縮文件）：http://www.analog.com/CN0214-SourceCode UART配置為波特率9600、8數(shù)據(jù)位、無(wú)極性、無(wú)流量控制。如果本電路直接與PC相連，則可以使用“超級(jí)終端”(HyperTerminal)等通信端口查看程序來(lái)查看該程序發(fā)送給UART的結(jié)果，如圖3所示。 為了獲得溫度讀數(shù)，必須測(cè)量熱電偶和RTD的溫度，然后相加以得出熱電偶的絕對(duì)溫度值。 首先，測(cè)量熱電偶兩條線之間的電壓(V1)。測(cè)量RTD電壓并通過(guò)查找表轉(zhuǎn)換為溫度，然后再將此溫度轉(zhuǎn)換為其等效熱電偶電壓(V2)。然后，將V1和V2相加，以得出整體熱電偶電壓，接著將此值轉(zhuǎn)換為最終的溫度測(cè)量結(jié)果。 最初，這一轉(zhuǎn)換是基于一個(gè)簡(jiǎn)單的線性假設(shè)：熱電偶的溫度為40 μV/°C。從圖4可以看出，只有針對(duì)0°C左右的小范圍溫度，如此轉(zhuǎn)換所產(chǎn)生的誤差才是可以接受的。計(jì)算熱電偶溫度的更好方法是對(duì)正溫度使用6階多項(xiàng)式，對(duì)負(fù)溫度使用7階多項(xiàng)式。這需要進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，導(dǎo)致計(jì)算時(shí)間和碼字大小增加。適當(dāng)?shù)恼壑允轻槍?duì)固定數(shù)量的電壓計(jì)算相應(yīng)的溫度，然后將這些溫度存儲(chǔ)在一個(gè)數(shù)組中，其間的值利用相鄰點(diǎn)的線性插值法計(jì)算。從圖5可以看出，使用這種方法時(shí)誤差顯著降低。圖5給出了使用理想熱電偶電壓時(shí)的算法誤差。圖6顯示了使用ADuC7060上的ADC0測(cè)量整個(gè)熱電偶工作范圍內(nèi)的52個(gè)熱電偶電壓時(shí)獲得的誤差。最差情況的總誤差小于1°C。 圖3. “超級(jí)終端”通信端口查看程序的輸出 ? 圖4. 使用簡(jiǎn)單線性逼近法時(shí)的誤差 ? 圖5. 通過(guò)分段線性逼近法利用52個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)和理想測(cè)量值計(jì)算時(shí)的誤差 ? 圖6. 通過(guò)分段線性逼近法利用ADuC7060/ADuC7061 ADC0所測(cè)52個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)的誤差 ? RTD溫度是運(yùn)用查找表計(jì)算出來(lái)的，并且對(duì)RTD的運(yùn)用方式與對(duì)熱電偶一樣。注意，描述RTD溫度與電阻關(guān)系的多項(xiàng)式與描述熱電偶的多項(xiàng)式不同。 欲了解有關(guān)線性化和實(shí)現(xiàn)RTD最佳性能的詳細(xì)信息，請(qǐng)參考應(yīng)用筆記AN-0970：“利用ADuC706x微控制器實(shí)現(xiàn)RTD接口和線性化”。 CN0214 采用ARM7的USB熱電偶溫度測(cè)量系統(tǒng) 本電路顯示如何在精密熱電偶溫度監(jiān)控應(yīng)用中使用精密模擬微控制器 ADuC7060/ADuC7061 。ADuC7060/ADuC7061集成雙通道24位Σ-Δ型ADC、雙通道可編程電流源、14位DAC、1.2 V內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源、ARM7內(nèi)核、32 kB閃存、4 kB SRAM以及各種數(shù)字外設(shè)，例如UART、定時(shí)器、SPI和I2C接口等。 在本電路中，ADuC7060/ADuC7061連接到一個(gè)熱電偶和一個(gè)100 Ω Pt RTD。RTD用于執(zhí)行冷結(jié)補(bǔ)償。 在源代碼中，ADC采樣速率選擇100 Hz。當(dāng)ADC輸入PGA的增益配置為32時(shí)，ADuC7060/ADuC7061的無(wú)噪聲分辨率大于18位。 圖1. ADuC7060/ADuC7061用作溫度監(jiān)控控制器與熱電偶接口（原理示意圖，未顯示所有連接） ? CN0214 | circuit note and reference circuit info 采用ARM7的USB熱電偶溫度測(cè)量系統(tǒng) | Analog Devices CN0214 本電路顯示如何在精密熱電偶溫度監(jiān)控應(yīng)用中使用精密模擬微控制器 ADuC7060/

典型溫度范圍為-200 C至+400 C

T型熱電偶測(cè)量系統(tǒng)

帶ARM7處理內(nèi)核的單芯片解決方案

采用RTD進(jìn)行冷結(jié)補(bǔ)償

(analog)