1 AD7416器件結構 AD7416采用節(jié)省空間的SO-8和小型SOIC封裝。

　　AD7416引腳說明 引腳號 名 稱 說 明 1 SDA 數字I/O。雙向數據串行總線，漏極開路輸出 2 SCL 數字輸入。串行總線時鐘 3 OTI 數字輸出。超溫掉電輸出(漏極開路) 4 GND 電源地 5～7 A2～A0 數字輸入。串行總線地址可編程低3位 8 +VS 正電源電壓，+2.7～+5.5V 2 系統(tǒng)軟硬件設計

　　2.1 硬件設計 用單片機AT89C2051來實現對AD7416的信號采集和輸出控制，硬件設計簡單可靠，系統(tǒng)溫度節(jié)點可擴展性強。為確保系統(tǒng)不受電源波動的干擾，采用電源電壓監(jiān)視器TL7705A作系統(tǒng)復位控制器。如果AD7416要裝在離電源較遠處，AD7416必須用一個0.1μF的陶瓷電容接在+VS和地之間去耦。

　　如所有的I2C兼容器件一樣，AD7416有一個7位串行地址。這個地址的高4位設定為1001，而低3位可由用戶通過將A2～A0腳連接到無論是+VS或GND來設置。通過它們不同的設定地址，可將多達8個AD7416接到一條串行總線，超過8個，則將與總線上的其它器件發(fā)生沖突。 如果需要采集更多的溫度節(jié)點，可采用多條串行總線的形式來擴展。 此例中，AT89C2051的P1，1腳用作I2C串行總線的時鐘信號線，P1.0腳用作雙向串行數據總線。通過從硬件上將AD7416的地址引腳A0、A1、A2接至不同電平，從而實現對每片AD7416的編址。

　　2.2 寄存器結構

　　對AD7416編程要注意其內部寄存器的結構，每片AD7416有5個內部寄存器，其中4個是數字寄存器而1個是地址指針寄存器。地址指針寄存器是一個8位寄存器，儲存指向4個數據寄存器之一的地址。AD7416每一次串行寫操作的第一個數據字節(jié)是數據寄存器的地址，這就是隨后的數據字節(jié)要寫入的地址。這個寄存器只須最低兩位被用來選擇一個數據寄存器，。

　　地址指針寄存器 P7* P6* P5* P4* P3* P2* P1* 0 0 0 0 0 0 0 地址指針寄存器最低兩位所選的數據寄存器。

　　寄存器地址 P1 P0 寄存器 0 0 溫度值(只讀，上電缺省) 0 1 配置(讀/寫) 1 0 THYST(讀/寫) 1 1 TOTI(讀/寫) 溫度值寄存器是一個16位只讀寄存器，它的高10位以2的補碼格式儲存由A/D轉換器送來10位溫度讀數，低6位未用。溫度數據格式。

　　溫度數據格式 溫度/℃ 數字輸出 溫度/℃ 數字輸出 -75 10 1101 0100 +0.25 00 0000 0001 -50 11 0011 1000 +10 0 0001 01000 -25 11 1001 1100 +25 0 0011 00100 -0.25 11 1111 1111 +50 0 0110 01000 0 00 0000 0000 +75 0 1001 01100 配置寄存器是一個8位讀/寫寄存器，用來設置AD7416的工作方式。 TRYST設點寄存器是一個16位讀/寫寄存器，它的9個最高位儲存以2的補碼格式表示的低溫度門限設點。 TOT1設點寄存器是一個16位讀/寫寄存器，它的9個最高位存儲以2的補碼格式表示的高溫度門限設點。 AD7416上電時地址指針指向溫度值寄存器，TOT1設點寄存器的值為80℃，THYST設點寄存器的值為75℃，這些缺省使得AD7416可以用于標準的恒溫器而不需要與任何行總線連接。

　　2.3 工作方式選擇 AD7416有兩種工作方式，方式的選擇由系統(tǒng)工作情況來決定。 在工作方式1情況下，配置寄存器高3位D7～D5必須保持位0，最低位D0=0為正常工作方式。每400μs進行一次轉換，旦轉換結束，器件將部分地降低功耗(典型情況為350μA)，直至下一次轉換開始。 工作方式2由配置寄存器的最低位D0=1來啟動，適合于比較慢的速率測溫系統(tǒng)中。通過寫AD7416使之進入一個在兩次讀操作之間處于全掉電狀態(tài)，這樣，器件的功耗可以更低。在全掉電時，電流消耗典型值為0.2μA。

　　2.4 軟件設計 軟件設計采用虛擬I2C總線軟件包VIIC[1]，該軟件包具有最佳包容性設計、歸一化設計以及應用界面設計等特色。在此軟件包為平臺來進行軟件設計可以不必了解I2C總線原理、協(xié)議和時序，只要了解該軟件包的應用操作即可，使程序更具模塊化、調試簡單等優(yōu)點。 軟件包規(guī)定了讀/寫N字節(jié)數據子程序為惟一出口界面，因此，由調用該讀/寫子程序及滿足調用操作的初始化操作的三條命令即構成軟件包的應用界面，即 MOV SLA，#SLAW/SLAR ;尋址字節(jié)存放單元存放總線 ;上節(jié)點尋址并確定數據傳送方向 MOV NUMBYT，#N ;傳送字節(jié)數存儲單元存放 ;需要傳送的N字節(jié) LCALL WRNBYT/RDNBYT：調用讀/寫N字節(jié)數據子程序 三條初始化命令決定了CPU對總線上節(jié)點的尋址和數據傳送方向以及需要傳送的字節(jié)數N。在具體應用該軟件包時，只需要對軟件包的應用界面進行操作即可，從而避免了設計者必須從I2C總線原理上對擴展的I2C總線外圍器件進行繁瑣的應用程序設計。 系統(tǒng)程序流程如圖4所示。 讀兩字節(jié)的溫度值寄存器時序。

　　3 遠程離溫度數據采集的實現方法

　　本實例中要求測量近20m的溫度節(jié)點，為了簡化系統(tǒng)硬件設計，沒有使用緩沖器進行驅動;而通過加適當的上拉電阻，以獲得一定的上拉電流使信號采集可靠。在實際應用系統(tǒng)中，上拉電阻值由I2C總線系統(tǒng)中信號所需的上升時間決定。近似地認為整修系統(tǒng)的時間常數為1μs。對于每個分別的總線，其上拉電阻計算式為 Rp=1μs/(Cd+Cw) 式中：Cd為連到每個總線上的器件電容的和;Cw為每個線上的全部導線電容和雜散電容。 系統(tǒng)中電容估算：I2C器件電容約為80 pF;雜散電容約為80 pF;導線電容約為1500 pF。因此，總線系統(tǒng)的上拉電阻為 Rp=1μs/(80pF+80pF+1500pF)=602Ω 為使數據采集可靠，選用了Rp=510Ω的電阻。由于上拉電阻受到最大拉電流限制，所以應檢查上拉電流不超過30mA。本例上拉電流(5-0.4)V/Rp=9.02mA<30mA，檢查通過。 調試中發(fā)現，降低上拉電阻阻值后大大改善了通信情況，但有時仍然會有誤碼現象出現，于是在軟件上降低了通信的頻率。將頻率由400 kb/s降低到200 kb/s，通過放慢通信速度來提高通信可靠性。實際證明，處理之后的溫度值讀取穩(wěn)定可靠。

　　結束語 筆者用AD7416所設計的多路溫濕度循環(huán)檢測控制儀，溫度檢測準確可靠，不易受環(huán)境干擾，為整個系統(tǒng)的正常運行提供了可靠性保障。