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(多图) 基于OP07和LTC1543温度采集模块的设计

电子设计工程 石飞飞 马辰?? 2011年04月30日 ?? 收藏0

  温度是表征物体冷却程度的物理量,也是一种最基本的环境参数,在工农业生产及日常生活中,对温度的测量及控制始终占据着极其重要的地位。用模拟传感器所得到的温度信息是模拟量,不适于单片机的处理,所以A/D转换器起着至关重要的作用。基于LTC1543温度采集模块,分辨率高,速度快,性价比高。

  1 测量系统概述

  典型的温度测量控制系统如图1所示,由温度采集模块、单片机、显示电路和反馈控制电路构成。温度的采集是温度测量控制的前提,简单可行的温度采集系统是温度测量及控制系统的发展方向之一。因此,这里提出一种简单可行的温带采集模块的设计方法。

典型的温度测量控制系统

  2 传感器的选择

  热敏电阻依其电阻值随温度变化的情形,主要可将其分为负温度系数(Negative Temperature Coefficient,NTC)热敏电阻及正温度系数(Positive Temperature Coefficient,PTC)热敏电阻2种。PTC的电阻值可以随温度的上升而增大,由于其温度系数非常大,主要用在消磁电路、加热器、电路保护、电机启动、暖风机,风速测量,温度控制与补偿。NTC的电阻值可以随温度的上升而下降,由于其温度系数非常大,所以可以检知微小的温度变化,因此被广泛应用在温度的测量、电路软启动,控制与补偿。因此这里选择负温度系数的热敏电阻。它的实测温度值见表1。

实测温度值

  电阻值和温度变化的关系式为:

公式

  其中,RT为在温度T(K)时的NTC热敏电阻阻值,RN为在额定温度TN(K)时的NTC热敏电阻阻值。(TN取25℃,RN=1.20 kΩ),T为规定温度(K),B为NTC热敏电阻的材料常数,又叫热敏指数。而且,

公式

  通过公式(1)、(2)以及表1,可求得B=3 900 K,从而可以得出电阻值和温度变化的关系式为:

公式

  3 调理电路的设计

  由于传感器直接输出的模拟量幅度一般较低,同时为了更好地提高系统的抗干扰能力,在传感器的后端一般要进行调理,调理电路通常选用运算放大器完成。这里,采用OP07组成一个差分放大器完成后续幅度放大和隔离。OP07具有极低的输入失调电压、失调电压零漂、噪声电压等特点。调理电路的原理图如图2所示,其中RT1为热敏电阻。传感器输出电压经过放大后,输出给AD转换器。

调理电路的原理图

  电压增益为:

公式

  根据公式(4),可知改变RF/R1的值可以改变电压的放大倍数。

  4 TLC1543转换原理及软件设计

  4.1 TLC1543转换原理说明

  TLC1543是TI公司的多通道、低价格的CMOS 10位开关电容逐次逼近模数转换器,具有输入通道多,高速、高分辨率、性价比高、易于和单片机和单片机接口的特点,其引脚如图3所示。芯片内部有1个14通道多路选择器可选择11个模拟输入通道或3个内部自测电压中的任意一个进行测试,可广泛应用于各种数据的采集。

引脚图

  TLC1543工作时序如图4所示,其工作过程分为2个周期:访问周期和采样周期。工作时CS必须置低电平,CS为高电平时,I/O CLOCK、ADDRESS被禁止,此时DATA OUT为高阻状态。当CPU使CS变低时,TLC1543开始进行数据转换,I/O CLOCK、ADDRESS使能,DATA OUT脱离高阻状态。此后,CPU向ADDRESS端提供4位通道地址,控制14个模拟通道选择器从11个外部模拟输入和3个内部自测电压中选通1路送到采样保持电路。同时,I/O CLOCK端输入时钟时序,CPU从DATAOUT端接收前一次A/D转换结果。I/OCLOCK从CPU接收10时钟长度的时钟序列。前4个时钟从ADDRESS端转载地址寄存器,选择所需的模拟通道,后6个时钟为模拟输入的采样提供控制时序。模拟输入的采样起始于第4个I/O CLOCK的下降沿,并一直持续6个I/O CLOCK周期,即到第10个I/O CLOCK的下降沿。CS的上升沿终止于一次I/O CLOCK工作过程并在规定的延迟时间内使DATAOUT引脚返回到高阻的状态,经过两个系统时钟周期后使I/O CLOCK和ADDRESS端无效。

TLC1543工作时序


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