基于Cortex-M3的微控制器热电偶测量系统

用的EVAL-CN0300-EB1Z板

　　图3. 连接至USB-SWD/UART板和SEGGER J-Link-Lite板的EVAL-CN0300-EB1Z板

　　代码的校准部分

　　图3显示了USB-SWD/UART板。此板用作PC USB端口的接口板。该USB端口可用于通过基于UART的下载器对器件进行编程。它也可用于连接PC上的COM端口（虚拟串行端口）。这是运行校准程序所需要的条件。

　　J-Link-Lite插入USB-SWD/UART板的20引脚连接器中。J-Link-Lite提供代码调试和编程支持。它通过另一个USB连接器连接至PC.

　　代码说明

　　用于测试本电路的源代码可从ADuCM360产品页面下载（zip压缩文件）。源代码使用示例代码随附的函数库。图4显示了利用Keil μVision4工具查看时项目中所用的源文件列表。

　　图4. μVision4中查看的源文件

　　可调整编译器#define值（calibrateADC1和calibrateDAC），以使能或禁用ADC和DAC的校准程序。

　　要校准ADC或DAC,接口板（USB-SWD/UART）必须连接至J1和PC上的USB端口。可使用“超级终端”等COM端口查看程序来查看校准菜单并逐步执行校准程序。

　　校准ADC时，源代码会提示用户将零电平和满量程电压连接至AIN2和AIN3.注意，AIN2是正输入端。完成校准程序后，ADC1INTGN和ADC1OF寄存器的新校准值就会存储到内部闪存中。

　　校准DAC时，应通过精确的电流表连接VLOOP+输出端。DAC校准程序的第一部分校准DAC以设置4 mA输出，第二部分则校准DAC以设置20 mA输出。用于设置4 mA和20 mA输出的DAC代码会存储到闪存中。针对最终的4 mA和20 mA设置在AIN9处测得的电压也会记录下来并存储到闪存中。由于在AIN9处的电压与流经RLOOP的电流线性相关，因此这些值会用于计算DAC的调整因子。这种闭环方案意味着，可以使用片内24位Σ-Δ型ADC进行微调而消除DAC和基于晶体管的电路上的所有线性误差。

　　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，则可使用“超级终端”等通信端口查看程序来查看该程序发送给UART的结果，如图5所示。

　　要输入校准程序所需的字符，请在查看终端中键入所需字符，然后ADuCM360 UART端口就会收到该字符。

　　5. 校准DAC时的“超级终端”输出

　　代码的温度测量部分

　　要获得温度读数，应测量热电偶和RTD的温度。RTD温度通过一个查找表转换为其等效热电偶电压（T型热电偶请参见ISE, Inc.的ITS-90表）。将这两个电压相加，便可得到热电偶电压的绝对值。

　　首先，测量热电偶两条线之间的电压（V1）。测量RTD电压并通过查找表转换为温度，然后再将此温度转换为其等效热电偶电压（V2）。然后，将V1和V2相加，以得出整体热电偶电压，接着将此值转换为最终的温度测量结果。

　　对热电偶而言，固定数量的电压所对应的温度会存储在一个数组中。其间的温度值利用相邻点的线性插值法计算。

　　图6显示了使用ADuCM360上的ADC1测量整个热电偶工作范围内的52个热电偶电压时获得的误差。最差情况的总误差小于1°C.

　　图6. 通过分段线性逼近法利用ADuCM360/ADuCM361所测52个校准点时的误差

　　RTD温度是运用查找表计算出来的，并且对RTD的运用方式与对热电偶一样。注意，描述RTD温度与电阻关系的多项式与描述热电偶的多项式不同。

　　有关线性化和实现RTD最佳性能的详细信息，请参考应用笔记AN-0970“利用ADuC706x微控制器实现RTD接口和线性化”.

　　代码的温度至电流输出部分

　　测得最终温度后，将DAC输出电压设置为适当的值，以便在RLOOP上产生所需的电流。输入温度范围应该是？200°C至+350°C.代码针对？200°C和+350°C设置的输出电流分别是4 mA和20 mA.代码实施的是闭环方案，如图7所示，其中AIN9上的反馈电压通过ADC0测量，然后此值用于补偿DAC输出设置。FineTuneDAC（void）函数执行此项校正。

　　为获得最佳结果，应在开始该电路的性能测试前校准DAC.

　　图7. 闭环控制4 mA至20 mA的DAC输出

　　出于调试目的，以下字符串会在正常工作期间发送至UART（见图8）。

　　图8. 用于调试的UART字符串

　　常见变化

　　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。对于更宽的温度范围，可以使用不同的热电偶，例如J型热电偶。为使冷结补偿误差最小，可以让一个热敏电阻与实际的冷结接触，而不是将其放在PCB上。

　　针对冷结温度测量，可以用一个外部数字温度传感器来代替RTD和外部基准电阻。例如，ADT7410可以通过I2C接口连接到ADuCM360.

　　有关冷结补偿的更多详情，请参考ADI公司的《传感器信号调理》第7章“温度传感器”.

如果USB连接器与本电路之间需要隔离，则必须增加ADuM3160/