构建基于USB的温度监控器

优势和特性

●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

●带ARM7处理内核的单芯片解决方案

连接/参考器件

ADuC7061：基于ARM7的微控制器，内置双通道24位Σ-Δ型ADC

ADP3333-2.5：2.5 V低压差线性稳压器

ADP7102-2.5：2.5 V低压差线性稳压器

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型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100ΩRTD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提供的5 V电源调节到2.5 V，从而向ADuC7061提供2.5 V的DVDD电压。ADuC7061的AVDD电源经过额外滤波处理，如图所示。在线性调节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，用来驱动受控电流流经RTD：双通道电流源可在0μA至2μA范围内以200μA阶跃配置。本例设置为200μA.

●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100Ω铂RTD，型号为Enercorp PCS 1.1503.1.它采用0805表贴封装，温度变化率为0.385Ω/℃。

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1000Ω。

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。

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。参考图2.源代码附有注释说明，方便了解、使用。


图2：“超级终端”通信端口查看程序的输出

常见变化

ADP7102调节器可用作ADP3333的最新替代器件。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。