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1、2. AD7417 的电路结构、工作原理及性能 电路结构图 2-11 是 AD7417 的电路结构和原理框图，这是一个片上系统，就是说图 2-11 的电路 系统集成在一个芯片上。 AD7417的引脚由图 2-11 可以看出，电路系统封装后有16 个引脚。我们知道，任何器件的电路都不是 暴漏在空气中，而是用一种绝缘材料把它封装成各种形状的电路器件，为了和外部其它电路器件相连接，封装好的电路器件一般都留有接口（或引线）称为为引脚。AD7417留有16个引脚,标注。下面是这些引脚的名称和作用：或引线），习惯上把电路器件留有的接口这些引脚都有其名称，并在器件上用符号Udd0传感器通道。UlNl转换器(
2、MUX)逐步逼近式A/D通道1工 ttY通道图 2-11 AD7417 电路结构及原理框图超温.数宇寄存器比较器U -U是传感器信号的输入端口，用于与外部传感器相连接。U为基准电压输入端， IN1 IN4REF用于与外部2.5伏基准电压相连接。C0NVST为控制信号输入端，用于输入A/D转换器的控制信号。A/D转换是以CONVST端输入信号的上升沿作为开启信号，以CONVST端输入信号的下降沿作为结束信号。 A A 为地址码输入端，用于输入主机发送的地址码。02SDA为串行数据端，SCL为串行时钟端。OTI为超温报警输出端，用于与报警器相连接。U 为电源端，用于与外部2.7-5.5伏的电源相连
3、接。 GND 是接地端口，用于与地线相连 DD接。NC为空脚，即暂时没有什么作用，或待芯片功能扩展时使用。在以上介绍的AD7417的16个引脚中，有两个外电源输入端：U和U 。U 是基准 REFDD REF电压输入端，所谓基准电压是指已知数值的准确电压o AD7417的U端，要求输入的电压值 REF是 2.5 伏，相比之下， U 端允许输入电压有一个波动范围。DD图 2-12 CONVST 信号波形示意图图2-12是CONVST端输入信号的波形示意图，图中的上升沿是A/D转换的开启信 号，下降沿是A/D转换的结束信号。图2-11中的A/D转换器就是由CONVST端的输入信号进行控制的。图2-1
4、2中，t表示时间。 AD7417的电路系统图2-11大方框内是AD7417的电路系统，按功能可将其划分为9个部分：内置温度传 感器；2.5伏基准电压源；多路转换器（MUX）；逐次逼近式A/D转换器；内外基 准电压转换开关（SW J；超温寄存器；数字比较器；数据输出电路；12C接口。多路转换器也叫多路模拟开关MUX（Multiplexer），其作用是将多个传感器输入的多 路模拟信号，轮流与A / D转换器接通，使一个A / D转换器能完成多路模拟信号的转换。 我们知道，一个A / D转换器只能转换一路模拟信号，但是通过多路转换器，一个A / D转 换器就能转换多路模拟信号。 A / D转换器的作
5、用是将模拟信号转换成数字信号，所谓逐次逼近式是指实现A / D 转换的方式（或工作原理）。根据A/D转换过程的方式不同，A/D转换器有多种类型，除 逐次逼近式A / D转换器外，还有并联比较式、反馈比较式、双积分式、电压-频率变换式 等。图2-11中的逐次逼近式A/D转换器，其内部结构比较复杂，由取样电容、电荷平衡 比较器、时钟振动器、控制逻辑和电荷分配式DAC等多个电路系统组成，我们这里就不作 介绍了。比较器是一种运算电路，它是将输入的电压信号与基准电压相比较，然后输出比较结 果。所谓数字比较器，是指比较器是一种数字电路，而输入比较器的信号是数字信号。数字 比较器能对两个位数相同的二进制数进
6、行比较，然后输出比较结果。 12C接口用于芯片间的数据传输，现已广泛运用在多种单片机应用系统中。12C总 线是一种串行数据总线，只有两条信号线：一条是双向的数据线SDA ），另一条是时钟线（SCL ）各种符合12C总线技术的器件都可以连接在这两条线上，并且每个器件都有唯 一的地址。12C接口通过串行数据线（SDA ）和串行时钟线（SCL ），在连接到总线上的 器件之间传送信息，并通过软件寻址识别每个器件。工作原理通过以上对电路结构的介绍，我们对AD7417电路的工作原理也就比较容易理解了。图2-11是其电路结构框图，也是其工作原理图。由图2-11可以看出其工作原理是：温度传感器采集温度信号并将
7、其转换成电压信号，电压信号通过各自的模拟通道输入到多路转换器（或多路模拟开关）。多路转换器将多个传感器输入的电压信号轮流与A/D转 换器接通，在CONVST信号的控制下，模拟电压信号经过A/D转换器转变成数字信号。 超温寄存器存储着测温范围的最大值，A/D转换器输出的数据与其进行比较（在数字比较 器中），若大于最大值，则通过OTI端口输出报警信号；若A/D转换器输出的数据小于最 大值，则其数据输入12C接口。12C接口通过串行数据线（SDA ）和串行时钟线（SCL）， 在连接到总线上的器件之间传输数据，以实现对数据的分析和进一步处理；以实现对数据的 显示、记录及对其它设备和器件的控制；以及实现
8、远程检测等。上面我们介绍了热电偶，AD7417可采用热电偶作为它的传感器，构成AD7417型5通道 温度传感器。所谓通道，就是输送传感器信号的通路。通过图 2-11 我们可以看到 AD7417 有 5 个通道。AD7417的性能 AD7417为5通道器件，AD7417型温度传感器能同时对4路远程温度和1路本地温度 进行精确测量和控制，芯片内置的本地传感器就作为多路转换器的第0号通道， 1-4号通道 需接外部远程传感器。 测温范围和测量精度需根据所采用的温度传感器的测温范围和精度确定。 AD7417 采用 123 总线接口，适配 80C51、87C51、68HC11、68HC05、PIC16CX
9、X 等型号 的单片机，其串行接口遵守Motorola公司的SPI、QSPI总线协议，并与NSC公司的Micro Wire 总线兼容。 具有内部故障和超温指示功能，能有效地提咼系统测量的准确性。 电源电压范围为2.7-5.5V，正常工作电流为600 MA，在待机模式下电流为1 MA。3. AD7417型智能温度传感器AD7417型温度传感器配上微处理器或单片机，就可构成了 AD7417型智能温度传感器。 图2-13是其电路原理图。图 2-13 AD7417 型智能温度传感器电路图退耦电容和高频消噪电容在电源和芯片之间，连有电容：Cl、C2和C3。其中C1和C3的容值为10 pF，其作用是电源退耦
10、。电源退耦表示：当芯片瞬间电流发生变化时，需要瞬间从电源获取较大电流，该瞬间电 流可导致电源电压降低，从而对电路造成干扰。为了降低这种干扰，需要在芯片与电源之间 设置一个能提供较大电流的器件，这就是图中的电容C1和C3。C2的作用是消除高频噪声，其电容值为0.1 pF。根据电容的阻抗-频率特性可知，当频率低于谐振频率时，主要为电容效应，此时频率越高电容的阻抗越小；当频率高于谐振频率时，电感效应变大，此时频率越高电容的阻抗越大。容量为0.1 PF的电容，一般为陶瓷电容或云母电容，这种电容的电感效应小，谐振频率高，因此对高频信号阻抗小，能够把电 源的高频信号滤除掉。大电容由于容量大，所以体积一般也
11、比较大，且通常使用多层卷绕的方式制作，这就导 致了大电容的分布电感比较大。电感对高频信号的阻抗很大，所以大电容的高频性能不好。 而一些小容量电容的性能恰恰相反，具有很好的高频性能，但是对低频信号的阻抗增大。因 此一般在电路中，把容量大的电容器用作电源退耦，把容量小的电容器用来消除高频噪声。芯片引脚的作用模拟通道端口 U -U用来连接外部传感器。U是外基准电源输入端，外基准电源一般 IN1 IN4 REF选用AD780或MC1403型2.5V基准电压源。SDA和SCL构成了 EC总线串行接口。CONVST为控制信号输入端，用于输入A/ D转换器的控制信号；OTI为超温报警端；A A为地02址码输
12、入端。单片机 单片机的概念微处理器一般采用单片机。单片机是单片微型计算机的简称，它是大规模集成电路技术 发展的产物，属于第四代电子计算机。它把中央处理器(Central Processing Unit,CPU)、 随机存取存储器(Random Access Memory,RAM)、只读存储器(Read Only Memory,R0M)、定 时器/计数器以及I/O接口电路等主要计算机部件集成在一块集成电路芯片上。单片机具有高性能、高速度、体积小、价格低、稳定性好、应用广泛等特点。把单片机 应用到传感器技术中，大大提高了传感器技术的现代化水平。 单片机的构成单片机也是由硬件系统和软件系统构成。单片
13、机的硬件系统是由运算器、控制器、存储 器、输入/输出设备5部分组成，只不过这5部分被集成在一个尺寸有限的芯片上。单片机的软件系统比较简单，只有监控程序和目标码的应用程序。首先，单片机的系统 管理没有微型机那样复杂的操作系统，而只使用简单的监控程序，因此监控程序就成为单片 机中最重要的系统软件。其次，大多数单片机不使用高级语言，因此也没有必要配置程序设 计语言。单片机中通常使用的是汇编语言，但单片机并没有自己专用的汇编程序，用户的应 用程序是在其他微型计算机上通过交叉汇编方法得到的二进制目标码。因此，在单片机软件 系统中，只有监控程序和目标码的应用程序。 MCS-51单片机虽然单片机种类繁多，但
14、使用最为广泛的是MCS-51单片机。表2-1列出了 MCS-51单片 机系列的芯片型号及其技术性能指标，由此可对单片机的基本情况有一个概括的了解。由表2-1可以看出，MCS-51系列分成51和52两个子系列，其中：51子系列是基本型, 52子系列属增强型。从表中可以看出52子系列功能增强的具体方面： 片内 ROM 容量从 4KB 增加到 8KB 。 片内RAM容量从128B增加到256B。 定时器/计数器从 2 个增加到 3 个。 中断源从 5 个增加到 6 个。表 2-1 MCS-51 系列单片机芯片型号及性能指标子 系 列片內ROM形式片內 ROM 容量片內 RAM 容量lI/O特性中断源
15、无ROMEFRDM定时器 计数器并行口串行口51子系8031805187514KB128B2 X 64KB2X164X81580C3：80C587C5.4KB128B2 K 64KB2X164/81552 干 系 列8032805287528KB256B2 K 64KB3K164/816J0C3280C587C5；:8KB256B2X.64KB3X164/816在表2-1中，芯片型号有带字母“C”的，有不带的，其含义是什么。我们知道MCS-51 系列单片机采用两种半导体生产工艺：一种是HMOS工艺；另一种是CHMOS工艺。表2-1芯 片型号中凡带有字母“C”的为采用CHMOS工艺制作的芯片，简称CHMOS芯片；其余均为HMOS 芯片。CHMOS工艺是CMOS和HMOS两种工艺的结合，除保持了 HMOS芯片高速度和高密度的特 点之外，还具有CMOS低功耗的特点。例如，8051芯片的功耗为630mW，而80C51的功耗只 有 120mW。MCS-51单片
