用I2C總線(xiàn)實(shí)現AD7416的多點(diǎn)溫控系統

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

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

　　2.1 硬件設計 用單片機AT89C2051來(lái)實(shí)現對AD7416的信號采集和輸出控制，硬件設計簡(jiǎn)單可靠，系統溫度節點(diǎn)可擴展性強。為確保系統不受電源波動(dòng)的干擾，采用電源電壓監視器TL7705A作系統復位控制器。如果AD7416要裝在離電源較遠處，AD7416必須用一個(gè)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(gè)7位串行地址。這個(gè)地址的高4位設定為1001，而低3位可由用戶(hù)通過(guò)將A2～A0腳連接到無(wú)論是+VS或GND來(lái)設置。通過(guò)它們不同的設定地址，可將多達8個(gè)AD7416接到一條串行總線(xiàn)，超過(guò)8個(gè)，則將與總線(xiàn)上的其它器件發(fā)生沖突。 如果需要采集更多的溫度節點(diǎn)，可采用多條串行總線(xiàn)的形式來(lái)擴展。 此例中，AT89C2051的P1，1腳用作I2C串行總線(xiàn)的時(shí)鐘信號線(xiàn)，P1.0腳用作雙向串行數據總線(xiàn)。通過(guò)從硬件上將AD7416的地址引腳A0、A1、A2接至不同電平，從而實(shí)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(gè)內部寄存器，其中4個(gè)是數字寄存器而1個(gè)是地址指針寄存器。地址指針寄存器是一個(gè)8位寄存器，儲存指向4個(gè)數據寄存器之一的地址。AD7416每一次串行寫(xiě)操作的第一個(gè)數據字節是數據寄存器的地址，這就是隨后的數據字節要寫(xiě)入的地址。這個(gè)寄存器只須最低兩位被用來(lái)選擇一個(gè)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?。?0 1 配置（讀/寫(xiě)） 1 0 THYST（讀/寫(xiě)） 1 1 TOTI（讀/寫(xiě)） 溫度值寄存器是一個(gè)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(lái)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(gè)8位讀/寫(xiě)寄存器，用來(lái)設置AD7416的工作方式。 TRYST設點(diǎn)寄存器是一個(gè)16位讀/寫(xiě)寄存器，它的9個(gè)最高位儲存以2的補碼格式表示的低溫度門(mén)限設點(diǎn)。 TOT1設點(diǎn)寄存器是一個(gè)16位讀/寫(xiě)寄存器，它的9個(gè)最高位存儲以2的補碼格式表示的高溫度門(mén)限設點(diǎn)。 AD7416上電時(shí)地址指針指向溫度值寄存器，TOT1設點(diǎn)寄存器的值為80℃，THYST設點(diǎn)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(xiàn)連接。

　　2.3 工作方式選擇 AD7416有兩種工作方式，方式的選擇由系統工作情況來(lái)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(jìn)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(kāi)始。 工作方式2由配置寄存器的最低位D0=1來(lái)啟動(dòng)，適合于比較慢的速率測溫系統中。通過(guò)寫(xiě)AD7416使之進(jìn)入一個(gè)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(shí)，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(xiàn)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(lái)進(jìn)行軟件設計可以不必了解I2C總線(xiàn)原理、協(xié)議和時(shí)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(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。 軟件包規定了讀/寫(xiě)N字節數據子程序為惟一出口界面，因此，由調用該讀/寫(xiě)子程序及滿(mǎn)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 ；尋址字節存放單元存放總線(xiàn) ；上節點(diǎn)尋址并確定數據傳送方向 MOV NUMBYT，#N ；傳送字節數存儲單元存放 ；需要傳送的N字節 LCALL WRNBYT/RDNBYT：調用讀/寫(xiě)N字節數據子程序 三條初始化命令決定了CPU對總線(xiàn)上節點(diǎn)的尋址和數據傳送方向以及需要傳送的字節數N。在具體應用該軟件包時(shí)，只需要對軟件包的應用界面進(jìn)行操作即可，從而避免了設計者必須從I2C總線(xiàn)原理上對擴展的I2C總線(xiàn)外圍器件進(jìn)行繁瑣的應用程序設計。 系統程序流程如圖4所示。 讀兩字節的溫度值寄存器時(shí)序。

　　3 遠程離溫度數據采集的實(shí)現方法

　　本實(shí)例中要求測量近20m的溫度節點(diǎn)，為了簡(jiǎn)化系統硬件設計，沒(méi)有使用緩沖器進(jìn)行驅動(dòng)；而通過(guò)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(shí)際應用系統中，上拉電阻值由I2C總線(xiàn)系統中信號所需的上升時(shí)間決定。近似地認為整修系統的時(shí)間常數為1μs。對于每個(gè)分別的總線(xiàn)，其上拉電阻計算式為 Rp=1μs/(Cd+Cw) 式中：Cd為連到每個(gè)總線(xiàn)上的器件電容的和；Cw為每個(gè)線(xiàn)上的全部導線(xiàn)電容和雜散電容。 系統中電容估算：I2C器件電容約為80 pF；雜散電容約為80 pF；導線(xiàn)電容約為1500 pF。因此，總線(xiàn)系統的上拉電阻為 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(guò)30mA。本例上拉電流（5-0.4）V/Rp=9.02mA30mA，檢查通過(guò)。 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(shí)仍然會(huì )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(guò)放慢通信速度來(lái)提高通信可靠性。實(shí)際證明，處理之后的溫度值讀取穩定可靠。

　　結束語(yǔ) 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(gè)系統的正常運行提供了可靠性保障。