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图3-1 TPS334外部结构
热电堆 1 电热调节器 V 2 4 连接电路 图3-2 TPS334内部结构
y B o x
图3-3传感器的线性度
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3.2测量电路设计 3.2.1概述
测量电路由TLC2652组成的高精度放大器和双通16位串行A/D转换器AD7705构成。方框图如图3-4所示。
信号 高精度放大器 A/D转换器 单片机
图3-4 测量电路方框图
测量电路主要包括两个方面，一个是热电堆信号的处理，另一个是热敏电阻信号的处理。热电堆的信号直接是电压信号，所以不需要其他处理，直接将其信号放大处理送到A/D转换器就能够检测出可由单片机分辨的电压信号。负温度系数的热敏电阻的信号是其电阻值的变化。我们需要将其电阻值的变化转换为电信号。
3.2.2热电堆信号处理
本设计中我们选用的是高精度16位A/D转换器AD7705。该A/D转换器是一个片内带有增益可编程放大器的A/D转换器。可通过软件编程来直接测量传感器输出的各种微小信号。AD7705片内的增益可编程放大器PGA可选择1、2、4、8、16、32、64、128等八种增益之一，并可利用它将不同幅度范围的各类输入信号放大到接近A/D转换器的满标度电压再进行A/D转换。该应用电路中不使用放大电路，因此有利于提高转换质量。所以我们选用A/D转换器的片内放大器作为热电堆信号的放大电路。根据计算，如果选用放大128倍的工作方式，那么A/D转换器可以感知到的热电堆信号的最小变化为0.596V。这已经是一个很微弱的信号了。同时如果选用外部集成放大器，在使用时不方便，一般集成放大器需要双电源供电，对于便携式仪器来说不太现实。所以在选用放大器时没有必要选用外部放大器。
3.2.3热敏电阻信号处理
设计中我们选用高精度16位A/D转换器，其分辨率相当高，可达76Vμ，所以在转换电路中不需要用电桥。只需要用电阻串联分压就能满足要求了。热敏电阻处理电路如图3-4所示。采用100K电阻与其串联分压。令热敏电阻的阻值为RL，电源用直流5V的电压供电，则其电压计算公式为：
3.3信号处理电路 3.3.1概述
UL?100K?RLRL?5 （3-2）
信号的处理通过单片机读取数据后内部算法计算来实现，把温度经过译码用4位数码管显示。我们选用单片机端口动态扫描显示，不需要外接译码器驱动LED。其框图如图3-6所示。
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R1 100K ＜NEXT＞ OUT+ PL -t℃ ＜NEXT＞ OUT- 图3-5 热敏电阻处理电路
A/D转换器电路 单片机 三极管
LED
图3-6 信号处理电路框图
2.3.2A/D转换电路
本次设计中选用的AD7705集成模块是AD公司推出的16位???A/D转换器，可用于测量低频模拟信号。这种器件带有增益可编程放大器，可通过软件编程来直接测量传感器输出的各种微小信号。AD7705具有分辨率高、动态范围广、自校准等特点，因而非常适合于工业控制、仪表测量等领域。具有两个全差分输入通道。在本设计中非常实用，只需要用1片AD芯片节约了硬件成本。
（1）AD7705的主要特点如下 ①有16位无丢失代码； ②非线性度为0.003％；
③增益可编程，其可调整范围为l～128； ④输出数据更新率可编程； ⑤可进行自校准和系统校准； ⑥带有三线串行接口； ⑦采用3V或5V工作电压； ⑧功耗低。
AD7705引脚排列图如图3-7所示
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图3-7 AD7705引脚排列图
（2）各引脚功能说明： ①SCLK：串行接口时钟输入端
②MCLKIN：芯片工作时钟输入。可以是品振或外部时钟，其频率范围为500KHz到5MHz。 ③MCLKOUT：时钟信号输出。当用晶振作为芯片的工作时钟时，品振必须接在MCLKIN和MCLKOUT之间。如果采用外部时钟，则MCLKOUT可用于输出反相时钟信号，以作为其他芯片的时钟源。该时钟输出可以通过编程来关闭。
④/CS：片选端，低电平有效。
⑤/RESET：芯片复位端口。当该端为低电平时，芯片内的接口逻辑、自校准、数据滤波器等均为上电状态。
⑥AIN2（+）：为第二个差分输入通道的正端；AIN2（-）：为第二个差分输入通道的负端。 ⑦AIN1（+)：为第一个差分输入通道的正端；AIN1（-）：为第一个差分输入通道的负端。 ⑧REFIN(+)：为参考电压的正端；REFIN(-)：为参考电压的负端。 ⑨DRDY：A／D转换结束标志。
⑩DOUT：转换结果输出端；DIN：串行数据输入端。 （3）读写时序：
AD7705可以直接与单片机进行接口连接。用到的数据线有片选/CS、串行时钟输入CLKE、指令或数据输入DIN以及转换结果输出DOUT等。只有在状态信号DRDY指示输出数据寄存器的数据准备就绪时，单片机才可以读取转换结果。图3-8读数据周期的时序图和图3-9写数据周期的时序图。
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