一、概述
数字温度传感器AD7418是美国模拟器件公司（ADI）推出的单片温度测量与控制用集成电路。其内部包含有带隙温度传感器和10位模数转换器，可将感应温度转换为0.25°C量化间隔的数字信号，测温范围为-55°C~+125°C，具有10位数字输出温度值，分辨率为0.25°C，精度为±2°C，转换时间为15~30ms，工作电压范围为+2.7V~+5.5V，具有低功耗模式（典型值为1μA）。AD7418片内寄存器可以进行高/低温度门限的设置。当温度超过设置门限时，过温漏极开路指示器（OTI）将输出有效信号。可与单片机（微控制器）接口，通过I2C接口对AD7418的内部寄存器进行读/写操作。该温度传感器可广泛应用于数据采集系统中的环境温度监测、工业过程控制、电池充电以及个人计算机等系统。
二、引脚功能
AD7418采用8脚SOIC封装，各引脚功能如下：
引脚1：SDA，串行数据输入/输出端；
引脚2：SCL，时钟信号输入端；
引脚3：OTI，过温漏极开路输出端；
引脚4：GND，接地端；
引脚5：AIN，模拟信号输入端，输入电压范围0V~VREF，模拟通道的选择通过编程芯片内的配置寄存器实现。
引脚6：REFIN，基准电压输入，外部的2.5V基准电压能被连接到这个端子上，当外部的基准电压接入时，内部的基准电压关闭。
引脚7：VDD，正电源端，2.7V~5.5V。
引脚8：/CONVST，逻辑输入信号，转换启动信号。
三、芯片内部结构
图1
AD7418的内部结构框图如图1所示。芯片内包含有温度传感器、基准电压源、10位模数转换器、控制逻辑电路、I2接口电路，温度值寄存器、TOTI温度点寄存器、THYST温度点寄存器、ADC寄存器、配置寄存器1和配置寄存器2、地址指示器寄存器等电路。
AD7418的片内带隙温度传感器可按预先设置的工作方式对环境温度进行实时测量，并将结果转化为数字量存入到温度值寄存器中，其环境温度与输出数据的关系如表1所示。
表1 温度与输出数据的关系
|
温度(°C) |
数字输出 |
|
-127
-125
-100
-75
-50
-25
-0.25
0
+0.25
+10
+25
+50
+75
+100
+125
+127 |
10 0000 0000
10 0000 1100
10 0111 0000
10 1101 0100
11 0011 1000
11 1001 1100
11 1111 1111
00 0000 0000
00 0000 0001
00 0010 1000
00 0110 0100
00 1100 1000
01 0010 1100
01 1001 0000
01 1111 0100
01 1111 1100 |
AD7418采用I2C串行总线和数据传输协议来实现与单片机的数据传输，数据输入/输出线SDA以及时钟信号线SCL与单片机的引脚相连。当SCL保持高电平时，SDA从高电平到低电平的跳变为数据传输的开始信号，随后传送AD7418的地址信息和读/写控制位。其地址信息的格式为： 0101000 R/W。读/写控制位为1时，表示对AD7418进行读操作，为0时，则表示进行写操作。当每个字节传送结束时，必须在收到接收数据一方的确认信号（ACK）后方可开始下一步的操作。然后在地址信息和读/写控制位之后传送片内寄存器地址和数据。最后，在SCL保持高电平的情况下，当SDA从低电平跳变到高电平时将终止数据的传输操作。
芯片内地址指示器寄存器是一个8位寄存器，寄存指向6个数据寄存器之一的地址。格式如表2所示。P7~P3为0。
表2 地址指示器寄存器
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P7 |
P6 |
P5 |
P4 |
P3 |
P2 |
P1 |
P0 |
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0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
寄存器选择 |
表3 寄存器地址
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P2 |
P1 |
P0 |
寄存器 |
|
0 |
0 |
0 |
温度数值寄存器（只读） |
|
0 |
0 |
1 |
配置寄存器1（读/写） |
|
0 |
1 |
0 |
THYST寄存器（读/写） |
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0 |
1 |
1 |
TOTI寄存器 |
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1 |
0 |
0 |
ADC寄存器 |
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1 |
0 |
1 |
配置寄存器2（读/写） |
温度数值寄存器（地址00H）是一个16位的只读寄存器，数据位D15~D6用来储存从ADC读出的10位数据，数据位D5~D0未使用。
配置寄存器1（地址01H）是一个8位的读/写寄存器。数据位D7~D5为通道选择，D7D6D5=000时，选择温度传感器；D7D6D5=100时，选择模拟通道AIN。D4、D3用于设置故障排队长度，以防止测温系统在受到干扰时错误地触发过温指示器（OTI），故障排队长度可分别设置为1、 2、4和6次。D2用于设置OTI的输出极性，0表示低电平输出，1表示高电平输出；D1用于设置OTI的工作方式，0表示采用比较方式工作，1表示采用中断方式工作。D0用于设置工作方式，0表示采用自动测温方式，1表示采用低功耗方式。
AD7418的自动测温方式。在这种方式下，AD7416每隔400μs对环境温度测量一次，每次的量化转换时间为15~30ms，其余时间芯片则自动转入休眠状态；低功耗方式。这种方式通常应用在测温频率较低的场合。当用户需要对环境温度进行测量时，可通过 I2C串行接口总线来写入操作命令，此时，芯片将由休眠状态转入测温状态。当温度量化转换结束后，芯片将重新转入低功耗睡眠状态。
THYST温度点寄存器（地址02H）和TOTI温度点寄存器（地址03H）均是16位读/写寄存器，分别用于设置低端和高端温度点的门限值，所设数值以二进制补码的形式存入高9位D15~D7，D6~D0未使用。
ADC寄存器（地址04H）是一个16位的只读寄存器，数据位D15~D6用来储存ADC产生的10位数据，数据位D5~D0未使用。
配置寄存器2（地址05H）是一个8位的读/写寄存器，用来确定/CONVST的功能。数据位D5~D0未使用，D5~D0=0。当D7=0时，AD7418工作在默认模式，每355ms完成一次转换；当D7=1时，转换使用/CONVST启动。当D6=0时，I2C滤波器被激活，当D6=1时，I2C滤波器被关闭。
四、芯片应用
图2
AD7418在每次上电时默认参数如下：地址指示器寄存器指向温度数值寄存器，OTI在工作比较模式，TOTI设置为 80°C，THYST设置为75°C，OTI输出低电平有效，故障排队长度设置为1。这些默认值可使该温度传感器在不连接串行总线时用作自动调温器，图2所示就是AD7418作为自动调温器的典型应用电路原理图。当被测量的环境温度低于THYST时， OTI输出高电平，Q1导通，继电器吸合，控制加热器开始工作；当被测量的环境温度高于TOTI时， OTI输出低电平，将Q1的基极电位拉低以使其截止，继电器释放，控制加热器停止工作。
AD7418与单片机（微控制器）的连接电路：单片机采用I2C串行总线和数据传输协议来实现与AD7418的数据传输。
