Schaltungstipp USB-basierte Temperaturüberwachung mit Kaltstellen-Kompensation

In der hier beschriebenen Schaltung wird der analoge Mikrocontroller ADuC7060/ADuC7061 in einer Applikation zur präzisen Temperaturüberwachung mit einem Thermoelement und einem Pt100 eingesetzt. Letzterer wird für die Kaltstellen-Kompensation verwendet.

Anbieter zum Thema

GLYN GmbH & Co. KG

MTM Power Messtechnik Mellenbach GmbH

Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

Analog Devices

Im analogen Präzisionsmikrocontroller ADuC7060/ADuC7061 sind zwei 24 Bit Sigma-Delta-A/D-Wandler, zwei programmierbare Stromquellen, ein 14 Bit D/A-Wandler und eine 1,2-V-Referenzspannung integriert.

Ebenfalls implementiert sind ein ARM7-Core mit 32 KByte Flash-Speicher, 4 KByte SRAM sowie verschiedene Peripheriefunktionen wie z.B. UART, Timer, SPI und I²C-Schnittstellen.

In der Applikation wird eine Abtastrate von 100 Hz gewählt. Stellt man den eingangsseitigen PGA (Programmable Gain Amplifier) des A/D-Wandlers auf eine Verstärkung von 32 ein, erreicht der ADuC7060/ADuC7061 eine rauschfreie Auflösung von mehr als 18 Bit.

Beschreibung der Schaltung

In dieser Applikation werden die folgenden Eigenschaften des analogen Mikrocontrollers ADuC7060/ADuC7061 genutzt:

Der PGA des primären 24 Bit Sigma-Delta-ADC wird softwareseitig auf eine Verstärkung von 32 programmiert. Der primäre A/D-Wandler schaltet fortlaufend zwischen Thermoelement- und Pt100-Spannung um.

Programmierbare Stromquellen sorgen für einen definierten Strom im Pt100. Die beiden Stromquellen lassen sich in 200-µA-Schritten zwischen 0 und 2 mA programmieren. Hier wurde ein Strom von 200 µA gewählt, um den durch Eigenerwärmung des Pt100 entstehenden Fehler zu minimieren.

Die interne Spannungsreferenz für den A/D-Wandler des ADuC7060/ADuC7061 wird wegen der hohen Genauigkeit für die Messung der Thermoelement-Spannung genutzt.

Bei der externen Spannungsreferenz für den A/D-Wandler des ADuC7060/ADuC7061 zum Messen des Pt100 wird eine ratiometrische Beschaltung gewählt, in der ein externer Referenzwiderstand an die Pins V_REF+ und V_REF– angeschlossen ist.

Der 14 Bit D/A-Wandler wird benutzt, um die Gleichtaktspannung des Thermoelements auf 850 mV bezogen auf Masse einzustellen.

ARM7-Core

Im leistungsfähigen 16/32 Bit ARM7-Core mit integriertem Flash-Speicher (32 KByte) und SRAM läuft das Applikationsprogramm ab, das den A/D-Wandler konfiguriert und steuert, die A/D-Wandler-Ergebnisse des Pt100 verarbeitet und die Kommunikation über die UART/USB-Schnittstelle koordieniert.

Über den UART wird die Kommunikation mit dem Host-PC geführt.

Zwei externe Schalter versetzen den Baustein in den Flash-Boot-Mode. Wird S1 gedrückt und S2 gepulst, wechselt der Mikrocontroller in den Boot-Mode. Im Boot-Mode kann der interne Flash-Speicher über das UART-Interface umprogrammiert werden.

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