电阻式温度检测器 (RTD) 参考设计 2013 Microchip Technology Inc. DS51891A_CN

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尤中鄂
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2 请注意以下有关 Microchip 器件代码保护功能的要点 : Microchip 的产品均达到 Microchip 数据手册中所述的技术指标 Microchip 确信 : 在正常使用的情况下, Microchip 系列产品是当今市场上同类产品中最安全的产品之一目前, 仍存在着恶意甚至是非法破坏代码保护功能的行为就我们所知, 所有这些行为都不是以 Microchip 数据手册中规定的操作规范来使用 Microchip 产品的这样做的人极可能侵犯了知识产权 Microchip 愿与那些注重代码完整性的客户合作 Microchip 或任何其他半导体厂商均无法保证其代码的安全性代码保护并不意味着我们保证产品是牢不可破的代码保护功能处于持续发展中 Microchip 承诺将不断改进产品的代码保护功能任何试图破坏 Microchip 代码保护功能的行为均可视为违反了数字器件千年版权法案 (Digital Millennium Copyright Act) 如果这种行为导致他人在未经授权的情况下, 能访问您的软件或其他受版权保护的成果, 您有权依据该法案提起诉讼, 从而制止这种行为提供本文档的中文版本仅为了便于理解请勿忽视文档中包含的英文部分, 因为其中提供了有关 Microchip 产品性能和使用情况的有用信息 Microchip Technology Inc. 及其分公司和相关公司各级主管与员工及事务代理机构对译文中可能存在的任何差错不承担任何责任建议参考 Microchip Technology Inc. 的英文原版文档本出版物中所述的器件应用信息及其他类似内容仅为您提供便利, 它们可能由更新之信息所替代确保应用符合技术规范, 是您自身应负的责任 Microchip 对这些信息不作任何明示或暗示书面或口头法定或其他形式的声明或担保, 包括但不限于针对其使用情况质量性能适销性或特定用途的适用性的声明或担保 Microchip 对因这些信息及使用这些信息而引起的后果不承担任何责任如果将 Microchip 器件用于生命维持和 / 或生命安全应用, 一切风险由买方自负买方同意在由此引发任何一切伤害索赔诉讼或费用时, 会维护和保障 Microchip 免于承担法律责任, 并加以赔偿在 Microchip 知识产权保护下, 不得暗中或以其他方式转让任何许可证 QUALITY MANAGEMENT SYSTEM CERTIFIED BY DNV == ISO/TS == 商标 Microchip 的名称和徽标组合 Microchip 徽标 dspic FlashFlex KEELOQ KEELOQ 徽标 MPLAB PIC PICmicro PICSTART PIC 32 徽标 rfpic SST SST 徽标 SuperFlash 和 UNI/O 均为 Microchip Technology Inc. 在美国和其他国家或地区的注册商标 FilterLab Hampshire HI-TECH C Linear Active Thermistor MTP SEEVAL 和 The Embedded Control Solutions Company 均为 Microchip Technology Inc. 在美国的注册商标 Silicon Storage Technology 为 Microchip Technology Inc. 在除美国外的国家或地区的注册商标 Analog-for-the-Digital Age Application Maestro BodyCom chipkit chipkit 徽标 CodeGuard dspicdem dspicdem.net dspicworks dsspeak ECAN ECONOMONITOR FanSense HI-TIDE In-Circuit Serial Programming ICSP Mindi MiWi MPASM MPF MPLAB Certified 徽标 MPLIB MPLINK mtouch Omniscient Code Generation PICC PICC-18 PICDEM PICDEM.net PICkit PICtail REAL ICE rflab Select Mode SQI Serial Quad I/O Total Endurance TSHARC UniWinDriver WiperLock ZENA 和 Z-Scale 均为 Microchip Technology Inc. 在美国和其他国家或地区的商标 SQTP 是 Microchip Technology Inc. 在美国的服务标记 GestIC 和 ULPP 为 Microchip Technology Inc. 的子公司 Microchip Technology Germany II GmbH & Co. & KG 在除美国外的国家或地区的注册商标在此提及的所有其他商标均为各持有公司所有 2013, Microchip Technology Inc. 版权所有 ISBN: Microchip 位于美国亚利桑那州 Chandler 和 Tempe 与位于俄勒冈州 Gresham 的全球总部设计和晶圆生产厂及位于美国加利福尼亚州和印度的设计中心均通过了 ISO/TS-16949:2009 认证 Microchip 的 PIC MCU 与 dspic DSC KEELOQ 跳码器件串行 EEPROM 单片机外设非易失性存储器和模拟产品严格遵守公司的质量体系流程此外, Microchip 在开发系统的设计和生产方面的质量体系也已通过了 ISO 9001:2000 认证 DS51891A_CN 第 2 页 2013 Microchip Technology Inc.

3 目录前言... 5 简介... 5 文档编排... 5 本指南使用的约定... 6 推荐读物... 7 Microchip 网站... 7 客户支持... 7 文档版本历史... 7 第 1 章产品概述 1.1 简介介绍工具包的构成... 9 第 2 章安装与操作 2.1 简介特性入门附录 A 原理图和布线图 A.1 简介 A.2 演示板原理图 A.3 演示板顶层丝印和焊盘 A.4 演示板顶层 A.5 演示板底层丝印和焊盘 A.6 演示板底层附录 B 物料清单全球销售及服务网点 Microchip Technology Inc. DS51891A_CN 第 3 页

4 注 : DS51891A_CN 第 4 页 2013 Microchip Technology Inc.

5 前言客户须知所有文档均会过时, 本文档也不例外 Microchip 的工具和文档将不断演变以满足客户的需求, 因此实际使用中有些对话框和 / 或工具说明可能与本文档所述之内容有所不同请访问我们的网站 ( 获取最新文档文档均标记有揇 S 编号该编号出现在每页底部的页码之前 DS 编号的命名约定为 DSXXXXXA_CN, 其中 XXXXX 为文档编号, A 为文档版本欲了解开发工具的最新信息, 请参考 MPLAB IDE 在线帮助从 Help ( 帮助 ) 菜单选择 Topics ( 主题 ), 打开现有在线帮助文件列表简介文档编排本章包含使用前需要了解的一般信息本章讨论的内容包括 : 文档编排本指南使用的约定推荐读物 Microchip 网站客户支持文档版本历史本文档介绍了如何使用作为开发工具在目标板上仿真和调试固件本手册的内容编排如下 : 第 1 章产品概述关于的重要信息第 2 章安装与操作这一章包含演示板每个功能的详细说明, 以及关于如何开始使用该演示板的说明附录 A 原理图和布线图显示的原理图和布线图附录 B 物料清单列出用于构建的部件 2013 Microchip Technology Inc. DS51891A_CN 第 5 页

6 本指南使用的约定本指南采用以下文档约定 : 文档约定说明表示示例 Arial 字体 : 斜体字参考书目 MPLAB IDE User's Guide 需强调的文字为仅有的编译器首字母大写窗口 Output 窗口对话框 Settings 对话框菜单选择选择 Enable Programmer 引用窗口或对话框中的字段名 Save project before build 带右尖括号且有下划线的斜体菜单路径 File>Save 文字粗体字对话框按钮单击 OK 选项卡单击 Power 选项卡 N Rnnnn verilog 格式的数字, 其中 N 4 b0010, 2 hf1 为总位数, R 为基数, n 为其中一位尖括号 < > 括起的文字键盘上的按键按下 <Enter>,<F1> Courier New 字体 : 常规 Courier New 源代码示例 #define START 文件名 autoexec.bat 文件路径 c:\mcc18\h 关键字 _asm, _endasm, static 命令行选项 -Opa+,-Opa- 二进制位值 0, 1 常量 0xFF, A 斜体 Courier New 可变参数 file.o, 其中 file 可以是任一有效文件名方括号 [ ] 可选参数 mcc18 [ 选项 ] file [ 选项 ] 花括号和竖线 :{ } 选择互斥参数 ; 或选择 errorlevel {0 1} 省略号... 代替重复文字 var_name [, var_name...] 表示由用户提供的代码 void main (void) {... } DS51891A_CN 第 6 页 2013 Microchip Technology Inc.

7 前言推荐读物本用户指南介绍了如何使用下面列出了其他有用的文档以下 Microchip 文档均已提供, 并建议读者作为补充参考资料 MCP3551 数据手册, Low-Power, Single-Channel 22-Bit Delta-Sigma ADCs (DS21950C) 此数据手册提供了关于 MCP3551 器件的详细信息 AN1154 用于温度传感的精密 RTD 测量 (DS01154A_CN) 该应用笔记提供用于高性能温度管理应用的电阻式温度检测器 (RTD) 测量技术的相关信息 MICROCHIP 网站 Microchip 网站 ( 为客户提供在线支持客户可通过该网站方便地获取文件和信息只要使用常用的互联网浏览器即可访问网站提供以下信息 : 产品支持数据手册和勘误表应用笔记和示例程序设计资源用户指南以及硬件支持文档最新的软件版本以及归档软件一般技术支持常见问题解答 (FAQ) 技术支持请求在线讨论组以及 Microchip 顾问计划成员名单 Microchip 业务产品选型和订购指南最新 Microchip 新闻稿研讨会和活动安排表 Microchip 销售办事处代理商以及工厂代表列表客户支持 Microchip 产品的用户可通过以下渠道获得帮助 : 代理商或代表当地销售办事处应用工程师 (FAE) 技术支持客户应联系其代理商代表或应用工程师 (FAE) 寻求支持当地销售办事处也可为客户提供帮助本文档最后附有销售办事处的联系方式也可通过文档版本历史版本 A (2010 年 9 月 ) 本文档的初始版本 2013 Microchip Technology Inc. DS51891A_CN 第 7 页

8 注 : DS51891A_CN 第 8 页 2013 Microchip Technology Inc.

9 第 1 章产品概述 1.1 简介在的印制电路板 (Printed Circuit Board, PCB) 上可找到以下名称和装配编号 : 介绍演示如何实现电阻式温度检测器并精确地测量温度该解决方案使用 MCP 位模数转换器 (Analog-to-Digital Converter,ADC) 来测量 RTD 上的电压 ADC 和 RTD 使用片上参考电压,ADC 输入直接连接到 RTD 接线端这提供了一种比例式温度测量方法该解决方案使用限流电阻来偏置 RTD 它提供了一种可靠而精确的 RTD 测量, 而无需大量的电路补偿和校准程序此外, 该参考设计还包括了一块硅片温度传感器, MCP9804 该传感器仅用于进行比较, 构造 RTD 并不需要它 MCP3551 和 MCP9804 输出使用 USB PIC MCU 读取该控制器还使用 USB 接口连接到 PC 温度管理软件用于以条形图格式绘制 RTD 温度数据 1.3 工具包的构成该工具包包括 :, USB 电缆重要信息表 2013 Microchip Technology Inc. DS51891A_CN 第 9 页

10 注 : DS51891A_CN 第 10 页 2013 Microchip Technology Inc.

11 第 2 章安装与操作 2.1 简介 2.2 特性演示使用 Microchip 22 位 ADC (MCP3551) 进行精确温度测量的解决方案该解决方案使设计不再需要传统的模拟仪表系统校准或增益与失调微调技术此外, 还通过使用单个电阻限制 RTD 偏置电流来最大程度降低自热的影响该参考设计采用的技术在应用笔记 AN1154 用于温度传感的精密 RTD 测量 (DS01154A_CN) 中进行了介绍使用户可以评估使用 RTD 精确测量温度的 Microchip 解决方案 RTD 电阻可用范围通常为 100Ω 至 5000Ω 通过偏置 RTD 来测量温度时, 必须考虑由于功率耗散而产生的自热为了在宽温度范围内输出 RTD 上的可测量电压, 偏置电流必须相对较高这会导致由于发热而产生更高的功率耗散, 使温度读数发生偏离该解决方案在 RTD 电阻和 ADC 分辨率之间采用了比例式测量技术, 在整个传感器范围实现高精度该解决方案采用了一个板载 ( 本地 ) 表贴 RTD 和一个外部 RTD 本地和外部 RTD 使用 JP2 进行选择此外, 使用 MCP9804 温度传感器来测量本地温度 MCP3551 和 MCP9804 串行输出线连接到 PIC MCU RTD 线性化使用单片机进行计算该控制器通过 USB 接口与 PC 进行通信然后, 使用温度管理软件将温度数据以条形图格式显示在 PC 上具有以下特性 : 表贴 PT100 RTD 外部 RTD 连接器 ( 未包含 ) 温度管理 GUI 22 位 ADC, MCP3551 最高精度为 ±1 C 的温度传感器, MCP9804 PIC18F2550 单片机至 PC 的 USB 接口 2013 Microchip Technology Inc. DS51891A_CN 第 11 页

2.3 入门本节介绍如何快速配置图 2-1 给出了配置的简化框图 V DD C LDO C V LDO RB 5% V REF 1µf RA 1% PIC MCU 3 SPI V DD V REF MCP3551 + - RTD 图 2-1: 简化框图 2.3.1 硬件设置 1. 将 USB 电缆连接到 PC 2.

12 2.3 入门本节介绍如何快速配置图 2-1 给出了配置的简化框图 V DD C LDO C V LDO RB 5% V REF 1µf RA 1% PIC MCU 3 SPI V DD V REF MCP RTD 图 2-1: 简化框图硬件设置 1. 将 USB 电缆连接到 PC 2. 通过 JP2 来选择本地 / 外部 RTD 3. 启动温度管理软件软件设置确保连接 USB 接口之后, 启动温度管理软件当软件启动时, 如果成功检测到硬件, 则将显示 GUI ( 图 2-2) 图 2-2: GUI DS51891A_CN 第 12 页 2013 Microchip Technology Inc.

安装与操作该配置窗口允许用户设置一些参数, 例如测量单位和校准温度 Play ( 运行 ) Stop ( 停止 ) 和 Reset ( 复位 ) 图标 ( 图 2-3) 可以用于执行连续数据日志 Record ( 记录 ) 图标使用户可以将数据日志保存到外部文件中日志记录间隔可以通过间隔滚动条在 100 ms 至 30s 之间调整停止记录实时采集开始 /

13 安装与操作该配置窗口允许用户设置一些参数, 例如测量单位和校准温度 Play ( 运行 ) Stop ( 停止 ) 和 Reset ( 复位 ) 图标 ( 图 2-3) 可以用于执行连续数据日志 Record ( 记录 ) 图标使用户可以将数据日志保存到外部文件中日志记录间隔可以通过间隔滚动条在 100 ms 至 30s 之间调整停止记录实时采集开始 / 记录实时采集复位实时采集停止实时采集开始实时采集图 2-3: 实时采集 RTD 温度使用 ASTM 标准 #E 1137 进行线性化线性化在 PIC 单片机中实现数据采集绘图工具可以通过双击图表进行定制, 如图 2-4 所示右键单击图表可获取其他选项用户还可以通过单击并拖拽某个部分来放大特定图块范围此外, 还可以使用 Export ( 导出 ) 按钮导出图表中的数据导出数据图 2-4: 图表设置选项 2013 Microchip Technology Inc. DS51891A_CN 第 13 页

2.3.3 传感器校准 2.3.3.1 RTD 设置可以使用 GUI 来校准 RTD 传感器将 RTD 暴露在裸片校准温度下之后, 只需在 Calibration Temperature ( 校准温度 )

校准偏移量 ) 文本框中 Reset 按钮可将校准偏移量复位为 0 图 2-5: 传感器校准 GUI 还允许用户设置 RTD 偏置电阻值 R 9 如果连接了 100Ω RTD 电阻之外的其他电阻, 则更换 R 9 (

14 2.3.3 传感器校准 RTD 设置可以使用 GUI 来校准 RTD 传感器将 RTD 暴露在裸片校准温度下之后, 只需在 Calibration Temperature ( 校准温度 ) 字段中输入温度并单击 Calibrate ( 校准 ) 按钮即可对温度进行校准并将校准偏移量存储在 PIC MCU 的 EEPROM 中之后, 校准偏移量将显示在 RTD Calibration Offset (RTD 校准偏移量 ) 文本框中 Reset 按钮可将校准偏移量复位为 0 图 2-5: 传感器校准 GUI 还允许用户设置 RTD 偏置电阻值 R 9 如果连接了 100Ω RTD 电阻之外的其他电阻, 则更换 R 9 ( 关于操作和详细信息, 请参见 AN1154) Reset 按钮会将 R 9 设置为默认值 6800Ω 图 2-6: 设置 RTD 偏置电阻 DS51891A_CN 第 14 页 2013 Microchip Technology Inc.

安装与操作 2.3.3.2 MCP9804 设置 MCP9804 是一块硅片温度传感器, 其温度测量范围为 -40 C 至 +125 C, 标称精度为 ±0.

15 安装与操作 MCP9804 设置 MCP9804 是一块硅片温度传感器, 其温度测量范围为 -40 C 至 +125 C, 标称精度为 ±0.25 C, 最大精度为 ±1 C 该传感器具有多种用户可编程功能, 例如, 警报输出限制输出滞后和输出模式 ( 见图 2-7) 输出模式可以设置为比较器或中断输出, 极性为高电平有效或低电平有效此外, 还可以设置温度测量分辨率. 图 2-7: MCP9804 设置 2013 Microchip Technology Inc. DS51891A_CN 第 15 页

16 注 : DS51891A_CN 第 16 页 2013 Microchip Technology Inc.

17 附录 A 原理图和布线图 A.1 简介本附录包含的以下原理图和布线图 : 演示板原理图演示板顶层丝印和焊盘演示板顶层演示板底层丝印和焊盘演示板底层 2013 Microchip Technology Inc. DS51891A_CN 第 17 页

18 A.2 演示板原理图 M DS51891A_CN 第 18 页 2013 Microchip Technology Inc.

19 原理图和布线图 A.3 演示板顶层丝印和焊盘 A.4 演示板顶层 2013 Microchip Technology Inc. DS51891A_CN 第 19 页

20 A.5 演示板底层丝印和焊盘 A.6 演示板底层 DS51891A_CN 第 20 页 2013 Microchip Technology Inc.

21 附录 B 物料清单表 B-1: 物料清单数量编号说明制造商部件编号 4 C1, C6, C11, C17 CAP.1UF 25V CERAMIC X7R 0805 Panasonic - ECG ECJ-2VB1E104K 2 C2, C7 CAP 1.0UF 16V CERAMIC X7R 0805 Kemet Electronics C0805C105K4RACTU 2 C3, C4 CAP 10UF 10V CERAMIC F 0805 Panasonic-ECG ECJ-2FF1A106Z 1 C10 CAP.47UF 16V CERAMIC X7R 0805 Panasonic-ECG ECJ-2YB1C474K 2 C13, C14 CAP 22PF 50V CERM CHIP 0805 SMD Panasonic-ECG ECJ-2VC1H220J 1 J2 CONN TERM BLOCK 2.54 MM 4 POS Phoenix Contact J3 CONN MINI USB RCPT RA TYPE B SMD Tyco Electronics J5 不要安装 HEADER 1X6 1 JP1 不要安装 Tyco Electronics/Amp SHUNT ECONOMY 2 POS.100 TIN 1 JP1 不要安装 Tyco Electronics/Amp CONN HEADER VERT 2 POS.100 TIN 1 JP2 CONN HEADER VERT 2 POS.100 TIN Tyco Electronics/Amp /16 2 JP2 3 POS 跳线开关 ITW Pancon JSC416G0 1 L1 INDUCTOR 10UH 100 MA 0805 Murata Electronics LQM21FN100M70L 1 PCB 符合 RoHS 规范的 PCB 裸板,RTD 参考板 Microchip Technology Inc R1, R2, RES 10.0K OHM 1/8W 1% 0805 SMD Panasonic-ECG ERJ-6ENF1002V R6 1 R4 RES 1.0 OHM 1/8W 1% 0805 SMD Panasonic-ECG ERJ-6RQF1R0V 2 R9, R12 RES 6.8K OHM 1/10W.1% 0805 SMD Panasonic-ECG ERA-6YEB682V 1 R10 RES 0.0 OHM 1/8W 5% 0805 SMD Panasonic-ECG ERJ-6GEY0R00V 1 R11 PLATINUM RTD CHIP TEMPERATURE SENSOR SMD (RTD) ENERCORP Instruments Ltd. PCS TP1-TP8 TEST POINT PC COMPACT SMT Keystone Electronics U1 采用纳瓦技术的 28/40/44 引脚高性能增强 Microchip Technology Inc. PIC18F2550-I/SO 型闪存 USB 单片机 1 U2 IC ADC 22 BIT 2.7V 1 CH SPI 8 SOIC Microchip Technology Inc. MCP3551-E/SN 1 U3 低压差正电压稳压器 Microchip Technology Inc. MCP1701T-5002I/CB 1 U4 双线高精度温度传感器 Microchip Technology Inc. MCP9804T-E/MC 1 Y1 CRYSTAL MHZ SERIES SMT CTS Electronic Components ATS200SM 注 1: 物料清单中所列元件均为 PCB 组装的代表性元器件生产过程中使用的已发布 BOM 所采用的所有元器件均符合 RoHS 2: 跳线开关以 16 个开关的条形方式提供请根据需要切割各个跳线开关 2013 Microchip Technology Inc. DS51891A_CN 第 21 页

22 全球销售及服务网点美洲亚太地区亚太地区欧洲公司总部 Corporate Office 2355 West Chandler Blvd. Chandler, AZ Tel: Fax: 技术支持 : support 网址 : 亚特兰大 Atlanta Duluth, GA Tel: Fax: 波士顿 Boston Westborough, MA Tel: Fax: 芝加哥 Chicago Itasca, IL Tel: Fax: 克里夫兰 Cleveland Independence, OH Tel: Fax: 达拉斯 Dallas Addison, TX Tel: Fax: 底特律 Detroit Farmington Hills, MI Tel: Fax: 印第安纳波利斯 Indianapolis Noblesville, IN Tel: Fax: 洛杉矶 Los Angeles Mission Viejo, CA Tel: Fax: 圣克拉拉 Santa Clara Santa Clara, CA Tel: Fax: 加拿大多伦多 Toronto Mississauga, Ontario, Canada Tel: Fax: 亚太总部 Asia Pacific Office Suites , 37th Floor Tower 6, The Gateway Harbour City, Kowloon Hong Kong Tel: Fax: 中国 - 北京 Tel: Fax: 中国 - 成都 Tel: Fax: 中国 - 重庆 Tel: Fax: 中国 - 杭州 Tel: Fax: 中国 - 香港特别行政区 Tel: Fax: 中国 - 南京 Tel: Fax: 中国 - 青岛 Tel: Fax: 中国 - 上海 Tel: Fax: 中国 - 沈阳 Tel: Fax: 中国 - 深圳 Tel: Fax: 中国 - 武汉 Tel: Fax: 中国 - 西安 Tel: Fax: 中国 - 厦门 Tel: Fax: 中国 - 珠海 Tel: Fax: 台湾地区 - 高雄 Tel: Fax: 台湾地区 - 台北 Tel: Fax: 台湾地区 - 新竹 Tel: Fax: 澳大利亚 Australia - Sydney Tel: Fax: 印度 India - Bangalore Tel: Fax: 印度 India - New Delhi Tel: Fax: 印度 India - Pune Tel: Fax: 日本 Japan - Osaka Tel: Fax: 日本 Japan - Tokyo Tel: Fax: 韩国 Korea - Daegu Tel: Fax: 韩国 Korea - Seoul Tel: Fax: 或马来西亚 Malaysia - Kuala Lumpur Tel: Fax: 马来西亚 Malaysia - Penang Tel: Fax: 菲律宾 Philippines - Manila Tel: Fax: 新加坡 Singapore Tel: Fax: 泰国 Thailand - Bangkok Tel: Fax: 奥地利 Austria - Wels Tel: Fax: 丹麦 Denmark-Copenhagen Tel: Fax: 法国 France - Paris Tel: Fax: 德国 Germany - Munich Tel: Fax: 意大利 Italy - Milan Tel: Fax: 荷兰 Netherlands - Drunen Tel: Fax: 西班牙 Spain - Madrid Tel: Fax: 英国 UK - Wokingham Tel: Fax: /29/12 DS51891A_CN 第 22 页 2013 Microchip Technology Inc.

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untitled C 8051 MCU SPI EEPROM Alexandru Valeanu Microchip Technology Inc. Microchip Technology 25XXX EEPROM SPI 25XXX EEPROM SO 25XXX EEPROM 3MHz 20 MHz SPI HOLD 25XXX EEPROM EEPROM MCU HOLD 25XXX EEPROM SPI EEPROM