電路功能與優勢
　　本電路顯示如何在精密熱電偶溫度監控應用中使用精密模擬微控制器 ADuC7060/ADuC7061 。ADuC7060/ADuC7061集成雙通道24位Σ-Δ型ADC、雙通道可編程電流源、14位DAC、1.2 V內部基準電壓源、ARM7內核、32 kB閃存、4 kB SRAM以及各種數字外設，例如UART、定時器、SPI和I2C接口等。
　
　　在本電路中，ADuC7060/ADuC7061連接到一個熱電偶和一個100 Ω Pt RTD。RTD用于執行冷結補償。
　
　　在源代碼中，ADC采樣速率選擇100 Hz。當ADC輸入PGA的增益配置為32時，ADuC7060/ADuC7061的無噪聲分辨率大于18位。

圖1. ADuC7060/ADuC7061用作溫度監控控制器與熱電偶接口（原理示意圖，未顯示所有連接）

電路描述
　　本應用中用到ADuC7060/ADuC706的下列特性：
　
　　•內置可編程增益放大器(PGA)的24位Σ-Δ型主ADC：PGA的增益在本應用的軟件中設置為32。主ADC在熱電偶信號采樣與RTD電壓信號采樣之間連續切換。
　　•可編程激勵電流源，用來驅動受控電流流經RTD：雙通道電流源可在0 μA至2 mA范圍內以200 μA步進配置。本例使用200 μA設置，以便將RTD自熱效應引起的誤差降至最小。
　　•ADuC7060/ADuC7061中ADC的內置1.2 V基準電壓源：內部基準電壓源精度高，適合測量熱電偶電壓。
　　•ADuC7060/ADuC7061中ADC的外部基準電壓源：為了測量RTD電阻，我們采用比率式設置，將一個外部基準電阻(RREF)連接在外部VREF+ 和 VREF− 引腳上。
　　•14位DAC：DAC用于將熱電偶共模電壓設置為地電壓以上850 mV。
　　•ARM7TDMI® 內核：功能強大的16/32位ARM7內核集成了32 kB閃存和SRAM存儲器，用來運行用戶代碼，可配置并控制ADC，通過RTD處理ADC轉換，以及控制UART/USB接口的通信。
　　•UART：UART用作與PC主機的通信接口。
　　•兩個外部開關用來強制該器件進入閃存引導模式：使S1處于低電平，同時切換S2，ADuC7060/ADuC7061將進入引導模式，而不是正常的用戶模式。在引導模式下，通過UART接口可以對內部閃存重新編程。
　
　　熱電偶和RTD產生的信號均非常小，因此需要使用PGA來放大這些信號。ADuC7060/ADuC7061的輔助ADC不含PGA，因此二者均連接到主ADC，二者之間的切換通過軟件完成。
　
　　本應用使用的熱電偶為銅-康銅型，其溫度范圍為−200°C至+350°C，靈敏度約為40 μV/°C，這意味著ADC在雙極性模式和32倍PGA增益設置下可以覆蓋熱電偶的完整溫度范圍。
　
　　RTD用于執行冷結補償。本電路使用的RTD為100 Ω鉑RTD，型號為Enercorp PCS 1.1503.1。它采用0805表貼封裝，溫度變化率為0.385 Ω/°C。
　
　　注意，基準電阻RREF應為精密5.62 kΩ (±0.1%)電阻。
　
　　ADuC7060/ADuC7061的USB接口通過FT232R UART轉USB收發器實現，它將USB信號直接轉換為UART。
　
　　除圖1所示的去耦外，USB電纜本身還應采用鐵氧體磁珠來增強EMI/RFI保護功能。本電路所用鐵氧體磁珠為Taiyo Yuden #BK2125HS102-T，它在100 MHz時的阻抗為1000 Ω。
　
　　本電路必須構建在具有較大面積接地層的多層電路板上。為實現最佳性能，必須采用適當的布局、接地和去耦技術（請參考教程MT-031——“實現數據轉換器的接地并解開AGND和DGND的謎團”、 教程MT101——“去耦技術”和 ADuC7060/ ADuC7060/ADuC7061評估板布局布線 ）。
　
　　圖2所示為EVAL-ADUC7061MKZ PCB。

圖2. 本電路所用的EVAL-ADUC7061MKZ板

代碼說明
　　用于測試本電路的源代碼可從以下網址下載（zip壓縮文件）：http://www.analog.com/CN0214-SourceCode
　
　　UART配置為波特率9600、8數據位、無極性、無流量控制。如果本電路直接與PC相連，則可以使用“超級終端”(HyperTerminal)等通信端口查看程序來查看該程序發送給UART的結果，如圖3所示。

圖3. “超級終端”通信端口查看程序的輸出

　　為了獲得溫度讀數，必須測量熱電偶和RTD的溫度，然后相加以得出熱電偶的絕對溫度值。
　
　　首先，必須將熱電偶兩條線之間測得的電壓轉換為溫度。最初，這一轉換是基于一個簡單的線性假設：熱電偶的溫度為40 μV/°C。從圖4可以看出，只有針對0°C左右的小范圍溫度，如此轉換所產生的誤差才是可以接受的。計算熱電偶溫度的更好方法是對正溫度使用6階多項式，對負溫度使用7階多項式。這需要進行數學運算，導致計算時間和碼字大小增加。適當的折衷是針對固定數量的電壓計算相應的溫度，然后將這些溫度存儲在一個數組中，其間的值利用相鄰點的線性插值法計算。從圖5可以看出，使用這種方法時誤差顯著降低。

圖4. 使用簡單線性逼近法時的誤差

圖5. 使用分段線性逼近法時的誤差（52個校準點）

　　RTD溫度利用線性逼近法計算，因為RTD的工作范圍有限，非線性因素不會引起明顯的誤差。或者，也可以像熱電偶一樣，對RTD運用查找表。注意，描述RTD溫度與電阻關系的多項式與描述熱電偶的多項式不同。
　
　　欲了解有關線性化和實現RTD最佳性能的詳細信息，請參考應用筆記 AN-0970：“利用ADuC706x微控制器實現RTD接口和線性化”。
　
常見變化
　　ADP3333-2.5可以代替 ADP120-2.5穩壓器，前者具有更寬的工作溫度范圍（−40°C至+125°C），功耗更低（典型值為20 μA，而后者為70 μA），但最大輸入電壓較低（前者為5.5 V，后者為12 V）。如果微控制器上需要更多GPIO引腳，則可以選擇采用48引腳LFCSP或48引腳LQFP封裝的ADuC7060。請注意，ADuC7060/ADuC7061可以通過標準JTAG接口編程或調試。
　
　　對于標準UART至RS-232接口，可以用 ADM3202等器件代替FT232R收發器，前者需采用3 V電源供電。對于更寬的溫度范圍，可以使用其它熱電偶，例如J型熱電偶。為使冷結補償誤差最小，可以讓一個熱敏電阻與實際的冷結接觸，而不是把它放在PCB上。
　
　　針對冷結溫度測量，可以用一個外部數字溫度傳感器來代替RTD和外部基準電阻。例如， ADT7410可以通過I2C接口連接到ADuC7060/ADuC7061。
　
　　有關冷結補償的更多信息，請參閱ADI公司的《傳感器信號調理》第7章“溫度傳感器”。
　
　　如果USB連接器與本電路之間需要隔離，則應增加隔離器件 ADuM3160/ADuM4160 。
　
電路評估與測試
　　基本測試設置如圖6所示。注意，熱電偶連接到J2-8和J2-9，J2-5必須連接到J2-8。EVAL-ADUC7061MKZ板從PC的USB連接獲得電源。
　
　　使用兩種方法來評估本電路的性能。首先使用連接到電路板的熱電偶來測量冰桶的溫度，然后測量沸水的溫度。
　
　　使用Wavetek 4808多功能校準儀來充分評估誤差，如圖4和圖5所示。這種模式下，校準儀代替熱電偶作為電壓源，如圖6所示。為了評估T型熱電偶的整個范圍，利用校準儀將等效熱電偶電壓設置在T型熱電偶−200°C至+350°C正負溫度范圍之間的52個點。 （T型熱電偶請參見ITS-90表）

圖6. 用于在熱電偶完整輸出電壓范圍內校準和測試電路的測試設置