Leif@Avnet

完整方案分享——如何利用精密ADC AD7124-8进行热电偶采集

Leif@Avnet 在 2017-1-14 建立的討論區
最後回覆由zwm於2017-8-14提供

最近在查找ADI测量温度方案,发现AD7124-8很适合温度测量,于是申请了AD7124-8的样品,设计一款5通道K型热电偶测温电路。

 

电路设计参考了UG-856 EVAL-AD7124-8SDZ User Guide上的原理图,将AD7124-8的模拟通道连接到接线端子上,热电偶测量方案也参考UG-856应用,冷端使用一个3线PT100补偿,MCU采用ADI ARM CORTEX-M3处理器ADUCM360,调试时使用串口打印输出数据,为了设计通用性以及后续软件移植,设计时将ADC部分和MCU部分分成两个PCB。原理图设计图纸大致如下:

 

1 模拟通道滤波电路

2 AD7124-8电路

3 电源以及外部REF电路

原理图设计完了,就准备PCB layoutlayout参考UG-856上的设计,按照4层板设计。

4 顶层丝印图

5 顶层走线图

6 GND

7 电源层

8 底层

9 底层丝印图

PCB layout完成后就联系板厂加工,期间准备物料,感谢ADI支持,很多样品都申请到样品了。

硬件部分设计完成就开始考虑软件设计了,ADI网站上提供参考代码,在网站上下载了源代码,看了一遍,感觉还不错,值得借鉴,不过不是在ADUCM360上开发的程序,需要将其移植到ADUMC360

移植部分很简单,只需要完成3个填空题

int8_t SPI_Init(ADI_SPI_TypeDef *pSPI,uint32_t u32Baud);

int8_t SPI_Read(ADI_SPI_TypeDef *pSPI,uint8_t *pBuffer,int32_t i32Len);

int8_t SPI_Write(ADI_SPI_TypeDef *pSPI,uint8_t *pBuffer,int32_t s32Len);

其中SPI_Init完成SPI的初始化,包括SPI号,以及波特率

SPI_Read实现SPI读数据i32Len数据到pBuffer

SPI_Write则实现SPI则将pBuffer中长度为s32Len数据再MOSI上发送出去

 

移植完驱动后续就是验证是否移植是否正确了,下载的源代码AD7124.C中也提供了方法。在int32_t AD7124_Setup(ad7124_device *device, int slave_select,ad7124_st_reg *regs)中实现了AD7124-8配置寄存器以及查询寄存器操作,验证是否移植正确,就是将配置好的寄存器重新读出来进行比对了。寄存器的配置在ad7124_st_reg ad7124_regs[]初始化时已经实现,可以根据项目需求自行配置。配置值和读出结果一致也就表示一致正确了。

按照一路K型热电偶配置如下,AIN0AIN1 K型热电偶差分输入通道,采用内部2.5VREF, AIN12AIN13 PT100差分通道,AIN10AIN11 500uA恒流源输出,采用REF1

ad7124_st_reg ad7124_regs[] =

{

         {0x00, 0x00,   1, 2}, /* AD7124_Status */

 

         //REF_EN

         {0x01, 0x0100, 2, 1}, /* AD7124_ADC_Control */

 

         {0x02, 0x0000, 3, 2}, /* AD7124_Data */

         //IOUT0 -> AIN11, IOUT1 -> AIN10, IOUT0 -> 500uA, IOUT1 -> 500uA

         {0x03, 0x24ab, 3, 1}, /* AD7124_IOCon1 */

         //VBIAS0

         {0x04, 0x0001, 2, 1}, /* AD7124_IOCon2 */

 

         {0x05, 0x02,   1, 2}, /* AD7124_ID */

 

         {0x06, 0x0000, 3, 2}, /* AD7124_Error */

 

         {0x07, 0x0044, 3, 1}, /* AD7124_Error_En */

 

         {0x08, 0x00,   1, 2}, /* AD7124_Mclk_Count */

         //AIN0->AINP,AIN1->AINM

         {0x09, 0x8001, 2, 1}, /* AD7124_Channel_0 */

//      {0x09, 0x818d, 2, 1}, /* AD7124_Channel_0 */

         //AIN12->AINP,AIN13->AINM

         {0x0A, 0x918d, 2, 1}, /* AD7124_Channel_1 */

         //{0x0A, 0x8001, 2, 1}, /* AD7124_Channel_1 */

 

         {0x0B, 0x0001, 2, 1}, /* AD7124_Channel_2 */

 

         {0x0C, 0x0001, 2, 1}, /* AD7124_Channel_3 */

 

         {0x0D, 0x0001, 2, 1}, /* AD7124_Channel_4 */

 

         {0x0E, 0x0001, 2, 1}, /* AD7124_Channel_5 */

 

         {0x0F, 0x0001, 2, 1}, /* AD7124_Channel_6 */

 

         {0x10, 0x0001, 2, 1}, /* AD7124_Channel_7 */

 

         {0x11, 0x0001, 2, 1}, /* AD7124_Channel_8 */

 

         {0x12, 0x0001, 2, 1}, /* AD7124_Channel_9 */

 

         {0x13, 0x0001, 2, 1}, /* AD7124_Channel_10 */

 

         {0x14, 0x0001, 2, 1}, /* AD7124_Channel_11 */

 

         {0x15, 0x0001, 2, 1}, /* AD7124_Channel_12 */

 

         {0x16, 0x0001, 2, 1}, /* AD7124_Channel_13 */

 

         {0x17, 0x0001, 2, 1}, /* AD7124_Channel_14 */

 

         {0x18, 0x0001, 2, 1}, /* AD7124_Channel_15 */

         //REFBUF,AINBUF ON,REF_SEL=REFIN2,PGA=32

         {0x19, 0x09e5, 2, 1}, /* AD7124_Config_0 */

         //REFBUF,AINBUF ON,REF_SEL=REFIN2,PGA=16

         //{0x1A, 0x09e5, 2, 1}, /* AD7124_Config_1 */

         {0x1A, 0x01ec, 2, 1}, /* AD7124_Config_2 */

 

         {0x1B, 0x0860, 2, 1}, /* AD7124_Config_2 */

 

         {0x1C, 0x0860, 2, 1}, /* AD7124_Config_3 */

 

         {0x1D, 0x0860, 2, 1}, /* AD7124_Config_4 */

 

         {0x1E, 0x0860, 2, 1}, /* AD7124_Config_5 */

 

         {0x1F, 0x0860, 2, 1}, /* AD7124_Config_6 */

 

         {0x20, 0x0860, 2, 1}, /* AD7124_Config_7 */

 

         {0x21, 0x060180, 3, 1}, /* AD7124_Filter_0 */

 

         {0x22, 0x060180, 3, 1}, /* AD7124_Filter_1 */

 

         {0x23, 0x060180, 3, 1}, /* AD7124_Filter_2 */

 

         {0x24, 0x060180, 3, 1}, /* AD7124_Filter_3 */

 

         {0x25, 0x060180, 3, 1}, /* AD7124_Filter_4 */

 

         {0x26, 0x060180, 3, 1}, /* AD7124_Filter_5 */

 

         {0x27, 0x060180, 3, 1}, /* AD7124_Filter_6 */

 

         {0x28, 0x060180, 3, 1}, /* AD7124_Filter_7 */

 

         {0x29, 0x800000, 3, 1}, /* AD7124_Offset_0 */

 

         {0x2A, 0x800000, 3, 1}, /* AD7124_Offset_1 */

 

         {0x2B, 0x800000, 3, 1}, /* AD7124_Offset_2 */

 

         {0x2C, 0x800000, 3, 1}, /* AD7124_Offset_3 */

 

         {0x2D, 0x800000, 3, 1}, /* AD7124_Offset_4 */

 

         {0x2E, 0x800000, 3, 1}, /* AD7124_Offset_5 */

 

         {0x2F, 0x800000, 3, 1}, /* AD7124_Offset_6 */

 

         {0x30, 0x800000, 3, 1}, /* AD7124_Offset_7 */

 

         {0x31, 0x500000, 3, 1}, /* AD7124_Gain_0 */

 

         {0x32, 0x500000, 3, 1}, /* AD7124_Gain_1 */

 

         {0x33, 0x500000, 3, 1}, /* AD7124_Gain_2 */

 

         {0x34, 0x500000, 3, 1}, /* AD7124_Gain_3 */

 

         {0x35, 0x500000, 3, 1}, /* AD7124_Gain_4 */

 

         {0x36, 0x500000, 3, 1}, /* AD7124_Gain_5 */

 

         {0x37, 0x500000, 3, 1}, /* AD7124_Gain_6 */

 

         {0x38, 0x500000, 3, 1}, /* AD7124_Gain_7 */

};

配置完成后,就开始实现PT100以及热电偶电压采集了,AD7124-8可以通过使能多个通道寄存器,实现ADC多通道自动切换,注意通道寄存器中的SETUP配置,这是通道寄存器与配置寄存器相关联的地方,通过3bit Setup位以及16个通道寄存器可以组合出16*8= 108种组合配置,数据手册的描述比较难理解

 

 

配置完成后,就只需要查询AD7124-8状态寄存器数据是否准备好以及对应的通道数,数据如果准备好,就可以读取对应通道的数据,实现代码如下:

if( AD7124_WaitForConvReady(&g_ad7124dev,100) >= 0 )

           {

                   u8Ch = AD7124_STATUS_REG_CH_ACTIVE(ad7124_regs[AD7124_Status].value);

                   AD7124_ReadData(&g_ad7124dev, &s32AdCode[u8Ch]);

                    switch(u8Ch)

                     {

                              case 0:

                                     fVolVal = 2500.0*(s32AdCode[u8Ch] - 0x800000)/(32.0*0x800000);

                                 fK_mv = Temp2K_mv(fTempVal);

                                     //fVolVal += fK_mv;

                                 fK_TempVal = CalculateKTemp(fVolVal + fK_mv);

                                 printf("Thermocouple Temperature: %5.3f C \r\n ",fK_TempVal );

        

                                    

                              break;

                              case 1:

                                       //AD7124_ReadData(&g_ad7124dev, &s32AdCode[0]);

                                       fResVal = s32AdCode[u8Ch]*250.0/0xffffff;

                                  fTempVal = CalculateRTDTemp(fResVal);

                                  printf("RTD Temperature: %5.3f C \r\n ",fTempVal );  

                              break;

                     }

           }

数据寄存器数据读出来之后就剩下数据处理了,热电偶的常用处理方式是冷端温度转换为对应的热电偶电压,热电偶热端电压+冷端电压值得到的电压值在转换成热电偶电压,按照这种算法实现热电偶测温。软硬件调试已经完成,需要原理图和源代码的朋友可以发邮件联系我leif.dong@avnet.com

 

 

 

附件是该方案的详细资料,软、硬件都有哦~

附件

結果