基于單片機(jī)控制的數(shù)字溫度計的設(shè)計
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其中Rn是熱敏電阻NTC，C為放電電容，RN是在額定溫度TN(K)時的NTC熱敏電阻阻值，T規(guī)定溫度(K)，B是NTC熱敏電阻的材料常數(shù)。由以上兩個公式可將建立起由溫度到電阻值，再由電阻值到頻率的換算關(guān)系，實現(xiàn)頻率到溫度的轉(zhuǎn)換：
1)555電路的振蕩頻率：f=1／((R1+2RT1)C1ln2)，即頻率與電阻值的關(guān)系；
2)半導(dǎo)體熱敏電阻NTC的特性曲線(溫度與電阻的關(guān)系)。在一定溫度范圍內(nèi)，半導(dǎo)體材料的電阻RT和絕對溫度T的關(guān)系可表示為：
其中常數(shù)a不僅與半導(dǎo)體材料的性質(zhì)有關(guān)而且與它的尺寸均有關(guān)，而常數(shù)b僅與材料的性質(zhì)有關(guān)，常數(shù)a和b可通過實驗方法測得，計算出a和b后，就可以根據(jù)公式(3)計算出溫度值。因為NTC的阻值和溫度之間是指數(shù)關(guān)系，以單片機(jī)為處理器的系統(tǒng)計算這一方程效率很低，因此本文使用查表法與插值法計算溫度，提高了測量的效率，簡化了計算的復(fù)雜性。假設(shè)測溫范圍為-10～50，可先將-10～50分為60段，每一度的氣溫對應(yīng)一段頻率值。然后分別將NE555電路在-10°，-9°，-8°……48°，49°，50°時的輸出頻率實際測試出來并存儲在單片機(jī)的ROM中，建立時鐘頻率與溫度的對應(yīng)表。而在每一個度的溫度段內(nèi)近似認(rèn)為頻率與溫度成線性關(guān)系在實際轉(zhuǎn)換過程中，首先根據(jù)測量的時鐘頻率確定其所在的溫度段，再按線性方程求出此頻率所對應(yīng)的溫度值，由此實現(xiàn)由頻率到溫度的轉(zhuǎn)換。
2．2 等精度測頻電路的實現(xiàn)
等精度測頻的主要思想：利用兩個計數(shù)器在同一時間段內(nèi)同時對兩個時鐘信號進(jìn)行計數(shù)，由已知時鐘的頻率和兩個計數(shù)器的計數(shù)值可得出待測信號的頻率。具體如圖4所示，首先設(shè)置時鐘閘門信號的寬度，在這段時間內(nèi)，計數(shù)器1和計數(shù)器2同時對兩個時鐘信號進(jìn)行計數(shù)，計數(shù)器1所計的時鐘信號的頻率為已知的基準(zhǔn)時鐘，其頻率為Fb。計數(shù)器2所計的時鐘信號為待測的時鐘信號，假設(shè)在等時間內(nèi)計數(shù)器1計數(shù)器2計數(shù)數(shù)值分別為Nb和Nx。由兩計數(shù)器在同時間段內(nèi)計數(shù)，有以下關(guān)系式：
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/172043.htm
等精度測頻功能的實現(xiàn)需要單片機(jī)與CPLD的協(xié)調(diào)合作實現(xiàn)。計數(shù)器1用單片機(jī)的定時器1實現(xiàn)，計數(shù)器2用CPLD來配置。單片機(jī)部分的主要作用是：負(fù)責(zé)控制外部計數(shù)器和內(nèi)部定時器計數(shù)器的開啟與關(guān)閉；外部計數(shù)器和內(nèi)部定時器計數(shù)器的數(shù)據(jù)的讀??；處理以及數(shù)據(jù)輸出緩存。測量開始，單片機(jī)首先發(fā)出清零信號，對外部CPLD計數(shù)器清零，然后將內(nèi)部定時器清零，配置成外部時鐘控制方式，然后發(fā)出計數(shù)啟動信號，隨后進(jìn)入等精度頻率測量計數(shù)模式，單片機(jī)通過查詢計數(shù)器，判斷計數(shù)時間，該計數(shù)時間必須小于外部32 bit計數(shù)器溢出時間，時間一到，單片機(jī)發(fā)出停止計數(shù)信號，查詢引腳P3．2，確認(rèn)計數(shù)停止，讀回外部計數(shù)結(jié)果和內(nèi)部計數(shù)器計數(shù)結(jié)果，假設(shè)分別為N1和N2，定時器計數(shù)時間間隔為T1，那么被測信號的頻率F=(N1／N2)T1，將計算出的數(shù)據(jù)輸送到頻率溫度轉(zhuǎn)化模塊等待數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。
CPLD部分主要完成對被測信號的測量計數(shù)和總線設(shè)計。由于所用CPLD芯片內(nèi)資源較少，其內(nèi)部只能設(shè)置一個32位計數(shù)器。這部分在Max+p lusII環(huán)境下完成電路的硬件設(shè)計與仿真，采用原理圖輸入。硬件設(shè)計共包括4個部分：輸入、輸出、計數(shù)器和總線接口部分?？傮w設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖5所示，其中mcu_ctrl模塊為總線接口模塊，frequency模塊為測量計數(shù)模塊。
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