基于HT47系列RISC單片機(jī)的智能化儀表設(shè)計(jì)

ht47系列mcu是盛群(holtek)半導(dǎo)體公司近年推出的8位精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)(risc)單片機(jī)，它除了具有risc類單片機(jī)特有的指令數(shù)量少、易記憶、采用流水線式指令執(zhí)行方式、運(yùn)行速度快等優(yōu)點(diǎn)外，其片內(nèi)的兩通道r-f型a/d轉(zhuǎn)換電路，動(dòng)態(tài)lcd液晶驅(qū)動(dòng)電路以及軟件狗定時(shí)器等硬件資源，為設(shè)計(jì)小型乃至便攜式智能化儀器儀表提供了極大的方便，全部硬件由傳感器+ht47c20+液晶片+少量阻容元件構(gòu)成。

圖1給出了ht47c20的兩通道r-f型a/d轉(zhuǎn)換電路的結(jié)構(gòu)。

圖中，timer a和timer b是兩個(gè)16 位可編程計(jì)數(shù)器，其計(jì)

數(shù)初值可以由程序設(shè)定。timer a對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘(system clock)或系統(tǒng)時(shí)鐘4分頻信號(hào)(system clock/4)或?qū)崟r(shí)時(shí)鐘的溢出信號(hào)(rtc output)計(jì)數(shù)；timer b對(duì)通道1或通道2的rc振蕩電路產(chǎn)生的脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)。下面我們以利用通道1構(gòu)成的溫度儀表為例，對(duì)其溫度測(cè)量原理和設(shè)計(jì)方法作一介紹。
利用圖2可以清晰地說明r-f型a/d轉(zhuǎn)換過程：

1.見圖2(a)，timer b對(duì)參考電阻rs、參考電容cs組成的振蕩電路產(chǎn)生的振蕩脈沖計(jì)數(shù)，timer a對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)。通過置位有關(guān)特殊功能寄存器相關(guān)位可使 timer a、timer b同時(shí)啟動(dòng)。timer b由初值0000h-ns計(jì)數(shù)到0000h(溢出)；timer a由初值0000h計(jì)到m，兩者同時(shí)停止計(jì)數(shù)。ns的數(shù)值要保證timer b先溢出，這段時(shí)間即為閘門時(shí)間。

2.見圖2(b)，timer a初值改為0000h-m, timer b初值改為0000h。timer b對(duì)傳感器(ntc熱敏電阻)電阻rt、參考電容cs組成的振蕩電路產(chǎn)生的振蕩脈沖計(jì)數(shù)，timer a還是對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)。再次同時(shí)啟動(dòng)，當(dāng)timer a溢出時(shí)兩者同時(shí)停止計(jì)數(shù)且申請(qǐng)中斷?？梢钥闯鰞纱斡?jì)數(shù)的閘門時(shí)間相等，此時(shí)timer b的計(jì)數(shù)值為nt。

從上述過程可以看出：ns·(1 /fs)=nt·(1/ft) 所以 nt=ns·ft/fs (1) 而 fs=1/(ks·rs·cs) ft=1/(kt·rt·cs)

式中ks和kt是和電源電壓、環(huán)境溫度以及rscs或rtcs乘積有關(guān)的常數(shù)(一般取 1.9~2.3)，此處可看作近似相等，故有：

ft/fs=rs/rt

將此式代入上述nt的表達(dá)式中，可得：

nt=ns·rs/rt (2)

從上文可知，ns是timer b在規(guī)定的閘門時(shí)間內(nèi)對(duì)參考電阻rs、參考電容cs組成的振蕩電路產(chǎn)生的振蕩脈沖的計(jì)數(shù)值，和rs一樣，都是事先設(shè)定的常數(shù)。式(2)表示了計(jì)數(shù)值nt和傳感器電阻rt近似成反比，它們之間的關(guān)系如圖3(a)所示。

熱敏電阻本身的電阻-溫度關(guān)系曲線如圖3(b)所示，通過圖形變換可以得到被測(cè)溫度和計(jì)數(shù)值nt之間的關(guān)系曲線如圖3(c)所示。

用分段線性插值法對(duì)被測(cè)溫度和計(jì)數(shù)值nt之間的關(guān)系曲線進(jìn)行處理，即可從計(jì)數(shù)值nt計(jì)算出對(duì)應(yīng)的被測(cè)溫度。

把圖4的q-nt關(guān)系曲線分成若干段，每段曲線用一段對(duì)應(yīng)的折線來(lái)代替。相對(duì)于每一段折線，可求出q-n的線性函數(shù)： q = a· nt+b 式中：a為該段折線的斜率，b為截距。

值得指出的是，利用ht47c20片內(nèi)的兩個(gè)通道r-f型a/d轉(zhuǎn)換電路作溫度測(cè)量，timer b對(duì)外部rc振蕩電路的兩次計(jì)數(shù)，使用同一個(gè)振蕩電容cs(即參考電容)。從式(2)可以看出：計(jì)數(shù)值nt和電容cs沒有直接關(guān)系，因此當(dāng)電容量受環(huán)境溫度變化時(shí)不會(huì)影響測(cè)溫結(jié)果。這一點(diǎn)對(duì)提高儀器的系統(tǒng)測(cè)量精度是非常有意義的。

圖5給出了利用ht47c20的片內(nèi)r-f型a/d轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成溫度測(cè)量?jī)x表的軟件流程。

ht47c20片內(nèi)動(dòng)態(tài)液晶顯示電路包含顯示緩沖區(qū)和驅(qū)動(dòng)輸出電路兩部分。顯示緩沖區(qū)占用內(nèi)部ram 40h~53h單元地址(在系統(tǒng)不使用液晶顯示電路時(shí)可作為普通ram單元使用)，任何用間接尋址方式寫入顯示緩沖區(qū)的字形碼都將直接(經(jīng)驅(qū)動(dòng)輸出電路)使液晶顯示屏顯示相應(yīng)的字符。圖6表示了顯示緩沖區(qū)的布局以及各存儲(chǔ)單元和芯片外部相關(guān)引腳的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

從圖6可以看出，顯示緩沖區(qū)各存儲(chǔ)單元僅低4位有效，整個(gè)顯示電路經(jīng)芯片內(nèi)部掩膜選擇可外接20*2、20*3或19*4(即1/2duty、1/3duty或1/4duty)的c型液晶顯示器。

圖7是用ht47c20為核心部件構(gòu)成的非常簡(jiǎn)單的儀表硬件電路，圖中僅畫出一個(gè)測(cè)量通道in0,如果把另一個(gè)測(cè)量通道in1也利用起來(lái)，不需要增加外電路就可以同時(shí)測(cè)量?jī)陕纺M量?？梢钥闯銎湫詢r(jià)比非一般單片機(jī)電路可比。

結(jié)語(yǔ)

ht47系列除了ht47c20外，和它結(jié)構(gòu)、功能相同的還有ht47c20l(掩膜/低功耗版)，ht47r20(otp版)。值得指出的是盛群半導(dǎo)體公司最新推出的新品ht47c10在結(jié)構(gòu)上作了不少簡(jiǎn)化，如片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量，液晶顯示電路的驅(qū)動(dòng)筆劃數(shù)量適當(dāng)減少，r-f型a/d轉(zhuǎn)換通道減少為一個(gè)，但在某些應(yīng)用場(chǎng)合其性價(jià)比卻更高一些。