來源：單片機(jī)及嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用 作者：金海龍

    摘要：用msp430p315單片機(jī)的a/d轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)阻性溫度傳感器的電阻檢測；用查表和線性插值結(jié)合的方法，簡化標(biāo)度變換的算法結(jié)構(gòu)。對電池電壓的降低進(jìn)行補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)分析補(bǔ)償電阻的精度對溫度檢測的影響。

    關(guān)鍵詞：單片機(jī) 線性插值 補(bǔ)償 溫度檢測

    引言

    長期以來，人們在測量溫度時(shí)，大部分使用常規(guī)的測量方法測量。檢測精度要求較高時(shí)，調(diào)理電路復(fù)雜、a/d的位數(shù)高，使設(shè)計(jì)的系統(tǒng)成本居高不，很難普及。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了很多功能完備的低功耗、低電壓大規(guī)模集成電路，為設(shè)計(jì)便攜式高精度測溫系統(tǒng)提供了硬件基礎(chǔ)。本文介紹的高精度便攜式測溫儀，使用了非常適合作低功耗便攜式測試設(shè)備美國ti公司的msp430p325為控制器，用pt500鉑電阻完成溫度檢測，檢測的溫度通過液晶顯示器顯示。本測試儀的測溫精度達(dá)到0.03℃。

    硬件電路設(shè)計(jì)

    msp430p325單片機(jī)內(nèi)部集成了可切換的精密恒流源。精密恒流源的電流大小由外部精密電阻確定，同時(shí)內(nèi)部又集成了6個(gè)14位的a/d轉(zhuǎn)換器和液晶控制器。這樣的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，適合驅(qū)動(dòng)性傳感器。因此，可減少信號調(diào)理環(huán)節(jié)和顯示環(huán)節(jié)的擴(kuò)展，大大地簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，效降低了系統(tǒng)功耗。

    1.溫度傳感器數(shù)學(xué)模型

    溫度敏感元件采用鉑電阻pt500，在～630.75℃溫度范圍內(nèi)鉑電阻阻值與溫度關(guān)系為

    b=-5.847×10-7/(℃) 2

    根據(jù)上式進(jìn)行溫度計(jì)算，需要求解二階方程的解，計(jì)算程序復(fù)雜，精度也難以保證。為此本文使用表格法和線形插值法進(jìn)行溫度標(biāo)度變換。方法如下：首先，以溫度增加1℃對應(yīng)的絕對電阻值建立120個(gè)表格，a/d轉(zhuǎn)換結(jié)果與表格內(nèi)的電阻值進(jìn)行比較，直到rn≤rm<rn+1時(shí)停止比較，求出溫度整數(shù)部分，根據(jù)r-rn和rn+1-rn的比值求解溫度的小數(shù)部分，就可求出溫度值。這種方法計(jì)算簡單方便，也能滿足設(shè)備精度要求。

    2.msp430p325單片機(jī)的a/d轉(zhuǎn)換原理

    msp430系列單片機(jī)具有低功耗、高抗干擾、高集成度等優(yōu)點(diǎn)。其中msp430p325單片機(jī)具6有個(gè)通道14位a/d轉(zhuǎn)換器，如圖1所示。6個(gè)通道中a0～a3可編程為恒流源工作、適合于外妝電阻性、無源傳感元件的應(yīng)用場合。svcc端是a/d轉(zhuǎn)換的參考電壓端，它可連接于片內(nèi)的avcc，也可由外部穩(wěn)壓源提供。a/d轉(zhuǎn)換采用逐次逼近原理，由內(nèi)部一個(gè)電阻網(wǎng)絡(luò)生個(gè)開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)配合d/a及比較器等電路來實(shí)現(xiàn)，由時(shí)鐘adclk控制轉(zhuǎn)換的進(jìn)程。轉(zhuǎn)換過程經(jīng)過兩卡，首先通過電阻陣列分壓值與輸入信號的比較來確定輸入信號電壓的范圍，這個(gè)電壓范圍是將參考電壓分成4等分，由低到高分別稱范圍a、b、c、d；然后由開關(guān)電容陣列逐位改變電容量，來搜索與輸入信號最接近的電壓值，由于電容量是以二進(jìn)制冪排列的，完成搜索后開關(guān)的接通狀態(tài)即為輸入信號的a/d轉(zhuǎn)換值。實(shí)際上的由電阻網(wǎng)絡(luò)確定轉(zhuǎn)換值的高2位，由開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)確定了轉(zhuǎn)換值的低12位。

    當(dāng)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換時(shí)在actl中設(shè)定了信號電壓范圍，實(shí)際已確定了轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的高2位，經(jīng)過電阻網(wǎng)絡(luò)的高2位判別就不必進(jìn)行了，因此轉(zhuǎn)換速度較快，它的轉(zhuǎn)換速度為96個(gè)adclk周期。而如果啟動(dòng)轉(zhuǎn)換時(shí)在actl中設(shè)定為自動(dòng)搜索輸入電壓范圍，adat中的將出現(xiàn)全部14位轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，這時(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)間增加到132個(gè)adclk周期。輸入端輸入信號是經(jīng)過電阻型傳感元件實(shí)現(xiàn)的，a/d輸入端中的a0～a3，可以編程為恒流源輸出端對傳感元件供電。要實(shí)現(xiàn)這一功能，除了要對actl定義外，還要在引腳svcc和rext之間連接一個(gè)外接電阻，以構(gòu)成恒流源，恒流由a/d輸入端輸出。這時(shí)檢測的信號是傳感元件上的電壓值。關(guān)系 為vin=0.25×vsvcc×rsen/rext。其中，vsvcc是參考電壓，rsen是傳感元件電阻，rext是構(gòu)成恒流源的外接電阻，vin即為在傳感元件上檢測到