基于单片机控制的数字温度计的设计

作者：时间：2012-02-20来源：网络收藏

摘要：基于实际应用中许多场合对温度高精度测量的需求，利用ATF1504芯片与单片机最小系统，采用等精度频率测量技术，设计了一款高精度数字 温度计。该方案采用ATF1504芯片作为可编程逻辑器件，以高灵敏度负温度系数热敏电阻为温度传感器。利用ATF1504芯片与单片机配合完成待测信号频率的精确测量，从而实现温度的精确测量。实验数据表明该温度计的测温相对误差小于0．3％。
关键词：温度计；等精度；CPLD；单片机；热敏电阻

温度是人们日常生活中常常需要测量和控制的一个物理量。传统的温度计有反应速度慢、读数麻烦、测量精度不高、误差大等缺点，而在某些特定的场合，器材设备对温度的要求极高，设计一种高精度的温度计就显得十分有意义。设计的高精度温度计有着线性优良、性能稳定、灵敏度高、使用方便、软硬件结构实现了模块化、电路简单等优点。

1 设计方案
热敏电阻是对温度变化非常敏感的电阻元件，它在测温技术、无线电技术、自动化和遥控等方面都得到广泛的应用。热敏电阻能够将环境温度的变化转化为电阻自身阻值的变化，它将温度的变化转换为连续的电信号的变化，再由外电路把该电信号转化成单片机可处理的脉冲(频率)信号，由单片机来直接处理。热敏电阻构成的555振荡电路能够实现由电阻到频率的转换功能，建立起由温度到电阻值再到频率的对应关系。处理器对频率信号的处理精度直接影响着温度测量的精度，采用等精度测频方案能够满足精度的要求，设计中采用查表法和插值法来建立频率与温度的转换关系。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/172043.htm

设计的数字温度计主要由下面4部分组成：温度传感部分、等精度测频部分、频率温度转换部分、数据缓存及显示部分，原理图如图1所示。设计中用到的主要模块有：1)单片机最小系统。单片机最小系统或者称为最小应用系统，是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。单片机最小系统一般应该包括：单片机、晶振电路、复位电路。2)CPLD(Complex ProgrammableLogic Device)。复杂可编程逻辑器件。其具有编程灵活、集成度高、设计开发周期短、适用范围宽、开发工具先进、设计制造成本低、对设计者的硬件经验要求低、标准产品无需测试、保密性强、价格大众化等特点，可实现较大规模的电路设计，因此被广泛应用于产品的原型设计和产品生产之中。CPLD内部结构为“与或阵列”，该结构来自于典型的PAL、GAL器件的结构。任意一个组合逻辑都可以用“与-或”表达式来描述，所以该“与或阵列”结构能实现大量的组合逻辑功能。CPLD最基本的单元是宏单元。一个宏单元包含一个寄存器(使用多达16个乘积项作为其输入)及其他有用特性。因为每个宏单元用了16个乘积项，因此设计人员可部署大量的组合逻辑而不用增加额外的路径。单片机与CPLD之间的三总线结构，如图2所示。