測量溫度一般采用熱敏電阻做傳感器，測量的方法有R—V轉換電壓測量法和R—F轉換頻率測量法。這兩種方法的電路復雜且成本高，電路中很多元器件直接影響測量精度。本文論述一種類(lèi)R—F轉換頻率的測量法，用NE555定時(shí)器和熱敏電阻等器件構成振蕩器，由MSP430單片機的捕獲功能來(lái)捕獲多諧振蕩器輸出信號的高低電平并計數，熱敏電阻Rt與捕獲高低電平時(shí)的計數值的差值成正比關(guān)系。該方法電路簡(jiǎn)單、成本低，系統流程框圖如圖1所示。
1 負溫熱敏電阻 PT-25E2熱敏電阻溫度阻值變化曲線(xiàn)如圖2所示。PSB型負溫熱敏電阻由Co、Mn、Ni等過(guò)渡金屬元素的氧化物組成，經(jīng)高溫燒成半陶瓷，利用半導體毫微米的精密加工工藝，采用玻璃管封裝，耐溫性好，可靠性高，反應速度快且靈敏度高。它采用軸向型結構，便于安裝，能承受更高溫度，且玻璃封裝耐高低溫(-50～350℃)。
2 MSP430單片機計數法測溫原理 以NE555定時(shí)器為核心組成典型的多諧振蕩器，把被測熱敏電阻Rt作為定時(shí)元件之一接入電路中，NE555定時(shí)器輸出引腳接MSP430單片機的P1．2腳(Timer_A：捕獲、CCI1A輸入引腳)。系統電路如圖3所示。
由NE555工作原理可知，多諧振蕩器輸出信號(周期性矩形波)的高電平時(shí)間(1個(gè)周期內)為：
由上述測量原理可知，誤差主要來(lái)源為：R1、R2精度，單片機的定時(shí)器和電容器的精度以及穩定度。這里選用高精度(±0．001％)、溫度系數小于±0．3×10-6／℃的精密金屬箔電阻器。因此當選用高精度、高穩定度的電容器，且單片機的工作頻率足夠高，就可以得到較好的測溫精度。 3 MSP430單片機捕獲原理 捕獲計數法的原理如圖4所示。通過(guò) MSP4．30單片機TACTL寄存器給定時(shí)器A設置一個(gè)固定的時(shí)鐘頻率，和計數模式(本系統設為連續模式)。又知Timer A工作在連續計數模式時(shí)，TAR(16位)計數范圍是O-FFFFH值。定時(shí)器A連續模式計數啟動(dòng)后，TAR的值開(kāi)始從0-FFFFH—O— FFFFH……不斷重復計數，直至軟件控制其停止計數為止；同時(shí)設置TACCTL寄存器的CMx、CAP、CCIE位，在多諧振蕩器輸出方波的上升沿和下降沿都觸發(fā)捕捉并中斷。這樣當每次沿到來(lái)，進(jìn)入中斷并捕獲上升沿和下降沿時(shí)刻的值(如TACCRla、ACCR1b、TAC—CRlc、 TACCR1d......)，然后用此次捕獲的值減去上次捕獲的值即可得高或低電平時(shí)間內的計數值NH、NL。例如：NH=TACCR1b- TACCRla、NL=TACCR1c-TACCR1b，代入式4、式5便可得出Rt的值，查表即得溫度值。
TASSELx：4種時(shí)鐘源供選擇。 IDx：4種預分頻選擇。 MCx：TAR計數模式選擇，MCx=11，上升沿和下降沿都捕獲。 TAIE：Timer_A中斷使能，為“1”中斷使能。 CMx：捕獲觸發(fā)信號選擇。 SCS：捕獲同步或異步選擇，“0”同步、“1”異步。 CAP：捕獲模式選擇，“0”比較、“1”捕獲。 CCIE：捕獲／比較中斷選擇，為“1”中斷使能。 4 軟件設計 基于MSP430單片機捕獲中斷測溫程序流程如圖5、圖 6所示，包括主程序流程、捕獲中斷和溢出中斷流程。 Timer_A初始化代碼如下(MSP430F149)：
捕獲終端和溢出中斷函數代碼如下：
代入常量f、C1、R2的值，即可得熱敏電阻阻值，通過(guò)查表可得溫度值。查表溫度間隔一般為1℃，如果忽略熱敏電阻1℃以?xún)鹊姆蔷�(xiàn)性誤差，可以將兩攝氏度之間取線(xiàn)性計算，這樣可以得到0.01℃的分辨率。 結語(yǔ) 由測量原理知：被測電阻的阻值越大，測量誤差越小。筆者已應用該方法設計出一款溫度計，測量范圍為—0～80℃，分辨率達到0．01℃，誤差在0．3℃以?xún)�。該設計 充分利用了MSP430單片機的捕獲功能和低功耗功能，使得電路功耗低、電路簡(jiǎn)潔、價(jià)格低廉、精度高。 參考文獻 1. 謝興紅.林凡強.吳雄英 MSP430 單片機基礎與實(shí)踐 2008 2. 芝浦電子 PT -25E2 -H1 Data sheet 2000 3. 揚兆選 NE555 定時(shí)器原理及實(shí)用電路集錦 1989 4. 田開(kāi)坤 基于AVR 單片機捕獲中斷和熱敏電阻的溫度測量 2008(3) 5. 胡大可 MSP430 系列超低功耗16位單片機原理與應用 2000 作者：湖北師范學(xué)院 黃勁松 田開(kāi)坤 來(lái)源：?jiǎn)纹瑱C與嵌入式系統應用 2009 (4) |
