基于單片機控制的數字溫度計的設計
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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(shí)的NTC熱敏電阻阻值，T規定溫度(K)，B是NTC熱敏電阻的材料常數。由以上兩個(gè)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(shí)現頻率到溫度的轉換：
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)半導體熱敏電阻NTC的特性曲線(xiàn)(溫度與電阻的關(guān)系)。在一定溫度范圍內，半導體材料的電阻RT和絕對溫度T的關(guān)系可表示為：
其中常數a不僅與半導體材料的性質(zhì)有關(guān)而且與它的尺寸均有關(guān)，而常數b僅與材料的性質(zhì)有關(guān)，常數a和b可通過(guò)實(shí)驗方法測得，計算出a和b后，就可以根據公式(3)計算出溫度值。因為NTC的阻值和溫度之間是指數關(guān)系，以單片機為處理器的系統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(jiǎn)化了計算的復雜性。假設測溫范圍為-10～50，可先將-10～50分為60段，每一度的氣溫對應一段頻率值。然后分別將NE555電路在-10°，-9°，-8°……48°，49°，50°時(shí)的輸出頻率實(shí)際測試出來(lái)并存儲在單片機的ROM中，建立時(shí)鐘頻率與溫度的對應表。而在每一個(gè)度的溫度段內近似認為頻率與溫度成線(xiàn)性關(guān)系在實(shí)際轉換過(guò)程中，首先根據測量的時(shí)鐘頻率確定其所在的溫度段，再按線(xiàn)性方程求出此頻率所對應的溫度值，由此實(shí)現由頻率到溫度的轉換。
2．2 等精度測頻電路的實(shí)現
等精度測頻的主要思想：利用兩個(gè)計數器在同一時(shí)間段內同時(shí)對兩個(gè)時(shí)鐘信號進(jìn)行計數，由已知時(shí)鐘的頻率和兩個(gè)計數器的計數值可得出待測信號的頻率。具體如圖4所示，首先設置時(shí)鐘閘門(mén)信號的寬度，在這段時(shí)間內，計數器1和計數器2同時(shí)對兩個(gè)時(shí)鐘信號進(jìn)行計數，計數器1所計的時(shí)鐘信號的頻率為已知的基準時(shí)鐘，其頻率為Fb。計數器2所計的時(shí)鐘信號為待測的時(shí)鐘信號，假設在等時(shí)間內計數器1計數器2計數數值分別為Nb和Nx。由兩計數器在同時(shí)間段內計數，有以下關(guān)系式：
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/172043.htm
等精度測頻功能的實(shí)現需要單片機與CPLD的協(xié)調合作實(shí)現。計數器1用單片機的定時(shí)器1實(shí)現，計數器2用CPLD來(lái)配置。單片機部分的主要作用是：負責控制外部計數器和內部定時(shí)器計數器的開(kāi)啟與關(guān)閉；外部計數器和內部定時(shí)器計數器的數據的讀??；處理以及數據輸出緩存。測量開(kāi)始，單片機首先發(fā)出清零信號，對外部CPLD計數器清零，然后將內部定時(shí)器清零，配置成外部時(shí)鐘控制方式，然后發(fā)出計數啟動(dòng)信號，隨后進(jìn)入等精度頻率測量計數模式，單片機通過(guò)查詢(xún)計數器，判斷計數時(shí)間，該計數時(shí)間必須小于外部32 bit計數器溢出時(shí)間，時(shí)間一到，單片機發(fā)出停止計數信號，查詢(xún)引腳P3．2，確認計數停止，讀回外部計數結果和內部計數器計數結果，假設分別為N1和N2，定時(shí)器計數時(shí)間間隔為T(mén)1，那么被測信號的頻率F=(N1／N2)T1，將計算出的數據輸送到頻率溫度轉化模塊等待數據轉換。
CPLD部分主要完成對被測信號的測量計數和總線(xiàn)設計。由于所用CPLD芯片內資源較少，其內部只能設置一個(gè)32位計數器。這部分在Max+p lusII環(huán)境下完成電路的硬件設計與仿真，采用原理圖輸入。硬件設計共包括4個(gè)部分：輸入、輸出、計數器和總線(xiàn)接口部分?？傮w設計結構如圖5所示，其中mcu_ctrl模塊為總線(xiàn)接口模塊，frequency模塊為測量計數模塊。
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