基于SPCE061A的高精度多通道溫度測量系統設計

1 系統硬件設計
多通道智能溫度測控儀的硬件電路原理框圖如圖1所示，測控儀主要由SPCE061A單片機、溫度傳感器DS18B20和LCD顯示電路、鍵盤(pán)電路、串／并轉換電路、時(shí)鐘電路等組成。

微處理器是系統的核心，它控制測量過(guò)程，進(jìn)行數據處理。它的設計和選用要考慮傳感器的測量速度、精度、分辨率及數據處理能力等。對于集成傳感器，設計微處理器(Microprocessor)的功能要適當，設計時(shí)既要考慮產(chǎn)品質(zhì)量、可靠性，又要考慮降低成本，簡(jiǎn)化結構，滿(mǎn)足芯片尺寸的要求。因此，選用SPCE061A作為系統微處理器。
SPCE061A芯片是凌陽(yáng)公司推出的一款高性?xún)r(jià)比的16位單片機，其主要特性為：工作電壓：CPU的內核工作電壓VDD=3．0～3．6 V，I／O口的工作電壓VDDH=VDD～5．5 V；CPU時(shí)鐘的頻率為：0．32～49．152 MHz；內置2 Kword SRAM和32 KB閃存ROM；系統處于備用狀態(tài)下(時(shí)鐘處于停止狀態(tài))，耗電小于2μA@3．6 V；具備觸鍵喚醒的功能；32位通用可編程輸入／輸出端口；2個(gè)16位可編程定時(shí)器／計數器(可自動(dòng)預置初始計數值)；7通道10位電壓模／數轉換器(ADC)和單通道聲音模／數轉換器；2個(gè)10位數／模轉換(DAC)輸出通道；14個(gè)中斷源可來(lái)自定時(shí)器A／B，時(shí)基，2個(gè)外部時(shí)鐘源輸入，鍵喚醒；具備串行設備接口；低電壓復位(LVR)和低電壓監測(LVD)功能；內置在線(xiàn)仿真(In-Circuit Emulation，ICE)。另外16位單片機具有一套易學(xué)易用、效率較高的指令系統和集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。在此環(huán)境中，支持標準C語(yǔ)言，可以實(shí)現C語(yǔ)言與凌陽(yáng)匯編語(yǔ)言的互相調用。
1．1 溫度數據采集
溫度數據采集電路選用Dallas公司生產(chǎn)的DS18B20。DS18B20是“一線(xiàn)總線(xiàn)”數字化溫度傳感器，測量溫度范圍為-55～+125℃，在-10～+85℃范圍內，精度為士O．5℃。該器件只有3個(gè)引腳(即電源VDD、地線(xiàn)GND、數據線(xiàn)DQ)，不需要外部元件，一條數據線(xiàn)進(jìn)行通信。設計系統檢測溫度范圍設計為-10～+85℃，精度為0．2℃，已經(jīng)能夠滿(mǎn)足絕大多數工作環(huán)境的要求；用9 b數字量來(lái)表示溫度；每次將溫度轉換成數字量需時(shí)200 ms。在單總線(xiàn)工作方式下，允許一條信號線(xiàn)上掛接多個(gè)DS18B20，DS18B20都有惟一的ROM代碼(64位產(chǎn)品序列號)。在多點(diǎn)溫度測控系統中，ROM代碼是識別和操作DS18B20的基礎；無(wú)論讀取，還是選擇對某一個(gè)傳感器進(jìn)行操作，主機必須發(fā)送64位ROM代碼。
為了保證測試精度，系統設計了A，B，C三個(gè)溫度采集通道，以便測試溫度場(chǎng)分布較大的環(huán)境。當溫度達到設定要求時(shí)，控制電路可以產(chǎn)生相應的控制動(dòng)作，比如切斷加熱電源或者發(fā)出告警信號。DS18B20溫度與轉換數值之間的關(guān)系見(jiàn)表1。

1．2 人機接口
系統鍵盤(pán)由SPCE061A的IOB5～8組成，它們分別是功能鍵、增加鍵、減少鍵、復位鍵。用來(lái)實(shí)現溫、度上、下限及控制時(shí)間的設置功能。測控儀采用驅動(dòng)128段LCD顯示器，用于顯示現場(chǎng)的溫度值、時(shí)間、故障和報警狀態(tài)。HT1621是一個(gè)128(32×4)段、內存映射、多功能、I2C接口的LCD驅動(dòng)器。這里利用其兩線(xiàn)串行模式與單片機接口，簡(jiǎn)化了與單片機的接口電路設計，并減少了硬件資源的占用。