AD7416是一款完整的單片溫度監(jiān)控系統(tǒng)，溫度測量范圍為-55℃至125℃。該器件包括帶隙溫度傳感器和10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于監(jiān)控溫度并將溫度值數(shù)字轉(zhuǎn)換為0.25℃的分辨率。本文介紹的數(shù)字溫度計利用AD7416測量局部溫度，當(dāng)熱電偶參考端溫度不為0℃時，可以輸出待補(bǔ)償?shù)碾妷褐怠?/P>

2.4控制和顯示電路

MSP430F413是德州儀器生產(chǎn)的超低功耗單片機(jī)。由于msp430f413包含多種功能模塊(如鎖頻環(huán)、定時器、看門狗、比較器、液晶驅(qū)動電路、輸入輸出端口等)。)，它可以適用于不同的應(yīng)用。其低功耗和低電壓特性特別適用于電池供電的便攜式儀器。MSP430F413分別通過P1.4、P1.5和P1.6連接到AD7705的SCLK、DIN和DOUT，形成三線接口。P1.3為低電平時，選擇AD7705完成模數(shù)轉(zhuǎn)換、校準(zhǔn)和數(shù)據(jù)讀取功能。模數(shù)轉(zhuǎn)換完成后，可以從P1.7讀取DRDY引腳的電平變化，從而使系統(tǒng)做出應(yīng)用響應(yīng)。由P6.5、P6.4和AD7416組成的I2C總線可以采集本地溫度數(shù)據(jù)。

MSP430F413的P3、P4和P5端口均具有第二種功能。它們可以用作通用輸入/輸出端口，也可以用四個通信端口驅(qū)動24個分段引腳。在本設(shè)計中，顯示部分采用六位筆段液晶顯示器。引腳R33、R23、R13和R03之間的三個1ω電阻分壓器可以為液晶顯示器提供參考偏置電壓。每個字符的大小為15毫米×10毫米，因此在一定距離上讀取數(shù)據(jù)很方便。

另外，按鍵分別連接到三個引腳P1.0、P1.1和P1.2，可以設(shè)置為中斷模式，采樣時間間隔、閾值和控制系統(tǒng)通過三個按鍵進(jìn)入低功耗狀態(tài)或工作狀態(tài)。

微控制器的時鐘信號由32.768千赫晶體振蕩器和片內(nèi)振蕩器電路產(chǎn)生，從而降低功耗。看門狗電路可以保證程序長時間正常運(yùn)行。

如果系統(tǒng)每10秒收集一次數(shù)據(jù)，整個系統(tǒng)在一個周期內(nèi)的平均電流為103.2 μ A，如果整個系統(tǒng)由3V/1AH電池供電，系統(tǒng)可以連續(xù)工作13個月。如果數(shù)據(jù)采集頻率降低，電池壽命可以進(jìn)一步延長。

3.軟件和系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

本數(shù)字溫度計系統(tǒng)軟件由數(shù)據(jù)采集程序、定時器中斷服務(wù)程序(入口地址為0FFE0h，優(yōu)先級為0)、看門狗中斷服務(wù)程序(入口地址為0FFF4h，優(yōu)先級為10)、關(guān)鍵中斷服務(wù)程序(入口地址為0FFE8h，優(yōu)先級為4)、液晶顯示程序和熱電偶索引表數(shù)據(jù)組成。

系統(tǒng)中的單片機(jī)工作時處于活動模式，工作間隙可以設(shè)置為低功耗模式2，以降低功耗，達(dá)到延長電池壽命的目的。

由于MSP430F413芯片中的只讀存儲器只有8k字節(jié)，因此不可能完全存儲分度表的數(shù)據(jù)。因此，在一定的誤差范圍內(nèi)，近似線性部分可以由斷裂段的段來近似。對于曲率較大的曲線，切比雪夫近似表達(dá)式可用于編程計算。

由于測量的環(huán)境溫度和局部溫度不會在工業(yè)環(huán)境中突然變化，因此可以間隔測量和顯示溫度。數(shù)據(jù)采集程序的算法具有自適應(yīng)特性。因此，當(dāng)某一溫度在單位時間間隔內(nèi)超過設(shè)定閾值時，MSP430F413將縮短采樣時間間隔，以加快采樣頻率，并通過蜂鳴器U1和發(fā)光二極管D1發(fā)出聲光報警信號。實(shí)驗(yàn)表明，AD7416具有較高的靈敏度，可以通過平滑局部溫度數(shù)據(jù)來減少誤差。

msp430f413單片機(jī)程序可以用c語言編寫，可讀性強(qiáng)，便于移植。該程序可以由IAREmbedded Workbench和IARC-SPYdebugger編譯成機(jī)器代碼。IAREmbedded Workbench系統(tǒng)軟件包括MSP430F413單片機(jī)頭文件msp430x41x.h和in430.h，該文件定義了特殊功能寄存器的名稱、操作模式、輸入/輸出寄存器、定時器、系統(tǒng)時鐘、電源管理、比較器、液晶顯示寄存器、看門狗定時器、中斷向量和庫函數(shù)。程序代碼可以通過MSP 430閃存模擬器工具的JTAG接口寫入片內(nèi)閃存只讀存儲器。由于MSP430F413單片機(jī)的JTAG接口支持在線編程，同時編寫程序和升級現(xiàn)有程序非常方便。

系統(tǒng)的主流程圖和定時器中斷服務(wù)程序的數(shù)據(jù)采集流程圖如圖3所示。

圖3系統(tǒng)主流程和定時器中斷服務(wù)程序數(shù)據(jù)采集流程圖

4.結(jié)束語

系統(tǒng)的精度和分辨率主要取決于傳感器和模數(shù)芯片的精度和分辨率。As 數(shù)字應(yīng)用中使用的變換不能完全消除誤差，還應(yīng)注意消除冷端溫度或冷端補(bǔ)償引起的誤差和測溫時連接補(bǔ)償導(dǎo)線的誤差，以及噪聲、絕緣電阻、熱阻等引起的電路誤差和誤差。根據(jù)實(shí)際需要，可采用高穩(wěn)定性熱電偶和精度為1℃的局部溫度傳感器，可在一定溫度范圍內(nèi)提高精度。

本系統(tǒng)以MSP430F413和AD7705為核心，實(shí)現(xiàn)低功耗、高精度便攜式溫度計的設(shè)計。對于便攜式儀器，該設(shè)計實(shí)現(xiàn)了低成本、寬測溫范圍條件下的低功耗、高精度要求，具有一定的實(shí)用價值。目前，該電路已經(jīng)投入使用。實(shí)踐表明，全便攜式低功耗高精度數(shù)字溫度計使用方便，運(yùn)行穩(wěn)定，待機(jī)時間長，具有廣闊的應(yīng)用前景。

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