AD7416是一款完整的單片溫度監(jiān)控系統(tǒng)，溫度測(cè)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(jì)利用AD7416測(cè)量局部溫度，當(dāng)熱電偶參考端溫度不為0℃時(shí)，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(shí)器、看門狗、比較器、液晶驅(qū)動(dòng)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(guò)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(shí)，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(gè)通信端口驅(qū)動(dòng)24個(gè)分段引腳。在本設(shè)計(jì)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(gè)1ω電阻分壓器可以為液晶顯示器提供參考偏置電壓。每個(gè)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(gè)引腳P1.0、P1.1和P1.2，可以設(shè)置為中斷模式，采樣時(shí)間間隔、閾值和控制系統(tǒng)通過(guò)三個(gè)按鍵進(jìn)入低功耗狀態(tài)或工作狀態(tài)。

微控制器的時(shí)鐘信號(hào)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(zhǎng)時(shí)間正常運(yùn)行。

如果系統(tǒng)每10秒收集一次數(shù)據(jù)，整個(gè)系統(tǒng)在一個(gè)周期內(nèi)的平均電流為103.2 μ A，如果整個(gè)系統(tǒng)由3V/1AH電池供電，系統(tǒng)可以連續(xù)工作13個(gè)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(zhǎng)。

3.軟件和系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

本數(shù)字溫度計(jì)系統(tǒng)軟件由數(shù)據(jù)采集程序、定時(shí)器中斷服務(wù)程序(入口地址為0FFE0h，優(yōu)先級(jí)為0)、看門狗中斷服務(wù)程序(入口地址為0FFF4h，優(yōu)先級(jí)為10)、關(guān)鍵中斷服務(wù)程序(入口地址為0FFE8h，優(yōu)先級(jí)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(shí)處于活動(dòng)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(zhǎng)電池壽命的目的。

由于MSP430F413芯片中的只讀存儲(chǔ)器只有8k字節(jié)，因此不可能完全存儲(chǔ)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(lái)近似。對(duì)于曲率較大的曲線，切比雪夫近似表達(dá)式可用于編程計(jì)算。

由于測(cè)量的環(huán)境溫度和局部溫度不會(huì)在工業(yè)環(huán)境中突然變化，因此可以間隔測(cè)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(shí)間間隔內(nèi)超過(guò)設(shè)定閾值時(shí)，MSP430F413將縮短采樣時(shí)間間隔，以加快采樣頻率，并通過(guò)蜂鳴器U1和發(fā)光二極管D1發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。實(shí)驗(yàn)表明，AD7416具有較高的靈敏度，可以通過(guò)平滑局部溫度數(shù)據(jù)來(lái)減少誤差。

msp430f413單片機(jī)程序可以用c語(yǔ)言編寫(xiě)，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(shí)器、系統(tǒng)時(shí)鐘、電源管理、比較器、液晶顯示寄存器、看門狗定時(shí)器、中斷向量和庫(kù)函數(shù)。程序代碼可以通過(guò)MSP 430閃存模擬器工具的JTAG接口寫(xiě)入片內(nèi)閃存只讀存儲(chǔ)器。由于MSP430F413單片機(jī)的JTAG接口支持在線編程，同時(shí)編寫(xiě)程序和升級(jí)現(xiàn)有程序非常方便。

系統(tǒng)的主流程圖和定時(shí)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(shí)器中斷服務(wù)程序數(shù)據(jù)采集流程圖

4.結(jié)束語(yǔ)

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(cè)溫時(shí)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(jì)的設(shè)計(jì)。對(duì)于便攜式儀器，該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了低成本、寬測(cè)溫范圍條件下的低功耗、高精度要求，具有一定的實(shí)用價(jià)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(jì)使用方便，運(yùn)行穩(wěn)定，待機(jī)時(shí)間長(zhǎng)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

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