基于单片机C8051F350的温度测量系统设计

2010-09-14李平，张健

天中学刊 2010年5期

关键词：铂电阻电桥子程序

李平，张健

（黄淮学院信息工程系，河南驻马店 463000）

基于单片机C8051F350的温度测量系统设计

李平，张健

（黄淮学院信息工程系，河南驻马店 463000）

以铂电阻PT1000为温度传感器，以C8051F350单片机为控制核心，设计了一种高精度温度测量系统，测量结果以数字方式显示．

温度测量；单片机；PT1000；C8051F350

温度测量是工业生产中的一个重要环节，是现代检测技术的重要组成部分，对安全生产、保证产品质量、节约能源等起着关键作用，因此，能够快速、准确地测量温度的技术及装置普遍受到各国的重视．近年来，利用智能化数字式温度传感器实现温度信息的在线检测已成为温度检测的一种发展趋势．本文介绍一种以铂电阻为温度传感器，以单片机为控制核心的智能化温度检测系统．

1 系统总体设计

系统总体设计框图如图1所示．该系统通过温度传感器和A/D转换采集数据信息，经过含有单片机的检测系统检测，结果被传送到主控器，再通过LCD显示器显示．CPU和温度传感器是该系统的核心器件．

图1 系统总体设计框图

1.1 微处理器选择

系统选用C8051F350作为CPU．C8051F350的主要特点是：以速度较快的 8051处理器为基础，可在50 MHz时钟频率下提供高达50 MIPS的输出；内建8通道24位ADC；具有与5 V电压兼容的17个灵活的数字式输入/输出通道；连续通信外围设备包括通用异步接收机、SPI和SMBus连续端口；具有高精准度模/数转换、高速数据处理、线上程序设定的功能，是高精准度测量应用的理想选择；集多功能于一身，外围电路简单，能够减小由复杂电路带来的各种元件间的干扰；价格适中．

1.2 温度传感器选择

根据测量精度和控制精度要求，系统选择铂电阻PT1000作为温度传感器．铂电阻PT1000的长期稳定性好，可重复操作性强，响应速度快，工作温度范围较宽，可满足所设计系统的技术要求，且价格适中．

铂电阻温度传感器在实际温度检测控制系统中的应用极其广泛．在0～800 ℃范围内，铂电阻温度传感器的阻值与温度之间呈非线性关系，即

所以在使用中要进行线性化处理，否则会影响测温精度．为提高测温精度，本系统采用三线制电桥法．

2 主要硬件电路模块设计

2.1 三线制电桥电路

本系统是高精度测温系统，由铂电阻的变化体现温度变化，必须考虑连接线引线电阻引入的测量误差．为消除或减小这种误差，本系统中铂电阻的接线方式采用三线电桥法，其原理电路如图2．图2中，r1，r2和r3分别表示铂电阻传感器3根引线上的电阻．通常这3根引线的材料是相同的，长度、横截面积也都相等，所以r1=r2=r3=r．三线制电桥可采用电压源或电流源供电，电桥的输出端与放大器相连．

图2 三线制电桥电路

图 2中，R1和 R2是阻值相同的固定电阻器，R3是用于平衡电桥的可变电阻器，电桥的输出电压为

忽略上式分母中包含引线电阻的后4项，则得

此方法的理论误差不大于2‰，精度相对较高．

2.2 数据采集模块

该模块主要通过温度传感器完成温度信号的采集处理、前置放大、简单滤波、A/D转换和数字滤波．由于温度传感器只能将温度信号转换为相当微弱的毫伏级电压信号，而且它还会带入电源等产生的各种干扰，因而在前置放大级需对输入信号先进行前置滤波，并将数字地与模拟地分开（如图3所示）．

2.3 MCU控制模块

该模块是整个系统的核心，主要由C8051F350单片机、74LS373锁存器、74LS244总线输入缓冲器及光耦合器等构成，具有温度信号的数据采集、处理、通信等功能，原理图如图3所示．

C8051F350的主要管脚接线及功能如下：P0.0为输入选通信号，接74LS244的三态允许端1G/2G（低电平有效），低电平时读取有效，高电平时退出总线；P0.1接74LS373的三态允许控制端OE，低电平有效；P0.2与P0.3之间接外部晶振（22.1184 MHz）；P0.4和P0.5是串行通信接口，分别接MAX232的11和10引脚；P0.6和 P0.7为输出并锁存信号端，分别通过一个三极管接到两片74LS373的锁存允许端LE，为高电平时锁存数据；P1.0―P1.7通过总线工作方式分别接到 74LS244的输出端1Y1―1Y4、2Y1―2Y4和两片74LS373的数据输入端 D0―D7上；AV+接+3 V模拟电源，AGND接模拟地；VDD接+3 V数字电源，DGND接数字地；P2.0/C2D和RST/C2CK接下载线，以便于在线编程．该系统采用总线结构，输入/输出信号均通过 P1口进行读写，P0口用于读写控制．