工業便攜式低功耗高精度數字溫度計設計(2)

AD7416是一款完整的單片溫度監控系統，溫度測量范圍為-55℃至125℃。該器件包括帶隙溫度傳感器和10位模數轉換器，模數轉換器用于監控溫度并將溫度值數字轉換為0.25℃的分辨率。本文介紹的數字溫度計利用AD7416測量局部溫度，當熱電偶參考端溫度不為0℃時，可以輸出待補償的電壓值。

2.4控制和顯示電路

MSP430F413是德州儀器生產的超低功耗單片機。由于msp430f413包含多種功能模塊(如鎖頻環、定時器、看門狗、比較器、液晶驅動電路、輸入輸出端口等)。)，它可以適用于不同的應用。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完成模數轉換、校準和數據讀取功能。模數轉換完成后，可以從P1.7讀取DRDY引腳的電平變化，從而使系統做出應用響應。由P6.5、P6.4和AD7416組成的I2C總線可以采集本地溫度數據。

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動24個分段引腳。在本設計中，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據很方便。

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

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

如果系統每10秒收集一次數據，整個系統在一個周期內的平均電流為103.2 μ A，如果整個系統由3V/1AH電池供電，系統可以連續工作13個月。如果數據采集頻率降低，電池壽命可以進一步延長。

3.軟件和系統實驗

本數字溫度計系統軟件由數據采集程序、定時器中斷服務程序(入口地址為0FFE0h，優先級為0)、看門狗中斷服務程序(入口地址為0FFF4h，優先級為10)、關鍵中斷服務程序(入口地址為0FFE8h，優先級為4)、液晶顯示程序和熱電偶索引表數據組成。

系統中的單片機工作時處于活動模式，工作間隙可以設置為低功耗模式2，以降低功耗，達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，因此不可能完全存儲分度表的數據。因此，在一定的誤差范圍內，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，切比雪夫近似表達式可用于編程計算。

由于測量的環境溫度和局部溫度不會在工業環境中突然變化，因此可以間隔測量和顯示溫度。數據采集程序的算法具有自適應特性。因此，當某一溫度在單位時間間隔內超過設定閾值時，MSP430F413將縮短采樣時間間隔，以加快采樣頻率，并通過蜂鳴器U1和發光二極管D1發出聲光報警信號。實驗表明，AD7416具有較高的靈敏度，可以通過平滑局部溫度數據來減少誤差。

msp430f413單片機程序可以用c語言編寫，可讀性強，便于移植。該程序可以由IAREmbedded Workbench和IARC-SPYdebugger編譯成機器代碼。IAREmbedded Workbench系統軟件包括MSP430F413單片機頭文件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。程序代碼可以通過MSP 430閃存模擬器工具的JTAG接口寫入片內閃存只讀存儲器。由于MSP430F413單片機的JTAG接口支持在線編程，同時編寫程序和升級現有程序非常方便。

系統的主流程圖和定時器中斷服務程序的數據采集流程圖如圖3所示。

圖3系統主流程和定時器中斷服務程序數據采集流程圖

4.結束語

系統的精度和分辨率主要取決于傳感器和模數芯片的精度和分辨率。As 數字應用中使用的變換不能完全消除誤差，還應注意消除冷端溫度或冷端補償引起的誤差和測溫時連接補償導線的誤差，以及噪聲、絕緣電阻、熱阻等引起的電路誤差和誤差。根據實際需要，可采用高穩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提高精度。

本系統以MSP430F413和AD7705為核心，實現低功耗、高精度便攜式溫度計的設計。對于便攜式儀器，該設計實現了低成本、寬測溫范圍條件下的低功耗、高精度要求，具有一定的實用價值。目前，該電路已經投入使用。實踐表明，全便攜式低功耗高精度數字溫度計使用方便，運行穩定，待機時間長，具有廣闊的應用前景。

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