采用單片微控制器的低成本數(shù)字溫度計(jì)

許多應(yīng)用中，溫度的檢測(cè)和顯示功能都是所期望或絕對(duì)需要的。溫度探頭、自動(dòng)調(diào)溫器、CPU監(jiān)控器和過程控制設(shè)備就是一些這樣的應(yīng)用。插圖示出了一個(gè)用于溫度檢測(cè)和顯示的簡(jiǎn)單系統(tǒng)。該電路只需要一個(gè)微控制器(MCU)，而不像其他解決方案那樣需要單獨(dú)的功率管理和模擬變換器芯片。而且，該電路無需對(duì)復(fù)位引腳進(jìn)行任何的特殊處理，因?yàn)樗褂玫腗CU引入了節(jié)電型的檢測(cè)方法。

德州儀器(TI)公司的MSP430F412型MCU在執(zhí)行快閃存儲(chǔ)器代碼的同時(shí)由一個(gè)高速內(nèi)部振蕩器進(jìn)行計(jì)時(shí)。首先，代碼運(yùn)用單斜率模擬轉(zhuǎn)換技術(shù)來讀取電阻性傳感器的信息。然后，將讀數(shù)變換成BCD值并顯示于LCD上。LCD不需要單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)芯片；它由MCU直接驅(qū)動(dòng)。LCD還會(huì)顯示一個(gè)閃爍的“F”以表示讀數(shù)的單位是華氏度，且電路正在自動(dòng)檢測(cè)溫度。

顯示內(nèi)容一旦更新，MCU即進(jìn)入低功耗等待狀態(tài)。在此期間，只有一個(gè)內(nèi)部計(jì)時(shí)器處于工作狀態(tài)，其遞增幅度由32kHz晶體控制。該計(jì)時(shí)器控制著LCD的成幀頻率(Framing Frequency)，使其保持接通狀態(tài)，并顯示最新的溫度讀數(shù)。經(jīng)過一段可由軟件進(jìn)行選擇的延時(shí)之后，相同的計(jì)時(shí)器產(chǎn)生一個(gè)中斷。該中斷隨后將重新啟動(dòng)CPU和內(nèi)部高速振蕩器，整個(gè)過程重復(fù)進(jìn)行。每次中斷要么清除顯示內(nèi)容，要么把“F”寫在顯示器上并使其閃爍。

MSP430F412是專為以低功率電池為電源的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。因此，當(dāng)MCU處于等待狀態(tài)且LCD接通時(shí)，整個(gè)電路只形成1.5uA的電流。由于MCU的啟動(dòng)和關(guān)斷時(shí)間均極其短暫，故其97%以上的時(shí)間處于等待狀態(tài)。當(dāng)電路處于工作狀態(tài)或?qū)鞲衅鬟M(jìn)行測(cè)量時(shí)，它只形成110 A的平均電流，較長(zhǎng)的等待時(shí)間加上較短的工作時(shí)間使得該電路的總平均電流低于5uA。如果此電路采用220mAh、2032型硬幣電池(Coin Cell)為電源，則可連續(xù)工作長(zhǎng)達(dá)5年。

數(shù)字溫度計(jì)功能的實(shí)現(xiàn)只用到了MCU資源的很小一部分。程序使用了快閃存儲(chǔ)器的不足17%。有21條I/O線路可供其他用戶使用，且CPU在大多數(shù)時(shí)間里處于關(guān)斷狀態(tài)?？紤]到這些事實(shí)，就可以容易地了解數(shù)字溫度計(jì)如何能夠僅僅是一個(gè)在相同MCU上實(shí)現(xiàn)的更為復(fù)雜的應(yīng)用的一小部分了。溫度計(jì)可以是生產(chǎn)設(shè)備控制電路的輔助功能，根據(jù)溫度讀數(shù)來改變速度和功率。

它亦或可以是同樣對(duì)時(shí)刻起反應(yīng)的數(shù)字自動(dòng)調(diào)溫器的核心，因?yàn)?2kHz輸入直接分隔開來以提供一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘。溫度計(jì)甚至還可以是采用MCU來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和運(yùn)行代碼的數(shù)據(jù)登錄系統(tǒng)的一部分。這是可能的，因?yàn)镸SP430F412能夠在其自身的快閃存儲(chǔ)器中記錄信息。