基于HT47系列RISC單片機的智能化儀表設(shè)計

ht47系列mcu是盛群(holtek)半導體公司近年推出的8位精簡指令系統(tǒng)(risc)單片機，它除了具有risc類單片機特有的指令數(shù)量少、易記憶、采用流水線式指令執(zhí)行方式、運行速度快等優(yōu)點外，其片內(nèi)的兩通道r-f型a/d轉(zhuǎn)換電路，動態(tài)lcd液晶驅(qū)動電路以及軟件狗定時器等硬件資源，為設(shè)計小型乃至便攜式智能化儀器儀表提供了極大的方便，全部硬件由傳感器+ht47c20+液晶片+少量阻容元件構(gòu)成。

圖1給出了ht47c20的兩通道r-f型a/d轉(zhuǎn)換電路的結(jié)構(gòu)。

圖中，timer a和timer b是兩個16 位可編程計數(shù)器，其計

數(shù)初值可以由程序設(shè)定。timer a對系統(tǒng)時鐘(system clock)或系統(tǒng)時鐘4分頻信號(system clock/4)或?qū)崟r時鐘的溢出信號(rtc output)計數(shù)；timer b對通道1或通道2的rc振蕩電路產(chǎn)生的脈沖信號計數(shù)。下面我們以利用通道1構(gòu)成的溫度儀表為例，對其溫度測量原理和設(shè)計方法作一介紹。
利用圖2可以清晰地說明r-f型a/d轉(zhuǎn)換過程：

1.見圖2(a)，timer b對參考電阻rs、參考電容cs組成的振蕩電路產(chǎn)生的振蕩脈沖計數(shù)，timer a對系統(tǒng)時鐘計數(shù)。通過置位有關(guān)特殊功能寄存器相關(guān)位可使 timer a、timer b同時啟動。timer b由初值0000h-ns計數(shù)到0000h(溢出)；timer a由初值0000h計到m，兩者同時停止計數(shù)。ns的數(shù)值要保證timer b先溢出，這段時間即為閘門時間。

2.見圖2(b)，timer a初值改為0000h-m, timer b初值改為0000h。timer b對傳感器(ntc熱敏電阻)電阻rt、參考電容cs組成的振蕩電路產(chǎn)生的振蕩脈沖計數(shù)，timer a還是對系統(tǒng)時鐘計數(shù)。再次同時啟動，當timer a溢出時兩者同時停止計數(shù)且申請中斷?？梢钥闯鰞纱斡嫈?shù)的閘門時間相等，此時timer b的計數(shù)值為nt。

從上述過程可以看出：ns·(1 /fs)=nt·(1/ft) 所以 nt=ns·ft/fs (1) 而 fs=1/(ks·rs·cs) ft=1/(kt·rt·cs)

式中ks和kt是和電源電壓、環(huán)境溫度以及rscs或rtcs乘積有關(guān)的常數(shù)(一般取 1.9~2.3)，此處可看作近似相等，故有：

ft/fs=rs/rt

將此式代入上述nt的表達式中，可得：

nt=ns·rs/rt (2)

從上文可知，ns是timer b在規(guī)定的閘門時間內(nèi)對參考電阻rs、參考電容cs組成的振蕩電路產(chǎn)生的振蕩脈沖的計數(shù)值，和rs一樣，都是事先設(shè)定的常數(shù)。式(2)表示了計數(shù)值nt和傳感器電阻rt近似成反比，它們之間的關(guān)系如圖3(a)所示。

熱敏電阻本身的電阻-溫度關(guān)系曲線如圖3(b)所示，通過圖形變換可以得到被測溫度和計數(shù)值nt之間的關(guān)系曲線如圖3(c)所示。

用分段線性插值法對被測溫度和計數(shù)值nt之間的關(guān)系曲線進行處理，即可從計數(shù)值nt計算出對應(yīng)的被測溫度。

把圖4的q-nt關(guān)系曲線分成若干段，每段曲線用一段對應(yīng)的折線來代替。相對于每一段折線，可求出q-n的線性函數(shù)： q = a· nt+b 式中：a為該段折線的斜率，b為截距。

值得指出的是，利用ht47c20片內(nèi)的兩個通道r-f型a/d轉(zhuǎn)換電路作溫度測量，timer b對外部rc振蕩電路的兩次計數(shù)，使用同一個振蕩電容cs(即參考電容)。從式(2)可以看出：計數(shù)值nt和電容cs沒有直接關(guān)系，因此當電容量受環(huán)境溫度變化時不會影響測溫結(jié)果。這一點對提高儀器的系統(tǒng)測量精度是非常有意義的。

圖5給出了利用ht47c20的片內(nèi)r-f型a/d轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成溫度測量儀表的軟件流程。

ht47c20片內(nèi)動態(tài)液晶顯示電路包含顯示緩沖區(qū)和驅(qū)動輸出電路兩部分。顯示緩沖區(qū)占用內(nèi)部ram 40h~53h單元地址(在系統(tǒng)不使用液晶顯示電路時可作為普通ram單元使用)，任何用間接尋址方式寫入顯示緩沖區(qū)的字形碼都將直接(經(jīng)驅(qū)動輸出電路)使液晶顯示屏顯示相應(yīng)的字符。圖6表示了顯示緩沖區(qū)的布局以及各存儲單元和芯片外部相關(guān)引腳的對應(yīng)關(guān)系。

從圖6可以看出，顯示緩沖區(qū)各存儲單元僅低4位有效，整個顯示電路經(jīng)芯片內(nèi)部掩膜選擇可外接20*2、20*3或19*4(即1/2duty、1/3duty或1/4duty)的c型液晶顯示器。

圖7是用ht47c20為核心部件構(gòu)成的非常簡單的儀表硬件電路，圖中僅畫出一個測量通道in0,如果把另一個測量通道in1也利用起來，不需要增加外電路就可以同時測量兩路模擬量。可以看出其性價比非一般單片機電路可比。

結(jié)語

ht47系列除了ht47c20外，和它結(jié)構(gòu)、功能相同的還有ht47c20l(掩膜/低功耗版)，ht47r20(otp版)。值得指出的是盛群半導體公司最新推出的新品ht47c10在結(jié)構(gòu)上作了不少簡化，如片內(nèi)程序存儲器，數(shù)據(jù)存儲器容量，液晶顯示電路的驅(qū)動筆劃數(shù)量適當減少，r-f型a/d轉(zhuǎn)換通道減少為一個，但在某些應(yīng)用場合其性價比卻更高一些。