簡(jiǎn)單的溫度指示器使用基于RISC的MCU

非常簡(jiǎn)單的溫度指示器可以在8位RISC微控制器周?chē)鷺?gòu)建(參見(jiàn)圖)。來(lái)自溫度感應(yīng)器的數(shù)據(jù)由MCU處理并且用于顯示溫度。在本電路中使用的MAX6577溫度感應(yīng)器可以測(cè)量范圍在-40°C至125°C之間的溫度。它幾乎不需要其他外部元件。
這個(gè)感應(yīng)器可以將溫度轉(zhuǎn)換成其輸出信號(hào)頻率與絕對(duì)溫度(K)成比例的方形波。如果這個(gè)頻率已經(jīng)測(cè)量出來(lái)了，計(jì)算溫度就會(huì)變得相當(dāng)容易。這可以通過(guò)不同的時(shí)間測(cè)量電路或者M(jìn)CU中提供的定時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。

這個(gè)電路使用AVR AT90S4433低成本MCU用來(lái)處理感應(yīng)器數(shù)據(jù)和顯示溫度。在其他器件中，這個(gè)MCU配有4千字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存、128字節(jié)的SRAM、128字節(jié)的系統(tǒng)可編程EEPROM、一個(gè)六通道10位ADC、20個(gè)可編程I/O線路、多個(gè)定時(shí)器和一個(gè)UART。

溫度在三個(gè)共陽(yáng)極的七段顯示器上顯示。顯示器的各個(gè)段都連結(jié)在一起，在軟件的幫助下對(duì)顯示的數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)用。這種方法不僅減少了I/O接口線路數(shù)，而且還降低了電流要求。

顯示器連接到MCU的端口D。為顯示溫度讀數(shù)，數(shù)據(jù)被鎖存在這個(gè)端口上，且相應(yīng)的顯示器被激活。這可以通過(guò)定時(shí)器0來(lái)實(shí)現(xiàn)，該定時(shí)器被配置具有64預(yù)標(biāo)定因子。只要定時(shí)器0發(fā)生計(jì)數(shù)上溢，就會(huì)產(chǎn)生中斷。定時(shí)器0的ISR鎖存端口D(即顯示器的數(shù)據(jù)總線)上的顯示數(shù)據(jù)，并且生成相應(yīng)的信號(hào)來(lái)啟用各自的顯示器裝置(在端口B處，并且通過(guò)各自的晶體管Q1、Q2或者Q3)。

溫度測(cè)量使用定時(shí)器1來(lái)實(shí)現(xiàn)。定時(shí)器計(jì)數(shù)確定了輸入信號(hào)的脈沖寬度。sensorstatus()子程序重復(fù)檢查感應(yīng)器信號(hào)的邏輯狀態(tài)。一旦檢測(cè)到第一個(gè)上升邊沿，就會(huì)啟用先前在定時(shí)器模式中將預(yù)定標(biāo)因子配置為1的定時(shí)器。然后，當(dāng)檢測(cè)到感應(yīng)器信號(hào)的第一個(gè)下降沿時(shí)，就會(huì)停用定時(shí)器。接著，定時(shí)器內(nèi)容就會(huì)被顯示出來(lái)，并且可以用于計(jì)算溫度感應(yīng)器信號(hào)的脈沖寬度。定時(shí)器內(nèi)容顯示之后，定時(shí)器就會(huì)被重新初始化為0。一旦信號(hào)的時(shí)間周期已知，即可輕松地算出信號(hào)頻率(fOUT=1/tOUT)。此后就會(huì)檢查數(shù)據(jù)是否超過(guò)這個(gè)限制。

由于輸入信號(hào)是一個(gè)占空比為50%的方波，所以總的脈沖周期為寬度的2倍。因此，溫度的計(jì)算公式為CPU_FREQ/(2×寬度)。然后，從中減去273.15 K即可得到攝氏度溫度。通過(guò)執(zhí)行可以處理浮點(diǎn)數(shù)據(jù)的AVR-GCC開(kāi)發(fā)環(huán)境，將脈沖的時(shí)間周期轉(zhuǎn)換成溫度已經(jīng)變得相當(dāng)簡(jiǎn)單。

要顯示的范圍狀態(tài)和溫度信息通過(guò)變量“r”來(lái)實(shí)現(xiàn)。一旦定時(shí)器0的ISR處于激活狀態(tài)，就會(huì)檢查“r”的值，并且各自的數(shù)據(jù)也會(huì)被鎖存端口D上，這取決于DISPLAY_ON變量的值，這個(gè)變量也可以用來(lái)選擇各自的激活的七段顯示器單元。如果輸入數(shù)據(jù)在范圍之內(nèi)，則ISR調(diào)用binarytobcd()子程序，這個(gè)子程序可以將二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成有效的BCD格式。BCD數(shù)據(jù)(半字節(jié))是根據(jù)激活的七段顯示器單元來(lái)分開(kāi)的，這可以再次通過(guò)關(guān)聯(lián)DISPLAY_ON的值來(lái)實(shí)現(xiàn)。一旦ISR完成了它的工作，定時(shí)器0就會(huì)被重新初始化為一個(gè)值(Refresh_Val)，這個(gè)值將產(chǎn)生下一個(gè)中斷，接著顯示下一數(shù)據(jù)，并且不會(huì)引起閃爍。

本軟件使用AVR-GCC開(kāi)發(fā)環(huán)境編寫(xiě)。它可以處理所有的AVR MCU功能，包括不同的中斷、EEPROM、定時(shí)器、UART和ADC等。本軟件被用來(lái)編譯C源程序，并生成HEX文件。可以使用基于并行端口的編程器(例如uisp)將這個(gè)文件下載到MCU的系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存中。

可以方便地進(jìn)行修改本軟件，從而顯示從-40°C至125°C這個(gè)完整范圍內(nèi)的溫度，或者以華氏度顯示數(shù)據(jù)。還可以修改這個(gè)軟件以顯示輸入信號(hào)的頻率。