基于SPCE061A的高精度多通道溫度測量系統設計
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溫度的測量與控制在工農業生產、日常生活及科學研究中有著廣泛的應用。由于常用溫度傳感器的非線性輸出及一致性較差，使溫度的測量方法和手段相對較復雜，也給電路的調試增加了難度。為此，設計了以臺灣凌陽公司生產的SPCE061A 16位高性能單片機為系統控制核心。采用DALLAS公司的DS18820作為溫度傳感器的三通道高精度溫度測控儀，該測控儀實現了溫度數據和日期、時間的顯示與保存；可輸出顯示三組溫度和三路控制信號，具有故障和報警狀態提示等功能，保證了測試的精度以及系統的可靠性和控制要求。
1 系統硬件設計
多通道智能溫度測控儀的硬件電路原理框圖如圖1所示，測控儀主要由SPCE061A單片機、溫度傳感器DS18B20和LCD顯示電路、鍵盤電路、串／并轉換電路、時鐘電路等組成。
微處理器是系統的核心，它控制測量過程，進行數據處理。它的設計和選用要考慮傳感器的測量速度、精度、分辨率及數據處理能力等。對于集成傳感器，設計微處理器(Microprocessor)的功能要適當，設計時既要考慮產品質量、可靠性，又要考慮降低成本，簡化結構，滿足芯片尺寸的要求。因此，選用SPCE061A作為系統微處理器。
SPCE061A芯片是凌陽公司推出的一款高性價比的16位單片機，其主要特性為：工作電壓：CPU的內核工作電壓VDD=3．0～3．6 V，I／O口的工作電壓VDDH=VDD～5．5 V；CPU時鐘的頻率為：0．32～49．152 MHz；內置2 Kword SRAM和32 KB閃存ROM；系統處于備用狀態下(時鐘處于停止狀態)，耗電小于2μA@3．6 V；具備觸鍵喚醒的功能；32位通用可編程輸入／輸出端口；2個16位可編程定時器／計數器(可自動預置初始計數值)；7通道10位電壓模／數轉換器(ADC)和單通道聲音模／數轉換器；2個10位數／模轉換(DAC)輸出通道；14個中斷源可來自定時器A／B，時基，2個外部時鐘源輸入，鍵喚醒；具備串行設備接口；低電壓復位(LVR)和低電壓監測(LVD)功能；內置在線仿真(In-Circuit Emulation，ICE)。另外16位單片機具有一套易學易用、效率較高的指令系統和集成開發環境。在此環境中，支持標準C語言，可以實現C語言與凌陽匯編語言的互相調用。
1．1 溫度數據采集
溫度數據采集電路選用Dallas公司生產的DS18B20。DS18B20是“一線總線”數字化溫度傳感器，測量溫度范圍為-55～+125℃，在-10～+85℃范圍內，精度為士O．5℃。該器件只有3個引腳(即電源VDD、地線GND、數據線DQ)，不需要外部元件，一條數據線進行通信。設計系統檢測溫度范圍設計為-10～+85℃，精度為0．2℃，已經能夠滿足絕大多數工作環境的要求；用9 b數字量來表示溫度；每次將溫度轉換成數字量需時200 ms。在單總線工作方式下，允許一條信號線上掛接多個DS18B20，DS18B20都有惟一的ROM代碼(64位產品序列號)。在多點溫度測控系統中，ROM代碼是識別和操作DS18B20的基礎；無論讀取，還是選擇對某一個傳感器進行操作，主機必須發送64位ROM代碼。
為了保證測試精度，系統設計了A，B，C三個溫度采集通道，以便測試溫度場分布較大的環境。當溫度達到設定要求時，控制電路可以產生相應的控制動作，比如切斷加熱電源或者發出告警信號。DS18B20溫度與轉換數值之間的關系見表1。
1．2 人機接口
系統鍵盤由SPCE061A的IOB5～8組成，它們分別是功能鍵、增加鍵、減少鍵、復位鍵。用來實現溫、度上、下限及控制時間的設置功能。測控儀采用驅動128段LCD顯示器，用于顯示現場的溫度值、時間、故障和報警狀態。HT1621是一個128(32×4)段、內存映射、多功能、I2C接口的LCD驅動器。這里利用其兩線串行模式與單片機接口，簡化了與單片機的接口電路設計，并減少了硬件資源的占用。
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