單片機與數(shù)字溫度接口及程序設計分析

數(shù)字式溫度傳感器(簡稱SWC)，又稱集成數(shù)字脈沖式感溫探頭，是一種新型的三端溫度變送器件。該器件采用集成模塊化設計，可以直接將被測溫度信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字脈沖信號輸出，具有傳輸距離遠，抗干擾能力強，轉(zhuǎn)換精度高等優(yōu)點。它可以方便地與51系列單片機接口，而省去A/D轉(zhuǎn)換集成電路，降低成本，提高可靠性，縮小體積，可廣泛應用于軍事、醫(yī)藥衛(wèi)生、食品及自動化測控系統(tǒng)中。

SWC三條引腳的名稱分別為控制線(K)、信號線(S)、公共線(G)。其K端實際上也是電源線，其工作方式為加電啟動或?qū)捗}沖觸發(fā)式。當對其控制線加電（或?qū)捗}沖）觸發(fā)時，經(jīng)復位時間TQ之后信號線上便輸出一串脈沖。該串脈沖的個數(shù)即表示被測溫度的數(shù)字量(見圖1)。

這里需要說明一點，輸出脈沖個數(shù)的多少不取決于加電脈沖的寬度，而取決于SWC內(nèi)部正比于溫度的參考電壓的大小，即取決于溫度的高低。利用SWC這種特點，可以方便地與單片機配接。方案有兩種，下面分別予以介紹。

1．外加電方式

第一種方案為外加電方式，即控制線K上所加寬脈沖為一外接振蕩器，由振蕩器的脈寬控制SWC啟動，如圖3-99所示。SWC傳感器出廠均嚴格約定每個脈沖為0.1℃的增量，而脈沖頻率為15 kHz左右。8031單片機的P3，4/TO、P3.5／Ti引腳為計數(shù)器時，對外部事件的最高計數(shù)速度為fosc/24。若機器晶振為6 MHz，6 MHz/24>15 kHz，則計15 kHz左右的脈沖是沒有問題的。15 kHz脈沖的周期為0.067 ms，SWC傳感器的測量上限若為150℃，則須計1500個脈沖，大約100 ms。即在控制線K端加電的脈寬應大于100 ms．否則會引起誤差。重復對SWC進行加電啟動，可實現(xiàn)對被測溫度的連續(xù)采樣。

若以P3.4/TO為計數(shù)輸入端，則必須將8031特殊功能寄存器TMOD中的D3位，即門控制位GATE置為1，并將D2位C／INTo位置為1，則只有當定時器運行控制位TRo =1，且INTo引腳為高電平時，才啟動To計數(shù)器計數(shù)。這種情況下，只要INTo為高電平，計數(shù)便開始；INTo為低電平，停止計數(shù)。T0計數(shù)受控于INTo的高低電平。利用這一特點，讓SWC的控制線K與INTo相連，只要INTo變?yōu)楦唠娖?，一方面給SWC加電，其輸出15 kHz的脈沖；另一方面使8031計數(shù)器To開放，開始計數(shù)。計數(shù)脈沖的多少，就是溫度的數(shù)字量。

圖2中，IC1為施密特觸發(fā)器。它和電容C、電位器Wl、W2一起構(gòu)成占空比和頻率均可調(diào)的多諧振蕩器。Wl、W2可設定脈沖占空比；振蕩器輸出寬脈沖驅(qū)動三極管2SC9013給SWC控制線加電，每加一次電即采樣一次；SWC傳感器的信號線S經(jīng)兩級施密特觸發(fā)器整形后，送至8031的P3.4/TO端計數(shù)。

在大型冷庫、化工自動化等工程中，往往需要進行多點的溫度巡檢，那么可以按圖3線路設計。圖3中CD4028是CMOS的BCD碼／十進制譯碼器；CD4067是CMOS十六選一模擬開關；74LS273是八D鎖存器，可以將不同的二進制數(shù)在11腳為高電平時鎖存在該器件中。這樣將可利用不同的二進制數(shù)依次只能選通某個通道。該電路將CMOS邏輯電平控制和多路模擬開關控制相結(jié)合，最大限度地組合利用器件的通道容量，從而可以用八位二進制碼來完成最多可達160路SWC測溫電路的通斷控制，可以方便地實現(xiàn)計算機巡檢，以便進行多點溫度控制。

2．軟件實現(xiàn)方式

第二種方案，是利用軟件實現(xiàn)一個脈寬大于100 ms的方法，來代替第一種方案中的外加多諧振蕩器，而其他接口電路與第一種方案一樣，這里不再重復。

若在Pl.0引腳上輸出上述方法的信號，假定系統(tǒng)時鐘頻率為6 MHz，選用定時器To，且使其工作在方式1，則有定時初值

轉(zhuǎn)化為二進制數(shù)：X= 00llll0010110000，十六進制數(shù)為X=3CB0H，故定時器To的初值為BOH(TL)和3CH(TH)。定時器初始化和中斷服務程序清單如下：

這種方法以在P1.0。口輸出定時方波來給SWC不斷加電實現(xiàn)連續(xù)采樣，使接口電路極為簡單、方便。且SWC輸出脈沖的傳輸距離一般可達500 m以上，轉(zhuǎn)換速度低于3 ms，誤差不大于0.3℃，使得這種傳感器應用非常廣泛，且與數(shù)字化儀器儀表配套連接。