溫度是表征物體冷卻程度的物理量，也是一種最基本的環(huán)境參數(shù)，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及日常生活中，對溫度的測量及控制始終占據(jù)著極其重要的地位。用模擬傳感器所得到的溫度信息是模擬量，不適于單片機的處理，所以A／D轉(zhuǎn)換器起著至關(guān)重要的作用。基于LTC1543溫度采集模塊，分辨率高，速度快，性價比高。

1 測量系統(tǒng)概述

典型的溫度測量控制系統(tǒng)如圖1所示，由溫度采集模塊、單片機、顯示電路和反饋控制電路構(gòu)成。溫度的采集是溫度測量控制的前提，簡單可行的溫度采集系統(tǒng)是溫度測量及控制系統(tǒng)的發(fā)展方向之一。因此，這里提出一種簡單可行的溫帶采集模塊的設(shè)計方法。

2 傳感器的選擇

熱敏電阻依其電阻值隨溫度變化的情形，主要可將其分為負(fù)溫度系數(shù)(Negative Temperature Coefficient，NTC)熱敏電阻及正溫度系數(shù)(Positive Temperature Coefficient，PTC)熱敏電阻2種。PTC的電阻值可以隨溫度的上升而增大，由于其溫度系數(shù)非常大，主要用在消磁電路、加熱器、電路保護、電機啟動、暖風(fēng)機，風(fēng)速測量，溫度控制與補償。NTC的電阻值可以隨溫度的上升而下降，由于其溫度系數(shù)非常大，所以可以檢知微小的溫度變化，因此被廣泛應(yīng)用在溫度的測量、電路軟啟動，控制與補償。因此這里選擇負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻。它的實測溫度值見表1。

電阻值和溫度變化的關(guān)系式為：

其中，RT為在溫度T(K)時的NTC熱敏電阻阻值，RN為在額定溫度TN(K)時的NTC熱敏電阻阻值。(TN取25℃，RN=1．20 kΩ)，T為規(guī)定溫度(K)，B為NTC熱敏電阻的材料常數(shù)，又叫熱敏指數(shù)。而且，

通過公式(1)、(2)以及表1，可求得B=3 900 K，從而可以得出電阻值和溫度變化的關(guān)系式為：

3 調(diào)理電路的設(shè)計

由于傳感器直接輸出的模擬量幅度一般較低，同時為了更好地提高系統(tǒng)的抗干擾能力，在傳感器的后端一般要進行調(diào)理，調(diào)理電路通常選用運算放大器完成。這里，采用OP07組成一個差分放大器完成后續(xù)幅度放大和隔離。OP07具有極低的輸入失調(diào)電壓、失調(diào)電壓零漂、噪聲電壓等特點。調(diào)理電路的原理圖如圖2所示，其中RT1為熱敏電阻。傳感器輸出電壓經(jīng)過放大后，輸出給AD轉(zhuǎn)換器。

電壓增益為：

根據(jù)公式(4)，可知改變RF／R1的值可以改變電壓的放大倍數(shù)。

4 TLC1543轉(zhuǎn)換原理及軟件設(shè)計

4．1 TLC1543轉(zhuǎn)換原理說明

TLC1543是TI公司的多通道、低價格的CMOS 10位開關(guān)電容逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，具有輸入通道多，高速、高分辨率、性價比高、易于和單片機和單片機接口的特點，其引腳如圖3所示。芯片內(nèi)部有1個14通道多路選擇器可選擇11個模擬輸入通道或3個內(nèi)部自測電壓中的任意一個進行測試，可廣泛應(yīng)用于各種數(shù)據(jù)的采集。

TLC1543工作時序如圖4所示，其工作過程分為2個周期：訪問周期和采樣周期。工作時CS必須置低電平，CS為高電平時，I／O CLOCK、ADDRESS被禁止，此時DATA OUT為高阻狀態(tài)。當(dāng)CPU使CS變低時，TLC1543開始進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，I／O CLOCK、ADDRESS使能，DATA OUT脫離高阻狀態(tài)。此后，CPU向ADDRESS端提供4位通道地址，控制14個模擬通道選擇器從11個外部模擬輸入和3個內(nèi)部自測電壓中選通1路送到采樣保持電路。同時，I／O CLOCK端輸入時鐘時序，CPU從DATAOUT端接收前一次A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果。I／OCLOCK從CPU接收10時鐘長度的時鐘序列。前4個時鐘從ADDRESS端轉(zhuǎn)載地址寄存器，選擇所需的模擬通道，后6個時鐘為模擬輸入的采樣提供控制時序。模擬輸入的采樣起始于第4個I／O CLOCK的下降沿，并一直持續(xù)6個I／O CLOCK周期，即到第10個I／O CLOCK的下降沿。CS的上升沿終止于一次I／O CLOCK工作過程并在規(guī)定的延遲時間內(nèi)使DATAOUT引腳返回到高阻的狀態(tài)，經(jīng)過兩個系統(tǒng)時鐘周期后使I／O CLOCK和ADDRESS端無效。

4．2 軟件設(shè)計

TLC1543的3個控制輸入端CS、I／O CLOCK、ADDRESS和1個數(shù)據(jù)輸出端DATA OUT遵循串行外設(shè)接口SPI協(xié)議，要求微處理器具有SPI接口，若沒有SPI接口，需要通過軟件模擬SPI協(xié)議以便和TLC1543接口。

TLC1543 SPI接口軟件設(shè)計流程如圖5所示。

部分編程代碼如下：

此外，在進行軟件編寫時，應(yīng)注意TLC1543通道地址必須為寫入字節(jié)的高4位，而單片機讀入的數(shù)據(jù)是芯片上次A／D轉(zhuǎn)換完成的數(shù)據(jù)。

5 結(jié)束語

該溫度采集模塊使用的元器件少，其次不要求單片機有SPI接口，采用軟件模擬SPI接口，簡單易行，工作穩(wěn)定，可靠性強。經(jīng)過與AT89C52單片機和LCD1602液晶顯示連接組成的溫度測量系統(tǒng)，測得的室溫與實際室溫的誤差在-0．25～+0．25℃之間。但是，在A／D轉(zhuǎn)換部分沒有附加的調(diào)零和滿刻度調(diào)整電路，在實際的運用中可以加強對參考電壓的濾波處理和注意地線的連接及進行數(shù)據(jù)濾波等來保證精確度和穩(wěn)定性。此外，也可以運用數(shù)字式智能傳感器來滿足測量系統(tǒng)的測量精度、線性度、一致性等要求。