工业便携式低功耗高精度数字温度计设计(2)

AD7416是一款完整的单片温度监控系统，温度测量范围为-55℃至125℃。该器件包括带隙温度传感器和10位模数转换器，模数转换器用于监控温度并将温度值数字转换为0.25℃的分辨率。本文介绍的数字温度计利用AD7416测量局部温度，当热电偶参考端温度不为0℃时，可以输出待补偿的电压值。

2.4控制和显示电路

MSP430F413是德州仪器生产的超低功耗单片机。由于msp430f413包含多种功能模块(如锁频环、定时器、看门狗、比较器、液晶驱动电路、输入输出端口等)。)，它可以适用于不同的应用。其低功耗和低电压特性特别适用于电池供电的便携式仪器。MSP430F413分别通过P1.4、P1.5和P1.6连接到AD7705的SCLK、DIN和DOUT，形成三线接口。P1.3为低电平时，选择AD7705完成模数转换、校准和数据读取功能。模数转换完成后，可以从P1.7读取DRDY引脚的电平变化，从而使系统做出应用响应。由P6.5、P6.4和AD7416组成的I2C总线可以采集本地温度数据。

MSP430F413的P3、P4和P5端口均具有第二种功能。它们可以用作通用输入/输出端口，也可以用四个通信端口驱动24个分段引脚。在本设计中，显示部分采用六位笔段液晶显示器。引脚R33、R23、R13和R03之间的三个1ω电阻分压器可以为液晶显示器提供参考偏置电压。每个字符的大小为15毫米×10毫米，因此在一定距离上读取数据很方便。

另外，按键分别连接到三个引脚P1.0、P1.1和P1.2，可以设置为中断模式，采样时间间隔、阈值和控制系统通过三个按键进入低功耗状态或工作状态。

微控制器的时钟信号由32.768千赫晶体振荡器和片内振荡器电路产生，从而降低功耗。看门狗电路可以保证程序长时间正常运行。

如果系统每10秒收集一次数据，整个系统在一个周期内的平均电流为103.2 μ A，如果整个系统由3V/1AH电池供电，系统可以连续工作13个月。如果数据采集频率降低，电池寿命可以进一步延长。

3.软件和系统实验

本数字温度计系统软件由数据采集程序、定时器中断服务程序(入口地址为0FFE0h，优先级为0)、看门狗中断服务程序(入口地址为0FFF4h，优先级为10)、关键中断服务程序(入口地址为0FFE8h，优先级为4)、液晶显示程序和热电偶索引表数据组成。

系统中的单片机工作时处于活动模式，工作间隙可以设置为低功耗模式2，以降低功耗，达到延长电池寿命的目的。

由于MSP430F413芯片中的只读存储器只有8k字节，因此不可能完全存储分度表的数据。因此，在一定的误差范围内，近似线性部分可以由断裂段的段来近似。对于曲率较大的曲线，切比雪夫近似表达式可用于编程计算。

由于测量的环境温度和局部温度不会在工业环境中突然变化，因此可以间隔测量和显示温度。数据采集程序的算法具有自适应特性。因此，当某一温度在单位时间间隔内超过设定阈值时，MSP430F413将缩短采样时间间隔，以加快采样频率，并通过蜂鸣器U1和发光二极管D1发出声光报警信号。实验表明，AD7416具有较高的灵敏度，可以通过平滑局部温度数据来减少误差。

msp430f413单片机程序可以用c语言编写，可读性强，便于移植。该程序可以由IAREmbedded Workbench和IARC-SPYdebugger编译成机器代码。IAREmbedded Workbench系统软件包括MSP430F413单片机头文件msp430x41x.h和in430.h，该文件定义了特殊功能寄存器的名称、操作模式、输入/输出寄存器、定时器、系统时钟、电源管理、比较器、液晶显示寄存器、看门狗定时器、中断向量和库函数。程序代码可以通过MSP 430闪存模拟器工具的JTAG接口写入片内闪存只读存储器。由于MSP430F413单片机的JTAG接口支持在线编程，同时编写程序和升级现有程序非常方便。

系统的主流程图和定时器中断服务程序的数据采集流程图如图3所示。

图3系统主流程和定时器中断服务程序数据采集流程图

4.结束语

系统的精度和分辨率主要取决于传感器和模数芯片的精度和分辨率。As 数字应用中使用的变换不能完全消除误差，还应注意消除冷端温度或冷端补偿引起的误差和测温时连接补偿导线的误差，以及噪声、绝缘电阻、热阻等引起的电路误差和误差。根据实际需要，可采用高稳定性热电偶和精度为1℃的局部温度传感器，可在一定温度范围内提高精度。

本系统以MSP430F413和AD7705为核心，实现低功耗、高精度便携式温度计的设计。对于便携式仪器，该设计实现了低成本、宽测温范围条件下的低功耗、高精度要求，具有一定的实用价值。目前，该电路已经投入使用。实践表明，全便携式低功耗高精度数字温度计使用方便，运行稳定，待机时间长，具有广阔的应用前景。

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