基于OP07和LTC1543温度采集模块的设计

第 l8卷 Vo1．18 第 12期 No．12 电子设计工程 Electronic Design Engineering 2010年 l2月 Dec．2010 基才 OP07和 LTC1543温度采集模块的设计 石飞 飞 ．马 辰 (北京林业大学 理学院，北京 100083) 摘要 ：为 了实现对温度 高精度 、高速度 的采 集及 降低设计 成本 ，设计 了一种 简单 可行的温度采集模块。传感 器输 出原 始信号的幅度很 微弱 ，采 用 OP07高精度运 算放 大器组成 了信 号调理 电路 ，实现 了对温度传感器输 出电压的放 大。此 外 ．为了使单 片机 能对采集的温度信 息进行有 效地处理 ，使 用 TLC1543模数 转换芯片 实现 了从模拟信 号到数 字信号 的 高速转换。实践证 明，在 AT89C52单 片机的控制处理 下，此温度采集模 块能够稳 定有效地进行 温度 的采集，测量误 差小。 关键词 ：温度采集 ；NTC热敏 电阻 ；0PO7；TLC1543 中图分 类号 ：TN602 文献标识码 ：A 文章编号 ：1674—6236(2010)12—0057—03 Design of temperature acquisition module based on OP07 and LTC1543 SHI Fei-fei，MA Chen (College ofScience，Be~iingForestry Unwe~ity，Beijing 100083，China) Abstract：In order to speedly achieve highly accurate temperature and reduce the design cost，this paper presented a simple and feasible temperature acquisition module．Because the original signal’S amplitude output by sensor is weak，the signal conditioning circuit consists of OP07 precision operational amplifier，achieving the amplification of the output voltage from temperature sensor．In addition，to effectively process the temperature information by MCU，this design uses TLC1543 getting digital signals from analog signals by high—speed conversion．Practi6e proves this temperature acquisition module controlled by AT89C52 MCU can stably and effectively acquire temperature information，the measurement error is smal1． Key words：temperature acquisition；NTC therm istor；OP07；TLC 1543 温度是 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 征物体冷却程度的物理量，也是一种最基本的 环境 参数 转速和进给参数表a氧化沟运行参数高温蒸汽处理医疗废物pid参数自整定算法口腔医院集中消毒供应 ，在工农业生产及 日常生活中，对温度的测量及控 制始终占据着极其重要的地位【1】。用模拟传感器所得到的温 度信息是模拟量，不适于单片机的处理 ，所以 A／D转换器起 着至关重要的作用。基于LTC1543温度采集模块，分辨率高， 速度快，性价比高。 1 测量系统概述 典型 的温度测 量控制 系统 如图 1所 示 ，由温度 采集模 块、单片机 、显示电路和反馈控制电路构成。温度的采集是温 度测量控制的前提，简单可行的温度采集系统是温度测量及 控制系统 的发展方 向之一。因此 ，这里提 出一种 简单可行 的 温带采集模块的设计方法。 i阻 青 ；l对象J 温度采集模块 ：I f l 薹 ： 反馈控制 ： 图 1 温度 测量控 制系统框 图 Fig．1 Block diagram of temperature measurement and control system 收稿 日期 ：2010—08—03 稿件编号 ：201008005 2 传感器的选择 热敏电阻依其电阻值随温度变化的情形，主要可将其分 为负温度 系数 (Negative Temperature Coefficient，NTC)热敏 电 阻及 正 温度 系数 (Positive Temperature Coefficient，PTC)热 敏 电阻 2种 。PTC的 电阻值 可以随温度 的上升而增大 ，由于其 温度系数非常大．主要用在消磁电路、加热器、电路保护 、电 机启动、暖风机 ，风速测量，温度控制与补偿。NTC的电阻值 可以随温度的上升而下降，由于其温度系数非常大 ，所以可 以检知微小的温度变化，因此被广泛应用在温度的测量、电 路软启动 ．控制与补偿。因此这里选择负温度系数的热敏电 阻 ，它的实测 温度值见表 1。 电阻值和温度变化的关系式为 ： RT=RNexp[B(1／ 1／ )] (1) 其中，肼 为在温度 T(K)时的 NTC热敏电阻阻值，R 为 在额定温度 (K)时的 NTC热敏电阻阻值。( 取 25℃，尺N= 1．20 kQ)．T为 规定 温度 (K)，B为 NTC热敏 电阻 的材料 常 数 ，又 叫热敏指数 。而且 ， K=℃+273．15 (2) 通 过公式 (1)、(2)以及 表 l，可求 得 B=3 900 K，从而 可 作者简介 ：石飞飞(1987一 )，女 ，广西北海人 。研 究方向：电子信息科 学与技术 。 - 57- 《电子设计工程)2olo年第 l2期 袭 1 热敏电阻实测温度值 Tab．1 The measured teml~rature of thermistor 以得出电阻值 和温度变化的关系式为 ： Rv=R~xp3900(1／T-1／ ) (3) 3 调理电路的设计 由于传感器直接输出的模拟量幅度一般较低，同时为了 更好地提高系统的抗干扰能力．在传感器的后端一般要进行 调理 。调理电路通常选用运算放 大器完成 。这里 ，采用 OP07 组成一个差分 放大器完成后续幅度放 大和隔离 。OPo7具有 极低的输入失调电压 、失调电压零漂 、噪声电压等特点。调理 电路的原理图如图2所示，其中R 为热敏电阻。传感器输出 电压经过放大后 ，输出给 AD转换器。 图 2 调理 电路原理 陶 Fig．2 Schematic of conditioning circuit 电压增益为 ： A=I+Rr／Rl (4) 根据公式(4)，可知改变 R嘏 。的值可 以改变电压的放大倍数 。 4 TLCl543转换原理及软件设计 4．1 TLCl543转换原理说明 TLC1543是 1rI公司的多通道 、低价格的 CMOS 1O位开 关电容逐次逼近模数转换器，具有输入通道多，高速、高分辨 率、性价比高、易于和单片机和单片机接口的特点121，其引脚 如图 3所示f3J。芯片内部有 1个 I4通道多路选择器可选择 I1 个模拟输入通道或 3个内部 自测电压中的任意一个进行测 试 ，可广泛应用于各种数据的采集 。 TLC1543工作时序如图4所示．其工作过程分为2个周 期：访问周期和采样周期。工作时 CS必须置低电平。CS为高 - 58- VCC EOC I／0 CLocX ADDRESS DATA OUT CS REF+ REF— A10 A9 图 3 TLC1543弓I脚 图 Fig．3 Pin map of TLC1543 电平时，I／0 CLOCK、ADDRESS被禁止．此时 DATA OUT为高 阻状态。当 CPU使 CS变低时，TLC1543开始进行数据转换 ， I／0 CLOCK、ADDRESS使能．DATA OUT脱离高阻状态。此 后 。CPU向 ADDRESS端提供 4位通道地址 。控制 14个模拟 通道选择器从 l1个 外部 模拟输人和 3个 内部 自测电压中选 通 1路送到采样 保持电路 。同时 ．I／O CLOCK端输入 时钟时 序 。CPU从 DA I’AOUT端接收前一次 A，D转换结果 。I／O CLOCK从 CPU接收 lO时钟长度的时钟序列。前 4个时钟从 ADDRESS端转载地址寄存器．选择所需的模拟通道．后 6个 时钟为模拟输入的采样提供控制时序。模拟输入的采样起始 于第 4个 I／O CLOCK的下降沿．并一直持续 6个 l，0 CLOCK 周期，即到第 l0个 I／O CLOCK的下降沿。CS的上升沿终止 于一次 I，0 CL0CK工 作过程并 在规定的延迟 时间 内使 DATAOUT引脚返回到高阻的状态，经过两个系统时钟周期 后使 I，0 CIJ()CK和 ADDRESS端无效。 -] JlI_12U3U4U5I 卜 地址输入—· 一 呸 D蚴 曩： 同同啊 4．月 ， D④@l，．1 蚺 据 移 出 — A／D 。{ 。一l 移位输入地址同时输出 上== l f 前一次采样数据 一 转换 l 开始 开始 陶4 TIC1543时序图 Fig．4 Timing diagram of TLC1543 4．2 软件设计 TLCl543的 3个控制输入端 CS、I，0 CL0CK、ADDRESS 和 1个数 据输 出端 DATA OUT遵循 串行 外设接 口 SPI 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 。 要求微处理器具有 SPI接口，若没有 SPI接口，需要通过软件 模拟 SPI协议以便和TLc1543接口。 TLC1543 SPJ接 口软件设计流程如图 5所 示。 部分编程代码 如下 ： fI声呗变量 uint ad； uint i； ||初姥化 uchar al=O，ah--O； 柚 ¨ 墟 帅 啪 一 ^ 石飞飞．等 基于 OP07和 LTC1543温度采集模块的设计 I 堕 J 翼 臣 煎蔓=] 匹 圆 圆囱 窖 回 }f免取 D9．D8 f0r(i_O；i<2；i++) { D OUT=I； CLOCK=1； ah<<=l： if(D_OUT)ah+--Ox01； CI 0CK=0： l ，，再取 D7一一DO for(i=0；i<8；i++) { D 0U r-l； CIJ0CK=l： al <<：l： if(D—l0UT)al +=0x01； CLOCK=0； l 此外 ，在进行 软件编写 时 ，应注意 TLC1543通道 地址必 须为写入字节的高 4位 ，而单片机读人 的数据是芯片上次 MD 转换完成的数据 。 5 结束语 该温度采集模块使用的元器件少，其次不要求单片机有 SPI接口，采用软件模拟 SPI接口，简单易行，工作稳定，可靠 性强。经过与 AT89C52单片机和 LCD1602液晶显示连接 组成的温度测量 系统 ，测得的室温与实际室温的误差在 一 0．25～+0．25℃之问。但是，在 A，D转换部分没有附加的调 零和满刻度调整电路 ，在实际的运用中可以加强对参考电压 的滤波处 理和 注意地线 的连接及进行 数据滤 波等来保 证精 确度和稳定性I51。此外 ，也可以运用数字式智能传感器来满足 测量系统的测量精度、线性度、一致性等要求[6-71。 参考文献： 【l1陶冶，袁永超，罗平．基于DS18B20的单片机温度测量系统 [J】．农机化研究，2007(10)：160-161． TAO Ye， YUAN Yong—chao，LUO Ping．The temperature measure system based on DSI8B20 『J1． Journal of Agricultural Mechanization Research。2007(10)：160—161． 【2】郑义，陈俊．用AT89C52和rrIJC1543实现数据采集 系统【j】．电 子世界 ，2004(12)：24—25． ZHENG Yi．CHEN Jun．Achieve data acquisition system witIl AT89C52 and TLC1543『J】．Electronics World，2004(12)： 24-25． 【3】易先军，叶春生，敖友礼．TLC1543在异步电机节电器中的 应用【J1．电子技术，2004(1O)：42—45． YI Xian~un，YE Chun—sheng，AO You·li． e application of TLC1543 in induction motor saver 『J】． Electronic Technology，2OO4(10)：42-45． f41卢丽君．基于TLC1543的单片机多路采样监测系统的设计 [J】．仪器仪表与 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 监测，2007(4)：5-6． LU Li-jun．Design of single chip micro controller multi-way sampling monitoring system based on TLC1543 [J]． Instrumentation Analysis Monitoring，2007(4)：5-6． 【5】李敏，王宝勒．基于TLC1543的数据采集监控 系统的实现 [J1．微计算机信息，2009，25(5-1)：103—104． 【JI Min．WANG Bao—qin ．Realize of data acquisition monitoring system based on TLC1543 【JJ．Microcomputer Information，2009，25(5—1)：103—104 ． 【6】李勇，艾竹君，刘巧云，等．一种新型温湿度测量 系统的设 计[J】．低温与超导，2007，35(5)：451-452． LI Yong，AI Zhu~un，LIU Qiao-yun，et a1．A new design for tempera ture／humidity measuring system[J】．Cryogenics and Superconductivity，2007，35(5)：451-452． 【7J谢健，白鲒，黄伟刚，等．汽轮发电机氢冷 系统湿度超标原 因分析及对策【J]．陕西电力，2010，38(9)：30—33． XIE Jian，BAI Jie，HUANG Wei-gang，et a1．Causes analysis and of humidity overproof in hydrogen supply system for hydrogen-cooled turbogenerator[J]．Shaanxi Electric Power2010，38(9)：30—33． - 59-