基于单片机的多点温度测量仪的设计

　　许多场合需要对多点温度进行监控。 测量温度的传感器比较多，目前普遍采用的是热电偶和热电阻。 热电偶测量温度范围宽、精度高、性能稳定，但价格高且输出热电动势低，不便于使用。 金属热电阻测量温度范围在几百度以内，测量精度也较高，但是输出灵敏度较低。半导体热电阻即热敏电阻， 具有高输出灵敏度的特点，且随着加工工艺的改善，测量精度和互换性都有了很大的提高，且价格低廉。

　　1 测量电路的设计

　　多点温度测量仪由热敏电阻、多路转换开关、电阻-脉宽 转换 电路、单 片机 、显示部 分和 RS232 串行 输出 接口组成，如图 1 所示。每个热敏电阻由单片机控制，经多路转换开关与电阻-脉宽转换电路相连， 并被转换成与其阻值成正比的脉宽信号， 单片机对脉宽信号进行测量，从而得到热敏电阻的阻值，再经过查表得到被测温度。

　　1.1 电阻 - 脉宽转换电路

　　电阻-脉宽转换电路由 555 芯片、 电阻 R 和电容 C组成,如图 2 所示。 电阻-脉宽转换电路实际上是一个单稳 态 触 发 电 路 。 图 中 虚 线 框 内 为 555 的 原 理 电 路 ，555电路包括一个三极管开关 T1,2 个电压比较器 C1和 C2，一个基本 RS 触发器，以及由 3 个阻值为 5 kΩ 的电阻组成的分压器[ 1]。

　　对于该单稳触发器 ，只要在其触发端 (引脚 2)施加一个低电平触发信号，它 便会输 出一 高电 平信号 ，该高电 平 持 续 的 时 间 为 电 容 C 上 的 电 压 由 零 上 升 到 2Ec/3所需的时间,而这段时间的长短是由外接电阻 R 和电容C 所决定的 。 若保持电容 C 不变 ， 这段高电平时间则与外接电阻 R 成正比，所以根据输出高电平的 持 续 时 间 ， 即 脉 冲 宽 度 便 可 知 道 电 阻 R 的 大小。 转换电路所输出的高电平宽度(时间 t)与外接电阻和电容的关系为 t=RCln3。

　　这里，温度传感器选用的是热敏电阻，同金属热 电 阻 相 比 ，热 敏 电 阻 的 温 度 系 数 比 较 大 ，且 阻值较高，这样转换电路的电容 C 可以选择性能比较稳定的小电容, 以保证转换电路长期工作的稳定性。

　　1.2 单片机

　　单片机 采用 微芯公 司的 PIC16F876 型 号 单 片机[ 2]。 为了准确测量电阻 - 脉宽转换电路输出的脉冲宽度， 这里利用了该单片机的捕捉输入 接口 。PIC16F876 单 片 机 有 两 个 捕 捉 输 入 接 口 CCP1 和 CCP2 ，每个接口由两个 8 bit 寄存器构成。 CCP1 对应 RC2引脚，CCP2 对应 RC1引脚。 对于捕捉输入接口 CCP1， 当 RC2引脚每出现一个脉冲的上升沿或下降沿(可以设定)时，就会将单片机内部的一个 16 bit 定时器的内容送入捕捉接口的两个 8 bit 寄存器中，根据这个功能，便可准确 地测量电阻-脉宽转换电路输出的脉冲宽度。 具体测量方法是：首先，单片机发出一个脉冲 ，触发电阻-脉宽转 换电路，使其输出端变为高电平，同时让单片机内部的 16bit 定时器开始计时 ， 当电阻 - 脉宽转换电路输出的脉冲信 号 结 束 时 ，RC2的 引 脚 上 便 会 出 现 一 个 下 降 沿 ，CCP1捕捉到这个下降沿后, 立即将单片机内部的 16 bit 定时器的 数据送 往 CCP1 的 两个 8 bit 寄 存 器 中[ 3]， 这 个 数 据就是电阻-脉宽转换电路输出的脉冲宽度。 由于对下降沿的捕捉是由单片机内部硬件完成的，因此用这种方法对脉冲的宽度进行测量可以保证测量精度。