基于MSP430F425的高精度便携式数字温度计

　　0　引言

　　文中介绍了一款可在-50~400℃范围内实现0·01℃高分辨力和0·05%±0·05℃高精度的便携式数字温度计的设计。在严格控制成本的同时充分考虑了系统的低功耗、硬件结构的简单化和系统温度漂移,既能够达到较高的测量精度,同时又可以随身携带,满足多种环境下的测量需求。文中从传感器的选择及表体本身等几方面详细阐明了该仪器的设计原理、软硬件结构等相关技术,并指出它的一些特点和优势。

　　1　系统设计原理

　　1. 1　系统硬件结构设计及其功能实现

　　系统由铂电阻传感器、恒流源激励电路、参考电阻、低通滤波器、MCU、液晶显示屏、按键和电池电压抬升电源电路。硬件结构简单,成本低,所选器件都是低功耗产品,体积小,易于整合在一个小巧的壳体中。整体结构如图1所示。

　　1. 1. 1　系统主控制器

　　系统的主控制器采用MSP430F425,主要特点如下:

　　(1)工作电压低(1·8~3·6 V),电流小(225μA/1 MHz/活动模式), 5种低功耗模式;

　　(2)LQFP64封装形式,所占空间很小;

　　(3)Δ-Σ型16位模拟数字转换器模块(SD16);

　　(4)片内集成128段LCD液晶驱动器。

　　特别的是MSP430F425片内自带256B信息Flash。这256B的信息Flash给仪表设计带来了方便,可以设计存放大型数据表,进行高效的查表处理;同时可以可靠存储仪表出厂前的校正数据和用户的自行校准数据,不易损坏。而且使用时就像RAM一样方便,只需直接调用变量名即可。

　　1. 1. 1. 1　模拟数字转换器应用

　　MSP430F425内部的模数转换模块可选多种过采样率。过采样率越大,得到的滤波效果越好,也增加了A/D转换器的分辨力,但却导致了响应时间的增加,不适用于对实时响应时间要求严格的测量应用。而具体到温度测量,由于其对系统响应速度要求不高,所以可设置为最大过采样率256,因此SD16实际得出转换值为24位的数据。转换值的结构如图2所示。

　　经过移位计算,最后得出其中18位的有效A/D转换值。需要注意的是, SD16的参考电压值一般不能超过1·2 V,同时A/D转换器的输入上限电压并不是一般的A/D转换器的2倍于参考电压,而是参考电压的一半,同时为了保证转换值的稳定与准确,最终输入上限电压如式(1)所示:

　　多种放大倍数为设计带来了方便,但是增大放大倍数却降低了信噪比,增大了线性误差,所以应尽量选择较小的放大倍数。

　　1. 1. 1. 2　LCD显示与按键的设计

　　片内LCD驱动器可工作于静态及2~4多选背极4种模式。LCD驱动电路如图3所示,图中R7、R8、R9、R10引脚设定液晶模拟偏置电压,提供驱动能力; S0 ~S31为段输出(每段3μA),COM0~COM3为公共输出,接LCD背极。对LCD的软件控制很方便,地址091H~0A0H的16个字节可存放128段要显示的状态信息,每位对应1段,其内容可自行编辑对应表获得。