數字溫度傳感器可直接與微處理器進行接口，大大方便了傳感器輸出信號的處理。本文以PWM模式輸出的TMP04型數字式溫度傳感器為例，介紹由PCI單片機實現的幾種測溫方案，并給出軟件設計流程。
1 引言
數字式溫度傳感器主要的輸出模式有PWM、SPI、I2C、SMBus等，當今主流的單片機幾乎都支持這種接口方式，文中以PWM輸出模式為例，討論了PIC單片機對于這種輸出模式的測溫方案。PWM模式輸出的數字溫度傳感器如TMP03/04、TPM05/06等，都是將傳感器件測得的溫度信息數字化后，經過一定的輸出編碼，調制成占空比與溫度成正比的數字脈沖信號單線輸出。輸出信號接入微處理器后，只需測得數字脈沖信號的占空比就可由軟件運算得到相應的溫度信息。而對于微處理器來說，輸入信號占空比的計算方式多種多樣以PCI系列單片機為例，在PIC16、PIC17、PIC18中均可由CCP模塊的捕捉功能、RB端口電平變化中斷功能，外部中斷功能等多種方法實現。以下將分別作以介紹。
2 硬件設計
由于數字式溫度傳感器直接輸出數字脈沖信號，無需后續(xù)的AD轉換和溫度補償，所以基于數字式溫度傳感器的測溫電路硬件非常簡單，僅需要單片機微處理器和傳感芯片就可實現。除了個別集電極開路輸出的傳感芯片在接入單片機時需要外加上拉電阻以外，其余的傳感芯片可與單片機直接相連。在此選用PCI系列單片機作為微處理器，ADI公司的TMP04數字式溫度傳感器作為傳感芯片。
2.1 PIC系列單片機簡介
PIC系列單片機是美國微芯(Microchip)公司生產的8位COMS單片機，它內部采用哈佛總線結構，使得全部指令單字節(jié)、單周期化，有利于提高CPU執(zhí)行搜集的速度，從而提高單片機的運行速度。它的指令系統(tǒng)采用精簡指令集(R1SC)技術，尋址方式非常簡單，便于程序的編寫與調試。它豐富的外部功能模塊更是為外設提供了極其方便的接口，使得許多外部設備可以直接與微處理器進行通信。本設計采用的PIC18F458具有最大25mA的拉/灌電流、3個外部中斷、4個定時器/計數器、2個捕捉/比較/脈沖調制(CCP)模塊、SPI和I2C二種工作方式的主同步串行模塊(MSSP)、可尋址的USART模塊、高級10位8通道模數轉換器以及集成的CAN總線模塊等多種外圍功能模塊。
3.2 由RB端口電平變化中斷實現
與其它單片機不同，PIC單片機的RB4-RB7端口具有輸入電平變化中斷功能，當RB4-RB7任意一個引腳上的輸入電平發(fā)生變化(由高變低或由低變高)時，都可以引起CPU中斷，執(zhí)行中斷處理程序。因此，可以將TMP04的輸出信號輸入RB4，當輸入RB4的信號發(fā)生跳變時，利用RB4的電平變換中斷調用中斷處理程序分別對信號高低電平的脈寬進行測量，從而間接算出信號的占空比，最終得到TMP04輸出的溫度信息。程序流程圖如圖5所示。
3.3 由外部中斷INT實現
由外部中斷INT實現與由RB端口電平變化中斷實現的設計方案類似，都是由單片機響應電平變化產生中斷，再通過中斷服務程序計算高低脈寬，從而得到TMP04輸出信號的占空比和所攜帶的溫度信息。所以由外部中斷INT實現和由RB端口電平變化中斷實現程序類似，只是將中斷源改為INT0(INT1，INT2均可)中斷，使能INT0中斷使能位INT0IE，判斷INT0中斷標志位INT0IF，由于INT0輸入為RB0引腳，上例中設RB0為輸入，并由INTEDG0判斷高低電平即可，注意要啟動RB口的弱上拉功能，其總體的程序流程程圖類似圖5。
4 實驗數據對比
利用簡單的電路及以上軟件程序在室溫為24.1℃時，筆者用三種方法測量溫度，為了得到更好的精度，每種分別設計了泄編和C評議二種測溫程序，其結果與平均值如表1所示。
表1 測試結果與平均值
5 結束語
由于測量脈寬是由定時器在高電平(低電平)期間計數實現的，所以單片機的指令周期將直接影響到測量的精度，指令周期越短精度越高。但是如果指令周期短而晶振頻率高，將會引入高頻干擾，所以晶振要根據系統(tǒng)實現情況選取。此外還要注意PIC單片機定時器預分頻比的設定，應在保證測量傳感器信號脈寬進不會發(fā)生溢出的情況下使分頻比最小，這樣有利于提高測量精度。