AD7416是一款完整的單片溫度監控系統，溫度測量范圍為-55℃至125℃。該器件包括帶隙溫度傳感器和10位模數轉換器，模數轉換器用于監控溫度并將溫度值數字轉換為0.25℃的分辨率。本文介紹的數字溫度計利用AD7416測量局部溫度，當熱電偶參考端溫度不為0℃時(shí)，可以輸出待補償的電壓值。

2.4控制和顯示電路

MSP430F413是德州儀器生產(chǎn)的超低功耗單片機。由于msp430f413包含多種功能模塊(如鎖頻環(huán)、定時(shí)器、看門(mén)狗、比較器、液晶驅動(dòng)電路、輸入輸出端口等)。)，它可以適用于不同的應用。其低功耗和低電壓特性特別適用于電池供電的便攜式儀器。MSP430F413分別通過(guò)P1.4、P1.5和P1.6連接到AD7705的SCLK、DIN和DOUT，形成三線(xiàn)接口。P1.3為低電平時(shí)，選擇AD7705完成模數轉換、校準和數據讀取功能。模數轉換完成后，可以從P1.7讀取DRDY引腳的電平變化，從而使系統做出應用響應。由P6.5、P6.4和AD7416組成的I2C總線(xiàn)可以采集本地溫度數據。

MSP430F413的P3、P4和P5端口均具有第二種功能。它們可以用作通用輸入/輸出端口，也可以用四個(gè)通信端口驅動(dòng)24個(gè)分段引腳。在本設計中，顯示部分采用六位筆段液晶顯示器。引腳R33、R23、R13和R03之間的三個(gè)1ω電阻分壓器可以為液晶顯示器提供參考偏置電壓。每個(gè)字符的大小為15毫米×10毫米，因此在一定距離上讀取數據很方便。

另外，按鍵分別連接到三個(gè)引腳P1.0、P1.1和P1.2，可以設置為中斷模式，采樣時(shí)間間隔、閾值和控制系統通過(guò)三個(gè)按鍵進(jìn)入低功耗狀態(tài)或工作狀態(tài)。

微控制器的時(shí)鐘信號由32.768千赫晶體振蕩器和片內振蕩器電路產(chǎn)生，從而降低功耗?？撮T(mén)狗電路可以保證程序長(cháng)時(shí)間正常運行。

如果系統每10秒收集一次數據，整個(gè)系統在一個(gè)周期內的平均電流為103.2 μ A，如果整個(gè)系統由3V/1AH電池供電，系統可以連續工作13個(gè)月。如果數據采集頻率降低，電池壽命可以進(jìn)一步延長(cháng)。

3.軟件和系統實(shí)驗

本數字溫度計系統軟件由數據采集程序、定時(shí)器中斷服務(wù)程序(入口地址為0FFE0h，優(yōu)先級為0)、看門(mén)狗中斷服務(wù)程序(入口地址為0FFF4h，優(yōu)先級為10)、關(guān)鍵中斷服務(wù)程序(入口地址為0FFE8h，優(yōu)先級為4)、液晶顯示程序和熱電偶索引表數據組成。

系統中的單片機工作時(shí)處于活動(dòng)模式，工作間隙可以設置為低功耗模式2，以降低功耗，達到延長(cháng)電池壽命的目的。

由于MSP430F413芯片中的只讀存儲器只有8k字節，因此不可能完全存儲分度表的數據。因此，在一定的誤差范圍內，近似線(xiàn)性部分可以由斷裂段的段來(lái)近似。對于曲率較大的曲線(xiàn)，切比雪夫近似表達式可用于編程計算。

由于測量的環(huán)境溫度和局部溫度不會(huì )在工業(yè)環(huán)境中突然變化，因此可以間隔測量和顯示溫度。數據采集程序的算法具有自適應特性。因此，當某一溫度在單位時(shí)間間隔內超過(guò)設定閾值時(shí)，MSP430F413將縮短采樣時(shí)間間隔，以加快采樣頻率，并通過(guò)蜂鳴器U1和發(fā)光二極管D1發(fā)出聲光報警信號。實(shí)驗表明，AD7416具有較高的靈敏度，可以通過(guò)平滑局部溫度數據來(lái)減少誤差。

msp430f413單片機程序可以用c語(yǔ)言編寫(xiě)，可讀性強，便于移植。該程序可以由IAREmbedded Workbench和IARC-SPYdebugger編譯成機器代碼。IAREmbedded Workbench系統軟件包括MSP430F413單片機頭文件msp430x41x.h和in430.h，該文件定義了特殊功能寄存器的名稱(chēng)、操作模式、輸入/輸出寄存器、定時(shí)器、系統時(shí)鐘、電源管理、比較器、液晶顯示寄存器、看門(mén)狗定時(shí)器、中斷向量和庫函數。程序代碼可以通過(guò)MSP 430閃存模擬器工具的JTAG接口寫(xiě)入片內閃存只讀存儲器。由于MSP430F413單片機的JTAG接口支持在線(xiàn)編程，同時(shí)編寫(xiě)程序和升級現有程序非常方便。

系統的主流程圖和定時(shí)器中斷服務(wù)程序的數據采集流程圖如圖3所示。

圖3系統主流程和定時(shí)器中斷服務(wù)程序數據采集流程圖

4.結束語(yǔ)

系統的精度和分辨率主要取決于傳感器和模數芯片的精度和分辨率。As 數字應用中使用的變換不能完全消除誤差，還應注意消除冷端溫度或冷端補償引起的誤差和測溫時(shí)連接補償導線(xiàn)的誤差，以及噪聲、絕緣電阻、熱阻等引起的電路誤差和誤差。根據實(shí)際需要，可采用高穩定性熱電偶和精度為1℃的局部溫度傳感器，可在一定溫度范圍內提高精度。

本系統以MSP430F413和AD7705為核心，實(shí)現低功耗、高精度便攜式溫度計的設計。對于便攜式儀器，該設計實(shí)現了低成本、寬測溫范圍條件下的低功耗、高精度要求，具有一定的實(shí)用價(jià)值。目前，該電路已經(jīng)投入使用。實(shí)踐表明，全便攜式低功耗高精度數字溫度計使用方便，運行穩定，待機時(shí)間長(cháng)，具有廣闊的應用前景。

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