基于单片机的超低功耗电子温度计的设计

文章摘要：Rsens=RrefTmeas／Tref式中，Rsens为被测热敏电阻，Tsens为被测组件放电时间，Tref为参考组件放电时间，Rref为参考精密电阻。由上式可以看出，只要电压和电容的值在测量中保持稳定，电压和电容的具体取值便不再重要，这是因为在比例测量原理中，这些因素在计算过程中已被消除。因此，尽管仪表的供电电池的电压具有离散性，并且该电压会随着时间的推移逐渐减小，但是，由于被测电阻值的测量与电源电压值的大小毫无关系，所以该测量方法具有电源电压自补偿特性。3.2 LCD液晶驱动显示电路LCD显示电路可采用HT1621驱动，HT1621是128点内存映象和多功能的LCD驱动器。HT1621的

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　　Rsens=RrefTmeas／Tref

　　式中，Rsens为被测热敏电阻，Tsens为被测组件放电时间，Tref为参考组件放电时间，Rref为参考精密电阻。

　　由上式可以看出，只要电压和电容的值在测量中保持稳定，电压和电容的具体取值便不再重要，这是因为在比例测量原理中，这些因素在计算过程中已被消除。因此，尽管仪表的供电电池的电压具有离散性，并且该电压会随着时间的推移逐渐减小，但是，由于被测电阻值的测量与电源电压值的大小毫无关系，所以该测量方法具有电源电压自补偿特性。

　　3.2 LCD液晶驱动显示电路

　　LCD显示电路可采用HT1621驱动，HT1621是128点内存映象和多功能的LCD驱动器。HT1621的软件配置特性使它适用于多种LCD应用场合，包括LCD模块和显示子系统。用于连接主控制器和HT1621的管脚只有4或5条。此外，HT1621还有一个节电命令用于降低系统功耗。

　　用此LCD液晶驱动器可驱动4路公共端、1／3偏压比的4位液晶板。此驱动电路还具有待机功能。当系统进入待机模式后，驱动芯片和液晶板的总耗电量小于1μA(几乎为零)。

　　4软件设计

　　4.1  电源管理软件的低功耗设计

　　要想最大效率地利用电池的能量，延长便携式仪表的电池使用寿命，除了选择低电压低功耗器件为硬件基础外，还必须编制具有灵活的电源管理软件，具体措施如下：

　　(1)由于微处理器内部的基本模块都有各自的电源开关，只有在使用时才打开。因此，进行温度采样时，可通过软件启动定时器Timer_a，开始捕获；采样结束时，再通过软件关闭定时器，禁止捕获；

　　(2)由于温度属时慢变参数，因此，温度的采集应采用定时中断方式。即在CPU初始化后立即进入低功耗模式，等待中断。定时器中断将再次唤醒CPU进行温度采集和数据处理，并将此时的温度值存人Flash Ram中，处理完毕后，CPU再次进入低功耗模式；

　　(3)对CPU状态进行智能化管理。MSP430单片机具有LMPO～LMP4等5种低功耗模式(LMP的序号越高，该模式下的功耗越低)。不采集温度时，可使CPU处于低功耗模式LMP3(V为3 V，f为32768 Hz)，该模式下的工作电流小于2μA。从低功耗模式到工作模式的转换时间小于6μs。

　　(4)为了降低电流消耗，可在温度检测电路里用3根I／O口线．并使其平时均处于高阻态，而在数据采集过程中，再通过CPU将相应的口线切换到输出状态。

　　4.2软件程序

　　本系统软件由主程序、定时中断服务程序和一系列子程序组成。主程序用于完成单片机的初始化以及等待中断。定时中断服务程序包括测量用的定时充电程序、数据处理子程序以及放电时间测量程序等。其放电时间测量程序流程图如图3所示。被测电阻的测量精度取决于放电时间的测量周期数，例如，当所需分辨率为10位时，可设置计数器的最大值为1024个测量周期。

　　MSP430的工作模式可通过模块的智能化运行管理软件和CPU的优化状态组合来支持超低功耗的各种要求。主要是使系统中的单片机工作时处于激活模式，工作间隙则将其设定为低功耗模式，以降低系统功耗。

　　5  系统测试

　　5.1测试方法

　　根据环境要求，对本系统的测试可反复在不同温度环境中进行，同时根据数据误差调整软件和硬件来进行校准。温度可采用按度对照校准的方法来测量。

　　5.2误差分析

　　本测试所使用的仪器包括计算机、EZ430编程器、示波器、精密数字电流表、数字万用表、温度计和秒表等。

　　在超低功耗的实现上，可采用极低功耗的组件，并控制漏电流的产生。使微处理器工作在较低频率和使用待机模式，并可优化软件运行，以使整机功耗完全达到最低。

　　6结束语

　　本电路的优点是分辨率高、功耗低。整个电路的特点是外围组件和可调组件少，工作稳定可靠。该系统设计思想对超低功耗、微型便携式的智能化检测仪表的研究和开发具有一定的参考价值。（中电网 作者：朱秀斌 李高建 范栋梁）

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