測量溫度一般采用熱敏電阻做傳感器，測量的方法有R—V轉換電壓測量法和R—F轉換頻率測量法。這兩種方法的電路復雜且成本高，電路中很多元器件直接影響測量精度。本文論述一種類R—F轉換頻率的測量法，用NE555定時器和熱敏電阻等器件構成振蕩器，由MSP430單片機的捕獲功能來捕獲多諧振蕩器輸出信號的高低電平并計數，熱敏電阻Rt與捕獲高低電平時的計數值的差值成正比關系。該方法電路簡單、成本低，系統流程框圖如圖1所示。
1 負溫熱敏電阻 PT-25E2熱敏電阻溫度阻值變化曲線如圖2所示。PSB型負溫熱敏電阻由Co、Mn、Ni等過渡金屬元素的氧化物組成，經高溫燒成半陶瓷，利用半導體毫微米的精密加工工藝，采用玻璃管封裝，耐溫性好，可靠性高，反應速度快且靈敏度高。它采用軸向型結構，便于安裝，能承受更高溫度，且玻璃封裝耐高低溫(-50～350℃)。
2 MSP430單片機計數法測溫原理 以NE555定時器為核心組成典型的多諧振蕩器，把被測熱敏電阻Rt作為定時元件之一接入電路中，NE555定時器輸出引腳接MSP430單片機的P1．2腳(Timer_A：捕獲、CCI1A輸入引腳)。系統電路如圖3所示。
由NE555工作原理可知，多諧振蕩器輸出信號(周期性矩形波)的高電平時間(1個周期內)為：
由上述測量原理可知，誤差主要來源為：R1、R2精度，單片機的定時器和電容器的精度以及穩定度。這里選用高精度(±0．001％)、溫度系數小于±0．3×10-6／℃的精密金屬箔電阻器。因此當選用高精度、高穩定度的電容器，且單片機的工作頻率足夠高，就可以得到較好的測溫精度。 3 MSP430單片機捕獲原理 捕獲計數法的原理如圖4所示。通過 MSP4．30單片機TACTL寄存器給定時器A設置一個固定的時鐘頻率，和計數模式(本系統設為連續模式)。又知Timer A工作在連續計數模式時，TAR(16位)計數范圍是O-FFFFH值。定時器A連續模式計數啟動后，TAR的值開始從0-FFFFH—O— FFFFH……不斷重復計數，直至軟件控制其停止計數為止；同時設置TACCTL寄存器的CMx、CAP、CCIE位，在多諧振蕩器輸出方波的上升沿和下降沿都觸發捕捉并中斷。這樣當每次沿到來，進入中斷并捕獲上升沿和下降沿時刻的值(如TACCRla、ACCR1b、TAC—CRlc、 TACCR1d......)，然后用此次捕獲的值減去上次捕獲的值即可得高或低電平時間內的計數值NH、NL。例如：NH=TACCR1b- TACCRla、NL=TACCR1c-TACCR1b，代入式4、式5便可得出Rt的值，查表即得溫度值。
TASSELx：4種時鐘源供選擇。 IDx：4種預分頻選擇。 MCx：TAR計數模式選擇，MCx=11，上升沿和下降沿都捕獲。 TAIE：Timer_A中斷使能，為“1”中斷使能。 CMx：捕獲觸發信號選擇。 SCS：捕獲同步或異步選擇，“0”同步、“1”異步。 CAP：捕獲模式選擇，“0”比較、“1”捕獲。 CCIE：捕獲／比較中斷選擇，為“1”中斷使能。 4 軟件設計 基于MSP430單片機捕獲中斷測溫程序流程如圖5、圖 6所示，包括主程序流程、捕獲中斷和溢出中斷流程。 Timer_A初始化代碼如下(MSP430F149)：
捕獲終端和溢出中斷函數代碼如下：
代入常量f、C1、R2的值，即可得熱敏電阻阻值，通過查表可得溫度值。查表溫度間隔一般為1℃，如果忽略熱敏電阻1℃以內的非線性誤差，可以將兩攝氏度之間取線性計算，這樣可以得到0.01℃的分辨率。 結語 由測量原理知：被測電阻的阻值越大，測量誤差越小。筆者已應用該方法設計出一款溫度計，測量范圍為—0～80℃，分辨率達到0．01℃，誤差在0．3℃以內。該設計 充分利用了MSP430單片機的捕獲功能和低功耗功能，使得電路功耗低、電路簡潔、價格低廉、精度高。 參考文獻 1. 謝興紅.林凡強.吳雄英 MSP430 單片機基礎與實踐 2008 2. 芝浦電子 PT -25E2 -H1 Data sheet 2000 3. 揚兆選 NE555 定時器原理及實用電路集錦 1989 4. 田開坤 基于AVR 單片機捕獲中斷和熱敏電阻的溫度測量 2008(3) 5. 胡大可 MSP430 系列超低功耗16位單片機原理與應用 2000 作者：湖北師范學院 黃勁松 田開坤 來源：單片機與嵌入式系統應用 2009 (4) |
