单片机与数字温度接口及程序设计分析

数字式温度传感器(简称SWC)，又称集成数字脉冲式感温探头，是一种新型的三端温度变送器件。该器件采用集成模块化设计，可以直接将被测温度信号转化为数字脉冲信号输出，具有传输距离远，抗干扰能力强，转换精度高等优点。它可以方便地与51系列单片机接口，而省去A/D转换集成电路，降低成本，提高可靠性，缩小体积，可广泛应用于军事、医药卫生、食品及自动化测控系统中。

SWC三条引脚的名称分别为控制线(K)、信号线(S)、公共线(G)。其K端实际上也是电源线，其工作方式为加电启动或宽脉冲触发式。当对其控制线加电(或宽脉冲)触发时，经复位时间TQ之后信号线上便输出一串脉冲。该串脉冲的个数即表示被测温度的数字量(见图1)。

 

这里需要说明一点，输出脉冲个数的多少不取决于加电脉冲的宽度，而取决于SWC内部正比于温度的参考电压的大小，即取决于温度的高低。利用SWC这种特点，可以方便地与单片机配接。方案有两种，下面分别予以介绍。

1.外加电方式

第一种方案为外加电方式，即控制线K上所加宽脉冲为一外接振荡器，由振荡器的脉宽控制SWC启动，如图3-99所示。SWC传感器出厂均严格约定每个脉冲为0.1℃的增量，而脉冲频率为15 kHz左右。8031单片机的P3，4/TO、P3.5/Ti引脚为计数器时，对外部事件的最高计数速度为fosc/24。若机器晶振为6 MHz，6 MHz/24>15 kHz，则计15 kHz左右的脉冲是没有问题的。15 kHz脉冲的周期为0.067 ms，SWC传感器的测量上限若为150℃，则须计1500个脉冲，大约100 ms。即在控制线K端加电的脉宽应大于100 ms.否则会引起误差。重复对SWC进行加电启动，可实现对被测温度的连续采样。

若以P3.4/TO为计数输入端，则必须将8031特殊功能寄存器TMOD中的D3位，即门控制位GATE置为1，并将D2位C/INTo位置为1，则只有当定时器运行控制位TRo =1，且INTo引脚为高电平时，才启动To计数器计数。这种情况下，只要INTo为高电平，计数便开始;INTo为低电平，停止计数。T0计数受控于INTo的高低电平。利用这一特点，让SWC的控制线K与INTo相连，只要INTo变为高电平，一方面给SWC加电，其输出15 kHz的脉冲;另一方面使8031计数器To开放，开始计数。计数脉冲的多少，就是温度的数字量。

图2中，IC1为施密特触发器。它和电容C、电位器Wl、W2一起构成占空比和频率均可调的多谐振荡器。Wl、W2可设定脉冲占空比;振荡器输出宽脉冲驱动三极管2SC9013给SWC控制线加电，每加一次电即采样一次;SWC传感器的信号线S经两级施密特触发器整形后，送至8031的P3.4/TO端计数。

 

在大型冷库、化工自动化等工程中，往往需要进行多点的温度巡检，那么可以按图3线路设计。图3中CD4028是CMOS的BCD码/十进制译码器;CD4067是CMOS十六选一模拟开关;74LS273是八D锁存器，可以将不同的二进制数在11脚为高电平时锁存在该器件中。这样将可利用不同的二进制数依次只能选通某个通道。该电路将CMOS逻辑电平控制和多路模拟开关控制相结合，最大限度地组合利用器件的通道容量，从而可以用八位二进制码来完成最多可达160路SWC测温电路的通断控制，可以方便地实现计算机巡检，以便进行多点温度控制。

 

2.软件实现方式

第二种方案，是利用软件实现一个脉宽大于100 ms的方法，来代替第一种方案中的外加多谐振荡器，而其他接口电路与第一种方案一样，这里不再重复。

若在Pl.0引脚上输出上述方法的信号，假定系统时钟频率为6 MHz，选用定时器To，且使其工作在方式1，则有定时初值

 

转化为二进制数：X= 00llll0010110000，十六进制数为X=3CB0H，故定时器To的初值为BOH(TL)和3CH(TH)。定时器初始化和中断服务程序清单如下：

 

这种方法以在P1.0。口输出定时方波来给SWC不断加电实现连续采样，使接口电路极为简单、方便。且SWC输出脉冲的传输距离一般可达500 m以上，转换速度低于3 ms，误差不大于0.3℃，使得这种传感器应用非常广泛，且与数字化仪器仪表配套连接。