摘要：介紹了一種基于MSP430單片機的測溫實驗，用此實驗可代替教學中傳統(tǒng)的熱敏電阻結合電流表的測溫實驗。該實驗采用熱敏電阻和斜率A/D轉換來測量溫度，并由液晶顯示屏顯示出來。通過該實驗可以使學生更好的掌握傳感器、單片機、集成電路以及計算機語言等現(xiàn)代科學技術。
隨著時代的發(fā)展，科學技術也不斷進步，新的科學技術在各個領域里廣泛應用。高等教育是培養(yǎng)高水平人才的重要途徑，但目前某些教學內容還比較落后，并沒有跟上現(xiàn)代科技的發(fā)展。在高等教育的課程中引入更多的現(xiàn)代技術，有利于對人才的培養(yǎng)。本文介紹一種應用MSP4 30單片機測量溫度的方法，來代替?zhèn)鹘y(tǒng)教學中相對落后的熱敏電阻結合電流表的實驗方法。
1 溫度測量部分
用于測量溫度的溫度敏感元件有很多種，比如熱電偶、熱敏電阻、集成溫度傳感器、數(shù)字溫度傳感器等等。本系統(tǒng)采用的是熱敏電阻。熱敏電阻由對溫度非常敏感的半導體陶瓷質工作體構成。與一般常用的金屬電阻相比，它有較大的電阻溫度系數(shù)，可以獲得較高的溫度分辨率。不同材料制成的熱敏電阻適用的測溫范圍不同，如CuO和MnO2制成的熱敏電阻適用于-70～120℃，適于測量體溫。溫度是模擬量，要把被測的模擬量轉換成數(shù)字量，以供單片機處理。為了節(jié)約成本，可以通過斜率A/D轉換來實現(xiàn)模數(shù)轉換。斜率A/D轉換是利用外接電容的充電和放電來實現(xiàn)的。電路連接如圖1所示。
應用MSP430的比較器(Comparator_A)和定時器(Timer_A)，可以測量熱敏電阻的阻值。根據(jù)阻值和溫度的對應關系可以得出待測的溫度，實現(xiàn)A/D轉換。將Comparator_A的CA0端接外部信號，CA1端接內部參考電壓0.25Vcc。Timer_A工作在捕獲模式，下降沿捕獲，通過CCI1B捕獲CAOUT。先使P1.2端口輸出高電平，通過Rref給電容C6充電。充電完畢時，CA0端電壓高于CA1端電壓，CAOUT輸出1。讀Timer_A的計數(shù)值t0，t0=TAR。然后再使P1.2端口輸出低電平，電容C6通過Rref放電，當CA0端電壓降至0.25Vcc時，Comparator_A輸出翻轉，CAOUT輸出0，Timer_A通過CCI1B捕獲到下降沿，觸發(fā)定時器中斷，讀出捕獲值CCR1，t1=CCR1。C6通過Rref放電到0.25Vcc的時間time_ref=t1-t0。再對熱敏電阻Rsens充電和放電，同樣測出C6通過Rsens放電到0.25Vcc的時間time_sens。由下面的公式可以計算出熱敏電阻(Rsens)的阻值。
2 溫度顯示部分
MSP430F413帶有液晶驅動電路和顯示緩存，通過對顯存中各位的置位和復位來使得液晶屏上對應的段顯示或消失，將斜率轉換后得到的數(shù)據(jù)發(fā)送到顯存，就可以在液晶屏上顯示出測得的溫度。MSP430有4種驅動方式，選用哪種驅動方式由需要驅動的液晶段數(shù)以及液晶屏的管腳和液晶屏內部電極的排布決定。本系統(tǒng)采用的液晶屏是大連東顯電子有限公司生產(chǎn)的EDS812液晶顯示屏。該顯示屏可以顯示3位數(shù)字，有24個管腳，其中1個公共極管腳，23個段極管腳。由于該液晶屏只有1個公共極，只能采用靜態(tài)驅動方式。根據(jù)圖2和表1所示的對應關系連接MSP4 30和EDS812，并將數(shù)據(jù)寫入顯存，即可顯示出測得的溫度。
3 鍵盤控制部分
鍵盤是人機對話的輸入設備，通過鍵盤可以設置系統(tǒng)參數(shù)，控制系統(tǒng)運行。單片機應用系統(tǒng)的鍵盤可采用非行列式鍵盤和行列式鍵盤。非行列式鍵盤的硬件電路和執(zhí)行軟件都比較簡單，消耗CPU資源少，但只適用于按鍵較少的情況。本系統(tǒng)只有一個電源開關鍵和一個溫度測量鍵，適于采用非行列式鍵盤。本系統(tǒng)采用輕觸按鍵，它是通過開關狀態(tài)來實現(xiàn)其功能的。在實際應用中，單片機的運行速度相對于操作者按鍵的速度來說是非常快的，這樣就必須考慮按下按鍵前后的抖動問題。本系統(tǒng)采用軟件延時來消除抖動，即當系統(tǒng)檢測到有按鍵按下時，經(jīng)過20 ms再次檢測是否該按鍵被按下。如果檢測到該按鍵確實被按下，則執(zhí)行該按鍵對應的功能；如果沒有檢測到該按鍵被按下，則繼續(xù)保持待機狀態(tài)。
4 結語
利用以上系統(tǒng)可以精確地測得溫度。不同學校可以根據(jù)具體的教學要求在硬件連接、軟件設計等方面制定具體的實驗步驟。通過該實驗使學生將基礎課的教學階段初步掌握單片機、傳感器、集成電路的應用。由本系統(tǒng)構成的實驗儀器和傳統(tǒng)的實驗儀器相比較應用了更多的現(xiàn)代科學技術，也更接近實際的儀器設備，可以使學生將學校中學到的知識更好地應用到實際工作當中。
