單片機目前在工業(yè)、服務業(yè)及制造業(yè)都有著廣泛的應用，采用單片機實現溫度采集具有成本抵、開發(fā)周期短、易于實現和擴展功能的優(yōu)點。由于單片機本身具有很強的數字量處理能力，因此本系統的設計可以為接下來的溫度控制環(huán)節(jié)提供服務。溫度測量與控制在工業(yè)、農業(yè)、國防等行業(yè)有著廣泛的應用。利用單片機技術的溫度測控系統以其體積小，可靠性高而被廣泛采用。溫度測量在工業(yè)，農業(yè)，國防等行業(yè)有著廣泛的應用，而且隨著科學技術的發(fā)展對溫度測量的要求愈來愈高。

　　1 測量系統概述

　　典型的溫度測量控制系統如圖1所示，由溫度采集模塊、單片機、顯示電路和反饋控制電路構成。溫度的采集是溫度測量控制的前提，簡單可行的溫度采集系統是溫度測量及控制系統的發(fā)展方向之一。因此，這里提出一種簡單可行的溫帶采集模塊的設計方法。

　　2 傳感器的選擇

　　傳感器是一種物理裝置或生物器官，能夠探測、感受外界的信號、物理條件（如光、熱、濕度）或化學組成（如煙霧），并將探知的信息傳遞給其他裝置或器官。傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產、宇宙開發(fā)、海洋探測、環(huán)境保護、資源調查、醫(yī)學診斷、生物工程、甚至文物保護等等極其之廣泛的領域?？梢院敛豢鋸埖卣f，從茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各種復雜的工程系統，幾乎每一個現代化項目，都離不開各種各樣的傳感器。由此可見，傳感器技術在發(fā)展經濟、推動社會進步方面的重要作用，是十分明顯的。世界各國都十分重視這一領域的發(fā)展。相信不久的將來，傳感器技術將會出現一個飛躍，達到與其重要地位相稱的新水平。

　　熱敏電阻依其電阻值隨溫度變化的情形，主要可將其分為負溫度系數（Negative Temperature Coefficient,NTC）熱敏電阻及正溫度系數（Positive Temperature Coefficient,PTC）熱敏電阻2種。PTC的電阻值可以隨溫度的上升而增大，由于其溫度系數非常大，主要用在消磁電路、加熱器、電路保護、電機啟動、暖風機，風速測量，溫度控制與補償。NTC的電阻值可以隨溫度的上升而下降，由于其溫度系數非常大，所以可以檢知微小的溫度變化，因此被廣泛應用在溫度的測量、電路軟啟動，控制與補償。因此這里選擇負溫度系數的熱敏電阻。它的實測溫度值見表1.

    電阻值和溫度變化的關系式為：

    其中，RT為在溫度T(K)時的NTC熱敏電阻阻值，RN為在額定溫度TN(K)時的NTC熱敏電阻阻值。(TN取25℃，RN=1．20 kΩ)，T為規(guī)定溫度(K)，B為NTC熱敏電阻的材料常數，又叫熱敏指數。而且，

    通過公式(1)、(2)以及表1，可求得B=3 900 K，從而可以得出電阻值和溫度變化的關系式為：

　　3 調理電路的設計

　　信號調理：就是信號處理電路，把模擬信號變換為用于數據采集、控制過程、執(zhí)行計算顯示讀出或其他目的的數字信號。模擬傳感器可測量很多物理量，如溫度、壓力、光強等…但由于傳感器信號不能直接轉換為數字數據，這是因為傳感器輸出是相當小的電壓、電流或電阻變化，因此，在變換為數字信號之前必須進行調理。調理就是放大，緩沖或定標模擬信號等，使其適合于模/數轉換器（ADC）的輸入。然后，ADC對模擬信號進行數字化，并把數字信號送到MCU或其他數字器件，以便用于系統的數據處理。

　　由于傳感器直接輸出的模擬量幅度一般較低，同時為了更好地提高系統的抗干擾能力，在傳感器的后端一般要進行調理，調理電路通常選用運算放大器完成。這里，采用OP07組成一個差分放大器完成后續(xù)幅度放大和隔離。OP07具有極低的輸入失調電壓、失調電壓零漂、噪聲電壓等特點。調理電路的原理圖如圖2所示，其中RT1為熱敏電阻。傳感器輸出電壓經過放大后，輸出給AD轉換器。

    電壓增益為：

　　根據公式（4），可知改變RF/R1的值可以改變電壓的放大倍數。

　　4 TLC1543轉換原理及軟件設計

　　4.1 TLC1543轉換原理說明

　　TLC1543是TI公司的多通道、低價格的CMOS 10位開關電容逐次逼近模數轉換器，具有輸入通道多，高速、高分辨率、性價比高、易于和單片機和單片機接口的特點，其引腳如圖3所示。芯片內部有1個14通道多路選擇器可選擇11個模擬輸入通道或3個內部自測電壓中的任意一個進行測試，可廣泛應用于各種數據的采集。

　　TLC1543工作時序如圖4所示，其工作過程分為2個周期：訪問周期和采樣周期。工作時CS必須置低電平，CS為高電平時，I/O CLOCK、ADDRESS被禁止，此時DATA OUT為高阻狀態(tài)。當CPU使CS變低時，TLC1543開始進行數據轉換，I/O CLOCK、ADDRESS使能，DATA OUT脫離高阻狀態(tài)。此后，CPU向ADDRESS端提供4位通道地址，控制14個模擬通道選擇器從11個外部模擬輸入和3個內部自測電壓中選通1路送到采樣保持電路。同時，I/O CLOCK端輸入時鐘時序，CPU從DATAOUT端接收前A/D轉換結果。I/OCLOCK從CPU接收10時鐘長度的時鐘序列。前4個時鐘從ADDRESS端轉載地址寄存器，選擇所需的模擬通道，后6個時鐘為模擬輸入的采樣提供控制時序。模擬輸入的采樣起始于第4個I/O CLOCK的下降沿，并一直持續(xù)6個I/O CLOCK周期，即到第10個I/O CLOCK的下降沿。CS的上升沿終止于I/O CLOCK工作過程并在規(guī)定的延遲時間內使DATAOUT引腳返回到高阻的狀態(tài)，經過兩個系統時鐘周期后使I/O CLOCK和ADDRESS端無效。

　　4.2 軟件設計

　　TLC1543的3個控制輸入端CS、I/O CLOCK、ADDRESS和1個數據輸出端DATA OUT遵循串行外設接口SPI協議，要求微處理器具有SPI接口，若沒有SPI接口，需要通過軟件模擬SPI協議以便和TLC1543接口。

　　TLC1543 SPI接口軟件設計流程如圖5所示。

    部分編程代碼如下：

　　此外，在進行軟件編寫時，應注意TLC1543通道地址必須為寫入字節(jié)的高4位，而單片機讀入的數據是芯片上次A/D轉換完成的數據。

　　5 結束語

　　該溫度采集模塊使用的元器件少，其次不要求單片機有SPI接口，采用軟件模擬SPI接口，簡單易行，工作穩(wěn)定，可靠性強。經過與AT89C52單片機和LCD1602液晶顯示連接組成的溫度測量系統，測得的室溫與實際室溫的誤差在-0.25~+0.25℃之間。但是，在A/D轉換部分沒有附加的調零和滿刻度調整電路，在實際的運用中可以加強對參考電壓的濾波處理和注意地線的連接及進行數據濾波等來保證度和穩(wěn)定性。此外，也可以運用數字式智能傳感器來滿足測量系統的測量、線性度、一致性等要求。