基于SPCE061A的超低功耗電子溫度計設計
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基于SPCE061A的超低功耗電子溫度計設計
文章由雙金屬溫度計_電接點(diǎn)雙金屬溫度計_熱電阻熱電偶溫度計-京儀股份為您整理編輯。摘要:該設計用于參加我們電子的生產(chǎn)競賽。 其設計的基本要求是制造超低功耗電子溫度計,可以顯示溫度和時(shí)間。 要求系統溫度誤差小于0.5℃,靜態(tài)功耗小于5μ;W 1.總體設計方案可以根據。。。
該設計用于參加我們電子的生產(chǎn)競賽。 其設計的基本要求是制造超低功耗電子溫度計,可以顯示溫度和時(shí)間。 要求系統溫度誤差小于0.5℃,靜態(tài)功耗小于5μ;W 1.總體設計方案可以根據主題的設計要求,在硬件選擇和軟件編程方面降低功耗。 該系統可分為控制模塊、溫度測量模塊、時(shí)間模塊、驅動(dòng)顯示模塊、溫度控制和通信模塊等。整個(gè)框圖如圖1所示。各模塊的實(shí)現方案如下:1.1控制模塊采用SPCE061A單片機 SPCE061A是一款16位單片機,靜態(tài)功耗為2μ;W 單片機具有一鍵喚醒功能,需要時(shí)可以進(jìn)入睡眠狀態(tài),有效節能;并且未使用的端口可以被設置成輸出狀態(tài),從而進(jìn)一步降低功耗 時(shí)鐘頻率可以根據需要修改。 系統的默認時(shí)鐘為24.756.MHz,中央處理器時(shí)鐘可以選擇為fosc、fosc/2、fosc/4、fosc/8、fosc/16、fosc/32、fosc/64。降低中央處理器時(shí)鐘頻率可以有效降低功耗,但會(huì )降低系統效率,可以根據需要選擇。 1.2顯示模塊采用6位液晶數字顯示玻璃HT1621D,能夠滿(mǎn)足低功耗的要求。 1.3時(shí)鐘模塊采用低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302實(shí)現時(shí)鐘。 DS1302芯片可以高精度自動(dòng)計數秒、分、小時(shí)、天、周、月、年和閏年。數據暫存區采用8字節暫存隨機存取存儲器,工作電壓在2.5 ~ 5.5V范圍內,2.5V時(shí)功耗小于300納。 1.4溫度測量模塊采用數字溫度傳感器DS18B20 這種傳感器是a 數字型傳感器,只需要一條數據線(xiàn)進(jìn)行數據傳輸。與單片機連接很容易。它可以省去a/d模塊,降低硬件成本,簡(jiǎn)化系統電路。 另外,DS18B20測溫范圍為-55 ~+125℃,固有測溫分辨率為0.5℃,具有測量范圍寬、測量精度高的優(yōu)點(diǎn)。 1.5通信模塊MAX 232芯片是一種廣泛使用的電平轉換裝置,可以為RS232端口提供雙向電平轉換 總之,該設計的具體框圖如圖2所示。 2.系統硬件設計2.1單片機系統是整個(gè)硬件系統的核心。不僅是控制器協(xié)調整個(gè)機器的工作,而且是數據處理器。 凌陽(yáng)SPCE061A的采用將不再詳細描述。 2.2單片機與液晶顯示器之間的接口為128段(32次;4)內置存儲器的多功能液晶驅動(dòng)器可以驅動(dòng)多段液晶字符,這是它的主要特點(diǎn)。同時(shí),它還包含節能命令,以有效降低自身功耗 工作電壓為2.4 ~ 5.2V,組態(tài)方式由軟件調節。VLCD引腳可以調節液晶顯示器的工作電壓。 zui的特點(diǎn)是玻璃面板顯示器功耗低。 具體電路如圖3所示。 2.3溫度傳感器電路DS18B20溫度傳感器是美國達利半導體zui新推出的改進(jìn)型智能溫度傳感器。它可以直接讀取測量溫度,并可以根據實(shí)際需要通過(guò)簡(jiǎn)單編程實(shí)現9 ~ 12b 數字值的讀取模式 電路圖如圖4所示。 2.4 DS1302接口使用DS1302作為主計時(shí)芯片。為了提高定時(shí)精度,更重要的是DS 1302可以在小的備用電源下繼續定時(shí),并且可以選擇充電電流以編程方式對備用電源充電,這可以確保備用電源基本上不耗電。 具體電路如圖5所示 2.5溫度控制模塊系統通過(guò)控制繼電器線(xiàn)圈的通電和斷電來(lái)加熱或冷卻相應的溫度控制系統,將測量的溫度與設定值進(jìn)行比較,并發(fā)出相應的控制指令 如果溫度誤差為0.5℃,大約需要10分鐘才能滿(mǎn)足要求。 控制電路如圖6所示 加熱和冷卻之間的切換是通過(guò)繼電器的觸點(diǎn)實(shí)現的。 2.6通信模塊系統可以與PC機的RS232端口通信。RS232電平轉換芯片采用MAX232,與SPCE061A的連接如圖7所示。 計算機可以存儲和調用測量的溫度值,PC機的通訊可視界面可以顯示特定時(shí)間的溫度值,溫度隨時(shí)間的變化可以用曲線(xiàn)顯示。 通信接口如圖8所示 3.系統的軟件設計3.1如果主要程序是為了降低系統的功耗,軟件也起著(zhù)重要的作用。 總線(xiàn)上幾乎每個(gè)芯片的訪(fǎng)問(wèn)和每個(gè)信號的轉換幾乎都是由軟件控制的。如果軟件能夠減少外部存儲器的訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間并及時(shí)響應中斷,它將大大降低功耗。 系統主程序首先初始化系統,包括設置定時(shí)器、中斷和端口 圖9是系統的主要流程圖 3.2讀取溫度子程序讀取溫度子程序的主要功能是讀取RAM中的9個(gè)字節。讀取過(guò)程中需要進(jìn)行循環(huán)冗余校驗,當校驗出現錯誤時(shí),不會(huì )重寫(xiě)溫度數據。 程序流程圖如圖10所示。 3.3時(shí)間調整程序使用三個(gè)調整按鈕來(lái)調整時(shí)間,一個(gè)用于換檔控制,另兩個(gè)用于加法和減法。分別定義了控制按鈕、加法按鈕和減法按鈕。 在調整時(shí)間的過(guò)程中,要調整的位應該不同于其他位,所以增加了閃爍功能,即要調整的位閃爍,直到下一位被調整。 閃爍原理是每隔一定時(shí)間,比如50毫秒,關(guān)閉一個(gè)要調節的開(kāi)關(guān)。 計時(shí)器是用來(lái)計時(shí)的。當溢出達到50ms時(shí),它將向該位發(fā)送消隱符號。下次溢出時(shí),它會(huì )一次又一次發(fā)送正常顯示的值,直到該位的調整完成。此時(shí),它將向該位發(fā)送正常顯示的值,并進(jìn)入下一個(gè)調整閃爍程序。時(shí)間調整程序的流程圖如圖11所示 4.測試數據和結果分析4.1測試儀器室溫計(1℃),61系列模擬器,HP34401A數字萬(wàn)用表 4.2硬件調試(1)硬件調試時(shí),首先檢查焊接質(zhì)量是否符合要求,導線(xiàn)之間是否有虛焊點(diǎn)和短路或開(kāi)路。 然后用萬(wàn)用表測試或通電測試。測試正確后,通電檢查液晶顯示器的亮度。一般情況下,采用4 ~ 5.5v的背光電壓可以獲得滿(mǎn)意的效果 (2) DS1302只有3根導線(xiàn)連接到單片機,易于檢查。它主要檢查DS 1302引腳是否連接到晶體振蕩器和電源 (3) DS18B20在溫度測量程序設計中,將溫度指令發(fā)送給DS18B20進(jìn)行轉換后,程序必須等待DS18B20的返回信號,一旦線(xiàn)路壞了或斷了,就會(huì )陷入死循環(huán),所以線(xiàn)路必須檢查清楚。 4.3軟件調試軟件調試以子程序為單位逐一進(jìn)行,zui后實(shí)時(shí)調試與硬件相結合 子程序調試包括:DS1302定時(shí)、讀寫(xiě)程序和顯示程序;SPCE061A讀寫(xiě)程序;DS18B20讀取溫度子程序和溫度轉換命令子程序;計算溫度子程序,顯示數據 4.4試驗結果分析和試驗結果見(jiàn)表1和表2 由于DS1302用作計時(shí)器,因此其計時(shí)精度相對較高。 與萬(wàn)年歷相比,用這種方法制成的成品幾乎沒(méi)有誤差。 DS18B20的誤差指數在0.5℃以?xún)?,完全適用于一般場(chǎng)合。 功耗測試結果表明,靜態(tài)功耗滿(mǎn)足設計要求。 5.結論系統采用凌陽(yáng)SPCE061A單片機和DS18B20等低功耗設備。經(jīng)過(guò)測試,系統靜態(tài)功耗低于給定的zui小值,實(shí)現了溫度值的顯示和處理,實(shí)現了溫度控制,時(shí)間顯示準確。 該系統性?xún)r(jià)比較高,具有很好的推廣應用價(jià)值。
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