运用单片机的测温电路设计

苏倩倩

（厦门工学院，福建 厦门 361021）

0 引 言

随着电子技术的不断发展，单片机得到了广泛应用。与其他电子产品相比，单片机具有很多优点，如可靠性、延展性、体积大小等，且比传统电子产品适用范围广。

1 MCS-15单片机测温系统概述

MCS-15单片机是当前比较常用的单片机类型，与其他类型单片机相较，具有突出的运行速度优势，尤其在指令传输层面。实际应用中，它经常被用作基本系统，包括4种装置程序储存器，应用范围广泛[1]。

MCS-15单片机系统共有8位单片机，因此可以实现人工调控、信息交流等诸多功能。对数据进行处理时，因为MCS-15单片机存在一种单总线结构和独立电源，所以能够对大量数据进行细致分析。

对电路进行测温时，为保障检测数据能够进行转换，通常会应用A/D转换器。运行原理是使用自身处理把模拟信号变成数字信号，以便执行指令同时完成对硬件设备的驱动。应用这种功能必须确保其具有非常高的精确度。

2 单片机输入输出口

MCS-15单片机内部有4个端口，分别是P0、P1、P2、P3。每个端口分别有进行数据输入的缓冲器和进行数据输出的锁存器，可以使单片机拥有非常高的数据传输性能，保证数据准确、及时传输，如图1所示。单片机运行过程中，处理通过锁存器输出的数据，且数据能够通过I/0端口传输出来。这种数据传输方法十分简单、方便，且数据传输速度非常快。

图1 MCS-15单片机示意图

3 MCS-15单片机测温设计

3.1 设计基准

MCS-15单片机测温电路的设计必须在一定基准上进行，要确保测温系统的管控、存储等功能可以正常使用。设计基准为：在0～45 ℃时，必须要保证温度的可调控性，保证调节上限，理论上不能高出总调节值的1.3倍；在数据测量方面，温度的检测结果与实际温度相差要控制在0.7 ℃之内，保证精确性；保障人工调控[2]。

3.2 硬件框架

它的硬件组成包括AD590温度测量传感器和ADC转换器。首先，需要使用AD590温度测量传感器检测温度。其次，利用ADC转换器与电压电容相连接。最后，用ADC转换器连接MCS-15单片机。运行过程中，ADC转换器的BUSY端电平会发生一些列变化，变成高电平状态证明数据转换工作顺利完成。

4 单片机系统正常运行过程中可能出现的问题

4.1 基础容易损坏

无论何种形式的单片机，都必须保证3个基础的运行始终正常，才能保障单片机系统的正常运行。3个基础分别是电源、时钟晶振和复位。如果3个基础中的任何一个发生故障，都会直接导致单片机无法正常运行，也会影响测温电路系统的运行。

4.2 单片机内部无法正常运行

除了3个基础易出现故障外，单片机的内部还有其他结构，一旦这些结构发生问题，也会给单片机的正常运行带来阻碍。因为单片机故障形式比较复杂，所以对其进行维修检测时通常要使用写入程序来检测。利用程序进行检测，可以准确判断单片机内部结构是否有故障，从而可以逐一排查故障原因，有利于尽快找到问题的核心。

5 单片机的测温电路

温度在物理中是一个非常常见的物理量，自然界中发生的很多过程都与温度有关。温度传感器是研发较早的一种广泛使用的传感器，主要类型有热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器以及IC温度传感器[3]。图2为测温电路图。

图2 测温电路图

把3个输出口全部设置成低电平输出，使电容完成放电。将P1.7和P1.6同时设置成输入状态，P1.5设置成高电平状态，利用精密电阻作用电容，使电容充电。这时单片机的计数器会自动清零且计时，能够检测P1.7输出口的状态。检测P1.7是高电平时，单片机内部的计时器会主动记录下刚开始充电时直到P1.7输出口转变成高电平的时间T1。

把P1.5、P1.6、P1.7全部设置成低电平输出，让C放电完毕。再把P1.5、P1.7设置成输入状态，P1.6设置成高电平输出状态，利用RT电阻对电容C进行充电。当单片机内部的计数器进行归零且计时，检测P1.7的状态。确定P1.7的状态为高电平时，让单片机的计时器记录下从充电开始到P1.7变成高电平的时间T2。

再利用电容公式计算得到电阻，通过查询电阻与温度对照表可以得到温度值。不同类型的传感器，电阻对照值不同。以PT100铂电阻为例，电阻与温度对照表如表1所示。

6 调试步骤

对单片机进行调试需要使用万能实验板。实验板上没有布线，且要用到的元件非常多，因此焊接时要非常注意，防止发生虚焊和短路情况。最好每次焊接完一条线路后使用万用表检测焊接部位是否牢固。

表1 PT100铂电阻和阻值对照表

6.1 电前检查

所有电子电路在组装完成后，一定要对线路展开全面细致的检查，防止发生短路情况。检查的具体方法是根据顺序按照电路图逐一检查。检查过程中，要重点注意电源的连接是否正确、电源有没有与地短接、集成电路和晶体管的引脚之间的连接是否正确，同时要用手触碰元器件，查看焊接点有没有焊接牢固。

6.2 通电检查

电源的数值调试完成后，才可以与电源连接。连接好电源后，要仔细检查有没有发生异常现象，如冒烟、相关配件发烫等。一旦发生上述现象，必须马上切断电源，等到故障排除才能够连接电源[4]。

6.3 分块调试

分块调试时，要根据调试的相关要求进行测试。调试的顺序由信号的流向决定，可以将前面调试的输出信号当作后面的输入信号，为整机联合试调奠定基础。

7 单片机故障检测措施

7.1 单片机基础检测

根据单片机运行的基础，检测单片机时要采取可操作性强的措施。检测电源必须使用电压表、万用表等常见的检测工具，分别检测电源与接力脚。检测标准为检测引脚之间的电压是否是5 V。检测时钟晶振时，多数情况要使用示波器进行检测，检测时钟晶振的运行状态，检测其在相应频率内是否有正弦波脉冲。检测复位时，根据单片机复位时电平会呈现高电平复位状态的特点，在连接电源后，复位引脚的电平通常会表示5 V左右的高电平。所以，检测单片机复位时，同样可以应用电压表。

7.2 单片机内部检测

单片机内部如果没有正常运作，会导致单片机发生故障，从而使系统不能正常运行。单片机的内部检测，可以利用写入程序检测。

8 单片机更换重点

8.1 同型号单片机进行更换

当单片机的内部发生故障时，对单片机进行维修非常困难。大多数情况下，可以直接更换单片机。更换单片机时，要特别注意更换的单片机型号，保证与破坏的单片机型号一致，保证系统具有良好的兼容性。

8.2 更换时钟晶振

时钟晶振有两种不同类型，一是内时钟震荡，二是外接时钟。两种类型可以根据时钟晶振内部的石英晶体进行区别。内部时钟震荡的石英晶体范围在2～12 MHz，外部时钟内部没有石英晶体。确定时钟晶振的类型后，可以更换发生故障的时钟晶振。

9 结 论

以单片机作为基础，设计合理的电路测温系统，可以对电路温度起到良好的控制作用，从而切实提高设备的运行速度。单片机的优点突出，使其在很多领域、设备上广泛应用，能够组成工业系统中非常重要的器件和系统，如各种智能仪表、数控机床、测控系统等。