基于AVR单片机捕获中断和热敏电阻的温度测量

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温度测量常采用热敏电阻做传感器，测量的方法有R-V转换电压测量法和R-F转换频率测量法。这两种方法的电路复杂成本高，并且电路中很多元器件直接影响测量精度。本文介绍一种类R-F转换频率测量温度的方法。
1 负温热敏电阻
PSb型负温热敏电阻由Co，Mn，Ni等过渡金属元素的氧化物组成，经高温烧成半陶瓷，利用半导体毫微米的精密加工工艺，采用玻璃管封装，耐温性好，可靠性高，反应速度快、灵敏度高。他采用轴向型结构，便于安装，能承受更高温度，且玻璃封装耐高低温(-50～350℃)。PT-25E2热敏电阻温度阻值变化曲线图如图1所示。
2 AVR单片机测温原理
温度测量电路如图2所示，标准电阻Rp，热敏电阻Rt，电容C1与AVR单片机三个引脚相连。其中PC0，PC1为一般普通IO引脚，CP1为捕获触发输入引脚，可以设定上升沿触发捕获中断。
Rp为100 kΩ的精密电阻；Rt为100 kΩ精度为1％的热敏电阻；C1为0.1μF的瓷片电容。
其工作原理为：
先将PC0，PC1，CP1都设为低电平输出，使C1完全放电。
接着将PC1，CP1设置为输入状态，PC0设为高电平输出，通过Rp电阻对C1充电，同时启动内部定时器从零开始计时。电容实际充电曲线如图3所示，当C1上的电压逐步升高到Vh，CP1检测出电压达到单片机高电平输入门槛电压时，将定时器计数值捕获，从而测出从开始充电到CP1转变为高电平的时间Tp。
再次将PC0，PC1，CP1都设为低电平输出，使C1完全放电。
随后将PC0，CP1设置为输人状态，PC1设为高电平输出，通过Rt电阻对C1充电，过程同上，得到时间Tt。
通过单片机计算得到热敏电阻Rt的阻值，并通过查表法可以得到温度值。
从上述可以看出，该测温电路的误差来源于这几个方面：单片机的定时器精度，精密电阻Rp的精度，热敏电阻Rt的精度，而与单片机的输出电压值、门槛电压值、电容精度无关。因此，适当选取热敏电阻Rt和精密电阻Rp的精度，单片机的工作频率够高，就可以得到较好的测温精度。
3 AVR捕获
本文以AVR系列中高性价比的ATmage88为例，利用16位时钟单元T／C1的捕获中断来实现电容充电时间的测量，单片机时钟选择8 MHz。输入捕获单元方框图如图4所示。当引脚ICP1上的逻辑电平(事件)发生了变化，并且这个电平变化为边沿检测器所证实，输入捕捉被激发：16位的TCNT1数据被复制到输入捕捉寄存器ICR1，同时输入捕捉标志位ICF1置位。如果此时ICIE1为1，输入捕捉标志将产生输入捕获中断。
ATmega88在3.3 V供电时，当电容电压上升到1.84 V时，如图3所示，发生捕获中断。
4 软件设计
基于ATmage88捕获中断测温程序流程图如图5所示，包括主程序流程图，捕获中断流程图和定时溢出中断流程图。
ATmage88定时器初始化涉及TCCR1b，TIMSK1控制寄存器的配置，介绍如下：
ICNC1：输入捕捉噪声抑制器，“1”启用；
ICES1：捕捉触发沿选择，“1”上升沿，“0”下降沿；
CS1[2：0]：时钟选择，有多种预分频时钟可供选择；
ICIE1：T／C1输入捕捉中断使能；
TOIE1：T／C1溢出中断使能。
定时器T1初始化代码如下(AVR-GCC)：
其中宏定义Tp=0；Tt=1；需要定义数组：
uint16_t timeL[2]，timeH[2]，counter[2]
当测量时间超过定时器最长计时时，定时器会溢出，定时器T1溢出中断函数代码如下：
最后通过查表法就可以得到测量的温度。查表温度间隔一般为1℃，如果忽略热敏电阻1℃以内的非线性误差，可以将两摄氏度之间取线性计算，这样可以得到0.1℃的分辨率。
5 结 语
笔者应用该方法已设计出一款温度计，在范围-10～80℃时，分辨率达到0.1℃，误差在0.5℃以内。本文充分利用了AVR的捕获功能，使得电路简洁，成本低廉。