单片机控制的数字温度计的设计

钟闸门信号的宽度，在这段时间内，计数器1和计数器2同时对两个时钟信号进行计数，计数器1所计的时钟信号的频率为已知的基准时钟，其频率为Fb。计数器2所计的时钟信号为待测的时钟信号，假设在等时间内计数器1计数器2计数数值分别为Nb和Nx。由两计数器在同时间段内计数，有以下关系式：

等精度测频功能的实现需要单片机与CPLD的协调合作实现。计数器1用单片机的定时器1实现，计数器2用CPLD来配置。单片机部分的主要作用是：负责控制外部计数器和内部定时器计数器的开启与关闭；外部计数器和内部定时器计数器的数据的读取；处理以及数据输出缓存。测量开始，单片机首先发出清零信号，对外部CPLD计数器清零，然后将内部定时器清零，配置成外部时钟控制方式，然后发出计数启动信号，随后进入等精度频率测量计数模式，单片机通过查询计数器，判断计数时间，该计数时间必须小于外部32 bit计数器溢出时间，时间一到，单片机发出停止计数信号，查询引脚P3.2，确认计数停止，读回外部计数结果和内部计数器计数结果，假设分别为N1和N2，定时器计数时间间隔为T1，那么被测信号的频率F=（N1/N2）T1，将计算出的数据输送到频率温度转化模块等待数据转换。

CPLD部分主要完成对被测信号的测量计数和总线设计。由于所用CPLD芯片内资源较少，其内部只能设置一个32位计数器。这部分在Max+p lusII环境下完成电路的硬件设计与仿真，采用原理图输入。硬件设计共包括4个部分：输入、输出、计数器和总线接口部分。总体设计结构如图5所示，其中mcu_ctrl模块为总线接口模块，frequency模块为测量计数模块。

3 软件部分设计

源程序流程图如图6所示。

主要程序分析（频率温度转换部分）：

计算单片机的计数并根据基准时钟的脉冲数目，时钟周期由被测信号脉冲数目计算出待测信号频率。

4 实验结果

通过与基准温度对比的方法对设计的温度计精度进行验证。首先使用精度较高的温度计测得实际温度作为基准温度，然后利用设计好的数字温度计测量实际温度与基准温度进行对比，测量结果如表1所示。通过对比测试结果，发现设计的数字温度计测量的温度与基准温度相差很小，绝对误差小于0.1℃，相对误差小于0.3%，达到了设计的精度要求。

总之，通过利用单片机与CPLD的配合完成频率的精确测量，实现了等精度测频功能。利用等精度测频功能确保了测量温度数据处理的精确性，使设计的温度计的精度达到实际应用的要求。在系统中等精度频率测量模块采用8位51单片机定时器作为基准信号的计数器，由于该基准信号频率较低，对精度有一定影响。如果采用更高频率基准信号，测频精度还可提高，从而提高测量温度的精度。