基于OP07和LTC1543温度采集模块的设计

温度是表征物体冷却程度的物理量，也是一种最基本的环境参数，在工农业生产及日常生活中，对温度的测量及控制始终占据着极其重要的地位。用模拟传感器所得到的温度信息是模拟量，不适于单片机的处理，所以A／D转换器起着至关重要的作用。基于LTC1543温度采集模块，分辨率高，速度快，性价比高。

　　1 测量系统概述

　　典型的温度测量控制系统如图1所示，由温度采集模块、单片机、显示电路和反馈控制电路构成。温度的采集是温度测量控制的前提，简单可行的温度采集系统是温度测量及控制系统的发展方向之一。因此，这里提出一种简单可行的温带采集模块的设计方法。

　　2 传感器的选择

　　热敏电阻依其电阻值随温度变化的情形，主要可将其分为负温度系数(Negative Temperature Coefficient，NTC)热敏电阻及正温度系数(Positive Temperature Coefficient，PTC)热敏电阻2种。PTC的电阻值可以随温度的上升而增大，由于其温度系数非常大，主要用在消磁电路、加热器、电路保护、电机启动、暖风机，风速测量，温度控制与补偿。NTC的电阻值可以随温度的上升而下降，由于其温度系数非常大，所以可以检知微小的温度变化，因此被广泛应用在温度的测量、电路软启动，控制与补偿。因此这里选择负温度系数的热敏电阻。它的实测温度值见表1。

　　电阻值和温度变化的关系式为：

　　其中，RT为在温度T(K)时的NTC热敏电阻阻值，RN为在额定温度TN(K)时的NTC热敏电阻阻值。(TN取25℃，RN=1．20 kΩ)，T为规定温度(K)，B为NTC热敏电阻的材料常数，又叫热敏指数。而且，

　　通过公式(1)、(2)以及表1，可求得B=3 900 K，从而可以得出电阻值和温度变化的关系式为：

　　3 调理电路的设计

　　由于传感器直接输出的模拟量幅度一般较低，同时为了更好地提高系统的抗干扰能力，在传感器的后端一般要进行调理，调理电路通常选用运算放大器完成。这里，采用OP07组成一个差分放大器完成后续幅度放大和隔离。OP07具有极低的输入失调电压、失调电压零漂、噪声电压等特点。调理电路的原理图如图2所示，其中RT1为热敏电阻。传感器输出电压经过放大后，输出给AD转换器。

　　电压增益为：

　　根据公式(4)，可知改变RF／R1的值可以改变电压的放大倍数。

　　4 TLC1543转换原理及软件设计

　　4．1 TLC1543转换原理说明

　　TLC1543是TI公司的多通道、低价格的CMOS 10位开关电容逐次逼近模数转换器，具有输入通道多，高速、高分辨率、性价比高、易于和单片机和单片机接口的特点，其引脚如图3所示。芯片内部有1个14通道多路选择器可选择11个模拟输入通道或3个内部自测电压中的任意一个进行测试，可广泛应用于各种数据的采集。

　　TLC1543工作时序如图4所示，其工作过程分为2个周期：访问周期和采样周期。工作时CS必须置低电平，CS为高电平时，I／O CLOCK、ADDRESS被禁止，此时DATA OUT为高阻状态。当CPU使CS变低时，TLC1543开始进行数据转换，I／O CLOCK、ADDRESS使能，DATA OUT脱离高阻状态。此后，CPU向ADDRESS端提供4位通道地址，控制14个模拟通道选择器从11个外部模拟输入和3个内部自测电压中选通1路送到采样保持电路。同时，I／O CLOCK端输入时钟时序，CPU从DATAOUT端接收前一次A／D转换结果。I／OCLOCK从CPU接收10时钟长度的时钟序列。前4个时钟从ADDRESS端转载地址寄存器，选择所需的模拟通道，后6个时钟为模拟输入的采样提供控制时序。模拟输入的采样起始于第4个I／O CLOCK的下降沿，并一直持续6个I／O CLOCK周期，即到第10个I／O CLOCK的下降沿。CS的上升沿终止于一次I／O CLOCK工作过程并在规定的延迟时间内使DATAOUT引脚返回到高阻的状态，经过两个系统时钟周期后使I／O CLOCK和ADDRESS端无效。

4．2 软件设计

　　TLC1543的3个控制输入端CS、I／O CLOCK、ADDRESS和1个数据输出端DATA OUT遵循串行外设接口SPI协议，要求微处理器具有SPI接口，若没有SPI接口，需要通过软件模拟SPI协议以便和TLC1543接口。

　　TLC1543 SPI接口软件设计流程如图5所示。

　　部分编程代码如下：

　　此外，在进行软件编写时，应注意TLC1543通道地址必须为写入字节的高4位，而单片机读入的数据是芯片上次A／D转换完成的数据。

　　5 结束语

该温度采集模块使用的元器件少，其次不要求单片机有SPI接口，采用软件模拟SPI接口，简单易行，工作稳定，可靠性强。经过与AT89C52单片机和LCD1602液晶显示连接组成的温度测量系统，测得的室温与实际室温的误差在-0．25～+0．25℃之间。但是，在A／D转换部分没有附加的调零和满刻度调整电路，在实际的运用中可以加强对参考电压的滤波处理和注意