基于Z一元件的单片机温度检测系统

　　1数字传感器温敏Z-元件

　　z一元件正向输人直流电压，可得到幅值为输人电压20%一40%的直流脉冲，频率随温度、湿度、磁场、流量、光强、射线等物理量变化，无需前置放大器和A/D转换直接得到数字信号(准确地说是脉冲信号)。在测试温度时，我们主要采用了温敏Z一元件。

　　1.1温敏Z一元件的伏安特性

　　温敏z一元件是一种具有非对称性伏安特性的二端有源元件，图1是温敏z元件的测试电路连接图，图2是伏安特性图。其中，第一象限为正向特性，呈“L’’型，可分为三个区:M;高阻区，M:负阻区，M3低阻区。

　　为阀值电压，为导通电压，为阀值点。当加在温敏z一元件上电压超过从时，其工作点迅速由M₁区转换到M₃区(微秒级)。第三象限为反向特性，具有很高的击穿电压和小的反向电流。

　　1.2温敏z一元件的温度特性

　　温敏Z一元件的正向伏安特性随温度变化如图3所示。当温度升高时，正向伏安特性上的阀值点P向左上方移动，阀值电压认h减小，因此，它只有负的温度系数。温敏Z一元件采用不同电路时，可分别输出模拟信号、开关信号和频率信号。本系统采用频率信号输出方式。

　　温敏Z一元件输出频率信号时连接电路如图4所示。电路接通电源后，电容充电，当加在温敏z一元件两端的电压大于从时，其工作状态立即由M₁区经M₂区跳到M₃区，输出低电平Vf，这时，电容通过温敏z-元件放电，当加在温敏z一元件两端的电压小于V_f时，其工作状态又马上恢复到Ml区，电源重新通过RL对电容充电。此过程周而复始，电路工作在振荡状态，输出下降沿触发脉冲频率信号。输出信号频率表达式为

　　由于温度变化时，V_f几乎不变，因此，当温度升高时，V_th减小，f增加。图5为输出波形随温度变化图，图6为频率随温度变化图。

　　2单片机系统组成

　　本系统采用AT89C51单片机，内带4K字节的FlashROM，不需外扩程序存贮器;系统处理的数据量不大，因而也不需要外扩数据存贮器，只用一片带EZPROM的多功能芯片x25045保存系统的工作参数及查表数据。系统结构见图7。

　　2.1复位与看门狗电路

　　该部分电路的主要芯片为多功能的x25045。该芯片把三种常用的功能:看门狗定时器、电压监控和EZPROM组合在单个封装之内。

　　看门狗定时器对微控制器提供了独立的保护系统。当系统出现故障时，在选定的超时时间之后，x25045的看门狗将以REsET信号做出响应;利用x25045低vcc检测电路，可以保护系统，使之免受低电压的影响。当VCC降到最小VCC转换点以下时，系统复位，复位一直到VCC返回规定值且稳定为止。x25045的存储器是CMOS的4K位EZPROM。对x25045的操作通过单片机P，口的Pl.0一Pl.3实现。