基于铂热电阻PT100的USB测温仪的设计

　　1 引言

　　温度的测量广泛应用于工业化生产、国防、科研等领域，因此研究温度的测量方法和测温装置具有重要的意义。铂热电阻PT100 是常用的一种温度传感器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。

　　通用串行总线(简称USB)是一种新型串行总线接口规范，它支持即插即用，速度快，非常适合数据采集设备和 PC 机之间的通信，PDIUSBD12 是一款特点突出的USB接口芯片。它支持3 个USB 端点，内部集成J 串行接口引擎(SIE), 采用GoogLink技术的连接指示器，在通讯时使LED闪烁等功能。虚拟仪器(Virtual Instrument，简称 VI)是基于计算机系统的数字化测量测试仪器，它充分利用现有计算机资源，配以独特设计的仪器硬件和专用软件，能实现普通仪器的全部功能。LabView是一种基于图形程序的虚拟仪表编程语言，它采用模块化方式编程，易于调试和维护，界面友好，所以在测试与测量、数据采集、仪器控制、数字信号分析、工厂自动化等领域获得广泛的应用。

　　本文给出了测温系统硬件设计方案和软件流程图，并对设计的关键部分作了详细的阐述，该方案适合对温度精度有较高要求的应用场合。

　　2 系统硬件设计部分

　　如图2- 1 所示，该系统主要由6 个单元构成。其中，传感单元采用硬件电路改善PT100 的非线性，并将阻值变化转换为电压变化;AD 单元采用12 位并行模数转换器AD1674，将传感单元的模拟量转化为数字量，通过CPLD 传送给主控单元P89c60;上位机Labview通过CIN 模块调用USB 驱动程序提供的DLL 函数，接收主控单元发送的数据，并根据拟和的测温多项式转化为对应的温度显示。在系统硬件设计中，比较关键的部分是传感前端和 USB部分的设计，下面对这两个部分进行比较详细的阐述:

　　2.1 传感前端设计

　　如图2-2 所示，铂热电阻(Pt100)在0～800℃范围内随温度变化的阻值公式为

　　由铂热电阻的公式可知，随温度的升高，非线性越来越严重。采用硬件电路可以改善其非线性。在该模块中，U1和U2两级运放的组合用以对改善Pt100 的非线性并把电阻随温度的变化转化为电压随温度的变化。但此时电压比较小，直接接到AD转换器上达不到最佳分辨率，所以采用U3单元将前一级的电压放大10 倍再接到AD转换器，可以取得比较好的效果。经过一系列信号调理电路最终可得出

　　此时Pt100 的非线性度已经大大降低

　　2.2 USB部分设计

　　如图2- 3 所示，PDIUSBD12(以下简称D12)的 8 位数据线DATA0～DATA8 直接和单片机的 P0.0～P0.8 相连接;ALE 脚接地电位，表示采用单独的数据和地址总线配置，片选信号脚CS_N接单片机的P2.0;A0 脚与P2.2 相连接，该端口控制D12的命令和数据状态的切换;读写控制信号WR_N 和RD_N 直接和单片机的读写管脚相连，该设计采用总线方式对D12 进行读写操作。