基于FPGA和MAX6672的温度测量仪

　　0　引言

　　温度测量广泛应用于工农业生产和人们的日常生活,在众多的测温系统中,测温元件常采用热敏电阻、半导体测温二极管以及集成模拟温度传感器如AD590等器件,其中间环节由低通滤波、多路转换、信号放大、模/数转换等几个部分组成。因此,系统抗干扰能力不理想,温度的非线性误差较大。本文介绍了一种采用集成温度传感器MAX6672作为温度检测元件,以AT89C52和FPGA为核心的温度测量仪,该系统可以方便地实现温度的测量,无纸实时记录及打印功能,还可以与上位机(PC)进行通信,完成温度信息的综合分析。

　　1　MAX6672特性

　　1.1　特性

　　MAX6672是Maxim公司2002年推出的一款新型集成温度传感器,它将温度信息转换成脉宽调制(PWM)波形输出,温度信息包含在PWM波形的每一个周期之内;MAX6672的工作电压为2.4V~5.5V,最大工作电流为150μA;测温范围为-40℃~125℃,PWM的波形频率为1.10kHz~1.75kHz,测温精度为±1℃,在25℃的时候输出波形的频率为1.4kHz,与微处理器接口方便等特征。

　　1.2　引脚功能及温度特性

　　MAX6672采用SC70封装形式,有5个引脚,脚1(Dout)输出与温度值相对应的PWM波形,脚2未用,脚3、4(GND)接地,脚5(Vcc)电源端。在Vcc与GND之间接0.1μF的电容,Vcc与Dout间　接510Ω的电阻。

　　MAX6672的PWM输出特性如图1所示,其中t1为PWM波形的低电平时间,t2为PWM波形的高电平时间。温度T与t1、t2之间的关系表达式为:

　　2　测温仪硬件组成及测量原理

　　该测温仪主要由单片机AT89C52、FPGA、MAX6672、键盘/显示、存储器、实时时钟及打印、通信接口电路等组成,测温仪硬件的原理方框图如图2所示。

　　2.1　测量原理

　　由MAX6672的温度特性方程式可知道,只需t1、t2的值,就可以计算出温度T的值。本系统采用AT89C52控制FPGA完成t1、t2的测量,具体原理如下:

　　FPGA芯片由一个高电平检测模块、一个低电平检测模块、两个计数模块和一个除法运算器模块等几个部分构成。标准频率信号同时给两个计数器模块提供基准频率信号,由于MAX6672的PWM波形频率为1.10kHz~1.75kHz,因此,基准信号的频率可选定为100kHz。

　　MAX6672的PWM波形同时送给高电平检测模块和低电平检测模块,在每次温度采样时,先由AT89C52通过P1.0发出计数器清零信号,使各计数器清零,然后P1.1发出高电平有效的门控信号给高、低电平检测模块。对高电平检测模块,当PWM波形的上升沿到来时,其输出有效的使能信号,使相应的计数器开始对基准信号的脉冲个数进行计数,当PWM波形的下降沿到来时,使能信号无效,计数器停止计数。同理,对低电平检测模块,当PWM波形的下降沿到来时,相应的计数器开始对基准信号的脉冲个数进行计数,而在上升沿到来时,计数器停止计数。两个计数器的计数值经锁存后送除法运算器模块进行t1/t2运算,结果送给AT89C52,由它计算T的值,为了保证高、低电平检测模块能发出有效的使能信号,以及控制每次采样的时间间隔,可由定时器来控制门控信号的脉宽时间和门控信号的低电平时间。门控信号的脉宽时间的确定非常关键,可根据MAX6672的PWM波形频率范围通过实验来确定其最佳值,而门控信号的低电平时间(即采样的时间间隔)可由按键随时确定。