2018年03月15日 | 单片机与数字温度接口及程序设计分析

2018-03-15 来源：eefocus

　　数字式温度传感器(简称SWC)，又称集成数字脉冲式感温探头，是一种新型的三端温度变送器件。该器件采用集成模块化设计，可以直接将被测温度信号转化为数字脉冲信号输出，具有传输距离远，抗干扰能力强，转换精度高等优点。它可以方便地与51系列单片机接口，而省去A/D转换集成电路，降低成本，提高可靠性，缩小体积，可广泛应用于军事、医药卫生、食品及自动化测控系统中。

　　SWC三条引脚的名称分别为控制线(K)、信号线(S)、公共线(G)。其K端实际上也是电源线，其工作方式为加电启动或宽脉冲触发式。当对其控制线加电（或宽脉冲）触发时，经复位时间TQ之后信号线上便输出一串脉冲。该串脉冲的个数即表示被测温度的数字量(见图1)。

串脉冲的个数即表示被测温度的数字量
　　
　　这里需要说明一点，输出脉冲个数的多少不取决于加电脉冲的宽度，而取决于SWC内部正比于温度的参考电压的大小，即取决于温度的高低。利用SWC这种特点，可以方便地与单片机配接。方案有两种，下面分别予以介绍。
　　
　　1．外加电方式
　　
　　第一种方案为外加电方式，即控制线K上所加宽脉冲为一外接振荡器，由振荡器的脉宽控制SWC启动，如图3-99所示。SWC传感器出厂均严格约定每个脉冲为0.1℃的增量，而脉冲频率为15 kHz左右。8031单片机的P3，4/TO、P3.5／Ti引脚为计数器时，对外部事件的最高计数速度为fosc/24。若机器晶振为6 MHz，6 MHz/24>15 kHz，则计15 kHz左右的脉冲是没有问题的。15 kHz脉冲的周期为0.067 ms，SWC传感器的测量上限若为150℃，则须计1500个脉冲，大约100 ms。即在控制线K端加电的脉宽应大于100 ms．否则会引起误差。重复对SWC进行加电启动，可实现对被测温度的连续采样。
　　
　　若以P3.4/TO为计数输入端，则必须将8031特殊功能寄存器TMOD中的D3位，即门控制位GATE置为1，并将D2位C／INTo位置为1，则只有当定时器运行控制位TRo =1，且INTo引脚为高电平时，才启动To计数器计数。这种情况下，只要INTo为高电平，计数便开始；INTo为低电平，停止计数。T0计数受控于INTo的高低电平。利用这一特点，让SWC的控制线K与INTo相连，只要INTo变为高电平，一方面给SWC加电，其输出15 kHz的脉冲；另一方面使8031计数器To开放，开始计数。计数脉冲的多少，就是温度的数字量。
　　
　　图2中，IC1为施密特触发器。它和电容C、电位器Wl、W2一起构成占空比和频率均可调的多谐振荡器。Wl、W2可设定脉冲占空比；振荡器输出宽脉冲驱动三极管2SC9013给SWC控制线加电，每加一次电即采样一次；SWC传感器的信号线S经两级施密特触发器整形后，送至8031的P3.4/TO端计数。

单片机与数字温度接口及程序
　　
　　在大型冷库、化工自动化等工程中，往往需要进行多点的温度巡检，那么可以按图3线路设计。图3中CD4028是CMOS的BCD码／十进制译码器；CD4067是CMOS十六选一模拟开关；74LS273是八D锁存器，可以将不同的二进制数在11脚为高电平时锁存在该器件中。这样将可利用不同的二进制数依次只能选通某个通道。该电路将CMOS逻辑电平控制和多路模拟开关控制相结合，最大限度地组合利用器件的通道容量，从而可以用八位二进制码来完成最多可达160路SWC测温电路的通断控制，可以方便地实现计算机巡检，以便进行多点温度控制。

单片机与数字温度接口及程序
　　
　　2．软件实现方式
　　
　　第二种方案，是利用软件实现一个脉宽大于100 ms的方法，来代替第一种方案中的外加多谐振荡器，而其他接口电路与第一种方案一样，这里不再重复。
　　
　　若在Pl.0引脚上输出上述方法的信号，假定系统时钟频率为6 MHz，选用定时器To，且使其工作在方式1，则有定时初值

　　转化为二进制数：X= 00llll0010110000，十六进制数为X=3CB0H，故定时器To的初值为BOH(TL)和3CH(TH)。定时器初始化和中断服务程序清单如下：
　　单片机与数字温度接口及程序

　　这种方法以在P1.0。口输出定时方波来给SWC不断加电实现连续采样，使接口电路极为简单、方便。且SWC输出脉冲的传输距离一般可达500 m以上，转换速度低于3 ms，误差不大于0.3℃，使得这种传感器应用非常广泛，且与数字化仪器仪表配套连接。

单片机数字温度接口

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一、技术原理与特性

单级PFC电路的基本工作原理是什么？
- 回答：单级PFC电路通过共用一个开关管和一套PWM控制电路，同时实现功率因数校正（PFC）和对输出电压的调节。它通常由升压型PFC级和DC-DC变换器组合而成，两部分电路共用一个开关，通过控制开关的通断，电路同时完成对AC输入电流的整形和对输出电压的调节。
单级PFC电路相比两级PFC电路有哪些优缺点？
- 回答：优点包括电路结构简单、成本较低、效率较高（在某些设计下）。缺点则在于PFC和对输入电流谐波抑制的效果可能不如两级PFC电路，且在某些应用中可能面临安规问题。

二、设计与应用

如何设计单级PFC电路以满足特定的功率因数要求？
- 回答：设计单级PFC电路以满足特定功率因数要求时，需要考虑电感的选择、开关管的选型、控制电路的设计以及反馈机制等因素。通过精确控制开关管的通断时间和占空比，可以实现对输入电流的整形，从而改善功率因数。此外，还可以采用有源钳位和软开关技术来进一步提高效率并降低开关损耗。
单级PFC电路在哪些应用场景中较为常见？
- 回答：单级PFC电路因其结构简单、成本较低而广泛应用于各种需要功率因数校正的电子设备中，如LED驱动电源、电源适配器、开关电源等。特别是在对成本有一定要求的场合，单级PFC电路更具竞争力。

三、故障与调试

单级PFC电路在调试过程中可能会遇到哪些常见问题？
- 回答：在调试单级PFC电路时，可能会遇到次级去电流检测电阻过大、光耦供电电阻过大、比较器电流反馈电容过大等问题。这些问题可能导致PFC电路无法正常工作或性能下降。解决方法包括调整相关电阻和电容的数值、检查电路连接是否正确、更换损坏的元件等。
如何诊断和解决单级PFC电路中的故障？
- 回答：诊断和解决单级PFC电路中的故障时，首先需要检查电路中的保险丝是否熔断、MOS管是否损坏或过热、反馈控制元件是否失效以及负载是否存在故障等。通过逐一排查这些可能的问题点，可以定位故障原因并采取相应的修复措施。在检修过程中，需要注意安全操作规范，避免触碰高压部位并断开电源。

四、性能优化

如何优化单级PFC电路的性能？
- 回答：优化单级PFC电路的性能可以从多个方面入手，包括优化电感的设计以减小损耗、选择合适的开关管和二极管以降低导通压降和反向恢复时间、改进控制算法以提高控制精度和响应速度等。此外，还可以采用有源钳位和软开关技术来进一步降低开关损耗并提高整体效率。
单级PFC电路的效率如何提升？
- 回答：提升单级PFC电路的效率可以通过多种方法实现，包括优化电路拓扑结构、选用高效率的开关管和二极管、降低电路中的寄生参数和损耗、采用先进的控制算法等。此外，合理设计散热系统以确保开关管和其他关键元件在正常工作温度下运行也是提高效率的重要手段之一。

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