51单片机学习实践：用NTC电阻测温并显示在TM1637数码管附程序

ID:759974 · 发表于 2020-11-6 22:43

STC15单片机
实验名称：使用NTC电阻测量温度
实验内容：
      使用NTC电阻测量温度并显示在数码管上
      读取DS18B20模块测量温度作为参考
实验器材：
      STC15W408AS_DIP16 x1
      DS18B20  x1
      TM1637数码管 x1
      1％精度热敏电阻NTC-MF52-103/3435 10K 3435±1 x1
      金属膜电阻 1/4W 1% 五色环 10千欧 10K x1

在STC15单片机上使用NTC（10K）电阻测量温度的基本方法：
      电压-->电阻-->温度
1、先有一个准确且稳定的参考电压，外部可以用TL431A，内部可以使用STC15系列芯片自带的Bang Gap电压；
2、如果用Bang Gap基准电压，则需要使用第九通道读取Bang Gap电压相对于当前MCU供电电压VDD的ADC读数，然后计算出MCU供电电压VDD；
3、有了Bang Gap电压，再读取NTC电阻电压的ADC读数，就可以计算出NTC电阻当前电压；
4、有了NTC电阻电压，MCU供电电压VDD，就可以得到参考电阻（10k）的电压，就可以计算出NTC电阻当前的阻值；
5、有了NTC电阻当前的阻值，查找温度与NTC电阻阻值对应关系表，就可以得到温度值；

实验心得：
1、使用Bang Gap基准电压，必须使用芯片内部IRC时钟，不能使用外部晶振；
2、下载HEX时，需要勾选"在程序区的结束处添加重要测试参数"选项，才可在程序中读取Bang Gap基准电压；
3、温度与NTC电阻阻值对应关系表，可用二分法查找提高速度；
4、查表得到的温度精度只到整数位，可以用相邻阻值区间估算小数位以提高准确度；
5、STC15W408AS的代码空间仅8k，存不下字体数据，不适合使用液晶屏显示输出；
6、芯片的Band Gap基准电压bdg_voltage可以视为常量，加电后读取一次即可；

TM1637数码管显示效果如下：

下载HEX时，需要勾选"在程序区的结束处添加重要测试参数"选项，才可在程序中读取Bang Gap基准电压；
使用Bang Gap基准电压，必须使用芯片内部IRC时钟，不能使用外部晶振；

通过串口助手可以观察 NTC电阻和DS18B20测试的温度数值对比

//主函数
void main(void)
{
uint8 pdata uart_cmd_buf[64] = {0};
//设置STC15W408AS单片机端口为标准模式
Config_Port();
//串口初始化，波特率9600
UART_Config_1(9600);
//定时器0设置，1ms循环
Timer0Init();
//ADC功能初始化
ADC_Init();
//启动DS18B20
DS18B20_Start();
// 事件处理循环
while(1)
{
UART_Cmd_Check(&uart_cmd_buf, sizeof(uart_cmd_buf)-1);
if (timer_flag_10s) //每隔10s执行以下分支
{
printf("\r\n>timer_count %06u seconds.\r\n", 10*++timer_count);
timer_flag_10s = 0;
NTC_Update_Show();
DS18B20_Update_Show();
}
}
}

复制代码

void NTC_Update_Show(void)
{
int16 ntc_t = 0;
uint8 a, b, c;
ntc_t = NTC_ReadT();
sprintf(sbuf, "%4.1f", (float)ntc_t/10);
printf(">>>NTC_T : %s c\r\n", sbuf);
//TM1637数码管显示测试
if(' ' == sbuf[0]) a = 22;
else if('-' == sbuf[0]) a = 21;
else a = sbuf[0] - '0';
b = sbuf[1] - '0';
c = sbuf[3] - '0';
// 使用TM1637数码管模块显示NTC温度，最后一位显示字母c表示℃
TM1637_Display(a, b, c, 12);
}

复制代码

//温度与NTC电阻阻值对应关系表
//MF52 10K3435 温度特性表
uint16 code ntc10k_tab[] = {
// 阻值（Ω），温度
// 190556, /* -40 */
// 183413, /* -39 */
// 175674, /* -38 */
// 167647, /* -37 */
// 159565, /* -36 */
// 151598, /* -35 */
// 143862, /* -34 */
// 136436, /* -33 */
// 129364, /* -32 */
// 122668, /* -31 */
// 116352, /* -30 */
// 110410, /* -29 */
// 104827, /* -28 */
// 99585, /* -27 */
// 94661, /* -26 */
// 90033, /* -25 */
// 85678, /* -24 */
// 81575, /* -23 */
// 77703, /* -22 */
// 74044, /* -21 */
// 70581, /* -20 */
// 67299, /* -19 */
// 64183, /* -18 */
// 61223, /* -17 */
// 58408, /* -16 */
// 55728, /* -15 */
// 53177, /* -14 */
// 50746, /* -13 */
// 48429, /* -12 */
// 46222, /* -11 */
//44120, /* -10 */
42118, /* -9 */
40212, /* -8 */
38399, /* -7 */
36675, /* -6 */
35036, /* -5 */
33480, /* -4 */
32004, /* -3 */
30603, /* -2 */
29275, /* -1 */
28017, /* 0 */
26826, /* 1 */
25697, /* 2 */
24629, /* 3 */
23618, /* 4 */
22660, /* 5 */
21752, /* 6 */
20892, /* 7 */
20075, /* 8 */
19299, /* 9 */
18560, /* 10 */
18482, /* 11 */
18149, /* 12 */
17632, /* 13 */
16992, /* 14 */
16280, /* 15 */
15535, /* 16 */
14787, /* 17 */
14055, /* 18 */
13354, /* 19 */
12690, /* 20 */
12068, /* 21 */
11490, /* 22 */
10954, /* 23 */
10458, /* 24 */
10000, /* 25 */
9576, /* 26 */
9184, /* 27 */
8819, /* 28 */
8478, /* 29 */
8160, /* 30 */
7861, /* 31 */
7579, /* 32 */
7311, /* 33 */
7056, /* 34 */
6813, /* 35 */
6581, /* 36 */
6357, /* 37 */
6142, /* 38 */
5934, /* 39 */
5734, /* 40 */
5541, /* 41 */
5353, /* 42 */
5173, /* 43 */
4998, /* 44 */
4829, /* 45 */
4665, /* 46 */
4507, /* 47 */
4355, /* 48 */
4208, /* 49 */
4065, /* 50 */
3927, /* 51 */
3794, /* 52 */
3664, /* 53 */
3538, /* 54 */
3415, /* 55 */
3294, /* 56 */
3175, /* 57 */
3058, /* 58 */
2941, /* 59 */
2825, /* 60 */
2776, /* 61 */
2718, /* 62 */
2652, /* 63 */
2582, /* 64 */
2508, /* 65 */
2432, /* 66 */
2356, /* 67 */
2280, /* 68 */
2207, /* 69 */
2135, /* 70 */
2066, /* 71 */
2000, /* 72 */
1938, /* 73 */
1879, /* 74 */
1823, /* 75 */
1770, /* 76 */
1720, /* 77 */
1673, /* 78 */
1628, /* 79 */
1586, /* 80 */
1546, /* 81 */
1508, /* 82 */
1471, /* 83 */
1435, /* 84 */
1401, /* 85 */
1367, /* 86 */
1334, /* 87 */
1301, /* 88 */
1268, /* 89 */
1236, /* 90 */
1204, /* 91 */
1171, /* 92 */
1139, /* 93 */
1107, /* 94 */
1074, /* 95 */
1042, /* 96 */
1010, /* 97 */
979, /* 98 */
948, /* 99 */
// 918, /* 100 */
// 889, /* 101 */
// 861, /* 102 */
// 835, /* 103 */
// 810, /* 104 */
// 787, /* 105 */
// 767, /* 106 */
// 749, /* 107 */
// 733, /* 108 */
// 721, /* 109 */
// 713, /* 110 */
};

复制代码

int8 NTC_bSearch(uint16 *tab, uint8 tab_size, int16 val)
{
uint8 mid = 0;
uint8 left = 0;
uint8 right = tab_size - 1;
if(val > tab[0]) return -1; // 温度下限
else if(val < tab[tab_size - 1]) return -2; // 温度上限
while(left <= right)
{
mid = (right + left) / 2;
if(val == tab[mid])
return mid;
else if (val > tab[mid])
right = mid - 1;
else if (val < tab[mid])
left = mid + 1;
}
return mid;
}
/*
根据ADC电压值计算NTC10K电阻值
r_ref为1%精度 10k电阻阻值，如 9963 Ω
adc_voltage是读取到的NTC10K电压
vdd_voltage是读取到的系统电压
*/
uint16 NTC_ReadR(uint16 r_ref)
{
//计算ADC通道的电阻值（欧姆），参考分压电阻值r_ref欧姆
return r_ref * adc_voltage / (vdd_voltage - adc_voltage);
}
int16 NTC_ReadT(void)
{
uint16 ntc_r = 0;
uint16 ref_r = 0;
int16 ntc_t = 0;
uint8 idx = 0;
int16 dec = 0;
ADC_ReadBandGapVoltage();
if(DEBUG_MODE) printf(">>>NTC_ReadT: bdg_voltage = %5.2f mV\r\n", (float)bdg_voltage);
ADC_ReadCh9Val();
if(DEBUG_MODE) printf(">>>NTC_ReadT: adc_ch9_val = %u\r\n", adc_ch9_val);
//指定ADC端口P1.4读取NTC电阻电压
ADC_ReadChxVoltage(4);
if(DEBUG_MODE) printf(">>>NTC_ReadT: adc_voltage = %5.2f mV\r\n", adc_voltage);
ADC_ReadVddVoltage();
if(DEBUG_MODE) printf(">>>NTC_ReadT: vdd_voltage = %5.2f mV\r\n", vdd_voltage);
ntc_r = NTC_ReadR(NTC_R10K_REF);
if(DEBUG_MODE) printf(">>>NTC_ReadT: ntc_r = %u ohm\r\n", ntc_r);
idx = NTC_bSearch(ntc10k_tab, ARRAY_SIZE(ntc10k_tab), ntc_r);
if(-1 == idx) return -99;
else if(-2 == idx) return 999;
if(DEBUG_MODE) printf(">>>NTC_bSearch: ntc10k_tab[%bu] = %d ohm\r\n", idx, ntc10k_tab[idx]);
if(ntc_r != ntc10k_tab[idx])
{
// 使用相邻阻值区间估算温度值小数部分，四舍五入
if(ntc_r > ntc10k_tab[idx] && idx > 0)
{
dec = 100 * (ntc_r - ntc10k_tab[idx])/(ntc10k_tab[idx-1] - ntc10k_tab[idx]);
//if(DEBUG_MODE) printf(">>>NTC_ReadT: dec = %d = 100 * (%d)/(%d)\r\n", dec, (ntc_r - ntc10k_tab[idx]), (ntc10k_tab[idx-1] - ntc10k_tab[idx]));
}
else if(ntc_r < ntc10k_tab[idx] && idx < ARRAY_SIZE(ntc10k_tab))
{
dec = 100 * (ntc10k_tab[idx] - ntc_r)/(ntc10k_tab[idx] - ntc10k_tab[idx+1]);
//if(DEBUG_MODE) printf(">>>NTC_ReadT: dec = %d = 100 * (%d)/(%d)\r\n", dec, (ntc10k_tab[idx] - ntc_r), (ntc10k_tab[idx] - ntc10k_tab[idx+1]));
}
if(5 < dec % 10) dec += 10;
dec /= 10;
if(ntc_r > ntc10k_tab[idx])
{
dec *= -1;
}
}
if(DEBUG_MODE) printf(">>>NTC_ReadT: int = %4.1f c\r\n", (float)(idx-9));
if(DEBUG_MODE) printf(">>>NTC_ReadT: dec = %2.1f c\r\n", (float)dec/10);
ntc_t = 10*(idx-9) + dec;
//if(DEBUG_MODE) printf(">>>NTC_ReadT: ntc_t = %4.1f c\r\n", (float)ntc_t/10);
return ntc_t;
}