STM32单片机仿真开发实例 课件 6.4 数字式远程温度传感器的设计.pptx

;能力目标：

认知工业自动化产品中的数字式远程温度传感器，在理解的基础上掌握其主要功能，并完成产品主要功能的设计。

任务要求：

绘制数字式远程温度传感器的仿真电路，并完成STM32单片机程序的设计，要求实现如下功能：

（1）能检测0~40℃之间的温度变化，分辨率1℃；

（2）具备串口通信功能，支持Modbus_RTU通信协议。;6.4.1远程温度传感器简介

顾名思义，远程温度传感器就是具备远程数据传送能力的温度传感器。

本次任务，我们将设计一款利用热敏电阻与ADC检测温度，并利用RS-485网络传送温度值的远程温度传感器。;6.4.2热敏电阻

热敏电阻，顾名思义是一种对温度敏感的特殊电阻元件，分为如下两类：

①PTC（PositiveTemperatureCoefficient，正温度系数）电阻

②NTC（NegativeTemperatureCoefficient，负温度系数）电阻

;NTC电阻的温度和阻值之间的计算关系为：

式中：

t——随机温度值（单位℃）；

Rt——与温度t对应的阻值（单位Ω）；

(t0,R0)——曲线上t0=25℃时的电阻阻值；

B——热敏指数。

;温度转换算法：

可由以下三步进行推算：

（由D计算Ut）（由Ut计算Rt）（由Rt计算t）

实际上STM32的CPU没有这么强的计算能力，最后一步的对数运算必须借助于“泰勒级数”展开计算，运算效率太低，必须借助于“①查表法”+“②分段线性化”。

;①查表法

由以下计算式，推算若干特征点数值

②分段线性化

利用“分段线性化”来减轻CPU的计算负担，

但误差不可避免。;6.4.3DMA与ADC

DMA（DirectMemoryAccess，直接存储器访问）技术的作用在于提供外设与存储器或者存储器之间的高速数据传递，这一过程不经过CPU干预。DMA支持的外设包括通用和高级定时器、ADC、SPI、I2C和USART，等等。

以ADC为例，比较阻塞方式、中断方式、DMA方式三者间的区别：

显然，DMA方式效率最高，ADC的转换和存储过程完全不需要CPU干预，程序对于ADC转换的结果随用随取。;6.4.4Modbus_RTU通信协议补充

本次任务将要用到的功能码是“读（多个）寄存???”。;“读寄存器”指令，完整的指令格式如表所示。

说明：

◆地址域，由1个字节构成，即Modbus从站地址，范围0~247（248~255保留）；

◆起始地址，由2个字节构成，即第一个寄存器的地址，地址范围为0x0000~0xFFFF；

◆寄存器数量，由2个字节构成，即从第一个寄存器开始连续若干个寄存器，，范围1~2000；

◆校验码，由2个字节构成，即CRC校验码；

◆字节数，由1个字节构成，即寄存器数值占用的字节个数（N），注意寄存器长度是2个字节；

◆寄存器数值，由N个字节构成，是寄存器数量的2倍。;下面是“读寄存器”108~110（Hex:006BH~006DH）的实例：

其中：

最后获取的寄存器108~110的值分别是：022BH、0、0064H。;6.4.5仿真电路的绘制;6.4.6任务程序的编写

首先确立ADC转换的数字量与温度值之间的关系，由仿真电路可知NTC电阻阻值Rt与ADC读取数字量D之间的关系：

式中，Dmax为数字量最大值，当ADC设定为右对齐时，Dmax取0FFFH，当ADC设定为左对齐时，Dmax取FFF0H。;借助于Excel建立t-Rt计算关系及Rt-D计算关系，最终得到t-D计算关系，如图。;计算得到0~40℃之间每隔1℃的温度值t对应的数字量D，如图。;当ADC转换结果D介于两个特征值之间时，比如D2D≤D1时，由公式;具体可采用：

（1）ADC的阻塞编程法

（现场操作演示…）

（2）ADC的DMA编程法

DMA参数设定如下图所示。;本次任务涉及到的与DMA相关的API函数是：

HAL_ADC_Start_DMA启动ADC函数（带DMA）;Tobecontinued...