51單片機學習實踐：用NTC電阻測溫并顯示在TM1637數碼管附程序

ID:759974 · 發表于 2020-11-6 22:43

STC15單片機
實驗名稱：使用NTC電阻測量溫度
實驗內容：
      使用NTC電阻測量溫度并顯示在數碼管上
      讀取DS18B20模塊測量溫度作為參考
實驗器材：
      STC15W408AS_DIP16 x1
      DS18B20  x1
      TM1637數碼管 x1
      1％精度熱敏電阻NTC-MF52-103/3435 10K 3435±1 x1
      金屬膜電阻 1/4W 1% 五色環 10千歐 10K x1

在STC15單片機上使用NTC（10K）電阻測量溫度的基本方法：
      電壓-->電阻-->溫度
1、先有一個準確且穩定的參考電壓，外部可以用TL431A，內部可以使用STC15系列芯片自帶的Bang Gap電壓；
2、如果用Bang Gap基準電壓，則需要使用第九通道讀取Bang Gap電壓相對于當前MCU供電電壓VDD的ADC讀數，然后計算出MCU供電電壓VDD；
3、有了Bang Gap電壓，再讀取NTC電阻電壓的ADC讀數，就可以計算出NTC電阻當前電壓；
4、有了NTC電阻電壓，MCU供電電壓VDD，就可以得到參考電阻（10k）的電壓，就可以計算出NTC電阻當前的阻值；
5、有了NTC電阻當前的阻值，查找溫度與NTC電阻阻值對應關系表，就可以得到溫度值；

實驗心得：
1、使用Bang Gap基準電壓，必須使用芯片內部IRC時鐘，不能使用外部晶振；
2、下載HEX時，需要勾選"在程序區的結束處添加重要測試參數"選項，才可在程序中讀取Bang Gap基準電壓；
3、溫度與NTC電阻阻值對應關系表，可用二分法查找提高速度；
4、查表得到的溫度精度只到整數位，可以用相鄰阻值區間估算小數位以提高準確度；
5、STC15W408AS的代碼空間僅8k，存不下字體數據，不適合使用液晶屏顯示輸出；
6、芯片的Band Gap基準電壓bdg_voltage可以視為常量，加電后讀取一次即可；

TM1637數碼管顯示效果如下：

下載HEX時，需要勾選"在程序區的結束處添加重要測試參數"選項，才可在程序中讀取Bang Gap基準電壓；
使用Bang Gap基準電壓，必須使用芯片內部IRC時鐘，不能使用外部晶振；

通過串口助手可以觀察 NTC電阻和DS18B20測試的溫度數值對比

//主函數
void main(void)
{
uint8 pdata uart_cmd_buf[64] = {0};
//設置STC15W408AS單片機端口為標準模式
Config_Port();
//串口初始化，波特率9600
UART_Config_1(9600);
//定時器0設置，1ms循環
Timer0Init();
//ADC功能初始化
ADC_Init();
//啟動DS18B20
DS18B20_Start();
// 事件處理循環
while(1)
{
UART_Cmd_Check(&uart_cmd_buf, sizeof(uart_cmd_buf)-1);
if (timer_flag_10s) //每隔10s執行以下分支
{
printf("\r\n>timer_count %06u seconds.\r\n", 10*++timer_count);
timer_flag_10s = 0;
NTC_Update_Show();
DS18B20_Update_Show();
}
}
}

復制代碼

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數碼管顯示測試
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數碼管模塊顯示NTC溫度，最后一位顯示字母c表示℃
TM1637_Display(a, b, c, 12);
}

復制代碼

//溫度與NTC電阻阻值對應關系表
//MF52 10K3435 溫度特性表
uint16 code ntc10k_tab[] = {
// 阻值（Ω），溫度
// 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 */
};

復制代碼

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; // 溫度下限
else if(val < tab[tab_size - 1]) return -2; // 溫度上限
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;
}
/*
根據ADC電壓值計算NTC10K電阻值
r_ref為1%精度 10k電阻阻值，如 9963 Ω
adc_voltage是讀取到的NTC10K電壓
vdd_voltage是讀取到的系統電壓
*/
uint16 NTC_ReadR(uint16 r_ref)
{
//計算ADC通道的電阻值（歐姆），參考分壓電阻值r_ref歐姆
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讀取NTC電阻電壓
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])
{
// 使用相鄰阻值區間估算溫度值小數部分，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;
}

復制代碼

完整代碼如下：

uart_ntc10k_STC15W408AS.7z (425.15 KB, 下載次數: 295)

ID:65956 · 發表于 2020-11-7 08:38

下載參考一下，謝謝分享

ID:328014 · 發表于 2020-11-7 16:37

好資料，51黑有你更精彩!!!

ID:856401 · 發表于 2020-12-17 01:48

單片機高手

ID:856401 · 發表于 2021-1-10 11:12

感謝樓主分享，我也要做一個

ID:366464 · 發表于 2021-1-30 20:14

老芯片，新光彩！

ID:704837 · 發表于 2022-5-19 19:19

一看就發現錯誤的計算，return r_ref * adc_voltage / (vdd_voltage - adc_voltage);（我個人判斷）

ID:344646 · 發表于 2022-11-18 13:51

看看1637怎么驅動顯示

ID:1112603 · 發表于 2024-3-25 14:20

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