基于MC9S12XS单片机的温度测量模块设计.pdf

在介绍基于MC9S12XS单片机的温度测量模块设计的知识点时，首先需要了解MC9S12XS系列单片机的基本信息。MC9S12XS是Freescale公司推出的一款16位微控制器，具有多种集成模块，适用于工业、汽车和消费类应用。这款单片机具备高性能的中央处理单元和丰富的I/O接口，同时还包含了模拟和数字外设，包括多通道模数转换器(ADC)，可以实现高精度的模数转换。 本设计的温度测量模块使用了MC9S12XS系列中的MC9S12XS128单片机为主控芯片。为了提高温度测量的精度，设计采用了NTC热敏电阻作为温度传感器。NTC热敏电阻是一种负温度系数的热敏电阻，它的电阻值随温度的升高而减小，能够用于温度的测量。这种热敏电阻适用于多种场合，包括医疗、家用电器、汽车、工业控制和军事/航天领域。 在硬件电路设计方面，首先需要构建MC9S12XS128单片机的最小系统电路，这包括了电源电路、复位电路和时钟电路。这些是保证单片机能够正常工作的基本电路。时钟电路需要提供系统工作时钟，它通常由晶振和起振电容组成。复位电路则允许通过硬件或软件的方式将单片机复位到初始状态。此外，还需要配置BDM下载电路，它允许将程序下载到单片机中并进行调试。在本设计中，BDM接口的第1脚与单片机的BKGD引脚相连，第4脚与单片机的RESET复位脚连接，6脚接电源，而3脚和5脚悬空。 信号测量与处理电路是本设计的核心部分之一。该电路利用了MC9S12XS128单片机内部集成的16路、12位精度、多路输入复用的逐次逼近型模数转换器(ADC)，将NTC热敏电阻的电阻值变化转换为电压值，然后转换为数字信号。为了提高测量精度，设计中采用了TL431可控精密稳压源和电位器与RP0调节构成的测量电桥，并用集成运放LM358对电桥输出的毫伏级压差信号进行放大，放大后的信号通过单片机的AN0端口进行A/D转换。 在程序设计方面，本设计的程序主要由三部分组成：主程序、AD转换模块设置程序和温度转换及输出程序。主程序负责初始化系统和调用其他模块的功能。AD转换模块设置程序负责对ATD模块的控制寄存器进行配置，以设置输入通道、AD转换数据的位数、数据对齐方式、采样周期和数据保存寄存器等。温度转换及输出程序负责读取AD转换模块的输出，计算得到对应的温度值，并调用显示程序将温度值通过数码管进行显示。数码管显示电路由单片机的PA口输出显示段码值，通过限流电阻输入到数码管，并由单片机的PT0~PT3端口进行位选通控制。此外，还设计了按键电路，用于控制测量的开始与停止。 在实际应用中，本设计的温度测量模块可以测量范围从-40°C至+125°C的温度，并能够以三位整数和一位小数的格式显示温度值。通过使用NTC热敏电阻和MC9S12XS128单片机的内部高精度A/D转换模块，模块能够在保持电路设计简单的同时，实现高精度和高可靠性的温度测量功能。此模块的设计理念和技术方案对于涉及温度测量的工业控制、汽车电子、家用电器等应用具有重要的参考价值。