基于C8051F片内传感器测量环境温度的方法研究

### 基于C8051F片内传感器测量环境温度的方法研究 #### 设置方法 为了使用C8051F单片机中的片内温度传感器来测量环境温度，首先需要确保温度传感器已被启用，并且相关的ADC及其偏置电路也被启用。C8051F系列单片机内置了温度传感器，可以产生一个与器件内部温度成正比的电压信号，这个电压信号可以作为单端输入提供给ADC多路开关。 - **启用温度传感器及相关电路**：通过将`TEMPE (REF0CN.2)`设置为1来启用温度传感器，同时需要启用模拟偏置发生器和内部电压基准。这些设置都可以通过一次写操作来完成，例如： ```assembly mov REF0CN, #07h; 允许温度传感器、模拟偏置发生器和电压基准 ``` - **选择ADC输入**：接下来需要选择温度传感器作为ADC的输入，这可以通过写入`AMX0SL`寄存器来完成： ```assembly mov AMX0SL, #0fh; 选择温度传感器作为ADC输入 ``` - **设置ADC时钟分频系数**：根据单片机的工作频率（SYSCLK），需要正确设置位于`ADC0CF`寄存器中的`ADCSAR`时钟分频系数。例如，假设系统时钟频率为11.0592MHz，则所需的最小分频系数为8，即： ```assembly mov ADC0CF, #61h; 设置ADC的时钟=SYSCLK/8, ADC增益=2 ``` - **配置ADC增益**：为了提高温度分辨率，可以将ADC的增益设置为2。这可以通过设置`ADC0CF`寄存器来完成。 - **配置ADC启动机制**：还需要配置ADC的启动机制。可以使用定时器溢出、写入`ADBUSY`寄存器等方法启动ADC转换。在此文中，选择了向`ADBUSY`写1的方式来启动转换： ```assembly mov ADC0CN, #0C1h; 配置ADC为低功耗跟踪方式，采用向ADBUSY写1作为转换启动信号，输出数据采用左对齐格式 setb ADBUSY; 启动转换 ``` #### 结果分析 温度传感器产生的电压与器件内部的绝对温度成正比。这一电压与温度的摄氏度数值之间的关系为： \[ V_{\text{temp}} = K_1 \times T + K_2 \] 其中： - \(V_{\text{temp}}\) 是温度传感器的输出电压。 - \(T\) 是器件内部的摄氏温度值。 - \(K_1\) 和 \(K_2\) 是常数。 ADC产生的代码与输入电压成正比： \[ \text{CODE} = \left( \frac{\text{Gain}}{V_{\text{ref}}} \right) \times V_{\text{temp}} \] 其中： - \(\text{CODE}\) 是左对齐的ADC输出代码。 - \(\text{Gain}\) 是ADC的增益。 - \(V_{\text{ref}}\) 是电压基准的电压值。 通过代入上述两个方程式，可以得到一个与温度的摄氏度数成正比的输出代码。为了求解\(T\)，需要重新编写方程，并求解得到温度的表达式。根据文中提供的信息，可以知道\(K_2\)的值保持为420，并在最后除以216。 #### 实现时的考虑 在实现过程中需要注意以下几点： - **自热效应**：温度传感器测量的是器件内部的温度，而测量值可能比实际环境温度高出几度，这是由于器件本身的功率消耗导致的发热。为了获得更准确的环境温度值，需要从结果中减去由自热产生的温度增加值。这一温度增加值可以通过计算得到，具体取决于电源电压、工作频率、封装的热耗散特性等因素。 - **电源电压**：不同的电源电压会影响器件的发热程度。 - **工作频率**：更高的工作频率通常会导致更大的功率消耗，从而增加器件的温度。 - **封装的热耗散特性**：不同封装材料的热耗散能力不同，会影响器件的发热情况。 - **安装方式**：器件在PCB上的安装方式也会影响其散热效果。 - **周围空气流通**：空气流动可以帮助散热，减少温度升高。 在使用C8051F单片机的片内温度传感器测量环境温度时，除了要正确设置相关的寄存器之外，还需要考虑到自热效应对测量结果的影响，并采取相应的措施来校正测量值，以获得更准确的环境温度读数。