基于HT47系列RISC單片機的智能化儀表設計

ht47系列mcu是盛群(holtek)半導體公司近年推出的8位精簡指令系統(tǒng)(risc)單片機，它除了具有risc類單片機特有的指令數量少、易記憶、采用流水線式指令執(zhí)行方式、運行速度快等優(yōu)點外，其片內的兩通道r-f型a/d轉換電路，動態(tài)lcd液晶驅動電路以及軟件狗定時器等硬件資源，為設計小型乃至便攜式智能化儀器儀表提供了極大的方便，全部硬件由傳感器+ht47c20+液晶片+少量阻容元件構成。

圖1給出了ht47c20的兩通道r-f型a/d轉換電路的結構。

圖中，timer a和timer b是兩個16 位可編程計數器，其計

數初值可以由程序設定。timer a對系統(tǒng)時鐘(system clock)或系統(tǒng)時鐘4分頻信號(system clock/4)或實時時鐘的溢出信號(rtc output)計數；timer b對通道1或通道2的rc振蕩電路產生的脈沖信號計數。下面我們以利用通道1構成的溫度儀表為例，對其溫度測量原理和設計方法作一介紹。
利用圖2可以清晰地說明r-f型a/d轉換過程：

1.見圖2(a)，timer b對參考電阻rs、參考電容cs組成的振蕩電路產生的振蕩脈沖計數，timer a對系統(tǒng)時鐘計數。通過置位有關特殊功能寄存器相關位可使 timer a、timer b同時啟動。timer b由初值0000h-ns計數到0000h(溢出)；timer a由初值0000h計到m，兩者同時停止計數。ns的數值要保證timer b先溢出，這段時間即為閘門時間。

2.見圖2(b)，timer a初值改為0000h-m, timer b初值改為0000h。timer b對傳感器(ntc熱敏電阻)電阻rt、參考電容cs組成的振蕩電路產生的振蕩脈沖計數，timer a還是對系統(tǒng)時鐘計數。再次同時啟動，當timer a溢出時兩者同時停止計數且申請中斷。可以看出兩次計數的閘門時間相等，此時timer b的計數值為nt。

從上述過程可以看出：ns·(1 /fs)=nt·(1/ft) 所以 nt=ns·ft/fs (1) 而 fs=1/(ks·rs·cs) ft=1/(kt·rt·cs)

式中ks和kt是和電源電壓、環(huán)境溫度以及rscs或rtcs乘積有關的常數(一般取 1.9~2.3)，此處可看作近似相等，故有：

ft/fs=rs/rt

將此式代入上述nt的表達式中，可得：

nt=ns·rs/rt (2)

從上文可知，ns是timer b在規(guī)定的閘門時間內對參考電阻rs、參考電容cs組成的振蕩電路產生的振蕩脈沖的計數值，和rs一樣，都是事先設定的常數。式(2)表示了計數值nt和傳感器電阻rt近似成反比，它們之間的關系如圖3(a)所示。

熱敏電阻本身的電阻-溫度關系曲線如圖3(b)所示，通過圖形變換可以得到被測溫度和計數值nt之間的關系曲線如圖3(c)所示。

用分段線性插值法對被測溫度和計數值nt之間的關系曲線進行處理，即可從計數值nt計算出對應的被測溫度。

把圖4的q-nt關系曲線分成若干段，每段曲線用一段對應的折線來代替。相對于每一段折線，可求出q-n的線性函數： q = a· nt+b 式中：a為該段折線的斜率，b為截距。

值得指出的是，利用ht47c20片內的兩個通道r-f型a/d轉換電路作溫度測量，timer b對外部rc振蕩電路的兩次計數，使用同一個振蕩電容cs(即參考電容)。從式(2)可以看出：計數值nt和電容cs沒有直接關系，因此當電容量受環(huán)境溫度變化時不會影響測溫結果。這一點對提高儀器的系統(tǒng)測量精度是非常有意義的。

圖5給出了利用ht47c20的片內r-f型a/d轉換電路構成溫度測量儀表的軟件流程。

ht47c20片內動態(tài)液晶顯示電路包含顯示緩沖區(qū)和驅動輸出電路兩部分。顯示緩沖區(qū)占用內部ram 40h~53h單元地址(在系統(tǒng)不使用液晶顯示電路時可作為普通ram單元使用)，任何用間接尋址方式寫入顯示緩沖區(qū)的字形碼都將直接(經驅動輸出電路)使液晶顯示屏顯示相應的字符。圖6表示了顯示緩沖區(qū)的布局以及各存儲單元和芯片外部相關引腳的對應關系。

從圖6可以看出，顯示緩沖區(qū)各存儲單元僅低4位有效，整個顯示電路經芯片內部掩膜選擇可外接20*2、20*3或19*4(即1/2duty、1/3duty或1/4duty)的c型液晶顯示器。

圖7是用ht47c20為核心部件構成的非常簡單的儀表硬件電路，圖中僅畫出一個測量通道in0,如果把另一個測量通道in1也利用起來，不需要增加外電路就可以同時測量兩路模擬量。可以看出其性價比非一般單片機電路可比。

結語

ht47系列除了ht47c20外，和它結構、功能相同的還有ht47c20l(掩膜/低功耗版)，ht47r20(otp版)。值得指出的是盛群半導體公司最新推出的新品ht47c10在結構上作了不少簡化，如片內程序存儲器，數據存儲器容量，液晶顯示電路的驅動筆劃數量適當減少，r-f型a/d轉換通道減少為一個，但在某些應用場合其性價比卻更高一些。