關鍵詞： RISC單片機；R-F型A/D轉(zhuǎn)換；分段線性插值法

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(shù)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(nèi)的兩通道R-F型A/D轉(zhuǎn)換電路，動態(tài)LCD液晶驅(qū)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 HT47C20的兩通道R-F型A/D轉(zhuǎn)換電路

圖2 R-F型A/D轉(zhuǎn)換過程

圖3 (c)溫度θ和計算值Nt的關系曲線

圖4 用分段線性插值法處理θ-Nt 關系曲線

R-F型A/D
圖1給出了HT47C20的兩通道R-F型A/D轉(zhuǎn)換電路的結構。
圖中，Timer A和Timer B是兩個16 位可編程計數(shù)器，其計數(shù)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?qū)崟r時鐘的溢出信號(RTC Output)計數(shù)；Timer B對通道1或通道2的RC振蕩電路產(chǎn)生的脈沖信號計數(shù)。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(zhuǎn)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(chǎn)生的振蕩脈沖計數(shù)，Timer A對系統(tǒng)時鐘計數(shù)。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(shù)到0000H(溢出)；Timer A由初值0000H計到m，兩者同時停止計數(shù)。NS的數(shù)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(chǎn)生的振蕩脈沖計數(shù)，Timer A還是對系統(tǒng)時鐘計數(shù)。再次同時啟動，當Timer A溢出時兩者同時停止計數(shù)且申請中斷?？梢钥闯鰞纱斡嫈?shù)的閘門時間相等，此時Timer B的計數(shù)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(shù)(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(nèi)對參考電阻Rs、參考電容Cs組成的振蕩電路產(chǎn)生的振蕩脈沖的計數(shù)值，和Rs一樣，都是事先設定的常數(shù)。式(2)表示了計數(shù)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(shù)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(shù)值Nt之間的關系曲線進行處理，即可從計數(shù)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(shù)：
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(nèi)的兩個通道R-F型A/D轉(zhuǎn)換電路作溫度測量，Timer B對外部RC振蕩電路的兩次計數(shù)，使用同一個振蕩電容Cs(即參考電容)。從式(2)可以看出：計數(shù)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 主程序和中斷服務程序的軟件流程

圖6 顯示緩沖區(qū)布局及相關引腳

圖 7 HT47C20構成的簡單儀表電路

R-F型A/D轉(zhuǎn)換構成溫度測量儀表的軟件流程
圖5給出了利用HT47C20的片內(nèi)R-F型A/D轉(zhuǎn)換電路構成溫度測量儀表的軟件流程。
HT47C20片內(nèi)動態(tài)液晶顯示電路包含顯示緩沖區(qū)和驅(qū)動輸出電路兩部分。顯示緩沖區(qū)占用內(nèi)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(jīng)驅(qū)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(jīng)芯片內(nèi)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?？梢钥闯銎湫詢r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(nèi)程序存儲器，數(shù)據(jù)存儲器容量，液晶顯示電路的驅(qū)動筆劃數(shù)量適當減少，R-F型A/D轉(zhuǎn)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。

參考文獻
1 盛群.(Holtek)半導體公司. HT47C20產(chǎn)品技術資料
2 茅力群，宋加仁. 用VB5.0實現(xiàn)的非線性曲線的線性化處理.計量技術，2000(2)

作者簡介：茅力群，畢業(yè)于杭州大學計算數(shù)學專業(yè)，博士?，F(xiàn)任杭州商學院電子與信息工程學院講師，從事電路與系統(tǒng)及微機應用方面的教學和科研工作。