STM32单片机仿真开发实例 课件 6.4 数字式远程温度传感器的设计

6.4数字式远程温度传感器的设计能力目标：

认知工业自动化产品中的数字式远程温度传感器，在理解的基础上掌握其主要功能，并完成产品主要功能的设计。任务要求：

绘制数字式远程温度传感器的仿真电路，并完成STM32单片机程序的设计，要求实现如下功能：（1）能检测0~40℃之间的温度变化，分辨率1℃；（2）具备串口通信功能，支持Modbus_RTU通信协议。6.4.1远程温度传感器简介顾名思义，远程温度传感器就是具备远程数据传送能力的温度传感器。

本次任务，我们将设计一款利用热敏电阻与ADC检测温度，并利用RS-485网络传送温度值的远程温度传感器。6.4.2热敏电阻

热敏电阻，顾名思义是一种对温度敏感的特殊电阻元件，分为如下两类：

①

PTC（PositiveTemperatureCoefficient，正温度系数）电阻②NTC（NegativeTemperatureCoefficient，负温度系数）电阻PTC特征曲线NTC特征曲线（

）

（✔）NTC电阻的温度和阻值之间的计算关系为：式中：

t——随机温度值（单位℃）；

Rt——与温度t对应的阻值（单位Ω）；

(t0,R0)——曲线上t0=25℃时的电阻阻值；

B——热敏指数。

温度转换算法：

可由以下三步进行推算：

（由D计算Ut）

（由Ut计算Rt）

（由Rt计算t）

实际上STM32的CPU没有这么强的计算能力，最后一步的对数运算必须借助于“泰勒级数”展开计算，运算效率太低，必须借助于“①查表法”+“②分段线性化”。

①查表法

由以下计算式，推算若干特征点数值②分段线性化

利用“分段线性化”来减轻CPU的计算负担，但误差不可避免。

t-Rt关系Rt

-D关系t-D关系6.4.3DMA与ADC

DMA（DirectMemoryAccess，直接存储器访问）技术的作用在于提供外设与存储器或者存储器之间的高速数据传递，这一过程不经过CPU干预。DMA支持的外设包括通用和高级定时器、ADC、SPI、I2C和USART，等等。

以ADC为例，比较阻塞方式、中断方式、DMA方式三者间的区别：

显然，DMA方式效率最高，ADC的转换和存储过程完全不需要CPU干预，程序对于ADC转换的结果随用随取。工作方式阻塞方式中断方式DMA方式CPU占用时间从开始转换，直到转换完毕，全程占用CPU转换过程不占用CPU，直到转换完毕才请求CPU处理转换结果转换过程不占用CPU，转换结果自动存入指定内存片段，全程不占用CPU6.4.4Modbus_RTU通信协议补充

本次任务将要用到的功能码是“读（多个）寄存器”。“读寄存器”指令，完整的指令格式如表所示。说明：◆地址域，由1个字节构成，即Modbus从站地址，范围0~247（248~255保留）；◆起始地址，由2个字节构成，即第一个寄存器的地址，地址范围为0x0000~0xFFFF；

◆寄存器数量，由2个字节构成，即从第一个寄存器开始连续若干个寄存器，，范围1~2000；◆校验码，由2个字节构成，即CRC校验码；◆字节数，由1个字节构成，即寄存器数值占用的字节个数（N），注意寄存器长度是2个字节；

◆寄存器数值，由N个字节构成，是寄存器数量的2倍。主站命令：地址域功能码0x03起始地址H起始地址L寄存器数量H寄存器数量L校验码H校验码L从站响应：地址域功能码0x03字节数寄存器数值（N个字节）校验码H校验码L

下面是“读寄存器”108~110（Hex:006BH~006DH）的实例：

其中：

最后获取的寄存器108~110的值分别是：022BH、0、0064H。注意，这里不是从006CH~006EH6.4.5仿真电路的绘制6.4.6任务程序的编写首先确立ADC转换的数字量与温度值之间的关系，由仿真电路可知NTC电阻阻值Rt与ADC读取数字量D之间的关系：式中，Dmax为数字量最大值，当ADC设定为右对齐时，Dmax取0FFFH，当ADC设定为左对齐时，Dmax取FFF0H。电路元器件参数取值如右图所示。

借助于Excel建立t-Rt计算关系及Rt-D计算关系，最终得到t-D计算关系，如图。

计算得到0~40℃之间每隔1℃的温度值t对应的数字量D，如图。当ADC转换结果D介于两个特征值之间时，比如D2<D≤D1时，由公式这里使用了“分段线性化”的算法来简化计算，从而减轻CPU的负担。

右图中t为D值实际对应的温度值，t’为“分段线性化”之后计算得到的温度值，显然两者之间有偏差，但只要样点取值越密集，两者之间的偏差就会越小。

具体可采用：（1）ADC的阻塞编程法（现场操作演示…）（2）ADC的DMA编程法DMA参数设定如下图所示。本次任务涉及到的与DMA相关的API函数是：HAL_ADC_Start_DMA

启动ADC函数（带DMA）（手册上没有注明形参和返回值，补充一下）形参

•hadc：ADC句柄，例如&hadc1、&hadc2，等；

•pData：转换结果缓冲，实际上就是用于存放ADC转换结果的数组；

•Length：转换结果缓冲数据长度，实际上就是用于存放ADC转换结

果的数组的长度。返回值

•HAL_StatusTypeDef：状态，例如HAL_OK、HAL_ERROR、

HAL_BUSY、HAL_TIMEOUT，不常用。例程：//启动