摘 要： 介绍了以HT47系列单片机为核心部件的常见智能化仪表的设计过程。
关键词： RISC单片机；R-F型A/D转换；分段线性插值法

       HT47系列MCU是盛群(Holtek)半导体公司近年推出的8位精简指令系统(RISC)单片机，它除了具有RISC类单片机特有的指令数量少、易记忆、采用流水线式指令执行方式、运行速度快等优点外，其片内的两通道R-F型A/D转换电路，动态lcd液晶驱动电路以及软件狗定时器等硬件资源，为设计小型乃至便携式智能化仪器仪表提供了极大的方便，全部硬件由传感器+HT47C20+液晶片+少量阻容元件构成。

图1 HT47C20的两通道R-F型A/D转换电路

图2 R-F型A/D转换过程

图3 (c)温度θ和计算值Nt的关系曲线

图4 用分段线性插值法处理θ-Nt 关系曲线

R-F型A/D
       图1给出了HT47C20的两通道R-F型A/D转换电路的结构。

       图中，Timer A和Timer B是两个16 位可编程计数器，其计数初值可以由程序设定。Timer A对系统时钟(System Clock)或系统时钟4分频信号(System Clock/4)或实时时钟的溢出信号(RTC Output)计数；Timer B对通道1或通道2的RC振荡电路产生的脉冲信号计数。下面我们以利用通道1构成的温度仪表为例，对其温度测量原理和设计方法作一介绍。

利用图2可以清晰地说明R-F型A/D转换过程：
1.见图2(a)，Timer B对参考电阻Rs、参考电容Cs组成的振荡电路产生的振荡脉冲计数，Timer A对系统时钟计数。通过置位有关特殊功能寄存器相关位可使 Timer A、Timer B同时启动。Timer B由初值0000H-NS计数到0000H(溢出)；Timer A由初值0000H计到m，两者同时停止计数。NS的数值要保证Timer B先溢出，这段时间即为闸门时间。

      2.见图2(b)，Timer A初值改为0000H-m, Timer B初值改为0000H。Timer B对传感器(NTC热敏电阻)电阻Rt、参考电容Cs组成的振荡电路产生的振荡脉冲计数，Timer A还是对系统时钟计数。再次同时启动，当Timer A溢出时两者同时停止计数且申请中断。可以看出两次计数的闸门时间相等，此时Timer B的计数值为Nt。
从上述过程可以看出：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是和电源电压、环境温度以及RsCs或RtCs乘积有关的常数(一般取 1.9~2.3)，此处可看作近似相等，故有：
ft/fs=Rs/Rt
将此式代入上述Nt的表达式中，可得：
Nt=NS·Rs/Rt (2)

      从上文可知，NS是Timer B在规定的闸门时间内对参考电阻Rs、参考电容Cs组成的振荡电路产生的振荡脉冲的计数值，和Rs一样，都是事先设定的常数。式(2)表示了计数值Nt和传感器电阻Rt近似成反比，它们之间的关系如图3(a)所示。

      热敏电阻本身的电阻-温度关系曲线如图3(b)所示，通过图形变换可以得到被测温度和计数值Nt之间的关系曲线如图3(c)所示。

      用分段线性插值法对被测温度和计数值Nt之间的关系曲线进行处理，即可从计数值Nt计算出对应的被测温度。

      把图4的q-Nt关系曲线分成若干段，每段曲线用一段对应的折线来代替。相对于每一段折线，可求出q-N的线性函数：
q = a· Nt+b
式中：a为该段折线的斜率，b为截距。

      值得指出的是，利用HT47C20片内的两个通道R-F型A/D转换电路作温度测量，Timer B对外部RC振荡电路的两次计数，使用同一个振荡电容Cs(即参考电容)。