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用 NTC 热敏电阻做温度采集 V1.1 - Dec 8, 2005 中文版 19, Innovation First Road • Science Park • Hsin-Chu • Taiwan 300 • R.O.C. Tel: 886-3-578-6005 Fax: 886-3-578-4418 E-mail: mcu@sunplus.com.cn http://www.sunplusmcu.com http://mcu.sunplus.com

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用 NTC 热敏电阻做采用温度目录页 1 系统概要.............................................................................................................................................5 系统说明 ............................................................................................................................5 热敏电阻器.........................................................................................................................5 1.2.1 电阻－温度关系.................................................................................................5 数值处理 ............................................................................................................................7 线性插值 ............................................................................................................................8 2 软件说明...........................................................................................................................................10 软件说明 ..........................................................................................................................10 档案构成 ..........................................................................................................................10 子程序说明.......................................................................................................................10 3 程序范例...........................................................................................................................................12 DEMO程序 .........................................................................................................................12 硬件原理图.......................................................................................................................16 4 MCU使用资源...................................................................................................................................17 MCU硬件使用资源说明....................................................................................................17 5 参考文献...........................................................................................................................................18 2.1 2.2 2.3 3.1 3.2 1.1 1.2 1.3 1.4 4.1 © Sunplus Technology Co., Ltd. PAGE 3 V1.1 – Dec. 8, 2005

用 NTC 热敏电阻做采用温度修订记录版本 1.0 1.1 日期 2004/01/27 2005/12/08 编写及修订者编写及修订说明初版错误校正 © Sunplus Technology Co., Ltd. PAGE 4 V1.1 – Dec. 8, 2005

1 系统概要用 NTC 热敏电阻做采用温度 1.1 系统说明本应用例实现NTC 热敏电阻器对温度的测量。热敏电阻器把温度的变化转换为电阻阻值的变化，再应用相应的测量电路把阻值的变化转换为电压的变化；SPMC75F2413A 内建 8 路 ADC 可以把模拟的电压值转换为数字信号，对数值信号进行处理可以得到相应的温度值。 1.2 热敏电阻器热敏电阻有电阻值随温度升高而升高的正温度系数（Positive Temperature Coefficient 简称 PTC ）热敏电阻和电阻值随温度升高而降低的负温度系数（Negative Temperature Coefficient 简称 NTC）热敏电阻。 NTC 热敏电阻器，是一种以过渡金属氧化物为主要原材料，采用电子陶瓷工艺制成的热敏半导体陶瓷组件。这种组件的电阻值随温度升高而降低，利用这一特性可制成测温、温度补偿和控温组件，又可以制成功率型组件，抑制电路的浪涌电流。电阻温度特性可以近似地用下式来表示： R = R *EXP[B*(1/T-1/T )] T N N 式中：RT、RN分别表示NTC在温度T(K)和额定额定温度TN (K)下的电阻值，单位Ω，T、TN 为温度，单位K（TN(k)=273.15+TN(℃)）。B，称作B值，NTC热敏电阻特定的材料常数(Beta)。由于B值同样是随温度而变化的，因此NTC热敏电阻的实际特性，只能粗略地用指数关系来描述，所以这种方法只能以一定的精度来描述额定温度或电阻值附近的有限的范围。但是在实际应用中，要求有比较精确的 R-T 曲线。要用比较复杂的方法(例如用 the steinhart-Hart 方程)，或者用表格的形式来给定电阻/温度关系。应用例选用 NTC 热敏电阻器 CWF2-502F3950，基于精确的 R-T 曲线，来对温度进行精确的测量。 1.2.1 电阻－温度关系如表 1－1 所示，NTC 热敏电阻器 CWF2-502F3950 各温度点的电阻值，即电阻－温度关系表。从提供的电阻－温度关系表中可以看出 NTC 热敏电阻器 CWF2-502F3950 的测温范围为 [-55℃,125℃]，其电阻值的变化范围为[250062Ω,242.64Ω]。温度(℃) -55 -52 -49 -46 -43 电阻值(Ω) 250062 213575 181580 153933 130293 表 1－1 电阻－温度关系表温度(℃) -54 -51 -48 -45 -42 电阻值(Ω) 237404 202412 171895 145638 123231 温度(℃) -53 -50 -47 -44 -41 电阻值(Ω) 225239 191750 162684 137753 116550 © Sunplus Technology Co., Ltd. PAGE 5 V1.1 – Dec. 8, 2005

用 NTC 热敏电阻做采用温度 -40 -37 -34 -31 -28 -25 -22 -19 -16 -13 -10 -7 -4 -1 2 5 8 11 14 17 20 23 26 29 32 35 38 41 44 47 50 53 56 59 62 65 68 71 74 77 80 83 86 110232 93295.5 79043.9 67074.7 57030.2 48600 41519 35563.5 30545.8 26309.5 22724.6 19683.6 17097.1 14891.5 13005.4 11388.2 9997.74 8799 7762.78 6864.7 6084.32 5404.53 4810.9 4291.28 3835.38 3434.5 3081.22 2769.24 2493.17 2248.38 2032 1837.4 1664.85 1510.74 1372.87 1249.32 1138.44 1038.78 949.06 868.18 795.17 729.17 669.44 -39 -36 -33 -30 -27 -24 -21 -18 -15 -12 -9 -6 -3 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60 63 66 69 72 75 78 81 84 87 104261 88267.4 74819.2 63529 54054.7 46101.6 39418.8 33795 29053.8 25047.9 21655.3 18774.9 16332.9 14230 12438.7 10901.3 9578.41 8436.83 7449.16 6592.4 5847.31 5197.72 4630.01 4132.69 3696.03 3311.78 2972.92 2673.47 2408.3 2173.04 1963.92 1777.68 1611.54 1463.08 1330.18 1211.03 1104.04 1007.82 921.17 843.02 772.43 708.6 650.8 -38 -35 -32 -29 -26 -23 -20 -17 -14 -11 -8 -5 -2 1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70 73 76 79 82 85 88 98621.7 83521.8 70833.9 60184.6 51247.9 43744 37435.9 32124.4 27643.3 23854.2 20642.7 17913.6 15588.4 13601.9 11900.1 10438.3 9181 8091.73 7150.04 6332.49 5620.89 5000 4456.93 3980.83 3562.49 3194.1 2869 2581.5 2326.76 2100.6 1899.44 1720.2 1560.2 1417.14 1289.02 1174.09 1070.83 977.93 894.22 818.69 750.44 688.7 632.76 © Sunplus Technology Co., Ltd. PAGE 6 V1.1 – Dec. 8, 2005

615.3 566.17 521.53 480.94 443.97 410.26 379.5 351.4 325.69 302.16 280.59 260.8 242.64 90 93 96 99 102 105 108 111 114 117 120 123 89 92 95 98 101 104 107 110 113 116 119 122 125 用 NTC 热敏电阻做采用温度 598.39 550.81 507.57 468.23 432.38 399.69 369.85 342.57 317.62 294.76 273.8 254.58 91 94 97 100 103 106 109 112 115 118 121 124 582.02 535.94 494.05 453.3 421.15 389.44 360.48 334.01 309.77 287.57 267.21 248.52 1.3 数值处理通过表 1－1 电阻－温度关系表可以很直观的看到电阻的变化范围从 242.64Ω到 250062Ω，在－55℃的时候其表现出的电阻值是 125℃时所表现的电阻值的 1030 倍，这幺大的变化范围也为 ADC 测量带来了困难。测量电路如图 1－1 所示。 Vref Rv NTC 1 2 Rm 1 2 Vadc C1 103 如图 1－1 测量电路如上图所示 NTC 热敏电阻 Rv 和测量电阻 Rm（精密电阻）组成一个简单的串联分压电路，参考电压 VCC_Ref 经过分压可以得到一个电压值随着温度值变化而变化的数值，这个电压的大小将反映出 NTC 电阻的大小，从而也就是相应温度值的反映。通过欧姆定律可以得到输出电压值 Vadc 和 NTC 电阻值的一个关系表达式： Vadc ＝ Vref*Rm/(Rv+Rm) （1）那幺接下来的数据处理将基于式（1）展开：SPMC75F2413A 的 ADC 为 10-Bit 的精度，其参考电 © Sunplus Technology Co., Ltd. PAGE 7 V1.1 – Dec. 8, 2005

用 NTC 热敏电阻做采用温度压为 5V，因此这里可以选择 Vref＝5V。各温度点对应的 ADC 转换后的数字量可以计算。 Dadc ＝ 1024*Vadc/5V （2）式（1）、（2）结合可以得到： Dadc ＝ 1024*Rm/(Rv+Rm) （3）如果这里取测量电阻 Rm 选择 4.7K Ω ，那幺可以计算出在－55℃ 时所对应的 Dadc ＝ 1024*1000/(250062+1000) ＝ 4；在 125℃时所对应的 Dadc ＝ 1024*1000/(242.64+1000) ＝ 824。根据这样的对应关系对数据进行预处理，得到如下处理结果如表 1－2 所示：表 1－2 tatic const Int16 NTCTAB2[181] = { 19,20,21,22,23,24,26,27,29,30,32,34, 36,38,40,42,44,47,49,52,55,57,61,64, 67,71,74,78,82,86,90,95,99,104,109,114, 120,150,156,161,168,172,180,187,194,201,208,215, 222,230,238,247,255,264,272,280,291,302,310,319, 328,338,347,357,367,376,384,395,405,414,424,434, 444,453,464,474,484,494,502,512,522,531,540,551, 560,569,579,586,595,604,613,624,633,642,650,658, 666,673,680,688,696,704,712,719,726,733,741,749, 755,760,767,774,780,785,791,798,804,811,816,821, 827,832,837,842,847,851,856,862,868,873,856,860, 864,868,872,876,879,883,886,890,893,896,899,902, 905,908,911,914,917,919,922,924,927,929,931,934, 936,938,940,942,944,946,947,949,951,953,954,956, 958,959,961,962,964,965,966,968,969,970,971,973, 974 };//4.7K 当然这也是应用例中所需要的一个很重要的转换表，这一部分是事先制作好的表格，将为接下来的处理提供参考依据。测量电阻 Rm 的选取是有一定的规律的，在实际的应用中不一定都需要测量全程温度，可以估算出大致的温度范围。本着提高测量精度的宗旨：如果是应用在测量低温的系统中建议 Rm 选择较大的电阻（10KΩ），如果在测量较高温的系统中建议 Rm 选择较小的电阻（1KΩ）等。 1.4 线性插值在 ADC 进行数据采集的过程中不可能每一个数值都在整温度所对应的 ADC 数值上，所以如果在两个数据的中间一段就要对其进行进一步的精确定位。这样就必须知道采集到的数据在表 1－2 中的具体位置，因此要对数据表进行搜索、查找。线性表的查找（也称检索），可以有比较常见的顺序查找、折半查找及分块查找等方法，分析线性表 1－2 可以得到折半查找的算法是比较高效的。 Eg.如果 ADC 采样的数值为 Dadc ＝ 360，即 357

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