单片机非ADC方式实现温度测量

背景

最近在一个新的开发项目中，因一个需要一个简小的外联功能模块，考虑到体积尺寸和单一的功能需求，故而思琢采用性价比较高的STC51单片机。项目需求中需要用到温度测量，但是后来发现，自身未带AD口，无奈，遂想到之前在图书馆借阅的老外著作的《模拟电路》中有讲解到使用GPIO+TIMER+RC实现温度测量的原理步骤，当时觉得就蛮新奇的，在此之前也听闻过网友使用此法实现了温度测量，效果说也不错，于是就决定尝试使用该方法。

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原理介绍

如下，已知电容充电放电时间计算公式：Vt=V0+（Vu-V0）* [1-exp(-t/RC)]
其中：
V0 为电容上的初始电压值；
Vu 为电容充满终止电压值；
Vt为任意时刻t，电容上的电压值。

• 如果电压为E的电池通过电阻R向初值为0的电容C充电 V0=0，充电极限Vu=E，
  故任意时刻t，电容上的电压为：
  Vt=E*[1-exp(-t/RC)] (2)
t=RCLn[E/(E-Vt)] (3)
  如果已知某时刻电容上的电压Vt，根据常数可以计算出时间t。
  分别计算两路的充电时间Tntc、Tref;
  据式(3)有：Rntc=Rref*(Tntc/Tref)

然后根据手册查表即可得到当前温度。

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硬件原理

可能当时记漏啦，后来PCB样板回来后，发现我画的原理，使用的是两个GPIO口，如图1，

但是后来翻看那本书，上面使用的是三个GPIO口，如图2。

为了保证先实现，遂在PCB上找一个空GPIO引脚飞一下。按照书上的步骤，最后总算实现了对环境温度的测量，无论是精度，稳定度，效果还是不错的。

在实现完这个之后，我就想了想，应该是可以用两个GPIO口实现温度测量，因为我那个漏掉的GPIO口，按书上逻辑是直接用来给电容C直接充放电通道的。
但是实际应该也可以使用上面两个自身的GPIO口就可以进行充放电动作。故而我更改了一下思路步骤，嘿嘿，最后还真实现啦，效果跟三线制一样的效果。

当然该方法可以在AD资源匮乏的情况下使用，如有AD建议使用AD采集方式更为可靠。

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参考软件代码

• 两线制法

//-----two wire
#define Rntc_CAP_DISCHARGE()  {
     
     P34_PP_MODE();GP1=0;Delay1ms(5);}  //GP1 //use for charging and discharging port//the capitor discharge equel to zero;
#define Rntc_CAP_CHARGE()     {
     
     P34_PP_MODE();GP1=1;}

#define Rref_CAP_DISCHARGE()  {
     
     P35_PP_MODE();GP2=0;Delay1ms(5);} 
#define Rref_CAP_CHARGE()     {
     
     P35_PP_MODE();GP2=1;}

void two_element_charge_action()
{
   
   
	ntc_charge_over_flag=0;//NTC路 充电完成标志置初值0
	ntc_charge_t=0;//NTC路 充电时间置初值0
	P35_HZ_MODE();//GPIO设置为高阻抗模式
	Rntc_CAP_DISCHARGE();//NTC路 电容放完电
	Rntc_CAP_CHARGE();//对电容充电
  	while(0==GP2)//开启计时并检测GPIO电平的翻转
	{
   
   
		T0_ON();
	}
 	T0_OFF();	//关闭计时 
	ntc_charge_over_flag