学习笔记|ADC|NTC原理|测温程序|STC32G单片机视频开发教程（冲哥）|第十九集：ADC应用之NTC

文章目录

1.NTC的原理
- 开发板上的NTC
2.NTC的测温程序编写
3.实战小练
总结
课后练习

1.NTC的原理

NTC（Negative Temperature Coefficient）是指随温度上升电阻呈指数关系减小、具有负温度系数的热敏电阻现象和材料。该材料是利用锰、铜、硅、钴、铁、镍、锌等两种或两种以上的金属氧化物进行充分混合、成型、烧结等工艺而成的半导体陶瓷，可制成具有负温度系数（NTC）的热敏电阻。其电阻率和材料常数随材料成分比例、烧结气氛、烧结温度和结构状态不同而变化。现在还出现了以碳化硅、硒化锡、氮化钽等为代表的非氧化物系NTC热敏电阻材料。
在这里插入图片描述
材料学中阻值和温度的关系，公式： Rt = RT0EXP(Bn(1/T-1/T0))
式中RT、RT0分别为温度T、T0时的电阻值，Bn为材料常数．陶瓷晶粒本身由于温度变化而使电阻率发生变化，这是由半导体特性决定的。

可以看一下实际的一个表格(温度和电阻的表也叫RT表)
在这里插入图片描述

厂家一般会提供给你这样一个表格，当前温度对应的一个电阻的阻值，那我们把它拉成一个表格以后就可以很清晰的看到：
随温度升高，阻值变小，而且它每一个阻值对应的温度都是恒定的。采集出NTC的阻值，来换算出温度。非常常用的温度采集的办法。

开发板上的NTC

电路图：
在这里插入图片描述
NTC上部接R6的一个10K的一个分压电阻，与NTC串联，并且这个NTC边上并了一个电容（起滤波作用，可忽略）。
实际的电路示意为：

可以理解为是这么两个电阻，进行的一个分压，输出电压可以按公式计算。
实际使用是，单片机采集到的一个这个脚的电压，相当于就是Vref的一个电压，也就是我们这里Vref，和单片机的VREF一致。这边对应的是4096，如果说换算成ADC的话。
也就是可以用adc的数值去代表，对应的一个输出的一个adc的数值。可以在表格上查找或者插值。可以让单片机轻松很多嘛。计算的到可以用表格，帮助我们很快的计算出温度。单片机尽量不让它做复杂的运算，我们采集到单片机的ADC值是不是0-4095，只能采集整数，需要再数据处理时日前4舍5入。
在这里插入图片描述
假设采集数值为3908，则温度是-35度，那么如果采集值正好是3913，数值正好卡在3908,3918之间。可以假设，它如果说两个点之间间隙特别近，可近似为一条直线，可进行线性插值，

线性插值，得到结果。

2.NTC的测温程序编写

复制上节工程14.ADC应用，改名为：15.NTC温度采集,新建\HARDWARE\NTC，单独模块，并将.h文件加入C251引用路径。
需要新建采集函数，输入参数是一个0至4095的一个ADC数值，输出是一个-40至150度的温度，温度换算成整数-400至1500，放大10倍（保留1位小数）
函数返回值就是int类型：int Temp_Cal(u16 adc);
以后的场景中不一定是NTC，也可能是PT100等其他传感器，单独用函数比较容易模块化管理。
在ntc.c中加入函数定义及头文件引用，主函数里也要调用：

#include "ntc.h"


//========================================================================
// 函数名称:Temp_Cal
// 函数功能:将读取到的ADC数值换算成温度
// 入口参数: @adc:adc的数值
// 函数返回:当前的温度值，保留1位小数，-40至-150度的温度对应的数值为-400至1500
// 当前版本: VER1.0
// 修改日期: 2023
// 当前作者:
// 其他备注:
//========================================================================
int Temp_Cal(u16 adc)
{

}

可以把对应的参数数组先写过来方便查看，加入3列：adc数值温度序号，对齐一下。先定义数组：
有3956，肯定是16位的，数组定义的数据部分需要加大括号，表示赋初值：

u16 adc_table[]=
{ //adc数值	温度		序号
	3956, 	//-40		0
	3947, 	//-39		1
	3937, 	//-38		2
	3928, 	//-37		3
	3918, 	//-36		4
	3908, 	//-35		5
	3897, 	//-34		6
	3886, 	//-33		7
	3874, 	//-32		8
	3863, 	//-31		9
	3850, 	//-30		10
	3837, 	//-29		11
	3824, 	//-28		12
	3810, 	//-27		13
	3795, 	//-26		14
	3779, 	//-25		15
	3763, 	//-24		16
	3747, 	//-23		17
	3729, 	//-22		18
	3711, 	//-21		19
	3693, 	//-20		20
	3673, 	//-19		21
	3653, 	//-18		22
	3632, 	//-17		23
	3610, 	//-16		24
	3587, 	//-15		25
	3563, 	//-14		26
	3538, 	//-13		27
	3513, 	//-12		28
	3486, 	//-11		29
	3458, 	//-10		30
	3429, 	//-9		31
	3400, 	//-8		32
	3369, 	//-7		33
	3338, 	//-6		34
	3305, 	//-5		35
	3272, 	//-4		36
	3238, 	//-3		37
	3203, 	//-2		38
	3167, 	//-1		39
	3131, 	//0			40
	3093, 	//1			41
	3055, 	//2			42
	3016, 	//3			43
	2977, 	//4			44
	2936, 	//5			45
	2895, 	//6			46
	2853, 	//7			47
	2811, 	//8			48
	2768, 	//9			49
	2725, 	//10		50
	2682, 	//11		51
	2637, 	//12		52
	2593, 	//13		53
	2548, 	//14		54
	2503, 	//15		55
	2458, 	//16		56
	2412, 	//17		57
	2366, 	//18		58
	2321, 	//19		59
	2275, 	//20		60
	2229, 	//21		61
	2184, 	//22		62
	2138, 	//23		63
	2093, 	//24		64
	2048, 	//25		65
	2003, 	//26		66
	1959, 	//27		67
	1914, 	//28		68
	1871, 	//29		69
	1827, 	//30		70
	1784, 	//31		71
	1742, 	//32		72
	1699, 	//33		73
	1658, 	//34		74
	1617, 	//35		75
	1577, 	//36		76
	1537, 	//37		77
	1498, 	//38		78
	1459, 	//39		79
	1421, 	//40		80
	1384, 	//41		81
	1348, 	//42		82
	1312, 	//43		83
	1277, 	//44		84
	1243, 	//45		85
	1209, 	//46		86
	1176, 	//47		87
	1144, 	//48		88
	1112, 	//49		89
	1082, 	//50		90
	1052, 	//51		91
	1023, 	//52		92
	994	, 	//53		93
	966	, 	//54		94
	939	, 	//55		95
	913	, 	//56		96
	887	, 	//57		97
	862	, 	//58		98
	837	, 	//59		99
	813	, 	//60		100
	790	, 	//61		101
	768	, 	//62		102
	745	, 	//63		103
	724	, 	//64		104
	703	, 	//65		105
	683	, 	//66		106
	664	, 	//67		107
	644	, 	//68		108
	626	, 	//69		109
	608	, 	//70		110
	590	, 	//71		111
	573	, 	//72		112
	557	, 	//73		113
	541	, 	//74		114
	525	, 	//75		115
	510	, 	//76		116
	495	, 	//77		117
	481	, 	//78		118
	468	, 	//79		119
	454	, 	//80		120
	441	, 	//81		121
	429	, 	//82		122
	417	, 	//83		123
	405	, 	//84		124
	394	, 	//85		125
	382	, 	//86		126
	372	, 	//87		127
	361	, 	//88		128
	351	, 	//89		129
	342	, 	//90		130
	332	, 	//91		131
	323	, 	//92		132
	314	, 	//93		133
	305	, 	//94		134
	297	, 	//95		135
	289	, 	//96		136
	281	, 	//97		137
	274	, 	//98		138
	266	, 	//99		139
	259	, 	//100		140
	252	, 	//101		141
	246	, 	//102		142
	239	, 	//103		143
	233	, 	//104		144
	227	, 	//105		145
	221	, 	//106		146
	215	, 	//107		147
	209	, 	//108		148
	204	, 	//109		149
	199	, 	//110		150
	194	, 	//111		151
	189	, 	//112		152
	184	, 	//113		153
	179	, 	//114		154
	175	, 	//115		155
	170	, 	//116		156
	166	, 	//117		157
	162	, 	//118		158
	158	, 	//119		159
	154	, 	//120		160
	150	, 	//121		161
	146	, 	//122		162
	143	, 	//123		163
	139	, 	//124		164
	136	, 	//125		165
	133	, 	//126		166
	129	, 	//127		167
	126	, 	//128		168
	123	, 	//129		169
	120	, 	//130		170
	117	, 	//131		171
	114	, 	//132		172
	112	, 	//133		173
	109	, 	//134		174
	106	, 	//135		175
	104	, 	//136		176
	101	, 	//137		177
	99	, 	//138		178
	97	, 	//139		179
	94	, 	//140		180
	92	, 	//141		181
	90	, 	//142		182
	88	, 	//143		183
	86	, 	//144		184
	84	, 	//145		185
	82	, 	//146		186
	80	, 	//147		187
	78	, 	//148		188
	76	, 	//149		189
	75	, 	//150		190
};

根据温度-ADC值计算表，adc数值的最大值3956，最小值75，此区间以外的数值无效，先剔除：
如果大于数据表最大值，直接返回最小值（int类型最小值： -32768）,小于最小值，不处理，直接返回最大值，其他情况再进行逐一比较：

	if( adc > adc_table[0] )				//温度大于最小温度的adc数值，表示超量程，返回最小数值
		return -32768;
	else if ( adc < adc_table[190] )		//不处理，直接返回最大值
		return 32767;
	else									//循环比较
	{
	}

else中比较数据的三种情况，等于，小于和大于：

		for( i=0;i<190;i++)					//数据的三种情况，等于，小于和大于
		{
			if( adc == adc_table[i] )
			{
				return  i-40;				//换算成温度减40
			}
			else if( adc < adc_table[i] )
			{
				//不处理，i会++
			}
			else
			{
				return i-1-40;
			}
		}

在demo.c中调用函数Temp_Cal进行测试。删除while中的无用代码，定义变量：int TEMP_VAL;//存放温度数值。
假定adc数据为1500（用于测试）：


	while(1)		//死循环
	{
		delay_ms(2);
		if( DeviceState != DEVSTATE_CONFIGURED ) 	//
			continue;
		if( bUsbOutReady )
		{
			usb_OUT_done();

            TEMP_VAL = Temp_Cal(1500);              //根据adc计算当前温度

            printf("当前温度：%d\r\n",TEMP_VAL);
		}

		if( TIM_10MS_Flag==1 )									//如果10ms到了
		{
			TIM_10MS_Flag = 0;									//清空标志位

		}

	}

打开adc初始化，屏蔽VREF_VAL：

	ADC_Init();

	//VREF_VAL = ADC_VrefCal();//adc初始化+电源电压读取

编译，下载，在串口工具中随意发送内容，单片机接收到一个数据信息后，就可以执行if( bUsbOutReady )的内容：
发送任意数据，显示：“当前温度：37”，实现了整数部分的显示。
接下来要把小数部分也显示出来。保留1位小数显示出来，修改：

			else
			{
				i = i - 1;

				temp = adc_table[i] - adc;
				temp = temp *10 / (adc_table[i]-adc_table[i+1]);
				temp += (i-40)*10;
				return temp;
			}

插值计算示意图：
在这里插入图片描述
如果adc的入口参数是1500，计算返回值为379，重新编译下载，串口工具显示：“当前温度：379”，已正常实现。

3.实战小练

做一个简易温度计
1.能检测当前的温度,保留一位小数；(上节函数已实现)
2.数码管显示当前温度。在demo.c中的 TIM_10MS_Flag代码段中实现。看一下数码管代码中要用到的哪几个。
因为NTC的温度变化比较慢，300-500ms刷新一次即可，定义计数变量int count =0；

			count++;
			if (count >= 30)                            //每次延时10ms，30次延时300ms
			{
                count = 0;
                //待延时执行代码部分
			}

修改代码ADC_Read(3)的返回值作为Temp_Cal的入口参数：

		if( TIM_10MS_Flag == 1 )									//如果10ms到了
		{
			TIM_10MS_Flag = 0;									//清空标志位

			count++;
			if (count >= 30)							//每次延时10ms，30次延时300ms
			{
				count = 0;
				TEMP_VAL = Temp_Cal(ADC_Read(3));              //根据adc计算当前温度,NTC在通道3上
				SEG0 = TEMP_VAL / 1000 	% 10 ;
				SEG1 = TEMP_VAL / 100 	% 10 ;
				SEG2 = TEMP_VAL / 10 	% 10 +10;			//+10,增加小数点位的显示
				SEG3 = TEMP_VAL / 1  	% 10;
			}
		}

P1.3还需要设置为高阻输入，利用stc工具：P1M0 = 0x00; P1M1 = 0x08; //P1.3高阻输入，放在adc初始化之后。
在这里插入图片描述
编译下载，正常显示温度。不同开发板NTC位置可能有区别，对照原理图找一下。

总结

1.学会使用NTC测量温度。
2.举一反三,可以了解别的例如PT100等的电阻测温。
3.ADC章节结束,课外可以尝试别的ADC的传感器。

课后练习

给今天的温度计增加如下功能:
1.增加开关机按键,开机数码管显示—，关机数码管不显示
2 开机之后按下测量键，测量20次数据，间隔50ms测量一次，并计算平均值并显示。
3.测量完成蜂鸣一声，LED（背光灯）点亮三秒后熄灭。
4.30秒不操作自动关机。
最后希望大家课后去看看试验箱程序里的关手ADC的代码，学习和理解下别人好的代码。