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。
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)
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：
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。
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：
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。
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。