温度計(LM35DZ直結)(PIC16F876)

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====== 温度計(LM35DZ直結)(PIC16F876) ======

===== 概要 =====
LM35DZを使用した温度計を良く見かけます。そこでは大抵、LM35DZの出力をオペアンプを利用して、10倍に増幅してから処理をしています。
<10倍に増幅するメリット>
  * 温度係数が、10.0mV/℃と小さいので10倍にすると温度係数を100.0mV/℃とすることが出来る。
  * そうすることにより、小数点以下の単位まで温度を測定することが出来る。
  * つまり、PICのA/Dの精度では、最小単位が約5mVなので、(A/DのVref+が5Vの場合、5mV≒5V÷1023)
    * 増幅をしないと、0.5℃が限度となるが、
    * 10倍に増幅すると、0.05℃までの精度で測定が可能となる。

<10倍に増幅するデメリット>
  * 部品点数(オペアンプ+抵抗)が多くなる。
  * 増幅率を10倍に精度よく調整するのは結構難儀。
  * 温度測定範囲が0~50℃(5V≒50×100mV)と半減してしまう。

0.05℃までの精度を求めると増幅も致し方無いのですが、増幅をしなくても、もう少し精度(せめて倍)を上げることはできないものでしょうか?

<LM35DZの規格>
  * 摂氏(℃)に比例(直読可能)した電圧出力(例:20℃のとき、出力200mV)
  * 測定温度範囲:0~100℃
  * 精度:±1℃
  * 温度係数:10.0mV/℃
  * 電源電圧:DC4V~20V、低消費電流:60μA
  * 低出力インピーダンス:0.1Ω

===== 動作原理 =====
A/D変換のVref+が5Vの場合には、最小分解能が≒5mV(5V÷1023)となりますが、PICの規格では、Vref+を2.5Vまで下げることが出来るので、最小分解能を、≒2.5mVとすることができ、単純に倍の精度を得ることが出来ます。

つまり、温度で換算すると、0.5℃単位を0.25℃単位まで、精度を高めることが出来ることになります。
また、測定温度範囲も、0~100℃までと半減することなくカバーできます。
何よりも最大のメリットは、ハードウエア的に調整する箇所が無いということだと思います。
回路的には、LM35DZの直結の値と10倍増幅の値の両方を測定し、温度換算した値を5桁の7セグメントLEDにダイナミック点灯方式で表示させました。

<四捨五入の仕方>
LM35DZの出力が125mV(12.5℃)とした場合、これを小数点以下の温度を四捨五入すると13℃になります。
これをプログラムでは次のようにして実現します。
<code>
int i;
i = 125 / 10; // i は整数型なので、小数点以下が切り捨てられて12となる。
if ((125 - (i * 10)) >= 5) {
 i++; // i の値は、13となる。
</code>

===== 回路図 =====
{{:imgpaste:202004:admin-20200430-174905.png}}

===== ソースコード =====
<code c thermometer.c>
//********************************************************************** 

#define	SEG1	PORTC.F5
#define	SEG2	PORTC.F4
#define	SEG3	PORTC.F3
#define	SEG4	PORTC.F2
#define	SEG5	PORTC.F1

//********************************************************************** 

static	unsigned	char	segTbl[13] = {
	0b10111110,		// 0
	0b10100000,		// 1
	0b11011010,		// 2
	0b11110010,		// 3
	0b11100100,		// 4
	0b01110110,		// 5
	0b01111110,		// 6
	0b10100110,		// 7
	0b11111110,		// 8
	0b11110110,		// 9
	0b01000000,		// -
	0b11111111,		// all-on
	0b00000000,		// all-off
};

//********************************************************************** 

unsigned	char	ChangeSegData(unsigned	char	c)
{
	switch (c) {
	case '0':
		c =  (segTbl[0]);
		break;
	case '1':
		c =  (segTbl[1]);
		break;
	case '2':
		c =  (segTbl[2]);
		break;
	case '3':
		c =  (segTbl[3]);
		break;
	case '4':
		c =  (segTbl[4]);
		break;
	case '5':
		c =  (segTbl[5]);
		break;
	case '6':
		c =  (segTbl[6]);
		break;
	case '7':
		c =  (segTbl[7]);
		break;
	case '8':
		c =  (segTbl[8]);
		break;
	case '9':
		c =  (segTbl[9]);
		break;
	case '-':
		c = (segTbl[10]);
		break;
	case '*':
		c = (segTbl[11]);
		break;
	case ' ':
		c = (segTbl[12]);
		break;
	default:
		c = (segTbl[10]);
		break;
	}
	return(c);
}

//********************************************************************** 

static	unsigned	char	dat1, dat2, dat3, dat4, dat5, datCnt;

void	interrupt(){
	if (INTCON.T0IF == 1) {
		INTCON.T0IF = 0;
		//
		SEG1 = 1;
		SEG2 = 1;
		SEG3 = 1;
		SEG4 = 1;
		SEG5 = 1;
		//
		switch (datCnt) {
		case 0:
			PORTB = ChangeSegData(dat1);
			SEG1 = 0;
			datCnt++;
			break;
		case 1:
			PORTB = ChangeSegData(dat2);
			SEG2 = 0;
			datCnt++;
			break;
		case 2:
			PORTB = ChangeSegData(dat3);
			SEG3 = 0;
			datCnt++;
			break;
		case 3:
			PORTB = ChangeSegData(dat4);
			SEG4 = 0;
			datCnt++;
			break;
		case 4:
			PORTB = ChangeSegData(dat5);
			SEG5 = 0;
			datCnt = 0;
			break;
		default:
			break;
		}
	}
	if (PIR1.TMR1IF == 1) {
		PIR1.TMR1IF = 0;
		PORTC.F0 = ~PORTC.F0;
	}
}

//********************************************************************** 

void main()
{
	unsigned	int		ad0, ad1, tmp;
	unsigned	char	buf[10];
	//
	TRISA = 0b00001011;
	TRISB = 0b00000000;
	TRISC = 0b00000000;
	OPTION_REG = 0b00000000;
	// ad0を使用する。 
	ADCON1.PCFG3 = 0;
	ADCON1.PCFG2 = 1;
	ADCON1.PCFG1 = 0;
	ADCON1.PCFG0 = 1;
	// CCP1モジュールは使用しない。 
	CCP1CON.CCP1M3 = 0;
	CCP1CON.CCP1M2 = 0;
	CCP1CON.CCP1M1 = 0;
	CCP1CON.CCP1M0 = 0;
	// CCP2モジュールは使用しない。 
	CCP2CON.CCP1M3 = 0;
	CCP2CON.CCP1M2 = 0;
	CCP2CON.CCP1M1 = 0;
	CCP2CON.CCP1M0 = 0;
	// タイマー０を設定する。 
	INTCON.T0IE = 1;
	INTCON.T0IF = 0;
	OPTION_REG.T0CS = 0;
	OPTION_REG.PSA = 0;
	OPTION_REG.PS2 = 1;
	OPTION_REG.PS1 = 0;
	OPTION_REG.PS0 = 1;
	// タイマー１を設定する。 
	PIE1.TMR1IE = 1;
	PIR1.TMR1IF = 0;
	T1CON.T1CKPS0 = 1;
	T1CON.T1CKPS1 = 1;
	T1CON.TMR1ON = 1;
	//
	PORTC = 0xFF;
	datCnt = 0;
	dat1 = ' ';
	dat2 = ' ';
	dat3 = ' ';
	dat4 = ' ';
	dat5 = ' ';
	//
	INTCON.PEIE = 1;	// これ以降の処理で割り込みを許可する。 
	INTCON.GIE = 1;	// これ以降の処理で割り込みを許可する。 
	//
	while (1) {
		ad0 = Adc_Read(0);	// 温度センサーの出力をオペアンプで10倍した値。
		ad1 = Adc_Read(1);	// 温度センサーの出力をそのままの値。
		// 小数点以下の温度を四捨五入する。1度＝100mV 
		ad0 = (int)((double)ad0 * 2.48);
		if ((ad0 - ((ad0 / 100) * 100)) >= 50)
			ad0 = (ad0 / 100) + 1;
		else
			ad0 = (ad0 / 100);
		IntToStr(ad0, buf);
		dat5 = buf[4];
		dat4 = buf[5];
		// 小数点以下の温度を四捨五入する。1度＝10mV 
		ad1 = (int)((double)ad1 * 2.48);
		if ((ad1 - ((ad1 / 10) * 10)) >= 5)
			ad1 = (ad1 / 10) + 1;
		else
			ad1 = (ad1 / 10);
		IntToStr(ad1, buf);
		dat2 = buf[4];
		dat1 = buf[5];
		//
		dat3 = '-';
		Delay_ms(500);
	}
}

//**********************************************************************
</code>

===== 動作確認 =====
{{:imgpaste:202004:admin-20200430-175002.png?500}}

向かって、左が、オペアンプを経由したときの値、右が直結のときの値です。
指でLM35DZに触れて温度を変化させても、両方の差は殆どありません。
{{:imgpaste:202004:admin-20200430-175022.png?500}}

如何ですか?
温度の小数点以下を四捨五入して表示する程度の精度を望むなら、部品点数も少なくとてもシンプルで宜しいかと。。。
その時には表示桁数も2~3桁で十分ですね。

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