臺灣博碩士論文加值系統

目前市面上溫度偵測的應用電路相當的廣泛，但卻不容易找尋到石英溫度感測器相關的應用電路，本研究主要是針對本研究室所開發出的3代石英溫度感測器進行電路分析設計與實作。
第一代石英溫度感測器使用基頻為10MHz (0.1us)，因此應用電路的計時能力至少需能偵測到0.1us，這對於多數的MCU(Micro Controller Unit)而言是無法完成的，所以只能利用外部高速計數器(TTL74LS93)電路去計數石英溫度感測器所產生的頻率值，再將計數結果經由並列輸入串列輸出移位暫存器(TTL 74LS165A)抓取24位元的資料，以串列的方式將資料傳送至MCU (AT89C55)，最後經MCU運算後將正確的溫度值顯示於LCD顯示器上。經實際測試後發現第一代電路實際可測得的精度為0.01℃。
第二代石英溫度感測器使用基頻為19.53125KHz(內部除以512倍頻，19.531KHz = 10MHz/512)，改善了第一代晶片高頻信號偵測不易的問題，此低頻信號極易由MCU直接偵測，可直接利用MCU內建的計數器直接計數，並將正確的溫度值顯示於LCD顯示器上。經實際測試後發現第二代電路可測得的實際精度為0.6℃。
第三代石英溫度感測器是使用基頻為1.25MHz(內部除以8倍頻，1.25MHz = 10MHz/8)，改善了第一代晶片高頻信號偵測不易的問題，同時也改善了第二代晶片精度不高的問題，此種頻率可使用高速DSP(Digital Signal Processor)的計數器直接計數，並將正確的溫度值顯示於LCD顯示器上。經實際測試後發現第三代電路可測得的實際精度為0.01℃。
綜合上述三代石英溫度感測器電路皆能準確的運作，證明吾人所設計的硬體電路及韌體程式皆為正確的設計。未來可將此技術運用在實際的商品上。

Application of the current market temperature detection circuit is quite extensive, but not easy to find quartz temperature sensors related to the applied circuit. This study was developed by our laboratory for the three generations of quartz temperature sensor for Circuit Analysis Design and Implementation.
The fundamental frequency that the first generation of quartz temperature sensor used is 10MHz (0.1us), so the applied circuit''s timing ability can be detected at least 0.1us, which for most of the MCU (Micro Controller Unit) can not be done, so we can only use an external high-speed counter (TTL74LS93) quartz temperature sensor circuit to count the frequency value generated, and then count the results by parallel input serial output shift register (TTL 74LS165A) 24-bit capture information to serial way to transfer data to MCU (AT89C55). MCU operation will last through the correct temperature value shown on the LCD display. After the practical test, we discovered that the first generation of the actual circuit measured precision is 0.01℃.
The fundamental frequency that the second generation of quartz temperature sensor used is 19.531KHz (internal divided by 512 frequency multiplication, 19.531KHz = 10MHz/512). This has improved high-frequency signal problem which was not easy to be detected for the first generation. The low frequency signal can easily be detected directly by the MCU, and it can be counted directly by the MCU built-in counter, and the correct temperature value will be displayed on the LCD display. After the practical test, we discovered that the second generation of the actual circuit measured precision is 0.6℃.
The fundamental frequency that the third generation of quartz temperature sensor used is 1.25MHz (internal, inter 8 multiplier, 1.25MHz = 10MHz / 8). This has not only improved high-frequency signal problem which is not easy to be detected for the first generation but also improved the precision problem of second generation chip which is not high. Frequency of use of such high-speed DSP (Digital Signal Processor) to counter direct counting, and the correct value of the temperature will be displayed on the LCD display. After the practical test, we discovered that the third generation of the actual circuit measured precision is 0.01℃.
The above three generations of quartz temperature sensor integrated circuit all can be accurately operated. All proved that both my hardware circuit design and firmware program design are correct. The future of such technology can be used in the actual products.

摘　要 i
ABSTRACT iii
誌 謝 v
目 錄 vi
表 目 錄 ix
圖 目 錄 x
第一章 緒　論 1
1.1前言 1
1.2研究動機 1
1.3文獻回顧 1
1.3.1熱膨脹感測溫度之元件 1
1.3.1.1玻璃管溫度計 2
1.3.1.2金屬溫度計 2
1.3.2熱電耦 4
1.3.3熱敏電阻式溫度感測器 4
1.3.4電阻式溫度感測器 6
1.3.5溫度感測IC 7
1.3.6石英溫度特性 9
第二章 市面上常見溫度感測器電路分析 11
2.1 NTC熱敏電阻電路分析 11
2.1.1電阻分壓法分析 12
2.1.1.1 NTC熱敏電阻值換算溫度值的計算法 12
2.1.1.2 NTC熱敏電阻熱發散 15
2.2 電阻式溫度感測器電路分析 16
2.2.1 Pt100 二線式測定法分析 19
2.3 Tina pro模擬軟體介紹 23
第三章 石英溫度感測器硬體電路設計與製作 24
3.1 Tina Pro軟體自動化設計 24
3.1.1 Tina pro模擬軟體分析NTC熱敏電阻分壓法 24
3.1.1.1模擬流程說明 24
3.1.1.2 R-T Curve 26
3.1.1.3偏壓自加熱分析 28
3.1.2 Tina pro模擬軟體分析Pt100 二線式測定法 30
3.1.2.1模擬流程說明 31
3.1.2.2 R-T Curve 32
3.1.2.3 Pt100應用電路各節點電壓模擬 34
3.1.3第一代硬體電路模擬 36
3.1.4第二代硬體電路模擬 38
3.1.5第三代硬體電路模擬 40
3.2 硬體電路設計 42
3.2.1第一代基頻為10MHz石英溫度感測器電路設計與製作 42
3.2.1.1第一代硬體電路設計 42
3.2.1.2第一代硬體電路製作 44
3.2.1.3第一代硬體電路調整與測試 48
3.2.2第二代基頻為19.531KHz石英溫度感測器電路設計 49
3.2.2.1第二代硬體電路設計 49
3.2.2.2第二代硬體電路製作 50
3.2.2.3第二代硬體電路調整與測試 52
3.2.3第三代基頻為1.25MHz石英溫度感測器電路設計與製作 53
3.2.3.1第三代硬體電路設計 53
3.2.3.2第三代硬體電路製作 55
3.2.3.3第三代硬體電路調整與測試 60
第四章 石英溫度感測器電路韌體設計 61
4.1第一代石英溫度感測器電路韌體程式 62
4.1.1第一代韌體程式流程圖 62
4.1.2第一代韌體程式設計 67
4.2第二代石英溫度感測器電路韌體程式 69
4.2.1第二代韌體程式流程圖 69
4.2.2第二代韌體程式設計 72
4.3第三代石英溫度感測器電路韌體程式 77
4.3.1第三代韌體程式流程圖 77
4.3.2第三代韌體程式設計 89
第五章 結果與討論 93
5.1第一代石英溫度感測器實驗平台結果與討論 93
5.1.1設定Timer 2校正值的結果與討論 93
5.1.2設定25℃環境下Offset值的結果與討論 95
5.1.3清除25℃環境下Offset值的結果與討論 98
5.2第二代石英溫度感測器實驗平台結果與討論 98
5.2.1設定取樣時間的結果與討論 99
5.2.2設定環境溫度的結果與討論 99
5.2.3第二代石英溫度感測器實驗平台本身準確度的結果與討論 103
5.2.4第二代石英溫度感測器實驗平台整體準確度的結果與討論 104
5.3第三代石英溫度感測器實驗平台結果與討論 105
5.3.1設定取樣時間的結果與討論 106
5.3.2設定環境溫度的結果與討論 106
5.3.3第三代石英溫度感測器實驗平台整體準確度的結果與討論 111
第六章 結 論 112
6.1第一代石英溫度感測器實驗平台之結論 112
6.2第二代石英溫度感測器實驗平台之結論 112
6.3第三代石英溫度感測器實驗平台之結論 113
參考文獻 114
作者簡介 116

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