0 簡介
EWB(電子工作臺)是模擬數字電路仿真軟件，具有界面直觀、操作方便、分析方法多等優點。非常適合于電子工程師和學生使用。EWB軟件有綠色版，不必安裝，解壓后即可使用，點擊wewb32．exe運行軟件。在主界面中，以圖形方式顯示了所用的各種操作功能，包括：元件庫、儀器儀表、分析方法等，關于 EWB的具體內容，請參考書籍《實用通信與電子線路的計算機仿真》。分析方法的應用往往給試驗帶來極大的方便，甚至比真實的實驗更方便，本文將運用的 EWB的瞬態分析和溫度掃描分析來設計一款價廉實用的測溫電路。
1 電路原理與設計
本文所述的測溫電路針對水溫的測量(可用于類似的場合)，測量范圍是0～100℃。通常溫度測量的方法是用溫度傳感器將溫度信號經過A／D轉換器送到單片機中，從而取得溫度數據。如果要求測量顯示的精度高(達到10位以上)，則成本大大增加。圖1是本文的測溫電路原理圖，電路中沒有采用專用的溫度傳感器，也不用A／Di轉換的方式，而是采用三極管Q1作為測溫元件，利用其pn結的溫度電壓特性，測得溫度的變化。將溫度電壓信號和R2、C1積分信號送到比較器輸入端，在R2、C1開始充電后，直到其電壓超過溫度電壓時，比較器翻轉，用單片機測量翻轉前的充電時間，即可測量溫度的電壓值。下面通過對RC積分和溫度測量的仿真，詳細敘述測量原理。
圖2是三極管pn結測溫電路，根據三極管手冊參數，pn結兩端的電壓隨溫度變化。本例測量水溫，溫度范圍是0～100℃。在實際應用中需要知道對應的電壓變化范圍和起始、終止點的電壓值。用EMB進行溫度掃描分析，具有直觀、快捷的優點。在EMB中畫出圖2電路，選擇主菜單的分析(analysis)選項，選擇其中的溫度掃描(temperature sweep)功能，在打開的對話框中設置溫度的起始和終止范圍，其中starttemper-ature(起始溫度)設置為0，end temperature(終點溫度)設置為100，sweep type選擇linear，output node選擇要仿真的節點，其它選擇默認，然后點擊simulate(仿真)，得到仿真結果如圖3所示，單擊cursors(游標)，可以精確測量曲線各點坐標的x、y(溫度、電壓)值，實測結果是，對應x值的0～100℃范圍，y值是0．642～0．442V，電壓變化范圍是200mV，變化規律是線性的。
圖4是R、C積分電路，在通電的初始時刻，電容兩端的電壓為0V，以后隨著對電容的充電，電容兩端的電壓將增加，其電壓的變化規律是：
由式(1)可知，Uc不是線性的，但是如果R、C的數值很大，則Uc接近于線性，這個過程可以用數學方法求出Uc的曲率來判斷線性，最終確定R、C的大小，但是過程比較麻煩而且不直觀。如果用EWB仿真，則方便、快捷、直觀，針對圖4電路，選擇主菜單的analysis下的transient(瞬態)仿真，在打開的對話框中修改start time(開始時間)為0，endtime(結束時間)為0．02s，將測量的節點添加到nodes for analysis對話框中，然后點擊simulate，得到圖5的結果。打開游標測得x、y的數據是：當電壓變化范圍是0．442～0．642V時，對應的時間范圍是4ms。
由溫度仿真圖形和R、C仿真圖形可知，兩者都是線性的，將溫度仿真與R、C仿真結合，確定溫度與R、C充電時間的關系，當溫度變化從0～100℃時，對應的R、C充電時間變化范圍是8～12ms，設溫度變量為tem，時間變量為t，則有
t的單位是ms。
為了更精確地顯示測量值，采用定點運算方法，增加2位小數，則式(2)修改為
t的單位是μs
tem為帶2位小數的溫度值。
如果用單片機測量出時間的變化過程，就可以求出對應的溫度值。
圖6是完整的測溫電路。單片機采用89c2051，4位數碼管顯示溫度數值，顯示精度是2位小數。89c2051自帶一個比較器，比較器的輸入端口是 P1．0和P1．1，輸出端是P3．6，三極管的溫度測量值接到P1．1端口，R、C充電電路與P1．0連接，P1.0既是比較器的輸入端，同時還是單片機的輸出端口，它具有單片機端口的性質，即：P1．0輸出高電平時，相當于內部集電極開路狀態。在此，利用該功能實現電容充放電的控制，不測量溫度時，P1．0輸出低電平，電容兩端電壓為0V。測量溫度時，首先啟動T0計數器，然后將P1．0置高電平，R2給C1充電，此時不斷地判斷P3．6的狀態，直到P1．O的電壓大于P1．1的電壓，比較器輸出端P3．6翻轉，取出計數數值(如果單片機采用12MHz晶體，每記一個數恰好是1 μs)，從而得到了時間值，根據式(3)可以得到溫度值。程序代碼如下：
2 結論
綜上所述，EWB在測溫電路中所起的作用，主要體現在單元電路的仿真，包括溫度掃描分析和RC瞬態分析。這些工作如果用真實測試來完成，都是很麻煩的，需要很多苛刻的條件，在業余的條件或一般條件下，幾乎是不可能完成的，而運用EWB軟件順利地達到了目的。
