熱敏電阻測(cè)溫顯示系統(tǒng)

1、燕 山 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書燕山大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書題目： 熱敏電阻測(cè)溫顯示系統(tǒng) 學(xué)院（系）： 電氣工程學(xué)院 年級(jí)專業(yè)： 10級(jí)檢測(cè)一班 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： yanshanxiaoyao 指導(dǎo)教師： 孟 宗 教師職稱： 副教授 2013 年 7月7 日燕山大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書院（系）：電氣工程學(xué)院 基層教學(xué)單位：儀器科學(xué)與工程系 學(xué) 號(hào)100103020044學(xué)生姓名許帆專業(yè)（班級(jí)）10檢測(cè)一班設(shè)計(jì)題目熱敏電阻測(cè)溫顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)一個(gè)采用熱敏電阻為敏感元件的溫度測(cè)量顯示系統(tǒng)，溫度顯示范圍為0-100，顯示分辨率0.1。設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)熱敏電阻檢測(cè)電路與單片機(jī)

2、的接口電路、4位led顯示電路；編制相應(yīng)的程序。工作量設(shè)計(jì)的內(nèi)容滿足課程設(shè)計(jì)的教學(xué)目的與要求，設(shè)計(jì)題目的難度和工作量適合學(xué)生的知識(shí)和能力狀況，工作量飽滿。工作計(jì)劃查閱資料進(jìn)行設(shè)計(jì)準(zhǔn)備、設(shè)計(jì)硬件電路、編制程序，編制程序、驗(yàn)證設(shè)計(jì)、撰寫任務(wù)書。參考資料單片微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)及其應(yīng)用 張淑清 國(guó)防工業(yè)出版社單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù) 張淑清 國(guó)防工業(yè)出版社單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)匯編指導(dǎo)教師簽字基層教學(xué)單位主任簽字說(shuō)明：此表一式四份，學(xué)生、指導(dǎo)教師、基層教學(xué)單位、系部各一份。 目錄第1章 摘要3第2章 引言4第3章 基本原理43.2 傳感器電路模塊53.2.1 熱敏電阻簡(jiǎn)介53.2.2 基于熱敏電阻測(cè)溫電橋和放大電

3、路53.3 ad轉(zhuǎn)換器工作原理63.3.1 ad0809簡(jiǎn)介63.3.2 基于ad0809的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路63.4 at89c51工作原理73.5 led數(shù)碼管顯示原理83.5.1 led數(shù)碼管簡(jiǎn)介83.5.2 led數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)方式83.5.3 led數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路10第4章 電路整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)114.1 電路整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)114.2 軟件設(shè)計(jì)11第5章 心得體會(huì)12參考文獻(xiàn)13附錄14 第1章 摘要隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)溫度的測(cè)量的要求也越來(lái)越高，而且測(cè)量的范圍也越來(lái)越廣，對(duì)溫度的檢測(cè)技術(shù)的要求也越來(lái)越高，因此，溫度測(cè)量及其測(cè)量技術(shù)的研究也是一個(gè)很重要的課題。本文設(shè)計(jì)一個(gè)采用熱敏電阻為敏

4、感元件的溫度測(cè)量顯示系統(tǒng)，溫度顯示范圍為0-100，顯示分辨率0.1 。包含溫度傳感器，ad轉(zhuǎn)換器，51系列單片機(jī)，led數(shù)碼顯示管四部分。并利用匯編語(yǔ)言編制的程序，實(shí)現(xiàn)熱敏電阻測(cè)溫顯示系統(tǒng)。 第2章 引言單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱為單片機(jī)，又稱為微型控制器，是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支。單片機(jī)是70年代中期發(fā)展起來(lái)的一種大規(guī)模集成電路芯片，是cpu、ram、rom、i/o接口和中斷系統(tǒng)于同一硅片的器件。80年代以來(lái)，單片機(jī)發(fā)展迅速，各類新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，出現(xiàn)了許多高性能新型機(jī)種，現(xiàn)已逐漸成為工廠自動(dòng)化和各控制領(lǐng)域的支柱產(chǎn)業(yè)之一。單片機(jī)具有體積小、重量輕、能耗省、價(jià)格低可靠性高和通用靈活等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于

5、衛(wèi)星定向、汽車火化控制、交通自動(dòng)管理等方面。單片機(jī)有兩種基本結(jié)構(gòu)形式:一種是在通用微型計(jì)算機(jī)中廣泛采用的，將程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合用一個(gè)存儲(chǔ)器空間的結(jié)構(gòu)，稱為普林斯頓結(jié)構(gòu)。另一種是將程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器截然分開，分別尋址的結(jié)構(gòu)，一般需要較大的程序存儲(chǔ)器，目前的單片機(jī)以采用程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器截然分開的結(jié)構(gòu)為多。本課題討論的熱敏電阻測(cè)溫顯示系統(tǒng)的核心是目前應(yīng)用極為廣泛的51系列單片機(jī)。第3章 基本原理3.1 總體設(shè)計(jì)溫度測(cè)量模塊主要為溫度測(cè)量電橋，當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，電橋失去平衡，從而在電橋輸出端有電壓輸出，但該電壓很小。經(jīng)過(guò)集成放大器放大，將放大后的信號(hào)輸入ad轉(zhuǎn)換芯片， 進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換后

6、，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在電路上，就可以將被測(cè)溫度顯示出來(lái)。3.2 傳感器電路模塊3.2.1 熱敏電阻簡(jiǎn)介熱敏電阻是開發(fā)早，種類多，發(fā)展較成熟的敏感元器件，熱敏電阻由半導(dǎo)體陶瓷材料組成，利用的原理是溫度引起電阻的變化。若電子和空穴的濃度分別為、,遷移率分別為、，則半導(dǎo)體的電導(dǎo)為： （1）因?yàn)?、都是依賴溫度t的函數(shù)，所以電導(dǎo)是溫度的函數(shù)，因此可由測(cè)量電導(dǎo)而推算出溫度的高低，并能做出電阻-溫度特性曲線，這就是半導(dǎo)體熱敏電阻的工作原理。熱敏電阻包括正溫度系數(shù)（ptc）和負(fù)溫度系數(shù)（ntc）熱敏電阻，以及臨界溫度熱敏電阻（ctr）。熱敏電阻的主要特點(diǎn)是：靈敏度高，起電阻溫度系數(shù)要比金屬大10-

7、100倍以上，能檢測(cè)出很小的溫度變化；工作溫度范圍寬，常溫器件適用于-55315；體積小，能夠測(cè)量其他溫度計(jì)無(wú)法測(cè)量的空隙，腔體及生物體內(nèi)血管的溫度；使用方便，電阻值可在0.1100間任意選擇；易加工成復(fù)雜的形狀，可大批量生產(chǎn)，穩(wěn)定性好，過(guò)載能力強(qiáng)。本課程設(shè)計(jì)中采用wave2000試驗(yàn)箱中的ntc熱敏電阻。3.2.2 基于熱敏電阻測(cè)溫電橋和放大電路 本課程設(shè)計(jì)中采用ntc熱敏電阻，其相關(guān)溫度傳感器電路原理圖如圖1所示。圖1 溫度傳感器原理圖溫度傳感器中采用電橋電路，并利用ca324四運(yùn)算放大將電阻值轉(zhuǎn)換為電壓值輸出。3.3 ad轉(zhuǎn)換器工作原理3.3.1 ad0809簡(jiǎn)介本設(shè)計(jì)中才用型號(hào)為ad0

8、809的a/d轉(zhuǎn)換器. adc0809 對(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是05v，若信號(hào)太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過(guò)程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。本電路設(shè)計(jì)直接采用0-5v的輸出電壓即可滿足電路需求，ad0809芯片圖如圖2所示：圖2 ad0809芯片3.3.2 基于ad0809的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路本設(shè)計(jì)中試驗(yàn)箱內(nèi)部基于ad0809的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路圖，如圖3所示圖3 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路圖如圖3所示，實(shí)驗(yàn)只有in0和in1兩個(gè)輸入端口，輸出端口地址取決于片選a/d_cs所接片選端得段地址，片選將于第四章講述。adc0809是8位逐次逼近型a/d轉(zhuǎn)換器。它

9、由一個(gè)8路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存譯碼器、一個(gè)a/d 轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用a/d 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存a/d 轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)oe 端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)電路及接線如下圖示 ：連線連接孔1連接孔21in0溫度傳感器輸出2ad_cscs23.4 at89c51工作原理at89c51是一種帶4k字節(jié)flash存儲(chǔ)器（fperomflash programmable and erasable read only memory）的低電壓、高性能cmos 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。at

10、89c2051是一種帶2k字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用atmel高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的mcs-51指令集和輸出管腳相兼容。其主要特性如下：與mcs-51 兼容 4k字節(jié)可編程flash存儲(chǔ)器 壽命：1000寫/擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年 全靜態(tài)工作：0hz-24mhz 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 1288位內(nèi)部ram 32可編程i/o線 兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 5個(gè)中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路3.5 led數(shù)碼管顯示原理3.5.1 led數(shù)碼管簡(jiǎn)介led數(shù)碼管實(shí)際上是

11、由七個(gè)發(fā)光管組成8字形構(gòu)成的，加上小數(shù)點(diǎn)就是8個(gè)。這些段分別由字母a,b,c,d,e,f,g,h來(lái)表示。當(dāng)數(shù)碼管特定的段加上電壓后，這些特定的段就會(huì)發(fā)亮，以形成我們眼睛看到的2個(gè)8數(shù)碼管字樣了。如：顯示一個(gè)“2”字，那么應(yīng)當(dāng)是a亮b亮g亮e亮d亮f不亮c不亮dp不亮。led數(shù)碼管有一般亮和超亮等不同之分，也有0.5寸、1寸等不同的尺寸。小尺寸數(shù)碼管的顯示筆畫常用一個(gè)發(fā)光二極管組成，而大尺寸的數(shù)碼管由二個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管組成，一般情況下，單個(gè)發(fā)光二極管的管壓降為1.8v左右，電流不超過(guò)30ma。發(fā)光二極管的陽(yáng)極連接到一起連接到電源正極的稱為共陽(yáng)數(shù)碼管，發(fā)光二極管的陰極連接到一起連接到電源負(fù)極的稱

12、為共陰數(shù)碼管。常用led數(shù)碼管顯示的數(shù)字和字符是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、a、b、c、d、e、f。本設(shè)計(jì)中為共陰極數(shù)碼管。3.5.2 led數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)方式led數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)位，因此根據(jù)led數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。a、靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的i/o口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如bcd碼二-十進(jìn)位器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用i/o口多，如驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要58=40根i/o口來(lái)驅(qū)動(dòng)，要知道一個(gè)89

13、s51單片機(jī)可用的i/o口才32個(gè)呢。故實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了電路的復(fù)雜性。 b、動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)： 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示介面是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp 的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極com增加位元選通控制電路，位元選通由各自獨(dú)立的i/o線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位元選通com端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位元就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。 透過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)led數(shù)

14、碼管的com端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過(guò)程中，每位元數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極體的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示資料，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的i/o口，而且功耗更低。本課程設(shè)計(jì)中采用的是動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)的方法實(shí)現(xiàn)熱敏電阻測(cè)溫顯示系統(tǒng)。表1 數(shù)碼管顯示數(shù)字-共陰極字符碼對(duì)照表顯示數(shù)字1234共陰極字符碼06h5bh4fh66h顯示數(shù)字5678共陰極字符碼6dh7dh07h7fh顯示數(shù)字90ab共陰極字符碼6fh3fh77h7ch顯示數(shù)

15、字cdef共陰極字符碼39h5eh79h71h3.5.3 led數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路圖5 led八段數(shù)碼管電路原理圖如圖5所示，led數(shù)碼管位選地址為0x002h，本課程設(shè)計(jì)中采用的片選為cs1，因此，led數(shù)碼管位選地址為09002h。片選地址于第四章講述。而關(guān)于數(shù)碼管的八段二進(jìn)制編碼存放在0x004h中，即09004h.本課程設(shè)計(jì)中不使用按鍵系統(tǒng)。第4章 電路整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)4.1 電路整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由于本課程設(shè)計(jì)中，受到wave2000實(shí)驗(yàn)箱的限制，電路整體結(jié)構(gòu)如下：圖6 整體電路結(jié)構(gòu)圖4.2 軟件設(shè)計(jì)本課程設(shè)計(jì)采用的為匯編語(yǔ)言。整體設(shè)計(jì)思路為：開始初始化程序ad轉(zhuǎn)換數(shù)值轉(zhuǎn)換數(shù)碼顯示模數(shù)轉(zhuǎn)

16、換子程序流程圖如圖7所示。圖7 模數(shù)轉(zhuǎn)換流程圖數(shù)碼顯示子程序流程圖如圖8所示。圖8 數(shù)碼顯示流程圖表2 地址碼插孔及對(duì)應(yīng)地址范圍譯碼插孔地址范圍cs008000h08fffhcs109000h09fffhcs20a000h0afffhcs30b000h0bfffhcs40c000h0cfffhcs50d000h0dfffhcs60e000h0efffhcs70f000h0ffffh第5章 心得體會(huì) 這次課程設(shè)計(jì)將單片機(jī)與傳感器進(jìn)行了結(jié)合跟進(jìn)一步想我展示了單片機(jī)得強(qiáng)大功能此外還接觸了模數(shù)轉(zhuǎn)換器件，了解了有關(guān)ad轉(zhuǎn)換的知識(shí)，同時(shí)也溫習(xí)了匯編知識(shí)。此次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)綜合了傳感器，運(yùn)算放大器等，聯(lián)系到

17、很多方面的知識(shí)，讓我們充分聯(lián)系平時(shí)所學(xué)知識(shí)，全力以赴。它不僅是我鞏固了之前所學(xué)的知識(shí)，加深了對(duì)學(xué)過(guò)知識(shí)的印象，還使我發(fā)現(xiàn)了自己對(duì)理論知識(shí)掌握還不夠扎實(shí)，對(duì)一些知識(shí)點(diǎn)存在著錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)。為今后的學(xué)習(xí)和工作都奠定了良好的基礎(chǔ)。在完成課設(shè)的過(guò)程中，每一處都凝聚了老師和同學(xué)對(duì)我的幫助，所有的成果都是大家共同努力的成果。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了自己獨(dú)立工作的能力，樹立了對(duì)自己工作能力的信心。充分體會(huì)了在創(chuàng)造過(guò)程中探索的艱難和成功時(shí)的喜悅?？傊@次課程設(shè)計(jì)讓我收獲很大。 參考文獻(xiàn)1、張淑清 單片微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)及其應(yīng)用 國(guó)防工業(yè)出版社 2001年2、張淑清 單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù) 國(guó)防工

18、業(yè)出版社 2000年3、李秀忠 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)匯編 中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社 2006年4、趙負(fù)圖 現(xiàn)代傳感器集成電路 人民郵電出版社 2000年5、賽爾吉?dú)W 弗朗哥著 劉樹棠譯 基于運(yùn)算放大器和模擬集成電路的電路設(shè)計(jì) 西安交通大學(xué)出版社 2009年6、康華光 電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分 高等教育出版社 2002年7、李科杰 新編傳感器技術(shù)手冊(cè) 國(guó)防工業(yè)出版社 2001年8、賈伯年 傳感器技術(shù) 東南大學(xué)出版社 1992年9、楊寶清 、孫寶元 傳感器及其應(yīng)用手冊(cè) 2004年 附錄ad0809 equ 0a000h ; ad0809片選outbit equ 08002h ; 位控制口outseg equ

19、08004h ; 段控制口ledbuf equ 60h ; 顯示緩沖delayt equ 75h ;adresult equ 76h ; a/d轉(zhuǎn)換結(jié)果 org 0 ljmp startad0809read: mov dptr, #ad0809 mov a, #0 movx dptr, a ; 起動(dòng) a/d mov a, #40h djnz acc, $ ; 延時(shí) 100us movx a, dptr ; 讀入結(jié)果 mov adresult, a retledmap: ; 八段管顯示碼 db 3fh, 06h, 5bh, 4fh, 66h, 6dh, 7dh, 07h db 7fh, 6fh, 77h, 7ch, 39h, 5eh, 79h, 71hdelay: ; 延時(shí)子程序 mov r7, #0delayloop: djnz r7, delayloop djnz acc, delayloop ret searchledmap: anl a, #0fh mov dptr, #ledmap movc a, a+dptr retdisplayled: mov r0, #ledbuf mov r1, #6 ; mov r2, #00001000b ; 從左邊開始顯示loop: mov dptr,