電子溫度計設計論文

1、基于at89c51單片機溫度檢測系統(tǒng)設計指導老師：龔仁喜 參賽學生：李寧，左俊軍，陸健摘要：本設計運用了基于at89c51嵌入式單片機處理器技術。系統(tǒng)以mcs-51匯編語言編程實現(xiàn)數(shù)字平臺，將主控制處理器、總線、數(shù)字顯示器、a/d轉換器、編碼器和i/o接口等硬件設備集成在一片電路板上。本設計集成溫度傳感器ad590設計并制作了一款基于at89c51的4位數(shù)碼管顯示的數(shù)字溫度計，其電路簡單，軟硬件結構模塊化，易于實現(xiàn)。關鍵詞：放大電路；模數(shù)轉換；十進制轉換目錄： 系統(tǒng)設計方案與論證·········

2、3;····················2 系統(tǒng)功能原理及硬件組成··························3 系統(tǒng)硬件實現(xiàn)原

3、理及電路················3 at89c51單片機功能·····················4 ad590溫度傳感器········

4、···············4 adc0804模數(shù)轉換器·····················6 七段led溫度顯示電路·········

5、83;········7系統(tǒng)軟件設計與編程·······························8系統(tǒng)軟件實現(xiàn)原理·······&#

6、183;···············8系統(tǒng)主程序·····························8十進制數(shù)據(jù)轉換調整子程序··&

7、#183;············9lde數(shù)碼顯示子程序······················10系統(tǒng)檢測與仿真············

8、;························11設計結果與總結························&#

9、183;···········12主要電子元件清單··································12附件··

10、············································14 proteus版溫度計完整電路圖（附件1-1） at89c51控制

11、匯編程序（附件1-2）一、 系統(tǒng)設計方案與論證溫度檢測系統(tǒng)的設計思路基本是通過熱敏電阻產(chǎn)生電流信號之后通過模數(shù)轉換器轉換成可以被單片機識別的數(shù)字信號，主控器通過信號的識別與處理，產(chǎn)生溫度對應的數(shù)字信號，通過編碼器把結果顯示在led顯示器上。流程如下圖：被測溫度檢測電路主控器顯示器鍵盤a/d而設計電路有兩種方案，區(qū)別主要在檢測電路與a/d之間，主要是電壓的放大。如果通過固定電阻的電壓變化（電路圖見1-1），其輸出電壓范圍較小，這要求a/d的靈敏度很高，所以溫度的分辨率也底。而如果使用放大器把電壓放大那么其電壓放大的范圍就變大很多，本設計采用的三級放大電路（電路圖見1-2）。（圖1-1） （圖1-

12、2） 所以采用三級放大電路的設計更為合理。二、 系統(tǒng)功能原理及硬件組成1、系統(tǒng)硬件實現(xiàn)原理及電路該數(shù)字溫度計利用ad590集成溫度傳感器及其接口電路完成溫度的測量并轉換成模擬電壓信號，經(jīng)由模數(shù)轉換器adc0804轉換成單片機能夠處理的數(shù)字信號，然后送到單片機at89c51中進行處理變換，最后將溫度值顯示在d4、d3、d2、d1共位七段碼led顯示器上。系統(tǒng)以at89c51單片機為控制核心，加上ad590測溫電路、adc模數(shù)轉換電路、4位溫度數(shù)據(jù)顯示電路以及外圍電源、時鐘電路等組成。系統(tǒng)組成框圖如圖1-3所示。（圖1-3）2、at89c51單片機功能atmel公司的生產(chǎn)的at89c51單片機是一

13、種低功耗/低電壓、高性能的8位單片機，內(nèi)部除cpu外，還包括128字節(jié)ram，4個8位并行i/o口，5個中斷優(yōu)先級，2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器，片內(nèi)集成4k字節(jié)可改變程序flash存儲器，具有低功耗，速度快，程序擦寫方便等優(yōu)點，完全滿足本系統(tǒng)設計需要。單片機p0口作為adc0804轉換數(shù)據(jù)的輸入端，p2.0接adc0804的intr端檢測數(shù)據(jù)轉換是否結束。p1.0p1.3的輸出信號接到譯碼器7447上作為數(shù)碼管的顯示，p1.4p1.7則作為個數(shù)碼管的位選信號控制。p3口有特殊的功能，p3.6用于控制adc0804的啟動，p3.7用于控制讀取adc0804的轉換結果。3、ad5

14、90溫度傳感器ad590是美國模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。ad590測溫范圍為55150，滿足人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)和生活中的溫度范圍。ad590電源電壓可在4v6v范圍變化，可以承受44v正向電壓和20v反向電壓，因而器件反接也不會被損壞。ad590產(chǎn)生的電流與絕對溫度成正比，它有非常好的線性輸出性能，溫度每增加1，其電流增加1a。ad590溫度與電流的關系如下表所示：攝氏溫度ad590電流經(jīng)10k電壓0273.2 a2.732 v10283.2 a2.832 v20293.2 a2.932 v30303.2 a3.032 v40313.2 a3.132 v50323.2 a3.232

15、v60333.2 a3.332 v100373.2 a3.732 v由表可知0°c到100°c之間的電壓變化范圍為1v，顯然這樣的電壓還不滿足a/d的要求，所以這就要求把電壓放大之后才能輸?shù)絘/d去。為了提高精度，擴大測量范圍，在a/d轉換前還要將信號加以放大并進行零點遷移，因而一個高穩(wěn)定性的、高精度的放大電路是必須的。當溫度變化時，ad590會產(chǎn)生電流變化，當ad590的電流通過一個10k的電阻時，這個電阻上的壓降為10mv，即轉換成10mvk，為了使此10k電阻精確，可用一個9k的電阻與一個2k的電位器串聯(lián)，然后通過調節(jié)電位器來獲得精確的10k。運算放大器a1被接成電壓

16、跟隨器形式，以增加信號的輸入阻抗，由運放a2減去2.732做零位調整（即把絕對溫度轉成攝氏溫度），最后由運放a3反相并放大倍輸送給a/d轉換器。具體硬件連接圖如圖1-4所示。（圖1-4）ad590溫度采集放大電路4、adc0804模數(shù)轉換器ad590測溫電路輸出的電壓信號為模擬信號，要進行數(shù)碼顯示，還需將此信號轉換成數(shù)字信號。為此我們通過a/d轉換器adc0804將輸入的模擬值轉換成數(shù)字值，經(jīng)at89c51單片機處理后輸出到p1以控制溫度顯示電路。adc0804是用cmos集成工藝制成的逐次比較型摸數(shù)轉換芯片，分辨率8位，轉換時間100s，輸入電壓范圍為05v，增加某些外部電路后，輸入模擬電壓

17、可為5v。該芯片內(nèi)有輸出數(shù)據(jù)鎖存器，當與計算機連接時，轉換電路的輸出可以直接連接在cpu數(shù)據(jù)總線上，無須附加邏輯接口電路。具體硬件連接圖如圖1-5所示。（圖1-5）a/d信號的采集與轉換電路圖5、七段碼led溫度顯示電路由發(fā)光二極管組成的七段碼led顯示器是單片機應用產(chǎn)品中最常用的廉價輸出設備，用于顯示各種數(shù)字和字符。該數(shù)字溫度計的溫度顯示由4位七段碼led顯示器組成，單片機以并行通信方式從p1.0p1.7口輸出段碼和控制信號，通過7447 ttl bcd譯碼器譯碼，用4個共陽極led動態(tài)顯示溫度的各個數(shù)位。具體硬件連接圖如圖1-6所示。（圖1-6）溫度顯示及單片機時鐘、復位電路三、系統(tǒng)軟件設

18、計與編程1、系統(tǒng)軟件實現(xiàn)原理該數(shù)字溫度計軟件部分用mcs-51匯編語言編程實現(xiàn)，采用模塊化程序設計思想，將軟件劃分成若干單元，主要包括主程序、十進制數(shù)據(jù)轉換及調整子程序、led數(shù)碼顯示子程序和延時子程序等。本系統(tǒng)具體匯編源程序見后附1。 2、系統(tǒng)主程序在主程序中，系統(tǒng)上電自動復位以后首先設置堆棧，然后啟動adc0804，開始轉換ad590測溫電路輸入的電信號，待數(shù)據(jù)轉換結束后讀入到累加器a，然后進行十進制數(shù)據(jù)轉換調整，輸出給顯示電路。主程序流程圖如圖1-7所示。（圖1-7）主程序流程圖3、十進制數(shù)據(jù)轉換調整子程序 由于adc0804轉換后的數(shù)據(jù)是二進制數(shù)據(jù)，而七段碼led顯示器所要顯示的數(shù)據(jù)是

19、十進制數(shù)據(jù)，因此需要進行二、十進制數(shù)據(jù)轉換。adc0804輸出的最大轉換值為ffh(255)，由于運放放大倍，因此本數(shù)字溫度計的最大測量溫度為5.1v/51.02，即102。由255*=102，得知0.4，即先乘再除10。255*4=1020，其中高位10送高位顯示緩沖區(qū)r4，低位20送低位顯示緩沖區(qū)r5，將小數(shù)點設在d2位上，并將其分別顯示為1(d4) 0(d3) 2(d2) . 0(d1) 。所以，十進制轉換調整流程為a/d（二進制）十進制乘顯示。程序流程圖如圖1-8所示。（圖1-8）十進制數(shù)據(jù)轉換調整子程序流程圖4、led數(shù)碼顯示子程序十進制轉換調整后的數(shù)據(jù)送到寄存器r5、r4中，然后通過p1口把數(shù)據(jù)輸出給d4、d3、d2、d1四個數(shù)碼顯示器中，從而最終把測得的溫度顯示出來。顯示子程序流程圖如圖1-9所示。（圖1-9）顯示子程序流程圖四、系統(tǒng)檢測與仿真 電路的仿真與測試采用proteus硬件仿真，軟件由keiluvision編寫再導入proteus運行。 由于軟件方面過于復雜，雖然已經(jīng)在proteus已經(jīng)畫出電路圖，暫時沒能做出所有軟件也就無法導入proteus運行。主程序見附錄1-2五、設計結果與總結本文介紹了基于ad89c51單片機，利用溫度傳感器ad590測量溫度完整的設計思路。遺憾的是沒能完整的做出軟件的程序