AT89C51溫度傳感器設(shè)計(jì)

1、電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)報(bào)告學(xué)號(hào)：專業(yè)：日期：2011-4-13南京理工大學(xué)紫金學(xué)院電光系摘要本次課程設(shè)計(jì)目的是設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易溫度控制儀，可以在四聯(lián)數(shù)碼管上顯示測(cè) 得的溫度。主要分四部份電路：OP0微大電路，A郎換電路，單片機(jī)部分電路， 數(shù)碼管顯示電路。設(shè)計(jì)文氏電橋電路，得到溫度與電壓的關(guān)系，通過(guò)控制電阻值 改變溫度。利用單片機(jī)將現(xiàn)在溫度與預(yù)設(shè)溫度進(jìn)行比較， 將比較結(jié)果在LE躁碼 管上顯示，同時(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)在溫度與預(yù)設(shè)溫度之間的切換。關(guān)鍵詞放大電路 轉(zhuǎn)換電路 控制電路 顯示目錄1 引言4.1. 1系統(tǒng)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)思路 總體方案設(shè)計(jì) 4.2單元模塊設(shè)計(jì)5.2.1 各單元模塊功能介紹及電

2、路設(shè)計(jì) 52.1.1 溫度傳感器電路的設(shè)計(jì) 52.1.2 信號(hào)調(diào)理電路的設(shè)計(jì) 52.1.3 A/D采集電路的設(shè)計(jì) 52.1.4 單片機(jī)電路 鍵盤及顯示電路的設(shè)計(jì) 62.1.6 輸出控制電路的設(shè)計(jì)62.2 元器件的選擇6.2.3 特殊器件的介紹 OP07A ADC0809 ULN2003 四聯(lián)數(shù)碼管（共陰）92.4 各單元模塊的聯(lián)接101.1 開(kāi)發(fā)工具及設(shè)計(jì)平臺(tái) 111.1.1 Proteus 特點(diǎn)111.1.2 Keil 特點(diǎn)111.1.3 部分按鍵.124 系統(tǒng)測(cè)試175 小結(jié)和體會(huì)206參考文獻(xiàn)21電子系統(tǒng)綜合設(shè)

3、計(jì)報(bào)告字體第29頁(yè)共28頁(yè)1引言電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求注重可行性、性能、可靠性、成本、功耗、使用方便和易 維護(hù)性等?？傮w方案的設(shè)計(jì)與選擇：由技術(shù)指標(biāo)將系統(tǒng)功能分解為：若干子系統(tǒng)， 形成若干單元功能模塊。單元電路的設(shè)計(jì)與選擇：盡量采用熟悉的電路，注重開(kāi) 發(fā)利用新電路、新器件。要求電路簡(jiǎn)單，工作可靠，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1.1 設(shè)計(jì)思路本次實(shí)驗(yàn)基于P89L51RD2FNJ溫控儀設(shè)計(jì)采用Pt100溫度傳感器。1.1.2 總體方案設(shè)計(jì)熱敏電阻測(cè)溫調(diào)理電路設(shè)計(jì)要求1 .采用Pt100溫度傳感器，測(cè)溫范圍-20 C -100 C;2 .系統(tǒng)可設(shè)定溫度值；3 .設(shè)定溫度值與測(cè)量溫度值可實(shí)時(shí)顯示；4 .控

4、溫精度：i0.5C 02單元模塊設(shè)計(jì)2.1 各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計(jì)2.1.1 溫度傳感器電路的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)溫度T和電阻R的對(duì)應(yīng)關(guān)系。電橋中R1=R2=R3=200=R,R4為溫度傳感器，溫度變化，導(dǎo)致電橋的一個(gè)橋 臂上的電阻也就是R4的阻值變化。2.1.2 信號(hào)調(diào)理電路的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)將溫度T和電阻R的對(duì)應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)化為溫度 T和電壓V的對(duì)應(yīng)關(guān)系。利用電橋的原理，R4的阻值變化使電橋兩點(diǎn)的電位差改變，此兩點(diǎn)作為運(yùn) 算放大器的兩個(gè)輸入。2.1.3 A/D采集電路的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、等待、采集數(shù)據(jù)。信號(hào)調(diào)理電路的輸出接 0809的IN0。0809的ALE的START連接，單片機(jī)的 P2.7和 WR或非后接 0

5、809的START , P2.7和RD或非后接 0809的OE。START脈沖來(lái)，A/D轉(zhuǎn)換 開(kāi)始，以EOC作為轉(zhuǎn)換完成的標(biāo)志使用的是等待方式，所以 EOC未連接。2.1.4 單片機(jī)電路最小系統(tǒng)。2.1.5 鍵盤及顯示電路的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)鍵盤數(shù)據(jù)輸入和溫度顯示。利用四聯(lián)數(shù)碼管顯示三位的溫度值和一個(gè)C代表顯示的是溫度。兩個(gè)鍵 盤按鍵調(diào)整預(yù)設(shè)溫度的高低。2.1.6 輸出控制電路的設(shè)計(jì)I/O驅(qū)動(dòng)、繼電器、指示燈、負(fù)載。測(cè)得的溫度值高于預(yù)設(shè)溫度，紅燈亮，低于則綠燈亮：接兩個(gè)發(fā)光二極管。2.2 元器件的選擇1 . P89L51RD2FN2 . AD08093 . OP07A4 . MAX2325 .驅(qū)動(dòng)器UL

6、N20036 .四聯(lián)數(shù)碼管MT0546AR7 .繼電器 HRS2H-S-DC5V-N8 .發(fā)光二極管(紅、綠色)9 .三極管 9012 (PNP)、9013 (NPN)11 .面包板、連接線、插頭座12 .周立功單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱13 .電阻200QX弼于電橋，10kQ x,20 k Q X用于減法器2.3特殊器件的介紹2.3.1 OP07AOP07A的特點(diǎn):Offset Null 2vcc +OutputNC超低偏移：150pV最大低輸入偏置電流：1.8nA 。低失調(diào)電壓漂移：0.5 aY/C。超穩(wěn)定，時(shí)間：2 n V/month最大高電源電壓范圍：3V至22V2.3.2 ADC08091 .主要

7、特性1） 8路8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位。2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?。3）轉(zhuǎn)換時(shí)間為100八4）單個(gè)+ 5V電源供。5）模擬輸入電壓范圍0+5V,不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。6）工作溫度范圍為-40+ 85攝氏度。7）低功耗，約15mW02 .內(nèi)部結(jié)構(gòu)ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖13. 22所示，它由8路模擬開(kāi)關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開(kāi)關(guān)樹(shù)型D/A轉(zhuǎn)換器、逐次逼近，寄存器、三態(tài)輸出鎖存器等其它一些電路組成。因此，ADC0809可處理8路模擬量輸入，且有三態(tài)輸出能力，既可與各種微處理器相連，也可單獨(dú)工作。輸入輸出與 TTL兼容。IN0IN7 : 8路模擬

8、電壓輸入端，用與輸入被轉(zhuǎn)換的模擬電壓。D0D7: A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)輸出端，與單片機(jī)的P0 口相接。A、B、C:模擬通道地址選擇端，A為低位，C為 高位。3 . A/D轉(zhuǎn)換完成數(shù)據(jù)的輸送A/D轉(zhuǎn)換后得到的是數(shù)字量的模擬量，這些數(shù)據(jù)應(yīng)傳誦給單片機(jī)進(jìn)行處理。 數(shù)據(jù)用的關(guān)鍵是如何確定A/D轉(zhuǎn)換完成。因?yàn)橹挥写_定數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成后，才進(jìn) 行傳送。為此可采用以下三種方式：定時(shí)傳送方式對(duì)于一種A寸子程序。A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)后，就調(diào)動(dòng)這個(gè)子程序，延遲時(shí)間一到， 轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完成了。接著，就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送 A/D轉(zhuǎn)換來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)換時(shí)間作 為一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是已知的和固定的。查詢方式A/D轉(zhuǎn)換芯片表明有轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)，

9、例如ADC0809的E端，因此可以通過(guò)查詢方式用軟件測(cè)試EOC勺狀態(tài)，即可知道轉(zhuǎn)換是否完成，若完成，則接 著進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。中斷方式中斷方式ADC0809與8031的中斷方式接口電路只需將 0809白EOC端經(jīng)過(guò)一 非門連接到8031的INTl端即可。采用中斷方式可大大節(jié)省 CPU的時(shí)間，當(dāng)轉(zhuǎn)換 結(jié)束時(shí)，EOC發(fā)出一個(gè)脈沖向單片機(jī)提出中斷請(qǐng)求，單片機(jī)響應(yīng)中斷請(qǐng)求，由外 部中斷1的中斷服務(wù)程序讀A/D結(jié)果，并啟動(dòng)0809的下一次轉(zhuǎn)換，外部中斷1 采用邊沿觸發(fā)方式。2.3.3 ULN2003ULN2O03引腳圖ULN200A電路具有以下特點(diǎn)：1電流增益高（大于1000）；2帶負(fù)載能力強(qiáng)（輸出電流大于

10、 500mA）3溫度范圍寬（-4085C）;4工作電壓高（大于50V）。2.3.4四聯(lián)數(shù)碼管（共陰）EE寸SG1 a f SEG2 SEG3 bSHHH史 d dp e gri四聯(lián)數(shù)碼管引腳圖2.4各單元模塊的聯(lián)接2.4.1模塊連接共6個(gè)模塊。模塊1：信號(hào)調(diào)理電路：電橋+減法器模塊2: A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809模塊3:單片機(jī)89C51或P89L51RD2FNP0: AD數(shù)據(jù)采集；P1：數(shù)碼管段選信號(hào)(a,b,c,d,e,f ;P2.7: A/D 的 OE;P3.4P3.5 :指示燈1，指示燈2 ;P2.0P2.3 :數(shù)碼管位選信號(hào)(1,2,3,4);INTO:鍵+ ;INT1:鍵-。模塊4:

11、鍵盤輸入：連接單片機(jī)的兩個(gè)外部中斷。模塊5:共陰四聯(lián)數(shù)碼管：位選 P2.0P2.3,段選P1模塊6:控制輸出：接兩個(gè)指示燈。3軟件設(shè)計(jì)3.1 開(kāi)發(fā)工具及設(shè)計(jì)平臺(tái)3.1.1 Proteus 特點(diǎn)1 .Proteus軟件提供數(shù)千種元器件和多達(dá) 30多個(gè)元件庫(kù)。2 .在Proteus軟件中，理論上同一種儀器可以在一個(gè)電路中隨意的調(diào)用。3 .除了現(xiàn)實(shí)存在的儀器外，Proteus還可以以圖形的方式實(shí)時(shí)地顯示線路上變 化的信號(hào)。4 .虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標(biāo)，可減少儀器對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。5 .Proteus提供了比較豐富的測(cè)試信號(hào)用于電路的測(cè)試。這些測(cè)試信號(hào)包括模 擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。3.1.2 Ke

12、il 特點(diǎn)1 .全功能的源代碼編輯器；2 .器件庫(kù)用來(lái)配置開(kāi)發(fā)工具設(shè)置；3 .項(xiàng)目管理器用來(lái)創(chuàng)建和維護(hù)用戶的項(xiàng)目；4 .集成的MAKE工具可以匯編、編譯和連接用戶嵌入式應(yīng)用；5 .所有開(kāi)發(fā)工具的設(shè)置都是對(duì)話框形式的；6 .真正的源代碼級(jí)的對(duì)CP眺口外圍器件的調(diào)試器；7 .高級(jí)GDI (AGDI)接口用來(lái)在目標(biāo)硬件上進(jìn)行軟件調(diào)試以及和Monitor-51進(jìn)行通信。3.1.3 部分按鍵設(shè)定溫度與實(shí)際溫度間的切換數(shù)據(jù)的顯示Keyscan.攸件Display.h 文件流程圖開(kāi)始P2 口送位選碼Display.hP1 口送段選碼延時(shí)文件流程圖開(kāi)始P2 口送位選碼工4位數(shù)顯示完?P1 口送段逸碼延時(shí);4位

13、數(shù)顯示完?是結(jié)束3.1.4 C代碼編寫 #include #includeabsacc.h bit flag;/采樣標(biāo)志unsigned char countor;/定時(shí)器定時(shí)的循環(huán)標(biāo)志unsigned char g,s,b,i;unsigned char Q=3,p=0;設(shè)置預(yù)設(shè)溫度unsigned char m,n;sbit P34=P3A4;sbit P35=P3A5;sbit P30=P3A0;/為蜂鳴器提供一定頻率的方波void DisplaySecond(unsigned char s,b);/數(shù)碼管顯示函數(shù)的聲明void delay(void);/延時(shí)函數(shù)的聲明float a,r

14、esult=0,result1=0,T;/*數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示*/ unsigned char Tab=0x3F, /0 0x06, /1 0x5B, /2 0x4F, /3 0x66, /4 0x6D, /5 0x7D, /6 0x07, /7 0x7F, /8 0x6F, /9 0x39, /C ;/*定時(shí)器T0定時(shí)*/void t0_ser() interrupt 1 using 1 TL0=0xF0;TH0=0xD8;P30=!P30;/ 蜂鳴器產(chǎn)生的方波countor+;if(countor=10) / 循環(huán)10次達(dá)到定時(shí)0.1秒countor=0;flag=1; /定時(shí)時(shí)間到，置采樣標(biāo)

15、志為1,進(jìn)行采樣/*采樣函數(shù)*/void samp() unsigned int c;XBYTE0x7FF8=0;/ 進(jìn)行一個(gè)寫操作，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換delay();a=XBYTE0x7FF8;/ 將A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果保存為變量 aresult=a*5/256;將A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果換算成十進(jìn)制數(shù)if(result0.524&result1.940&result3.720&resultm)P35=1;P34=0;else P35=0;P34=1;/當(dāng)實(shí)際溫度大于預(yù)設(shè)溫度時(shí)，紅燈亮，反之綠燈亮 /*外部中斷0,預(yù)設(shè)溫度加一 */ void int0_ser() interrupt 0 using 0 .d

16、elay();if(INT0=0) p+;if(p=10)Q+;p=0;for(i=0;i50;i+) DisplaySecond(Q,p);/*外部中斷1,預(yù)設(shè)溫度減一 */ void int1_ser() interrupt 2 using 2 .delay();if(INT1=0) P-；if(p=0)Q-;p=9;for(i=0;i50;i+)DisplaySecond(Q,p);void main() TMOD=0x01;/定時(shí)器工作方式TL0=0xF0;TH0=0xD8;/定時(shí)器初值ET0=1;/定時(shí)器中斷開(kāi)放EA=1;/總允許TR0=1;/啟動(dòng)定時(shí)器T0EX1=1;/外部中斷1開(kāi)

17、放EX0=1;/外部中斷0開(kāi)放PX0=1;/外部中斷0優(yōu)先級(jí)置高PX1=1;/外部中斷1優(yōu)先級(jí)置高IT0=1;/外部中斷0為邊沿觸發(fā)方式IT1=1;/外部中斷1為邊沿觸發(fā)方式while(1) if(flag)flag=0; samp();/采樣標(biāo)準(zhǔn)為1時(shí)，調(diào)用采樣函數(shù)進(jìn)行采樣DisplaySecond(s,b);/延時(shí)函數(shù)void delay(void)unsigned int j;for(j=0;j100;j+);/數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示函數(shù)void DisplaySecond(unsigned char s,b)P2=0xf1； 數(shù)碼管1亮 P1=Tab1g;/顯示溫度的百位delay();P2=

18、0xf0;P2=0x數(shù)碼管2亮P1=Tab1s;/顯示溫度的十位delay();P2=0xf0;P2=0xf4;/ 數(shù)碼管3亮P1=Tab1b;/顯示溫度的十位delay();P2=0xf0;P2=0xf8;/ 數(shù)碼管4亮P1=0x39;/ 顯示 C delay();P2=0xf0;4系統(tǒng)測(cè)試4.1溫度與電阻的關(guān)系：4.2溫度與電壓的關(guān)系：4. 3溫度分段與電壓的擬合曲線：（11C至U24C）11度到24度溫度與電壓關(guān)系4. 4溫度分段與電壓的擬合曲線：（25C到35C）=0.0844X - 0.563425度到35度溫度與電壓關(guān)系一電壓計(jì)算值線性（電壓計(jì)算值）4. 5溫度分段與電壓的擬合曲線

19、：（36C到48C）36度到48度溫度與電壓關(guān)系一電壓計(jì)算值線性（電壓計(jì)算 值）0.0617X + 0.256249度到64度溫度與電壓關(guān)系一電壓計(jì)算值線性（電壓計(jì)算 值）4. 6溫度分段與電壓的擬合曲線：（49C到64C）y = 0.0431X + 1.14944 . 7溫度分段與電壓的擬合曲線：(65C到80C)65度到80度溫度與電壓關(guān)系5小結(jié)和體會(huì)+這次的電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)在理論上不僅用到了單片機(jī)的知識(shí)，還用到了模電的知識(shí)。然而理論必須聯(lián)系實(shí)際。在這次的元器件的選擇上不僅考慮了其適用功 能，還要考慮元件的適用環(huán)境。就像 ULN2003APG是用來(lái)驅(qū)動(dòng)四位共連數(shù)碼管 的位選與段選的：因?yàn)閱?/p>

20、片機(jī)出來(lái)的電流太小，就算能驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，但數(shù)碼管的 亮度會(huì)比較低。實(shí)踐總是能幫助理論知識(shí)的學(xué)習(xí)。 通過(guò)這次系統(tǒng)設(shè)計(jì)，我理解了 一些以前在理論課上沒(méi)有注意到的問(wèn)題：1. A/D轉(zhuǎn)換中XBYTE0x7ff8=0 ,這句程序是用來(lái)給單片機(jī)的 WR 口提 供信號(hào)，再通過(guò)或非門后將信號(hào)傳給 ADC0809的START端，用來(lái)啟 動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換；2. 在單片機(jī)與A/D轉(zhuǎn)換的連接方法上有了更多的了解。三種連接方式： 中斷方式、查詢方式、延時(shí)等待。其中，中斷方式為 EOC接非門；查 詢方式為EOC接到單片機(jī)的任一接口，不斷查詢if(EOC=1);延時(shí)等 待為EOC懸空，估計(jì)A/D轉(zhuǎn)換的時(shí)間。3. 對(duì)一些管腳的認(rèn)識(shí)

21、更加深刻：OE= 1”時(shí)，讀取信號(hào)；在平時(shí)OE為低電平；4. 繼電器的連接與功能問(wèn)題；通過(guò)這次系統(tǒng)設(shè)計(jì)，知道了許多設(shè)計(jì)系統(tǒng)的方法，熟悉了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步 驟。在搭建電路后的原件選擇上考慮的方面更加廣了。 設(shè)計(jì)程序時(shí)的思路也比以 前更加寬了。在這次的設(shè)計(jì)中可以是預(yù)置溫度的顯示更加人性化。在按鍵按一次后就顯示預(yù)置溫度，接著再按則開(kāi)始加減預(yù)置溫度；在調(diào)節(jié)預(yù)置溫度時(shí)不要顯示當(dāng)前溫度； 等調(diào)節(jié)好后，再顯示當(dāng)前溫度。6參考文獻(xiàn)1胡宴如，耿蘇燕.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).北京：高等教育出版社，2004. 213-216.2閆玉德，葛龍，俞虹.單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)原理與設(shè)計(jì).中國(guó)電力出版 社，2010.112-154,1

22、97-199,.3朱蘊(yùn)璞.傳感器原理與應(yīng)用.國(guó)防工業(yè)出版社.4黃錦安.電路.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.附錄:軟件仿真圖:信號(hào)調(diào)理電路控制電路圖AD采集電路與單片機(jī)電路數(shù)碼管顯示圖摯一YO齊界一一與:工事王 r r。 一工一37i7AErHH-xF aIliJT系統(tǒng)連接圖代碼#include#includeabsacc.h bit flag;/采樣標(biāo)志unsigned char countor;/定時(shí)器定時(shí)的循環(huán)標(biāo)志unsigned char g,s,b,i;unsigned char Q=3,p=0;設(shè)置預(yù)設(shè)溫度unsigned char m,n;sbit P34=P3A4;sbit P

23、35=P3A5;sbit P30=P3A0;/為蜂鳴器提供一定頻率的方波void DisplaySecond(unsigned char s,b);/數(shù)碼管顯示函數(shù)的聲明void delay(void);/延時(shí)函數(shù)的聲明float a,result=0,result1=0,T;/*數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示*/ unsigned char Tab1=0x3F, /0 0x06, /1 0x5B, /2 0x4F, /3 0x66, /4 0x6D, /5 0x7D, /6 0x07, /7 0x7F, /8 0x6F, /9 0x77, /A 0x7C, /B 0x39, /C 0x5E, /D 0x79

24、, /E 0x71, /F;/*定時(shí)器T0定時(shí)*/void t0_ser() interrupt 1 using 1 TL0=0xF0;TH0=0xD8;P30=!P30;/ 蜂鳴器產(chǎn)生的方波循環(huán)10次達(dá)到定時(shí)0.1秒定時(shí)時(shí)間到，置采樣標(biāo)志為1,進(jìn)行采樣countor+;if(countor=10) /countor=0;flag=1; /*采樣函數(shù)*/void samp() unsigned int c;XBYTE0x7FF8=0;/ 進(jìn)行一個(gè)寫操作，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換delay();a=XBYTE0x7FF8;/ 將A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果保存為變量 aresult=a*5/256;將A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果換算成十進(jìn)制數(shù)if(result0.524&result1.940&result3.720&resultm)P35=1;P34=0;else P35=0;P34=1;/當(dāng)實(shí)際溫度大于預(yù)設(shè)溫度時(shí)，紅