简易数字温度计的设计与制作.doc

简易数字温度计的设计与制作摘要单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛，温度则是人们日常生活中常常需要测量和控制的一个量。本文作者采用AT89C51单片机和温度传感器AD590从硬件和软件两方面介绍了一款简易数字温度计的设计过程，并对硬件原理图和程序流程图作了简洁的描述。关键词单片机AT89C51；温度传感器AD590；数字温度计；模数转换；数码显示1前言随着单片机技术的不断发展，单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛，温度传感器AD590具有线性优良、性能稳定、灵敏度高、抗干扰能力强、使用方便等优点，广泛应用于冰箱、空调器、粮仓等日常生活中温度的测量和控制。传统的温度计有反应速度慢、读数麻烦、测量精度不高、误差大等缺点，本文作者利用集成温度传感器AD590设计并制作了一款基于AT89C51的4位数码管显示的数字温度计，其电路简单，软硬件结构模块化，易于实现。2系统功能原理及硬件组成该数字温度计利用AD590集成温度传感器及其接口电路完成温度的测量并转换成模拟电压信号，经由模数转换器ADC0804转换成单片机能够处理的数字信号，然后送到单片机AT89C51中进行处理变换，最后将温度值显示在D4、D3、D2、D1共４位七段码LED显示器上。系统以AT89C51单片机为控制核心，加上AD590测温电路、ADC模数转换电路、4位温度数据显示电路以及外围电源、时钟电路等组成。系统组成框图如图1所示。图1系统组成框图21AT89C51单片机ATMEL公司的生产的AT89C51单片机是一种低功耗/低电压、高性能的8位单片机，内部除CPU外，还包括128字节RAM，4个8位并行I/O口，5个中断优先级，2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器，片内集成4K字节可改变程序FLASH存储器，具有低功耗，速度快，程序擦写方便等优点，完全满足本系统设计需要。单片机P0口作为ADC0804转换数据的输入端，P20接ADC0804的INTR端检测数据转换是否结束。P10～P13的输出信号接到译码器7447上作为数码管的显示，P14～P17则作为４个数码管的位选信号控制。P3口有特殊的功能，P36用于控制ADC0804的启动，P37用于控制读取ADC0804的转换结果。22AD590温度传感器AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。AD590测温范围为－55℃～＋150℃，满足人们日常生产和生活中的温度范围。AD590电源电压可在4V～6V范围变化，可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。AD590产生的电流与绝对温度成正比，它有非常好的线性输出性能，温度每增加1℃，其电流增加1ΜA。AD590温度与电流的关系如下表所示摄氏温度AD590电流经10KΩ电压0℃2732ΜA2732V10℃2832ΜA2832V20℃2932ΜA2932V30℃3032ΜA3032V40℃3132ΜA3132V50℃3232ΜA3232V60℃3332ΜA3332V100℃3732ΜA3732V为了提高精度，扩大测量范围，在A/D转换前还要将信号加以放大并进行零点迁移，因而一个高稳定性的、高精度的放大电路是必须的。当温度变化时，AD590会产生电流变化，当AD590的电流通过一个10KΩ的电阻时，这个电阻上的压降为10MV，即转换成10MV／K，为了使此10KΩ电阻精确，可用一个9KΩ的电阻与一个2KΩ的电位器串联，然后通过调节电位器来获得精确的10KΩ。运算放大器A1被接成电压跟随器形式，以增加信号的输入阻抗，由运放A2减去2732做零位调整（即把绝对温度转成摄氏温度），最后由运放A3反相并放大５倍输送给A/D转换器。具体硬件连接图如图2所示。图2AD590温度采集及模数转换电路23ADC0804模数转换器AD590测温电路输出的电压信号为模拟信号，要进行数码显示，还需将此信号转换成数字信号。为此我们通过A/D转换器ADC0804将输入的模拟值转换成数字值，经AT89C51单片机处理后输出到P1以控制温度显示电路。ADC0804是用CMOS集成工艺制成的逐次比较型摸数转换芯片，分辨率8位，转换时间100ΜS，输入电压范围为0～5V，增加某些外部电路后，输入模拟电压可为5V。该芯片内有输出数据锁存器，当与计算机连接时，转换电路的输出可以直接连接在CPU数据总线上，无须附加逻辑接口电路。具体硬件连接图如图2所示。