模电课设—温度传感器设计.doc

武汉理工大学武汉理工大学 模拟电路课程设计报告模拟电路课程设计报告 初始条件：初始条件： 具备模拟电子电路的理论知识；具备模拟电路基本电路的设计 能力；具备模拟电路的基本调试手段；自选相关电子器件；可以使 用实验室仪器调试。 目目 录录 第一节 引 言.3 1.1 水温控制系统概述 .3 1.2 本设计任务和主要内容 .3 第二节 系统主要硬件电路设计.3 2.1 单片机控制系统原理 .3 2.2 单片机电源部. 4 2.3 温度采样电路 .4 2.3.1 温度传感器的选取 .4 2.3.2 温度传感器 AD590 .5 2.3.3 电路原理及参数计算 .5 2.3.4 ADC0804 性能描述 .6 2.4 温度显示部分 .7 2.5 单片机控制部分 .7 第 三 节 系统的软件设计.7 第 四 节 总电路图.10 第 五 节.系统测试方法.10 5.1 测试仪器 .10 5.2 部分指标测试方法 .11 第 六 节 小结与体会 .11 结 束 语.11 附录： 1 元器件清单 .12 2 主要参考文献资料 .12 附表 1 总电路 图.13 第一节第一节 引引 言言 随着科学研究、工业和家用电器等方面对测温和温控的需要，各种新型的 集成电路温度传感器不断被研制出来。集成温度传感器是将温敏晶体管与相应 的辅助电路集成在同一块芯片上。它能直接给出正比于绝对温度的理想线性输 出。利用 AT89C51 单片机为核心，配合温度传感器，信号处理电路，显示电 路，可将温度传感器检测到的水温模拟量转换成数字量，显示于 LED 显示器 上。在众多温度传感器中，集成温度传感器 AD590 因其线性好、精确度高和易 于实现计算机在线测试与数据处理等优点在生活中有着广泛的应用。 1.1 温度检测系统概述温度检测系统概述 能源问题已经是当前最为热门的话题，离开能源的日子，世界将失去一 切颜色，人们将寸步难行，虽然本设计是节省电能角度出发，而电能又是可 再生能源，但是在今天还是有很多的电能是依靠火力，核电等一系列不可再 生的自然资源所产生，一旦这些自然资源耗尽，我们将面临电能资源的巨大 的缺口，因而本设计从开源节流的截角度出发，节省电能，保护环境。 1.2 本设计任务和主要内容本设计任务和主要内容 设计并制作一个温度检测系统。本设计主要内容如下： （1）温度测定范围为 099，最小区分度为 1，标定温度1。 （2）环境温度降低时温度测量的静态误差1。 （3）用十进制数码管显示水的实际温度。 第二节第二节 系统主要硬件电路设计系统主要硬件电路设计 2.1 单片机控制系统原理单片机控制系统原理 2.22.2 单片机电源部分单片机电源部分 2.32.3 温度采样电路温度采样电路 2.3.12.3.1 温度传感器的选取温度传感器的选取 目前市场上温度传感器较多，有以下几种： 方案一：选用铂电阻温度传感器，此类温度传感器线性度、稳定性等 方面性能都很好，但其成本较高。 方案二：采用热敏电阻，选用此类元器件有价格便宜的优点，但由于 热敏电阻的非线性特性会影响系统的精度。 方案三：选用美国 Analog Devices 公司生产的二端集成电流传感器 AD590。其测量范围在-50-+150，满刻度范围误差为0.3，当电源 电压在 510V 之间，稳定度为 1时，误差只有0.01。此器件具有体 积小、质量轻、线形度好、性能稳定等优点其各方面特性都满足此系统的设 计要求。比较以上三种方案，方案三具有明显的优点，因此选用方案三。 2.3.22.3.2 温度传感器温度传感器 AD590AD590 测量范围在-50-+150，满刻度范围误差为0.3，当电源电压在 510V 之间，稳定度为 1时，误差只有0.01。AD590 为电流型传感器温 度每变化 1其电流变化 1uA 在 35和 95时输出电流分别为 308.2uA 和 368.2uA 。 其外形如图 1，采用金属圆壳 3 脚封装，管脚 1 为电源正端“+” ，2 脚为电 流输出端“-” ，3 脚为管壳接地端，一般不用。电路符号如图 2 所示。 2.3.32.3.3 电路原理及参数计算电路原理及参数计算 3 3、接下来我们用差动放大器使其输出、接下来我们用差动放大器使其输出 V V。为（。为（100K/10K100K/10K）（V2-V1V2-V1） =T/10=T/10。由于。由于 ADC0804ADC0804 的最大输入电压为的最大输入电压为 5V5V，所以将电路中的，所以将电路中的 100K100K 电阻分别电阻分别 用一个用一个 47K47K 的电阻和的电阻和 5K5K 的滑动变阻器的串联电路代替。这样，当温度在的滑动变阻器的串联电路代替。这样，当温度在 0-1000-100变化时，输出的电压变化时，输出的电压 V V。的范围是。的范围是 0-5V0-5V。 2.3.42.3.4 ADC0804ADC0804 性能描述性能描述 ADC0804 为 8bit 的一路 A/D 转换器，其输入电压范围在 05v，转换 速度小于 100us，转换精度 0.39。 ADC0804 的 Vin接采样电路的 V。口，Vref用两个 1K 的电阻分压得到。CS 管脚接地，使 ADC0804 始终处于选通的状态。输出口 DB0-DB7 分别接到单片机 STC89C52 的 P10-P17 管脚，将转换后的模拟信号输给单片机。读信号输入端 RD 和写信号输入端分 WD 分别接到单片机的 P23 和 P24 端口。 2.42.4 温度显示部分温度显示部分 温度显示部分采用两个数码管，显示范围为 0-99.数码管采用公阴极数码 管，a-dp 分别接在锁存器 74HC573 的 Q0-Q7 上。数码管的 gnd 分别接到单片机 的 P26 和 P25，以控制位选。而锁存器 74HC573 的输入端 D0-D7 分别接到单 片机的 P00-P07，锁存端与 P27 连接，以控制数据的输入。 2.5 单片机控制部分单片机控制部分 单片机控制部分采用 STC89C52 控制。管脚接法如下图 其中，CON9 为上拉电阻。所用晶振为 12MHz。 第第 三三 节节 系统的软件设计系统的软件设计 #include /52 系列单片机头文件 #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit dula=P27; /申明 U3 锁存器的锁存端 sbit led_a=P26; /申明数码管 a 的 gnd sbit led_b=P25; /申明数码管 b 的 gnd sbit adwr=P23; sbit adrd=P24; uchar code table= 0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f, 0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07, 0 x7f,0 x6f,0 x77,0 x7c, 0 x39,0 x5e,0 x79,0 x71; void delayms(uint xms) /延时函数 uint i,j; for(i=xms;i0;i-) for(j=110;j0;j-); void display(uchar shi,uchar ge) /显示子函数 led_a=0;led_b=1; /选通数码管 a，关闭数码管 b dula=1; P0=tableshi; /送段选数据 dula=0; delayms(5); /延时 led_a=1;led_b=0;/选通数码管 b，关闭数码管 a dula=1; P0=tablege; dula=0; delayms(5); void main() uchar a,A1,A2,advalue,temperature; dula=1; /数码管显示清零 P0=0 x00; dula=0; while(1) adwr=1; /关闭 A/D 转换 _nop_(); /延时一个机械周期 adwr=0; /启动 A/D 转换 _nop_(); adwr=1; for(a=20;a0;a-) display(A1,A2); P0=0 x00; /读取 P1 口之前先给其写全 0 adrd=1; _nop_(); adrd=0;/A/D 读使能 _nop_(); advalue=P1; /A/D 数据读取赋给 P1 口 adrd=1; temperature=(uchar)(advalue/255.0*100.0); A1=temperature/10; /分出十位和个位 A2=temperature%10; 第第 四四 节节 总电路图总电路图 见附表 1 第第 五五 节节 系统测试方法系统测试方法 5.1 测试仪器 万用表 5.2 部分指标测试方法 调节滑动变阻器 R2 使 R2 加上 R3 的阻值为 10K 调节滑动变阻器 R10 使 R10 加上 R8 的阻值为 50K 调节滑动变阻器 R11 使 R11 加上 R9 的阻值为 50K 调节 50K 的滑动变阻器 R5，使运算放大器的反向输入端输入电压为 2.73V 第第 六六 节节 小结与体会小结与体会 1、运算放大器做减法运算器用时，电阻阻值必须精确调节才能使 输出结果和理论值更加接近。 2、7805 输出电压为 4.95V，基本满足要求。 3、应该给稳压管加强散热，长时间使用时稳压管会长时间处于高 温的状态。 本电路采用 AT89C52 单片机做主控芯片, 利用温度传感器 AD590 采集温度, 且可显示温度, 电路简单、运行稳定、工作精度 高。 结 束 语 附录：附录： 一、原器件清单： 电阻：1k（2 个） ，10k（4 个） ，47k（2 个） 滑动变阻器：1k（1 个） ，5k（2 个） ，50k（1 个） 10uF（1 个）和 1000uF（2 个）电解电容，点触式开关（1 个） ， 30