一种热敏电阻式传感器的应用设计.

第 2 页课程设计说明书 第1页一种热敏电阻式传感器的应用设计摘 要本文设计一个采用热敏电阻为敏感元件的温度测量显示系统，温度显示范围为0-100，显示分辨率为0.1。通过热敏电阻温度传感器、AD模数转换器、LED显示电路并利用汇编语言编写程序，最终实现温度测量系统。作为微型计算机的一个重要分支，单片机自20世纪70年代问世以来在工业控制、机电一体化、家电等领域的应用越来越普遍。单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗地、使用方便、价格低廉等一系列优点，目前已经渗入到人们工作和生活的方方面面，本文介绍了一种基于MC51单片机的温度测量显示系统的设计，简单地介绍了温度测量显示系统的工作原理与设计方案，并详细的介绍了该系统的程序和硬件连接。该系统的核心为高性能、低成本的单片机MC8051，它与多种产品兼容，和基于热敏电阻的温度测量电路、A/D转换器及LED显示构成的温度控制系统有着良好的兼容性，系统的稳定性好，可靠性好，成本低，并能通过LED进行显示，对系统起到实时控制作用。在对整个热敏电阻式传感器进行分析和画出总体电路图后,实验证明应用设计基本上能够符合设计要求！关键词: 热敏电阻， 单片机， A/D转换器， 温度测量课程设计说明书 目 录1设计思路12设计原理12.1 热敏电阻温度传感器原理12.2 A/D转换器12.2.1 A/D转换器简介12.2.2 AD模数转换器模块电路22.3 LED显示器原理32.3.1 LED数码显示器简介32.3.2 数码显示器的控制方式42.3.3数码显示器显示电路53硬件连接及程序设计63.1硬件连接63.2 程序设计64 总电路图12总结13致谢14参考文献15第15 页课程设计说明书 1设计思路首先通过热敏电阻将温度信号转换为阻值的变化，再通过温度传感器电路将阻值的变化转换为电压信号的变化。通过A/D模数转换器2将得到的模拟信号转换为数字信号，并将数据存储到单片机存储单元中，通过LED显示器1将存储的数据显示出来。这样就实现了一个完整的温度测温系统。本次课设选用WAVE2000实验箱，A/D转换器选用ACD0809,所以整体设计如图1所示。图1 整体设计框图2设计原理2.1 热敏电阻温度传感器原理本设计采用NTC热敏电阻7，温度传感器中采用电桥电路，并利用CA3241四运算放大将电阻值转换为电压值输出,其原理如图2所示。 图2 温度传感器原理图2.2 A/D转换器2.2.1 A/D转换器简介ADC08091由单一+5V电源供电，片内带有锁存功能的8路模拟多路开关，可对8路0V-5V的输入模拟电压信号分时进行转换，完成一次转换约需100微秒。片内具有多路开关的地址译码器和锁存电路、高阻抗斩波器、稳定的比较器，256R的电阻T型网络和树状电子开关以及逐次逼近寄存器。输出具有TTL三态锁存缓冲器，可直接到单片机数据总线上。ADC0809是28脚双列直插式封装。引脚图如图3所示。图3 ADC0809引脚图IN7IN0模拟量输入通道ALE地址锁存允许信号，对应ALE上跳沿，A、B、C地址状态送入地址锁存器中。STRAT-转换启动信号。STRAT上升沿时，复位ADC0809；STRAT下降沿时启动芯片，开始进行A/D转换；在A/D转换期间，STRAT应保持低电平。有时简写为ST。A、B、C地址线。通道端口选择线，A为低地址，C为高地址，引脚图中为ADDA，ADDB和ADDC。CLK时钟信号。ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因此有时时钟信号引脚。EOC转换结束信号。EOC=0，正在进行转换；EOC=1，转换结束。D7D0数据输出线。为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连，D0为最低位，D7为最高。OE-输出允许信号。用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0。，输出数据线呈高阻；OE=1，输出转换得到的数据。 2.2.2 AD模数转换器模块电路A/D转换模块是本次实验中重要的一环，它将温度测量模块的输出电压值转换为数字量，再进一步输入单片机进行处理。A/D转换的内部结构设计图如下图所示。实验箱只有IN0和IN1两个输入端口，输出端口地址取决于片选A/D_CS所接片选端得段地址，。ADC0809是8位逐次逼近型A/D转换器。它由一个8路模拟开关、一个地址锁存译码器、一个A/D 转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D 转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D 转换完的数字量，当OE 端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据，转换电路图如图4所示。图4 AD转换电路图2.3 LED显示器原理 2.3.1 LED数码显示器简介LED数码管实际上是由七个发光管组成8字形构成的，加上小数点就是8个。这些段分别由字母a,b,c,d,e,f,g,h来表示。当数码管特定的段加上电压后，这些特定的段就会发亮，以形成我们眼睛看到的2个8数码管字样了。其原理图如图5所示图5 LED数码管原理图LED显示器有共阴极和共阳极两种，以共阴极为例，要显示数字0，需要满足两个条件，一是公共端子COM接地，二是a、b、c、d、e、f段亮，g段不亮，即a、b、c、d、e、f段加高电平1，g段加低电平0。7段LED显示器显示的数字、字符和对应的字型码如表1所示，本设计采用共阴极表1 LED显示器显示的数字、字符字型码显示数字1234共阴极字符码06H5BH4FH66H显示数字5678共阴极字符码6DH7DH07H7FH显示数字90AB共阴极字符码6FH3FH77H7CH显示数字CDEF共阴极字符码39H5EH79H71H2.3.2 数码显示器的控制方式（1）静态显示当显示器显示某一个字符时，相应的发光二极管恒定的地导通或截止。例如，7段LED显示器6显示数字0时，a、b、c、d、e、f段恒定导通，g段恒定截止。这种显示方式每一位都需要一个8位输出口控制。静态显示主要的优点是显示稳定，在发光二极管导通电流一定的情况下显示器的亮度大，系统运行过程中，在需要更新显示内容时，CPU才去执行显示更新子程序，这样既节约了CPU的时间，又提高了CPU的工作效率。其不足之处是占用硬件资源较多，每个LED数码管需要独占8条输出线。随着显示器位数的增加，需要的I/O口线也将增加。（2）动态显示当为数较多时，用静态显示所需的I/O口太多，不太经济，一般采用动态显示方法，即用扫描的方法一位一位轮流点亮显示器的各个位，对于显示器的每一位来说，每隔一段时间点亮一次，利用人眼的视觉暂留效应可以看到整个动态显示，但必须保证扫描速度足够快，字符才不闪烁。显示器的亮度既与导通电流有关，也与点亮时间和间隔时间的比值有关。调整电流和时间参数，可以得到亮度较高且较稳定的显示。在动态显示方式中，若显示器的位数不大于8位，则控制显示器各位公共极的电位使他们轮流点亮只需一个I/O口（称为扫描口）；传送显示器的各位所显示的段选码也需一个8位I/O口（称为段数据口）。由于8031I/O口有限，所以本次设计采用动态显示方式。2.3.3数码显示器显示电路如下图所示，LED数码管位选地址为0X002H，本课程设计中采用的片选为CS18，因此，LED数码管位选地址为09002H。而关于数码管的八段二进制编码存放在0X004H中，即09004H.本课程设计中不使用按键系统4，其数码管显示电路图如图5所示。图5 数码管显示电路3硬件连接及程序设计3.1硬件连接实验箱9热敏电阻输出口，接AD0809的IN0口；AD0809P片选端接CS0；数码管接CS1。3.2 程序设计（1）A/D转换器流程图如图6所示。 图6 A/D转换器流程图（2）LED显示器流程图如图7所示。图7 LED显示器流程图 （3）本次设计的汇编语言程序ADC EQU 41HLED3 EQU 31HLED2 EQU 32HLED1 EQU 33HLED0 EQU 34HORG 0000HLJMP MAINMAIN:MOV LED0,#00H MOV LED1,#00H MOV LED2,#00H MOV LED3,#00HLOOP:MOV DPTR,#08000H MOV A,#00H MOVX DPTR,A LCALL DELAY MOV DPTR,#08000H MOVX A,DPTR MOV B,A MOV A,#0FFH CLR C SUBB A,B MOV ADC,ATRSL:MOV A,ADC MOV R0,A XRL A,#0FFH JZ MAX MOV A,R0 MOV B,#10 MUL AB MOV R0,A MOV A,B MOV DPTR,#TABLE MOVC A,A+DPTR MOV LED2,A MOV A,R0 MOV B,#10 MUL AB MOV R0,A MOV A,B MOV DPTR,#TABLE MOVC A,A+DPTR ADD A,#80H MOV LED1,A MOV A,R0 MOV B,#10 MUL AB MOV A,B MOV DPTR,#TABLE MOVC A,A+DPTR MOV LED0,A LCALL SMXS SJMP LOOPSMXS:MOV R0, #LED3 MOV R1,#4 MOV R2, #00100000BSMXS1:MOV DPTR,#09002H MOV A,#00H MOVX DPTR,A MOV A,R0 MOV DPTR,#09004H MOVX DPTR,A MOV DPTR,#09002H MOV A,R2 MOVX DPTR,A LCALL DELAY MOV A,R2 RR A MOV R2,A INC R0 DJNZ R1,SMXS1 MOV DPTR,#09002H MOV A,#00H MOVX DPTR,A RETDELAY:MOV R7,#10DELAY1:MOV R6,#12 NOP DJNZ R6,$ DJNZ R7,DELAY1 RETMAX:MOV LED3,#06H MOV LED2,#3FH MOV LED1,#3FH MOV LED0,#3FHTABLE:db 3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h db 7fh,6fh,77h,7ch,39h,5eh,79h,71h4 总电路图整个电路的总电路图如图8所示。图8 总电路图总结这次单片机课程设计我们历时一个个星期，从理论到实践，学到了很多的东西。同时不仅巩固了以前所学过的知识，而且还学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在这次课程设计后我发现自己在一点一滴的努力中对单片机的兴趣也在逐渐增加。回顾起此次单片机课程设计，我感慨颇多，最重要的是感触是：遇到一个问题时，最重要的一件事就是马上思考检查问题出在哪边，而不是抱怨或者马上请教同学老师。只有这样我们才能真正的学会单片机，才能越学越会。自己的独立处理问题的能力才会得到提高。还有无论编程中遇到什么问题，都不要怨天尤人。无论自己的程序有多好，都不能骄傲。只有这样做到不骄不躁，力量才会源源不断，才会有更多的灵感。 在整个课程设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个课程设计做的还是有一些遗憾，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富。致谢在做本次课程设计的过程中，我的导师杨全玖倾注了大量的心血，从选题到设计过程都给了我很多指点，包括课程设计的格式他都悉心的教给了我，在设计过程中出现的一些问题也都是在她的指导下才得以完成，几乎每一个程序的设计成功都离不开杨老师的指导和帮助。在老师的辛勤指导之下，学到了很多有用的经验和使用的知识。一遍又一遍的审核才完成了这次课程设计，在此我表示衷心的感谢，同时，我还要感谢在我做课程设计过程中给我极大关心和支持的同学和朋友们。参考文献1宋家友，乐丽琴.数字电子技术M. 北京：南开大学出版社，2