基于单片机AT89C51的温度测量系统.doc

基于单片机AT89C51的温度测量系统摘要:单片机在检测和控制系统中得到广泛应用, 温度则是系统常需要测量、控制和保持一个量。本文从硬件和软件两方面介绍了AT89C2051单片机温度控制系统设计。在本系统中，采用铂电阻PT100作为温度传感器，恒流测温的方法，通过单片机进行控制，用放大器、A/D转换器进行温度信号的采集。另外，还利用尝试使用FPGA设计产生时钟信号输入能实现对温度的实时测量。本系统主要分四部份电路：OP07放大电路，AD转换电路，单片机部分电路，数码管显示电路。设计文氏电桥电路，得到温度与电压的关系，通过控制电阻值改变温度。利用单片机将现在温度与预设温度进行比较，将比较结果在LED数码管上显示，同时实现现在温度与预设温度之间的切换。该系统的特点是：使用简便；稳定、可靠；测量范围大；使用对象广。关键词： PT100 单片机 温度测量 ADC0809 FPGA1.方案论证温度测量的方案有很多种，可以采用传统的分立式传感器、模拟集成传感器以及新兴的智能型传感器。 方案一：采用模拟分立元件 如电容、电感或晶体管等非线形元件，该方案设计电路简单易懂，操作简单，且价格便宜，但采用分立元件分散性大，不便于集成数字化，而且测量误差大。 方案二：采用温度传感器 通过温度传感器采集温度信号，经信号放大器放大后，送到A/D转换芯片，将模拟量转化为数字量，传送给单片机控制系统，最后经过LED显示温度。 热电阻也是最常用的一种温度传感器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定，使用方便。考虑到铂电阻的测量精确度是最高的，所以我们设计最终选择铂电阻PT100作为传感器。该方案采用热电阻PT100做为温度传感器、AD620作为信号放大器，TLC2543作为A/D转换部件，对于温度信号的采集具有大范围、高精度的特点。相对与方案一，在功能、性能、可操作性等方面都有较大的提升。综上所述，选用方案二。2.系统设计以AT89C51单片机系统为核心，对单点的温度进行实时测量检测。并采用热电阻PT100作为温度传感器、作为信号放大器ADC0809作为A/D转换部件，对于温度信号的采集具有大范围、高精度的特点。在功能、性能、可操作性等方面都有较大的提升，具有更高的性价比。系统采用包括温度信号采集单元，时间信号采集单元，单片机数据处理单元，时间、温度显示单元。其中温度信号的数据采集单元部分包括温度传感器、温度信号的获取电路（采样）、放大电路、A/D转换电路。当有键盘输入控制温度时，单片机内部比较此时得到的AD转换数据与控制设定温度，若低于设定温度， LED绿灯亮；反之，则不加热，LED红灯亮。系统的总结构框图如图2-1所示。OP07模拟信号放大PT100温度传感器AD0809信号处理时钟信号控制系统AT89C514联8段数码管高于红灯亮低于绿灯亮FPGA产生50KHZ分频信号图 2-1 系统框架图3.单元电路设计3.1信号采集与放大热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。通常将其放在电桥的桥臂上，温度变化时，热电阻两端的电压信号被送到仪器放大器LM741的输入端，经过仪器放大器放大后的电压输出送给A/D转换芯片，从而把热电阻的阻值转换成数字量。电路原理图如图3-1所示。 图3-1 信号采集与放大电路3.2模数转换单元A/D转换的好与坏直接关系到整个系统的精确度。由于本系统测量的是温度信号，响应时间长，滞后大，不要求快速转换，因此选用8位串型A/D转换器ADC0809。能达到设计的基本要求ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。电路如图3-2：图3-23.3控制电路控制电路采用ATC51作为控制芯片：由于程序控制简单，器件内部空间足够存储程序，无需外扩存储器，选用P0、P1口作为输出接口，P2口作为输入接口。如图3-3：图3-33.4 LED显示电路在单片机应用系统中，如果需要显示的内容只有数码和某些字母，使用LED数码管是一种较好的选择。LED数码管显示清晰、成本低廉、配置灵活，与单片机接口简单易行。4设计软件流程图单片机的主控制程序采用灵活的C语言编程，程序主要由主程序和子程序两部分构成。 主程序主要实现系统的初始化，键值处理，A/D转换，显示数据。 系统的初始化包括寄存器的初始化（控制寄存器、堆栈、中断寄存器等），通信的初始化（串口的初始化，ADC0809的初始化，通信缓冲区的初始化），LED显示的初始化，输出端口的初始化，采集、累计数据的初始化。 5.设计总结：本设计中，是以温度采集及检测为总目标，以AT89C51单片机最小应用系统为总控制中心，辅助设计有温度采样电路、A/D转换单元、4个LED数码管静态串行显示器等。在设计过程中，遇到了许多问题，如设计初始阶段目的不明，思绪混乱，经过认真思考和查阅，才理清思路。温度检测是工业过程控制中一个重要参数，了解到温度检测的重要性，使自己在设计过程中，更加有兴趣和动力，在软件设计方面，遇到了一些实际问题，经过参考和讨论一一解决是自己学了许多新知识。 参考文献：1 童诗白. 模拟电子技术基础. 北京: 高等教育出版社, 2004. 213-216.2 闫玉德，葛龙，俞虹. 单片机微型计算机原理与设计. 中国电力出版社，2010.112-154,197-199,. 3 朱蕴璞. 传感器原理与应用. 国防工业出版社. 4 黄锦安. 电路. 北京：机械工业出版社，2007. 附件：系统原理图：系统仿真图：VHLD程序：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY LUO IS PORT(a,b,c,d,clk: IN STD_LOGIC; e,f,clk_div6: OUT STD_LOGIC);END LUO;ARCHITECTURE rtl OF LUO IS SIGNAL count : STD_LOGIC_VECTOR(4 DOWNTO 0); SIGNAL clk_temp : STD_LOGIC;BEGINPROCESS(a,b,c,d)BEGIN e = NOT(a or b);f = NOT(c or d);end process;PROCESS(clk) BEGIN IF (clkevent AND clk=1) THEN IF(count=10011) THEN count 0); clk_temp =NOT clk_temp; ELSE count = count +1; END IF ; END IF ;END PROCESS ; clk_div6 = clk_temp;END rtl;主程序设计：#include#includebit flag;unsigned char countor;unsigned charg,s,b,i;unsigned char Q=3,p=0;unsigned char m,n;sbit P34=P34;sbit P35=P35;sbit P30=P30;void DisplaySecond(unsigned char s,b);void delay(void);float a,result=0,result1=0,T;unsigned char Tab1=0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,0x39,;void t0_ser() interrupt 1 using 1TL0=0xF0;TH0=0xD8;P30=!P30;countor+;if(countor=10)countor=0;flag=1;void samp()unsigned int c;XBYTE0x7FF8=0;delay();a=XBYTE0x7FF8;result=a*5/256;if(result0.524&result1.940&result3.720&resultm)P35=1;P34=0;elseP35=0;P34=1;void int0_ser() interrupt 0 using 0delay();if(INT0=0)p+;if(p=10)Q+;p=0;for(i=0;i200;i+)DisplaySecond(Q,p); delay(); delay(); delay(); delay();void int1_ser() interrupt 2 using 2delay();if(INT1=0)p-;if(p=0)Q-;p=9; for(i=0;im)P35=1;P34=0;elseP35=0;P34=1;void delay(void)unsigned int j;for(j=0;j120;j+);void DisplaySecond(un