基于热敏电阻的数字温度计的设计.doc

太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书毕业生姓名： 飞剑专业：电气工程及其自动化学号：100712038指导教师: 李 莉所属系（部）：信 息 系二一四年六月太原理工大学阳泉学院毕业设计评阅书题目：基于热敏电阻的数字温度计设计 信 息系电气工程及其自动化专业 姓名 飞剑 设计时间：2014年03月25日2014年06月15日 评阅意见：成绩： 指导教师：（签字） 职务：201 年月日太原理工大学阳泉学院毕业设计答辩记录卡 信息 系 电气工程及其自动化 专业 姓名飞剑 答 辩 内 容问 题 摘 要评 议 情 况 记录员： （签名）成 绩 评 定指导教师评定成绩答辩组评定成绩综合成绩注：评定成绩为100分制，指导教师为30%，答辩组为70%。 专业答辩组组长：（签名） 201 年月日摘 要温度计量是计量学的一个重要分支，它在国民经济各领域中占有重要的地位。人们的日常生活、工农业生产和科学实验等许多方面都与温度测量有着十分密切的关系。1871年，西门子(Sir william Siemens)发现了铂电阻测温原理，制造出第一支铂电阻温度计。1887年，卡伦德(Hugh Callendar)改进了铂电阻温度计的工艺和研制测温电桥并得到了著名的卡伦德公式。之后，铂电阻温度计成为国际温标的标准仪器，并一直沿用至今。本文在查阅、分析了现有的几种不同的测温原理，分析确定了热敏电阻测温，并对基于热敏电阻pt100的数字温度计的设计进行了深入探讨和研究。该系统分为测温模块、信号放大模块、A/D转换模块和控制显示模块，并分别对其进行方案分析，最终确定数字温度计系统的系统构架和设计方案；在硬件电路中，详细阐述了各模块电路的工作原理，分析了以AT89C51单片机为主控单元的系统硬件和软件设计，并对该系统进行误差分析，使我们对于系统的各种性能有了进一步认识。本文用protues进行仿真，采用at89c51单片机作为处理的核心部分；用pt100作为温度传感器，把采集到的温度经放大后送到adc0804进行A/D转换，经过at89c51单片机处理后送到显示器，显示器将显示采集的温度。关键字：at89c51单片机，热敏电阻pt100，数码显示，protuesABSTRACTTemperature metrology, a major branch of metrology, plays an important role in every field of national economy . For example, peoples daily life, industrial and agricultural production,scientific experiments and many other aspects are all connected closely to the temperature metrology. In 1871, Sir william Siemens discovered the principle of temperature measurement of platinum resistor and created the first platinum resistance thermometer in the world. , The platinum resistance thermometer technics was improved by Hugh Callendar in 1887 . At the same time he developed bridge for measuring temperature and made out the famous Callendars formula. From then on Callendars thermometer has been used as a standard instrument to international temperature scale.Based on the inspection, analysis of the existing several different measurement principle, the analysis determined the thermistor temperature measurement, and a digital thermometer pt100 thermistor-based design in-depth study and research. The temperature measurement system is divided into modules, the signal amplification module, A / D converter module and a control module, and its solutions were analyzed to determine the final design of the system architecture and digital thermometer system; hardware circuit, elaborated Each module circuit works, and analyzes to AT89C51 main control unit of the system hardware and software design and error analysis of the system, so that our systems for a variety of performance has been further understanding.In this paper, protues simulation, using at89c51 microcontroller as the core part of the process; using pt100 as a temperature sensor, the temperature of the collected adc0804 after amplification to the A / D conversion, after treatment at89c51 microcontroller to monitor, the display will show acquisition of temperature.Keywords: at89c51 microcontroller, thermistor pt100, digital display, protues 目录第一章 绪 言1第一节 课题背景1第二节 国内外研究的发展及现状2一、温度传感器的的概述及发展现状2二、传感器检测技术概述及发展现状3三、数据采集技术概述及发展现状5第三节 本课题研究的内容5第二章 系统的硬件设计6第一节 总体设计方案6第二节 单片机6一、AT89C51简介6二、管脚说明7三、振荡器特性：9四、芯片擦除：9第三节 温度传感模块9一、PT100介绍9二、PT100测温原理10第四节 模数转换模块10一、A/D转换概念：10二、分辨率概念：11三、ADC0804引脚功能:11四、ADC0804工作过程12五、 A/D转换电路设计14第五节 放大模块15一、Lm324简介15二、Lm324放大电路设计16第六节 数码管显示模块16一、LED显示原理16二、LED显示器的显示方式18第三章 程序设计20第一节 程序流程图20第二节 程序设计21一、函数声明和管脚定义21二、启动AD转换子程序22三、数据处理函数23四、显示函数24五、定时器初始化25六、主函数25第四章 Proteus仿真26第一节 用Proteus 设计仿真电路图26第二节Proteus仿真操作26第三节 Proteus仿真28第六章 毕业设计体会30参考文献31外文资料32中文译文36附录2 源程序40致 谢4537太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书第一章 绪 言第一节 课题背景二十一世纪是人类全面进入信息电子化的时代，随着人类探知领域和空间的拓展，使得人们需要获得的电子信息种类日益增加，需要信息传递的速度加快，信息处理能力增强，因此要求与此相对应的信息采集技术传感技术必须跟上信息化发展的需要。它是人类探知自然界信息的触觉，为人们认识和控制相应的对象提供条件和依据。作为现代信息技术的三大核心技术之一的传感技术，将是二十一世纪世界各国在高新技术发展方面争夺韵一个重要领域。在信息化社会，几乎没有任何一种技术的发展和应用能够离得开传感器和信号探测技术的支持。生活在信息时代的人们，绝大部分的日常生活与信息资源的开发、采集、传送和处理都息息相关。传感器技术是一项当今世界令人瞩目的迅猛发展起来的高技术之一，也是当代科学技术发展的一个重要标志。可以说传感器是新技术革命和信息社会的重要技术基础，是现代科技的开路先锋，它与通讯技术、计算机技术构成信息产业的三大支柱之一。传感器技术是测量技术、半导体技术、计算机技术、信息处理技术、微电子学、声学、精密机械、材料科学等众多科学相互交叉的综合性高新科技技术密集型前沿技术之一，广泛应用于航天、航空、国防科研、信息产业、机械、电力、能源、交通、冶金、石油、建筑、邮电、生物、医学、环境保护、灾害预测预防、农业、机器人、家电等各个领域，可以说几乎渗透到人类活动的各个领域。温度是一个和人们生活环境有着密切关系的物理量，也是一种在生产、科研、生活中需要测量和控制的重要物理量，是国际单位制七个基本量之一。其测量控制一般应用各式各样形态的温度传感器。我国广泛应用于气象、环保、纺织、生化等行业德各个方面，另外农业、食品、木材、煤炭等对温度传感器的需求也在不断增加。金属铂的电阻值随温度变化而变化基本成线形关系，并且具有很好的重现性和稳定性，测量精度高，是目前公认制造热电阻的最好材料。利用铂的此种物理特性制成的传感器称为铂电阻温度传感器，铂电阻温度传感器精度高，稳定性好，应用温度范围广，是中低温区(-200650最常用的一种温度检测器，不仅广泛应用于工业测温及各种实验仪器仪表等领域，而且被制成各种标准温度计(涵盖国家和世界基准温度)供计量和校准使用。第二节 国内外研究的发展及现状一、温度传感器的的概述及发展现状二十一世纪是人类全面进入信息电子化的时代，作为现代信息技术的三大核心技术之一的传感技术，将是二十一世纪世界各国在高新技术发展方面争夺的一个重要领域，其水平高低是衡量一个国家科技发展水平的重要标志之二。传感器产业也是国内外公认的具有发展前途的高技术产业，它以其技术含量高、经济效益好、渗透能力强、市场前景广等特点为世人瞩目。八十年代以来，西方国家一直将此列为重点发展高新技术。改革开放二十多年来，我国建立了“传感技术国家重点实验室、“微米纳米国家重点实验室、“国家传感技术工程中心等研究开发基地；在“九五”国家重点科技攻关项目中，传感器技术研究取得了51个品种86个规格的新产品，2000年总产量超过13亿只，品种规格已有近6000种；同时全国已有1688家企事业单位从事传感器的研制、生产和应用，其中从事MEMS(微电子与微机械的结合)研制生产的已有50多家。目前全行业正在执行“十一五”计划，MEMS等5项新型传感器已列入研究开发的重点。2004年上半年，产品产销量继续增长，预计到“十一五”期末，敏感元器件与传感器年总产量可望达到20亿只，销售总额将达约120亿元，从而初步形成了电子制造业中的经济增长点。传感器作为信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域，数量高居各种传感器之首。进入二十一世纪后，温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。同时多种高精度、高分辨力的温度传感器已在相继推出与研制。由美国DALLAS半导体公司新研制的DSl624型高分辨力智能温度传感器，能输出13位二进制数据，其分辨力高达003125，测温精度为正负02。转换时间分别仅为27us。目前，国际上一些著名的IC厂家已开始研制单片测温系统，它是在芯片上集成一个系统或子系统，其集成度将高达108109元件片，这将给IC产业及IC应用带来划时代的进步。近百年来，温度传感器的发展大致经历了以下三个阶段：1传统的分立式温度传感器(含敏感元件)；2模拟集成温度传感器控制器；3智能温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展。智能温度传感器(亦称数字温度传感器)是在二十一世纪九十年代中期闯世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术的结晶。目前，国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。智能温度传感器内部都包含温度传感器、AD转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器、随机存取存储器和只读存储器。智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器；并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的，其智能化程度也取决于软件的开发水平。进入二十一世纪后智能温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发基于传感器硬件和计算机平台、并通过软件开发而成的，利用软件可完成传感器的标定及校准，以实现最佳性能指标的虚拟传感器和包含数字传感器、网络接口和处理单元的网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展”二、传感器检测技术概述及发展现状工业设备在制造过程及整机性能测试中离不开各种机械量和几何量，有些工业设备在运行中还要经常对多种物理量进行检测或监视，实际生产、生活和科学实验中还会遇到化学量、生物量(包括医学)，而所有这一切，从信号工程的角度来看，都需要通过传感器，将其转换成电信号(近代还可以转换成光信号)，而后再进行信号的传输、处理、存储、显示、控制从信息的角度看，这些信号连同声音和图象信息都是信息的源头，所以传感器和检测仪表、测量仪表是信息科学技术的三部分(信息获取、信息传输、信息处理)中的重要部分。在现代工业设备中，传感器和检测仪表是不可或缺的一部分的理由，还可由以下两方面来看：传统的工业设备如在其上增加了必要的传感器，配备精密测量部件，则其功能和精度可以提高，便于用户操作和维护，安全等级也可以提高，设备可以增值；工业设备作为自动化系统的控制对象或作为自动化系统的一部分，必须能与自动化系统的三部分相兼容或提供接口，使之集成为一个有机的整体，无论是单机自动化或作为大型自动化装置的一部分，都使该工业设备的用途扩大。综上所述，作为工业设备本身增加传感器和检测仪表、测量仪表或提供接口，是传统设备更新换代的必要条件。近年来，传感器正处于传统型向新型传感器转型的发展阶段。新型传感器的特点是微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化，它不仅促进了传统产业的改造，而且可导致建立新型工业，是二十一世纪新的经济增长点。微型化是建立在微电子机械系统(MEMS)技术基础上的，目前已成功应用在硅器件上形成硅压力传感器(如EJX变送器)。微电子机械加工技术，包括微机械加工技术、表面微机械加工技术、LIGA技术(X光深层光刻、微电铸和微复制技术)、激光微加工技术和徽型封装技术等。MEMS的发展，把传感器的微型化、智能化、多功能化和可靠性水平提高到了新的高度。传感器的检测仪表，在微电子技术基础上，内置微处理器，或把微传感器和微处理器及相关集成电路(运算放大器、A/D或D/A、存贮器、网络通讯接口电路)等封装在一起完成了数字化、智能化、网络化、系统化、网络化。目前主要是指采用多种现场总线和以太网(互联网)，这要按各行业的特点，选择其中的一种或多种，近年内最流行的有FF、Profibus、CAN、Lonworks、ASimerbus、TCPIP。除MEMS外，新型传感器的发展还有赖于新型敏感材料、敏感元件和纳米技术，如新一代光纤传感器、超导传感器、焦平面陈列红外探测器、生物传感器、纳米传感器、新型盆子传感器、微型陀螺、网络化传感器、智能传感器、模糊传感器、多功能传感器等。多传感器数据融合技术正在形成热点，它形成于20世纪80年代，它不同于一般信号处理，也不同于单个或多个传感器的监测和测量，而是对基于多个传感器测量结果基础上的更高层次的综合决策过程。有鉴于传感器技术的微型化、智能化程度提高，在信息获取基础上，多种功能进一步集成以至于融合，这是必然的趋势。多传感器数据融合技术也促进了传感器技术的发展。多传感器数据融合的定义概括为：把分布在不同位置的多个同类或不同类传感器所提供的局部数据资源加以综合，采用计算机技术对其进行分析，消除多传感器信息之间可能存在的冗余和矛盾，加以互补，降低其不确定性，获得对被测对象的一致性解释与描述，从而提高系统决策、规划、反应的快速性和正确性，使系统获得更充分的信息。其信息融合在不同信息层次上出现，包括数据层融合、特征层融合、决策层融合。由于它比单一传感器信息有如下优点，即容错性、互补性、实时性、经济性，所以逐步推广应用。应用领域除军事外，还适用于自动化技术、机器人、海洋监视、地震观测、建筑、空中交通管制、医学诊断、遥感技术等方面。三、数据采集技术概述及发展现状信息社会的发展，在很大程度上取决于信息与信号处理技术的先进性。数字信号处理技术的出现改变了信息与信号处理技术的整个面貌，而数据采集作为数字信号处理的必不可少的前期工作在整个数字系统中起到关键性、乃至决定性的作用，其应用已经深入到信号处理的各个领域中。数据采集技术(Data Acquisition)是信息科学的一个重要分支，它研究信息数据的采集、存贮、处理以及控制等作业。将被测对象的各种参量检测采集后，转换成数字信号送到计算机进行存储、分析和处理，这一过程称为“数据采集”。相应的系统称为数据采集系统。根据系统结构的不同，数据采集控制系统可分为集中式数据采集系统和分布式数据采集系统，前者的特点是现场进行数据采集、处理与控制，上位机与被测对象的位置较进，时实性强，适用于上位机与被测对象距离较短目标采集，速度要求较高的场合。后者对被测设备进行数据采集并转换成数字信号，经由现场总线上传至上位机，经上位机进行处理后，对现场设备进行控制，适用于对多个现场设备进行远程监控与维护的场合。数据采集系统的任务：采集传感器输出的模拟信号并转换成计算机能识别的数字信号，然后送入计算机，根据不同的需要由计算机进行相应的计算和处理，得出所需的数据。与此同时，将计算得到的数据进行显示或打印，以便实现对某些物理量的监视，其中一部分数据还将被生产过程中的计算机控制系统用来控制某些物理量。数据采集系统大多采用单片机作为微处理器，以此来测量各种参数的大小，并将测量值通过串口传输到上位机。采用这种设计，系统制造简单、成本低。本文就介绍了一种以MSP430单片机为核心的数据采集系统，Pt膜温度传感器的参数经过电路转换后成为可测量的参数，传给上位机完成Pt膜温度传感器性能参数的测量。第三节 本课题研究的内容1、通过查阅国内外相关文献资料，了解数字温度计的发展历程，对数字温度计的现状，技术水平和发展趋势有一个初步的认识和了解；2、研究温度传感器的理论原理和发展应用；3、研究温度的采集过程，将微弱的模拟信号进行放大，及其通过单片机处理过后怎样将温度显示出来；4、研究由于温度与电阻值的非线性变换，采用怎样的校正电路进行校正。第二章 系统的硬件设计第一节 总体设计方案使用铂热电阻PT100，其阻值会随着温度的变化而改变。PT后的100即表示它在0时阻值为100欧姆，在100时它的阻值约为138.5欧姆。厂家提供有PT100在各温度下电阻值值的分度表，在此可以近似取电阻变化率为 0.385/。向PT100输入稳恒电流，再通过A/D转换后测PT100两端电压，即得到PT100的电阻值，进而算出当前的温度值。采用2.55mA的电流源对PT100进行供电，然后用运算放大器LM324搭建的同相放大电路将其电压信号放大25倍后输入到AD0804中。利用电阻变化率0.385/的特性，计算出当前温度值。温度计电路设计总体设计方框图如图2-1所示。pt1000LM324ADC0804转换器AT89C51单片机数码管显示图2-1 电路设计总体设计方框图第二节 单片机一、AT89C51简介AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。二、管脚说明如图2-2为AT89C51引脚图,各引脚功能说明如下:图2-2 AT89C51引脚图VCC: 电源GND: 地P0 口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。 P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX）。P2口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR）时，P2口送出高八位地址。在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。P3口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O 口，对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3口亦作为AT89C51特殊功能（第二功能）使用，如表2-1所示。表2-1 AT89C51引脚号第二功能P3.0 RXD（串行输入）P3.1 TXD（串行输出）P3.2 INT0（外部中断0）P3.3 INT0（外部中断0）P3.4 T0（定时器0外部输入）P3.5 T1（定时器1外部输入）P3.6WR（外部数据存储器写选通）P3.7 RD（外部数据存储器读选通）RST:复位输入，晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST 脚输出69个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8 位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。这一位置“1”，ALE 仅在执行MOVX 或MOVC指令时有效。否则，ALE将被微弱拉高。这个ALE使能标志位（地址为8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。三、振荡器特性：XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器配置为片内振荡器时，石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。采用外部时钟源驱动器件时，由于外部时钟信号是通过一个2分频触发器后作为内部时钟信号的，所以对外部时钟信号的占空比没有特殊要求，但最小高电平持续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术条件的要求。四、芯片擦除：整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。第三节 温度传感模块一、PT100介绍铂电阻是用很细的铂丝(0.030.07mm)绕在云母支架上制成，是国际公认的高精度测温标准传感器。因为铂电阻在氧化性介质中，甚至高温下其物理、化学性质都非常稳定，因此它具有精度高、稳定性好、性能可靠的特点。铂电阻在中温(-200650)范围内得到广泛应用。目前市场上已有用金属铂制作成的标准测温热电阻，如PT100、PT500、PT1000等。它的电阻温度关系的线性度非常好,在-200650温度范围内线性度已经非常接近直线。铂电阻的测量精度、测量范围、线性度等特性都非常好，pt100是铂热电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变。PT后的100即表示它在0时阻值为100欧姆，在100时它的阻值约为138.5欧姆。电阻与温度的关系：R=T+100。表2-2 温度与电阻值的对应关系温度/-50-30-1001020阻值/80.3188.2296.09100.00103.90107.79温度/30507090100110阻值/111.67119.40130.90134.71138.51142.29二、PT100测温原理常用的Pt电阻接法有三线制和两线制，其中三线制接法的优点是将PT100的两侧相等的的导线长度分别加在两侧的桥臂上，使得导线电阻得以消除。常用的采样电路有两种：一为桥式测温电路，一为恒流源式测温电路。本设计采用恒流源式测温电路。电路接线图见图2-3。图2-3 pt100与恒流源接线图输出信号U=IR(I=2.55mA，R是pt100的电阻)。输出电压U的范围是0.2048v0.3628v。电压变化0.1580v。第四节 模数转换模块一、A/D转换概念：A/D转换即模数转换（Analog to Digital Conversion），输入模拟量（比如电压信号），输出一个与模拟量相对应的数字量（常为二进制形式）。例如参考电压VREF为5V，采用8位的模数转换器时，当输入电压为0V时，输出的数字量为0000 0000，当输入的电压为5V时，输出的数字量为1111 1111。当输入的电压从从0V到5V变化时，输出的数字量从0000 0000到1111 1111变化。这样每个输入电压值对应一个输出数字量，即实现了模数转换。二、分辨率概念：分辨率是指使输出数字量变化1时的输入模拟量，也就是使输出数字量变化一个相邻数码所需输入模拟量的变化值。分辨率与A/D转换器的位数有确定的关系，可以表示成FS / 2 n 。FS表示满量程输入值，n为A/D转换器的位数。例如，对于5V的满量程，采用4位的ADC时，分辨率为5V/16=0.3125V (也就是说当输入的电压值每增加0.3125V，输出的数字量增加1)；采用8位的ADC时，分辨率为5V/25619.5mV（也就是说当输入的电压值每增加19.5mV，则输出的数字量增加1）；当采用12位的ADC时，分辨率则为5V/40961.22mV（也就是说当输入的电压值每增加1.22mV ，则输出的数字量增加1）。显然，位数越多,分辨率就越高。图2-4 ADC0804引脚图三、ADC0804引脚功能: CS：芯片片选信号，低电平有效。即=0时,该芯片才能正常工作，高电平时芯片不工作。在外接多个ADC0804芯片时，该信号可以作为选择地址使用，通过不同的地址信号使能不同的ADC0804芯片，从而可以实现多个ADC通道的分时复用。RD：启动ADC0804进行ADC采样，该信号低电平有效，即信号由低电平变成高电平时，触发一次ADC转换。WR：低电平有效，即=0时，DAC0804把转换完成的数据加载到DB口，可以通过数据端口DB0DB7读出本次的采样结果。VIN（+）和VIN（-）：模拟电压输入端，单边输入时模拟电压输入接VIN（+）端，VIN（-）端接地。双边输入时VIN（+）、VIN（-）分别接模拟电压信号的正端和负端。当输入的模拟电压信号存在“零点漂移电压”时，可在VIN（-）接一等值的零点补偿电压，变换时将自动从VIN（+）中减去这一电压。VREF/2：参考电压接入引脚，该引脚可外接电压也可悬空，若外接电压，则ADC的参考电压为该外界电压的两倍，如不外接，则VREF与Vcc共用电源电压，此时ADC的参考电压即为电源电压Vcc的值。CLK IN和CLK R：外接RC振荡电路产生模数转换器所需的时钟信号，时钟频率CLK = 1/1.1RC，一般要求频率范围100KHz1460KHz。AGND和DGND：分别接模拟地和数字地。INTR：转换结束输出信号，低电平有效，当一次A/D转换完成后，将引起=0，实际应用时，该引脚应与微处理器的外部中断输入引脚相连（如51单片机的，脚），当产生信号有效时，还需等待=0才能正确读出A/D转换结果，若ADC0804单独使用，则可以将引脚悬空。DB0DB7：输出A/D转换后的8位二进制结果。补充说明：ADC0804片内有时钟电路，只要在外部“CLK IN（引脚4）”和“CLKR（引脚19）”两端外接一对电阻电容即可产生A/D转换所要求的时钟，其振荡频率为fCLK1/1.1RC。其典型应用参数为：R=10K，C=150PF，fCLK640KHz，转换速度为100。若采用外部时钟，则外部fCLK可从CLK IN 端送入，此时不接R、C。允许的时钟频率范围为100KHz1460KHz。四、ADC0804工作过程如图2-5所示，ADC0804的工作时序图(Timing Diagrams)：图2-5给出的其实就是使ADC0804正确工作的软件编程模型。由图可见，实现一次ADC转换主要包含下面三个过程：1.启动转换：由图2-5中的上部“FIGURE 10A”可知，在信号为低电平的情况下，将引脚先由高电平变成低电平，经过至少tW(WR)I 延时后，再将引脚拉成高电平，即启动了一次AD转换。注：ADC0804使用手册中给出了要正常启动AD转换的低电平保持时间tW(WR)I的最小值为100ns,即拉低后延时大于100ns即可以，具体做法可通过插入NOP指令或者调用delay()延时函数实现，不用太精确，只要估计插入的延时大于100ns即可。2延时等待转换结束：依然由图2-5中的上部“FIGURE 10A”可知，由拉低信号启动AD采样后，经过1到8个Tclk+INTERNAL Tc延时后，AD转换结束，因此，启动转换后必须加入一个延时以等待AD采样结束。注：手册中给出了内部转换时间“INTERNAL Tc”的时间范围为6273个始终周期，因此延时等待时间应该至少为8+73=81个时钟周期。比如，若R为150K, C为150pF，则时钟频率为Fclk=1/1.1RC=606KHz,因此时钟周期约为Tclk=1/Fclk=1.65us。所以该步骤至少应延时81*Tclk=133.65us. 具体做法可通过插入NOP指令或者调用delay()延时函数实现，不用太精确，只要估计插入的延时大于133.65us即可。3.读取转换结果：由图2-5的下部“FIGURE 10B”可知，采样转换完毕后，在信号为低的前提下，将脚由高电平拉成低电平后，经过tACC的延时即可从DB脚读出有效的采样结果。注：手册中给出了tACC的典型值和最大值分别为135ns和200ns，因此将引脚拉低后，等待大于200ns后即可从DB读出有效的转换结果。具体做法可通过插入NOP指令或者调用delay()延时函数实现，不用太精确，只要估计插入的延时大于200ns即可。对采样值进行运算变换，换算出实际的滑动变阻器输入电压值。对于任何一个A/D采样器而言，其转换公式如下：其中:Vout:输入ADC的模拟电压值。Dsample：ADC转换后的二进制值。本试验的ADC0804为八位。Dmax：ADC能够表示的刻度总数。ADC0804为八位ADC,因此Vref：ADC参考电压值，本试验ADC0804的Vref被设置为5V因此，对于本试验，转换公式为图2-5：ADC0804手册给出的ADC转换时序图五、 A/D转换电路设计图2-6 ADC0804外围电路图第五节 放大模块一、Lm324简介LM324系列器件带有差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。每一组运算放大器可用图2-7所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。这个是最常用的运算放大器1，2，3脚是一组5，6,7脚是一组，8，9，10脚是一组，12，13,14脚是一组，剩下的两个脚是电源，1，7,8,14是各组放大器的输出脚，其它的就是输入脚。图2-7 LM324引脚图LM324系列由四个独立的，高增益，内部频率补偿运算放大器，其中专为从单电源供电的电压范围经营。从分裂电源的操作也有可能和低电源电流消耗是独立的电源电压的幅度。应用领域包括传感器放大器，直流增益模块和所有传统的运算放大器现在可以更容易地在单电源系统中实现的电路。例如，可直接操作的LM324系列，这是用来在数字系统中，轻松地将提供所需的接口电路，而无需额外的15V电源标准的5V电源电压。二、Lm324放大电路设计ADC0804的分辨率度是5/255=0.0196。要使精度达到0.5，温度增加1时ADC至少要增加1。pt100温度在-50110输出电压变化范围要大于5*160/255=3.138。所以模拟信号应在3.138v5v之间。所以放大倍数应该大于3.138/0.1580=19.9小于5/0.1580=31.6。所以设计放大25倍。用LM324设计放大25倍电路。图2-8 LM324 25倍放大电路图在图2-8中R6、R7是比例电阻。3是输入端1是输出端U=U0（1+R7/R6），放大倍数A=U/U0=25。第六节 数码管显示模块LED（Light Emitting Diode）数码管是由发光二极管构成的。一、LED显示原理常见的LED数码管为“8”字型的，共计8段。每一段对应一个发光二极管。有共阳极和共阴极两种，如图2-9所示。共阴极发光二极管的阴极连在一起，通常公共阴极接地。当阳极为高电平时，发光二极管发光。同样，共阳极发光二极管的阳极连接在一起，公共阳极接正电压，当某个发光二极管的阴极接低电平时，发光二极管发光，显示相应的段。 图2-9 8段LED数码管结构及外形LED数码管中还有一个圆点型发光二极管（在图中以dp表示），用于显示小数点。通过七个发光二极管亮暗的不同组合，可以显示各种数字。为了使数码管显示不同的符号或数字，实际上是确定哪些段发光、哪些段不发光，就要为LED数码管提供段码（字型码）。LED数码管共计8段。正好是一个字节。习惯上是以“a”段对应段码字节的最低位。各段与字节中各位对应关系如表2-3所示。表2-3 断码与字节中各位对应关系代码位D7D6D5D4D3D2D1D0显示段dpgfEdcba按照上述格式，显示各种字符的8段LED数码管的段码如表3-3所示表2-4 8段LED段码显示字符段符号（共阴极时）十六进制代码DpgfedCba共阴极共阳极0001111113FHC0H10000011006HF9H2010110115BHA4H3010011114FHB0H40110011066H99H5011011016DH92H6011111017DH82H70000011107HF8H8011111117FH80H9011011116FH90H熄灭0000000000HFFH二、LED显示器的显示方式图2-10所示为显示N位字符的LED数码管的结构原理图。N根位选线和8N条段码线。段码线控制显示字型，而位选线控制显示位LED数码管的亮或暗。图2-10 4位LED显示器的构成1LED静态显示方式无论多少位LED数码管，同时处于显示状态。静态显示方式，各位的共阴极（或共阳极）连接在一起并接地（或接+5V）；每位的段码线（adp）分别与一个8位的I/O口锁存器输出相连。如果送往各个LED数码管所显示字符的段码一经确定，则相应I/O口锁存器锁存的段码输出将维持不变，直到送入另一个字符的段码为止。因此，静态显示方式的显示无闪烁，亮度都较高，软件控制比较容易。静态显示器电路，各位可独立显示，静态显示方式接口编程容易，但是占用口线较多。如果要显示4位，则要占用4个8位I/O口。因此在显示位数较多的情况下，由于这种方式占用的I/O口太多。所以在实际应用中，一般不采用静态显示方式，而是采用动态显示方式。2LED动态显示方式无论在任何时刻只有一个LED数码管处于显示状态，即单片机采用“扫描”方式控制各个数码管轮流显示。在多位LED显示时，为简化硬件电路，通常将所有显示位的段码线的相应段并联在一起（可以减少段码线），由一个8位I/O口控制，而各位的共阳极或共阴极分别由相应的I/O线控制，形成各位的分时选通。图2-11所示为一个4位8段LED动态显示电路。其中段码线占用一个8位I/O口，而位选线占用一个I/O口的4根引脚。采用动态“扫描”显示方式。即在某一时刻，只让某一位的位选线处于选通状态，而其它各位的位选线处于关闭状态，同时，段码线上输出相应位要显示字符的段码。 例如，在共阴极方式时，段码为“0X00”，则当W00，最左一位亮，W11时，第二位亮，. 虽然这些字符是在不同时刻出现，但在某一时刻，只有一位显示，其他各位熄灭，由于余辉和人眼的“视觉暂留”作用，只要每位显示间隔足够短，则可以感觉到“多位同时亮”，达到同时显示的效果。 LED不同位显示的时间间隔（扫描间隔）应根据