3019.利用AD转换设计一个室温温度计

1、单片机原理及应用单片机原理及应用课程设计课程设计利用 a/d 转换设计一个室温温度计院（系）名称 信息工程学院 专 业 班 级 06 普专电子二班 学 号 学 生 姓 名 指 导 教 师 年 月 日 单片机原理及应用单片机原理及应用 课程设计评阅书课程设计评阅书题目利用 a/d 转换设计一个室温温度计学生姓名 学号 指导教师评语及成绩指导教师签名： 年 月 日答辩评语及成绩答辩教师签名： 年 月 日教研室意见 总成绩： 教研室主任签名：年 月 日课程设计任务书20072008 学年第二学期专业： 电子信息工程 学号： 姓名： 课程设计名称： 单片机原理及应用课程设计 设计题目： 利用 a/d

2、转换设计一个室温温度计 完成期限：自 * 年 * 月 * 日至 * 年 * 月 * 日共 * 周一、设计依据 当用计算机来构成数据采集系统时，所经采集的外部信号往往是温度、压力、声音和位移等连续变化的模拟量，而计算机能处理不连续的数字量，因此，必须用模数转换器即 a/d 转换器将模拟信号变成数字量后才能送入计算机进行处理。本课题学生重点从 adc0809 与 89c51 的扩展连接及应用方面，要求作出深入设计与研究，以为即将到来的工程设计与科研打下良好基础。 二、要求及主要内容 设计重点是应用单片机和 a/d 转换器设计一个室温温度计的规则要求给出相应不同的电路设计，对器件选择，线路连接，有较

3、深入地分析探讨。 1实验仪上 w1 电位器提供模拟量输入，编程序将模拟量转换成数字量。 2了解 a/d 芯片 0809 转换性能及编程方法，了解单片机数据采集方法。 3要求最终正确无误地完成全部软件设计，并具有一定先进性，给出进一步提高性能的深入分析，对电路设计也应提出建设性意见并写出合格的课程设计论文，圆满完成各项任务。 三、途径和方法 1. 硬件电路坄计 89c51 应用系统设计(晶振电路, 上电复位电路)； a/d 转换与单片机的接口。 2. 程序设计: 先画流程图再根据流程图写程序 启动 0809 进行本次 a/d；调用显示等待 a/d 转换结果；读取 a/d 转换结果；将结果送显示缓

4、冲区。 3. 选芯片, 元件按设计连线 4. 调试 （1）输入程序； （2）编译、连接，用连续方式运行程序； （3）改变 in0 的模拟量，显示缓冲区应随之变化； （4）就 adc0809 与 89c51 的扩展连接及应用方面，作出深入地学术讨论与研究，按规定要求完成其任务。 四、时间安排 课题讲解：2 小时 阅读资料：10 小时 撰写设计说明书：12 小时 修订设计说明书：6 小时 五、主要参考资料 1肖洪兵. 跟我学用单片机m. 北京：北京航空航天大学出版社,2002.8. 2赵晓安. mcs-51 单片机原理及应用m. 天津：天津大学出版社，2001.3. 3何立民. 单片机高级教程m第

5、 1 版北京：北京航空航天大学出版社，2001. 4陈伟人.单片微型计算机原理与应用m.北京：清华大学出版社, 2006.5. 指导教师（签字）： 教研室主任（签字）： 批准日期： 年 月 日利用 a/d 转换设计一个室温温度计摘 要随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用，作为计算机与被处理物理信息联系通道的 a/d 转换器，常用 adc 表示，也被广泛应用，特别是在数字信号处理、雷达信号分析、医用成像设备、高速数据采集等应用反面，对 adc 的速度要求很高。随着 ic工艺的改进，新材料的采用以及 dsp 技术的不断完善，目前高速 adc 的精度可达 20位以上，而超高速 adc 的速度已达 15

6、0msps 以上。由于 adc 的发展及应用的深入，其静态参数已不足以表征 adc 的全部性能。在输入信号是时间的函数时，adc 所表现出来的性能称为动态性能。实践证明，动态性能不可由静态性能来替代或推出。而在和数字信号处理一起工作的 adc、一些音频应用的 adc 以及用于视频应用的adc（称为采样型 adc）中，动态性能尤为重要。因此，分析、测试 adc 的动态性能是非常重要的。为了满足各种不同的检测及控制任务的需要，各种类型的 a/d 转换器芯片也应运而生。本课题是利用 a/d 转换设计一个室温温度计，当用计算机来构成数据采集系统时，利用温度传感器的敏感特性，去检测展示的温度，所经采集的

7、温度信号是连续变化的模拟量，而计算机能处理不连续的数字量，因此，我们必须用模数转换器即 a/d 转换器把模拟信号转换成数字信号后才能送入计算机进行处理，再利用显示电路把转换后的数字信号显示出来。整个流程先通过单片机的 p3.3 口对 lm35 温度传感器进行操作，实现数字温度采集；在转换的过程中用到芯片 adc0809；最后通过发光二极管显示出所测温度。本文将讲述 at89c51 芯片，温度传感器 lm35 及 adc0809 芯片的基本原理和特点，并介绍了基于单片机的 a/d 转换电路的设计，对硬件部分和软件部分的设计进行了详细的介绍。关键词：a/d 转换器, at89c51, lm35,

8、adc0809, 发光二极管 利用 a/d 转换设计一个室温温度计摘 要随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用，作为计算机与被处理物理信息联系通道的 a/d 转换器，常用 adc 表示，也被广泛应用，特别是在数字信号处理、雷达信号分析、医用成像设备、高速数据采集等应用反面，对 adc 的速度要求很高。随着 ic工艺的改进，新材料的采用以及 dsp 技术的不断完善，目前高速 adc 的精度可达 20位以上，而超高速 adc 的速度已达 150msps 以上。由于 adc 的发展及应用的深入，其静态参数已不足以表征 adc 的全部性能。在输入信号是时间的函数时，adc 所表现出来的性能称为动态性能。实

9、践证明，动态性能不可由静态性能来替代或推出。而在和数字信号处理一起工作的 adc、一些音频应用的 adc 以及用于视频应用的adc（称为采样型 adc）中，动态性能尤为重要。因此，分析、测试 adc 的动态性能是非常重要的。为了满足各种不同的检测及控制任务的需要，各种类型的 a/d 转换器芯片也应运而生。本课题是利用 a/d 转换设计一个室温温度计，当用计算机来构成数据采集系统时，利用温度传感器的敏感特性，去检测展示的温度，所经采集的温度信号是连续变化的模拟量，而计算机能处理不连续的数字量，因此，我们必须用模数转换器即 a/d 转换器把模拟信号转换成数字信号后才能送入计算机进行处理，再利用显示

10、电路把转换后的数字信号显示出来。整个流程先通过单片机的 p3.3 口对 lm35 温度传感器进行操作，实现数字温度采集；在转换的过程中用到芯片 adc0809；最后通过发光二极管显示出所测温度。本文将讲述 at89c51 芯片，温度传感器 lm35 及 adc0809 芯片的基本原理和特点，并介绍了基于单片机的 a/d 转换电路的设计，对硬件部分和软件部分的设计进行了详细的介绍。关键词：a/d 转换器, at89c51, lm35, adc0809, 发光二极管 目 录1 绪论.11.1 课题描述 .11.2 基本工作原理及框图 .12 相关芯片及硬件电路设计.12.1 at89c51 芯片.

11、12.1.1 at89c51 的功能特性.22.1.2 at89c51 的主要性能参数.22.2 温度采集 .32.2.1 lm35 的功能特性.32.2.2 lm35 的主要性能参数.32.2.3 lm35 各引脚介绍.42.3 信号放大电路 .42.4 a/d 转换电路 .52.4.1 a/d 转换器的的分类.52.4.2 逐次逼近式 a/d 转换器(sar).72.4.3 adc0809 的特点.72.4.4 adc0809 引脚功能.72.4.5 adc0809 典型应用及系统硬件原理图.93 系统软件设计.113.1 中断程序主要流程.113.2 程序设计.12总 结.18致 谢.1

12、9参考文献.201 绪论1.1 课题描述 随着电子技术，特别是随大规模集成电路的产生而出现的微型计算机技术的飞速发展，人类生活发生了根本性的改变。如果说微型计算机的出现使现代科学研究得到了质的飞跃，那么可以毫不夸张地说，单片机技术的出现则是给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命。目前，单片机以其体积小、重量轻、抗干扰能力强、对环境要求不高、高可靠性、高性能价格比、开发较为容易，在工业控制系统、数据采集系统、智能化仪器仪表、办公自动化等诸多领域得到极为广泛的应用，并已走人家庭，从洗衣机、微波炉到音响、汽车，到处都可见到单片机的踪影。因此，单片机技术开发和应用水平已逐步成为一个国家工业发展水平的

13、标志之一。本课题研究的内容就是以单片机为主要控制元件，通过温度传感器，a/d 转换器，实现对温度的测量，并通过发光二级管直接显示所测温度。 1.2 基本工作原理及框图本课程设计的温度计测温系统由温度传感器电路、信号放大电路、a/d 转换电路、单片机系统、温度显示系统构成。其基本工作原理：温度传感器电路将测量到的温度信号转换成电压信号输出到信号放大电路，与温度值对应的电压信号经放大后输出至转 a/d 换电路，把电压信号转换成数字量送给单片机系统，单片机系统根据显示需要对数字量进行处理，再送温度显示系统进行显示。基本工作原理框图如图 1.1 所示。温度传感器信号放大电路adc0809 a/d 转换

14、器89c51单片机系统发光二极管显 示电路图 1.1 基本工作原理框图2 相关芯片及硬件电路设计2.1 at89c51 芯片at89c51 是美国 atmel 公司生产的低电压，高性能 cmos 8 位单片机，片内含4k bytes 的反复擦写的 flash 只读程序存储器和 128 bytes 的随机存取数据存储器（ram） ，器件采用 atmel 公司高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 mcs-51指令系统，片内置通用 8 位中央处理器（cpu）和 flash 存储单元，功能强大at89c51 单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。at89c51 引脚图如图

15、 2.1 所示。 图 2.1 at89c51 引脚图2.1.1 at89c51 的功能特性at89c51 提供以下标准功能：4k 字节 flash 闪速存储器，128 字节内部 ram，32个 i/o 口线，两个十六位定时/计数器，一个 5 向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，at89c51 可降至 0hz 的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止 cpu 的工作，但允许 ram，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存 ram 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。2.1.2at89c51 的

16、主要性能参数at89c51 主要性能参数如下：与 mc51 产品指令系统完全兼容4k 字节可重擦写 flash 闪速存储器1000 次擦写周期 全静态操作：0hz24hz三级加密程序存储器1288 字节内部 ram 32 个可编程 i/o 口线2 个 16 位定时/计数器6 个中断源可编程串行 uart 通道低功耗空闲和掉电模式 2.2 温度采集lm35 是 ns 公司生产的集成电路温度传感器系列产品之一，从使用角度来说，与用开尔文标准的线性温度传感器相比更有优越之处，它无需外部校准或微调，在各类民用控制、工业控制以及航空航天技术方面得到了广泛使用。在很多工作场合，元器件工作温度指标达不到工业

17、级或普军级温度要求，可以通过设计加温电路的办法得以解决。小型、低功耗、可靠性高、低成本的 lm35 温度传感器已经越来越受到设计者的关注。 2.2.1lm35 的功能特性lm35 是一种内部电路已校准的集成温度传感器，其输出电压与摄氏温度成正比，线性度好，灵敏度高，精度适中其输出灵敏度为 10.0mv/，精度达 0.5其测量范围为-55150。在静止温度中自热效应低(0.08)工作电压较宽，可在 420v 的供电电压范围内正常工作，且耗电极省，工作电流一般小于 60ua输出阻抗低，在 1ma 负载时为 0.1。2.2.2lm35 的主要性能参数lm35 的主要性能参数如下：工作电压：直流 43

18、0v； 工作电流：小于 133a 输出电压：+6v-1.0v 输出阻抗：1ma 负载时 0.1； 精度：0.5精度（在+25时） ； 漏泄电流：小于 60a； 比例因数：线性+10.0mv/； 非线性值：1/4； 校准方式：直接用摄氏温度校准； 封装：密封 to-46 晶体管封装或塑料 to-92 晶体管封装； 使用温度范围：-55+150额定范围。 2.2.3lm35 各引脚介绍lm35 引脚介绍如下：1 脚正电源 vcc；2 脚输出；3 脚输出地/电源地。lm35 电路原理图如图 2.2 所示： 图 2.2 lm35 电路原理图2.3 信号放大电路由于温度传感器 lm35 输出的电压范围为

19、 00.99 v，虽然该电压范围在 a/d 转换器的输入允许电压范围内，但该电压信号较弱，如果不进行放大直接进行 a/d 转换则会导致转换成的数字量太小、精度低。系统中选用通用型放大器 a741 对 lm35 输出的电压信号进行幅度放大，还可对其进行阻抗匹配、波形变换、噪声抑制等处理。系统采取同相输入，电压放大倍数为 5 倍。a741 原理图如图 2.3 所示 图 2.3 a741原理图2.4 a/d 转换电路a/d 转换器（analong to digit converter）是一种将模拟量转换为与之成比例的数字量的器件，常用 adc 表示。随着超大规模集成电路技术的飞速发展，a/d 转换器

20、新的设计思想和制造技术层出不穷，为了满足各种不同的检测及控制任务的需要，各种类型的 a/d 转换器芯片也应运而生。2.4.1 a/d 转换器的的分类1、根据 a/d 转换器的原理可将 a/d 转换器分成两大类。一大类是直接型 a/d 转换器，另一类是间接型 a/d 转换器。直接型 a/d 转换器的输入模拟电压被直接转换成数字代码，不经任何中间变量；在间接型 a/d 转换器中，首先把输入的模拟电压转换成某种中间变量（时间、频率、脉冲宽度等） ，然后再把这个中间变量转换为数字代码输出。2、根据输出数字量方式，a/d 转换器可分为并行输出转换器和串行输出转换器两种：并行 adc 的特点是占用较多的数

21、据线，但转换速度快，在转换位数较少时，有较高的性价比。串行 adc 具有输出占用的数据线少、转换后的数据诸位输出、输出速度较慢的特点。3、 根据输出数字量表示形式，a/d 转换器可分为二进制输出格式和 bcd 码输出格式。二进制输出格式一般要将转换数据送单片机处理后使用。bcd 码输出格式采用分时输出万、千、百、十、个位的方法，可以很方便的驱动 lcd 显示。a/d 转换器的分类如图 2.4 所示。a/d 转换器直接 a/d 转换器间接 a/d 转换器电荷在分配型 a/d 转换器反馈比较型a/d 转换器非反馈比较型 a/d 转换器逐次逼近时a/d 转换器跟踪计数式a/d 转换器串联方式a/d

22、转换器并联方式a/d 转换器串并联方式a/d 转换器电压-时间变换型 a/d 转换器电压-频率变换型 a/d 转换器单积分型a/d 转换器双积分型a/d 转换器双重积分型a/d 转换器脉宽调制积分型 a/d 转换器图 2.4 a/d 转换器的分类框图2.4.2 逐次逼近式 a/d 转换器(sar)逐次逼近式 a/d 转换器 sar（successive approximation register）是由结果寄存器、比较器和控制逻辑等部件组成。采用对分搜索逐位比较的方法逐步逼近，利用数字量试探地进行 d/a 转换、在比较判断，从而实现 a/d 转换。n 位逐次逼近型 a/d 转换器最多只需 n

23、次 d/a 转换、比较判断，就可以完成 a/d转换。因此，逐次逼近型 a/d 转换器最多只需 n 次 d/a 转换，比较判断，就可以完成a/d 转换。因此，逐次逼近型 a/d 转换速度很快。2.4.3 adc0809 的特点adc0809 是 ns（national semiconductor，美国国家半导体）公司生产的初次逼近型 a/d 转换器，adc0809 具有以下特点：分辨率为 8 位；误差1lsb，无编码；转换时间为 100s（当外部时钟输入频率为 640khz 时） ；很容易与微处理器连接；单一电源+5 v 采用单一电源+5 v 供电时量程为 05 v；无需零位或满量程调整；带有锁

24、存控制逻辑的 8 通道多路转换开关，便于选择 8 路中的任意路进行转换；dip28 封装；使用+5 v 或采用经调整模拟间距的电压基准工作；带锁存器的三态数据输出。2.4.4 adc0809 引脚功能adc0809 为 dip28 封装，芯片引脚排列如图 2.5 所示。图 2.5 adc0809 引脚图各引脚功能及含义如下：vcc：工作电源输入。典型值+5 v，极限值 6.5 v。vref(+)：参考电压(+)输入，一般与 vcc 相连。vref(-)：参考电压(-)输入，一般与 gnd 相连。gnd：模拟和数字地。start：a/d 启动转换输入符号，正脉冲有效。脉冲上升沿清除逐次逼近寄存器

25、；下降沿启动 a/d 转换。ale：地址锁存输入信号，上升沿锁存 c,b,a 引脚上的信号，并据此选通转换in7in0 中的一路。eoc：转换结束输出引脚。启动转换后自动变低电平，转换结束后跳变为高电平，可供 at89c51 查询，如果采用中断法，该引脚一定要经反向后接at89c51 的 int0 或 int1 引脚。oe：输出允许。高电平有效。高电平时，允许转换结果从 a/d 转换器的三态输出锁存器输出数据。clk：时钟输入，时钟频率允许范围为 10khz1280khz，典型值 640khz,当时钟频率为典型值时，转换速度为 100s(128s50s)。c,b,a：选通输入，选通 in7in

26、0 中的一路模拟量。其中。c 为高位。2-82-1：8 位数据输出。其中，2-1为数据高位，2-8为数据低位。in7in0：8 路模拟量输入。adc0809 一次只能选通 in7in0 中的某一路进行转换，选通的通道由 ale 上升沿时送入的 c,b,a 引脚信号决定。adc0809 的地址输入端和模拟输入通道的对应关系如表 2.1 所示。表表 2.1 adc0809 地址端与模拟输入通道的对应关系地址端与模拟输入通道的对应关系 2.4.5 adc0809 典型应用及系统硬件原理图adc0809 典型应用如图 2.6 所示。图 2.6 adc0809 典型应用c b a被选通的通道0 0 0i

27、n00 0 1in10 1 0in20 1 1in31 0 0in41 0 1in51 1 0in61 1 1in7由于 adc0809 输出含三态锁存，所以其数据输出可以直接连接 at89c51 的数据总线 p0（无三态锁存的芯片是不允许直接连数据总线的） 。可通过外部中断或查询方式读取 a/d 转换结果。写 p2.7 口有两个作用；其一，写 p2.7 口脉冲的上升沿使 ale 信号有效，将送入c，b，a 的低 3 位地址 a2，a1，a0 锁存，并由此选通 in0in7 中的一路进行转换，其二，写 p2.7 口脉冲的下降沿，清除逐次逼近寄存器，启动 a/d。读 p2.7 口时（c，b，a

28、低 3 位地址已无任何意义） ，oe 信号有效，保存 a/d 转换结果的输出三态锁存器的“门”打开，将数据送到数据总线。注意，只有在 eoc 信号有效后，读 p2.7 口才有意义。clk 时钟输入信号频率值为 640khz。鉴于 640khz 频率的获取比较复杂，在工程实际中多采用在 8051 的 ale 信号的基础上分频方法。adc0809 与单片机的接口电路如图 2.7 所示。图 2.7 adc0809 与单片机的接口电路3 系统软件设计3.1 中断程序主要流程图 3.1 是中断程序主流程图，当信号输入时，置内部 ram 起始存储单元，其地址为(r)=20h，经内部 ram 存储单元处理后

29、，将数据采样计数设置初始值为(r2)=30，将此初始值送入 a/d 转换器的 in3 通道，a/d 转换器打开中断，并启动 a/d 转换，而后调用延时子程序，将刚才 ram 内存放的数据输入到 p1 接口，保持显示 2s，送入计数器进行判断，当计数器-1 的值为 0 时，结束此流程，当其值不为 0 时，将数据送入in3 口，重新打开中断，依次循环，直至计数器-1=0 时结束。图 3.1 主程序流程延时子程序流程以及中断服务程序流程如图 3.2，图 3.3 所示。开始开始延时 160 s恢复现场ex0 位置 0r0 内容加 1a/d 转换结果存入内部 ram保持现场返回返回图 3.3 中断服务程

30、序流程图 3.2 延时子程序流程3.2 程序设计读出温度子程序的主要功能是读出 ram 中的 9 字节，在读出时需进行 crc 校验，校验有错时不进行温度数据的改写。温度转换命令子程序主要是发温度转换开始命令，当采用 12 位分辨率时转换时间约为 750ms，在本程序设计中采用 1s 显示程序延时法等待转换的完成。计算温度子程序将 ram 中读取值进行 bcd 码的转换运算，并进行温度值正负的判定。显示数据刷新子程序主要是对显示缓冲器中的显示数据进行刷新操作，当最高显示位为 0 时将符号显示位移入下一位。程序如下：org 00hmain: mov 30h,#00h mov 31h,#00h l

31、call reset ;复位 mov a,#0cch ;跳过rom lcall write mov a,#44h ;启动转换 lcall write ;延时 mov r7,#100d1: mov r4,#20d2: mov r5,#248 djnz r5,$ djnz r4,d2 djnz r7,d1 lcall reset ;复位 mov a,#0cch ;跳过rom lcall write mov a,#0beh ;启动转换 lcall write lcall read mov a,3dh mov 30h,a lcall read mov a,3dh mov 31h,a ;- mov 36

32、h,#00h mov 37h,#00h mov 38h,#00h mov 39h,#00h ;- anl a,#00000111b mov 36h,a mov a,30h swap a anl a,#00001111b mov 37h,a mov a,36h swap a mov 41h,a mov a,37h add a,41h mov 41h,a mov b,#10 div ab mov 46h,a mov 47h,b mov a,30h anl a,#00001111b mov 39h,a jnb acc.3,jin mov a,38h add a,#50h mov 38h,ajin:m

33、ov a,39h jnb acc.2,jin1 mov a,38h add a,#25h mov 38h,ajin1:mov a,39h jnb acc.1,jin2 mov a,38h add a,#12h mov 38h,ajin2: mov a,39h jnb acc.0,jin3 mov a,38h add a,#06h mov 38h,ajin3: mov a,38h swap a anl a,#00001111b mov 38h,a sjmp $ ;数据处理reset: nopl0: clr p1.4 mov r2,#200l1: nop djnz r2,l1 setb p1.4 mov r2,#30l4: djnz r2,l4 clr c orl c,p1.4 jc l3 mov r6,#80l5: orl c,p1.4 jc l3 djnz r6,l5 sjmp l0l3: mov r2,#250l2: djnz r2,l2 retwrite: mov r3,#8wr1: setb p1.4 mov r4,#8 rrc a clr p1.4wr2: djnz r4,wr2 mov