毕业论文-温度与电压测量系统

1、温度与电压测量系统摘要：单片机在检测和控制系统中得到了广泛的应用，温度和电压是一个系统经 常需要测量、控制和保持的量,而温度是一个模拟量，不能直接与单片机交换信息, 采用适当的技术将模拟的温度量转化为数字量在原理上虽然不困难但成本较高， 还会遇到其它方面的问题。因此对单片机温度测量系统的研究有重要目的和意 义。而电压测量通过差动放大器采集直流稳压电源在数码管上显示瞬吋电压。本 课题主要用于温度检测和电压测量，以mc-51单片机作主控器，以温度传感器为 信息捕获元件，主要有温度检测电路，模/数转换电路，信号放大电路以li£d数码 管作温度、电压信息显示电路的系统。关键词：单片机温度采样

2、温度传感器直流电压a/d转换器abstract: the monolithic integrated circuit in examined and in the control system obtained the widespread application, the temperature and the voltage were the quantities which a system needed to survey, to control frequently and maintains, but the temperature was a simulation quantit

3、y, could not with the monolithic integrated circuit exchange information, use the temperature quantity which the suitable technology will simulate to transform directly as the digital quantity in the principle, although not difficulty, but the cost was high, will also meet other aspects the question

4、. therefore has the chief purpose and the significance to the monolithic integrated circuit temperature survey systems research. but vol tage measurement through differentiator ampl ifier gathering cocurrent voltage-stabilized source on nixietube demonstration transient voltage. this topic mainly us

5、es in the temperature examination and the voltage measurement, makes the master controller by the mc-51 monolithic integrated circuit, take the temperature sensor as the information capture part, ma inly has the temperature to examine the electric circuit, the mold/number switching circuit, the sign

6、al amplifying circuit makes the temperature, the voltage information display circuits system by theled nixietube.key word:single-chip microcomputer temperature sampling temperature sensordc voltagea/d converters引言：当今世界，科学技术的发展日新月异。在这空前的技术发展过程中，电子信 息技术以其独特的渗透力和亲合力，正在迅速地改变着我们周围的一切。利用现 代电子信息技术来改变我们的生活，

7、改变我们的生活，改造传统的合行合业己 成为当今社会的共识。在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如：在冶金工业、化工生产、电力工 程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、 热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。采用单片机来对温度进行检 测，不仅具冇控制方便、组态简单和灵活性人等优点,而ii可以人幅度提高被测温 度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。单片机以其功能强、体积 小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，为自动化和各个测控领域中广泛应 用的器件，在工业生产中称为必不可少的器件，尤其是在日常

8、生活中发挥的作用 也越来越大。因此，单片机对温度的测量问题是一个工业生产中经常会遇到的问 题。电子计算机的发明是本世纪科学技术的卓越成就之一，它的出现使科学技术 产生了一场深刻的革命。特别是自70年代初以來，随着大规模集成电路的发展, 出现了微型计算机及单片型计算机，其运算速度快，可靠性高，价格便宜，被广 泛应用于工业、农业、国防以及日常生活的各个领域。本论文以上述问题为出发 点,设计实现了温度和电压实时测量、显示系统。1. 系统总体设计方案1.1系统的基本任务与要求(1) 系统的基本要求：耍求温度可以在一定范围内，并能在环境温度降低时自动实时显示，并在温度超 设定值时进行报警。对电压的要求是

9、对于直流稳压电源提供的电压也能实时显不o(2) 系统的技术指标本次设计的测温范围：091°c，温度分辩率为：0.36°c，测压范围是02v， 电压分辩率是0. 0078vo采用十进制led动态显示方式。(3) 温度、电压采集系统说明1、温度、电压采集系统主要由：单片机、显示电路、ad转换电路、电压放大电 路等模块组成2、单片机采用：at89s52,温度、电压的显示是通过单片机动态扫描六位数码管 来完成显示的，系统中运用的ad转换器件为8位的adc0809来完成模数转换， 电压放大电路由lm324来完成3、由于adc0809的参考电压端接的是5伏的参考电压，而我们所测的电压范

10、围 为(t2v，所以要将电压信号进行放大，在放大电路中，我们采用第一级进行 电压隔离，第二级进行2. 5倍的电压放大4、我们使用的温度采集电路是集成温度传感器lm35, lm35在0摄氏度时输出 0v电压，温度每上升1摄氏度输出电压将上升10mv,而我们的测温为(t91 摄氏度，因此我们将电压值进行5. 4倍放大。整个系统大概就是这样了。1.2温度测量方案由于温度测量是本设计屮的主要内容，所以温度测量的精确非常重要所以提 高温度测量中的准确度很重要。方案一：若采用了查表与估算相结合的温度测量方法。初步计算：从热电偶 的温度和电势对应表中查出所测温度范围中最大的温度值对应的电势amv,用最 大电

11、压值除电势确定ad521的放大倍数b。经放大后a*b对应的数字量为c。方案二：对电桥测量电路测到的小信号通过三运放组成的差分式放大器放 大。根据铂热电阻试验参数及分立元件电阻构成等臂电桥测量电路，三运放差分 式放大器由lm324内部三运放连接而成，在模数转换中由八路a/d转换芯片 adc0809来完成。该方案中采用lm324进行信号放大，电路连接比较繁琐，及电路中相关电阻参数选取不易控制。方案三：采集信号的放大由仪表放大器ad620来完成，电路连接简单，并 且放大系数控制比较灵活。方案四：温度传感器使用数字温度传感器ds18b20,这样就可以不用做数模 转换直接进行测量。简化了电路，也简化了程

12、序，问题是ds18b20的测量误差 大，无法进行实时显示，必须人工手动按键进行测量。综上所述，由于考虑实际条件最后决定利用仪表放大器lm324、a/d转换器 adc0809构成整个系统的水温测量电路。1.3电压测量方案方案一：采用tlc0831作为a / d转换器件，采用点阵型液品模块lcd1602 作为显示输出器件，为了试验方便直接采用5v电源电压作为a / d的参考电压, 所以可以测量的最大电压为5v。整体的电路还是比较简单的。方案二：利用单片机mc-52与adc0809设计一个数字电压表，能够测量0 2v之间的直流电压值，五位数码显示，电路简单。通过比较我决定使用方案二进行设计电压测量系

13、统。1.4系统基本框图及元件选择 系统框图a/d采样电路温度传感测复压位键键测温键89c-52主控系统电压采样电 路图1.4上图主要介绍该系统的组成模块，由单片机构成的主控模块、电压测量模块、 温度测量模块、控制模块以及显示模块。1.5元件简介设计所需的基本元件主要有:89s-52单片机，a/d0809、lm35、74ls373、 74ls192以及74ls28等芯片，以及一些电阻和电位器。adc0809的内部结构x*f 1ft i1216start clkoe图1. 5adc0809内部逻辑结构图中多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分吋输入，共用一 个a/d转换器进行转换，这是一种经

14、济的多路数据采集方法。地址锁存与译码电 路完成对a、b、c 3个地址位进行锁存和译码，其译码输出用于通道选择，其转 换结果通过三态输出锁存器存放、输出，因此可以直接与系统数据总线和连，表 1-6为通道选择表。表1-6通道选择表cba被选择的通道000ino001inx010in.011100in,101110111in.蠢信号引脚adc0809芯片为28引脚为双列直插式封装，其引脚排列见图1. 7。三=三三三adc0809in2in，iwqaddaaddbaddcdovx«.aled2图1. 7adc0809引脚图对adc0809主要信号引脚的功能说明如下：in7ino模拟量输入通道

15、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 锁存器屮。start转换启动信号。start上升沿时，复位adc0809; start下降沿 时启动芯片，开始进行a/d转换；在a/d转换期间，start应保持低电平。本 信号有时简写为st.八、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 屮为 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， 因此有时钟信号引脚。通常使用频率为500khz的时钟信号eoc转换结束信号。eoc=o,正在进行转换；e0o1，转换结束。使用中该 状态信号即可作为查询的

16、状态标志，又可作为中断请求信号使用。d7do一数据输出线。为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接 相连。do为最低位，d7为最高0e一一输出允许信号。用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数 据。0e=0,输出数据线呈高阻；oe=1，输出转换得到的数据。vcc+5v电源。vref一一参考电源参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近 的基准。其典型值为+5v(vrof(+)=+5v，vref (-) =-5v).74ls373内部结构dual-ln-line packagesvcc(2080goi19 i18ls3737d7060605d5c卜ienable>o121

17、 111oe5°-p5oe aoe6 -io goe9.-qo oe5c>ri do -i<-od ocdok-°5oei1 i2 i3outputio1dcontroli* n2d20ppf30304d4c9| 1ogno图1-8如图1-8可知373为三态输出的八d透明锁存器,共有54/74s373和 54/74ls373两种线路结构型式。373为三态输出的8 d透明锁存器，373的输出 端00-07可直接与总线相连。当三态允许控制端0e为低电平时，00-07为正常 逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当0e为高电平时，00-07呈高阻态，即不 驱动总线，也不为总

18、线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。当锁存允许 端le为高电平时，0随数据d而变。当le为低电平时，0被锁存在已建立的数 据电平。当le端施密特触发器的输入滞后作用，使交流和直流噪声抗扰度被改 善 400mv o373引出端符号：有效）00-07输岀端le锁存允许端2系统硬件设计2. 1系统结构本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、电源系统、报警系统构成。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a / d转换电路，把电压信号转换成数字量送给单片机系 统，单片机

19、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。 本系统以52单片机为核心，因为52单片机使用方便，且价格便宜，内部资源足 够本系统的需要，故选用89c52系列单片机作为主控芯片。h x x ftt: h: t:if.图2. 1基木电路温度、电压采集系统主要由：单片机、显示电路、ad转换电路、电压放大电路、 报警电路等模块组成图2. 2显不电路上图由三极管8050组成的数码器管显示驱动电路，段选和位选均采用高电位 驱动。| 2. 2 方各上图中，我们采用第一级进行电压隔离，第二级进行2. 5倍的电压放大。图2. 3电源部分上阁为为整个系统供电的电源系统，提供了三路输出，一路为+5v

20、输出，是 为了给电压测量做比较电压使用，另两路为+-12v输出，主要为了给单片机供电 使用。3温度的测量原理3.1温度测量的硬件电路设计(1)温度传感器温度传感器采用的是ns公司生产的iai35,它具冇很高的工作精度和较宽的 线性工作范围，他的输出电压与摄氏温度线性成比例，且无需外部校准或微调， 可以提供土l/rc的常用的室温精度。由于温度传感器lm35输出的电压范围为 00.99v,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。3.2电压测量原理a/d转换采用adc0809, 8路模拟信号的分时采集

21、，片内有8路模拟选通幵关, 以及和应的通道抵制锁存用译码电路，其转换时间为100 u s左右。由于adc0809 的参考电压vref二vcc，所以转换之后的数据要经过数据处理，在数码管上显示 出电压值。实际显示的电压值(d/256*vref)。所以电压的最小测量电压 v=l/256* vref=l/256*2=0. 0078v。4.软件系统设计及程序清单系统的软件部分用51汇编语言编程，采用模块化结构，主要由a / d转换模 块、单片机n部数据处理模块、温度显示模块等3部分构成，便于修改和维护。4.1电压温度采集器软件系统设计电压温度釆集器的流程图主程序流程图开始上图是主程序的流程图开始通电之

22、后在数码管上显示“=”，当有测压或 测温按键有效时便进行更新显示数据，在数码管显示相应的数据。4. 2定时中断程序定吋器中断流程图开始4. 3外部中断0的流程采集电压通道采集温度通道计算机实际电压计算机实际温度二进制转十进制二进制转十进制存储十进制电压存储十进制温度启动定时器退出外部中断0图4. 3上图是外部屮断0的流程图。标志位为0则选择采集电压通道，1则选择采 集温度通道，通过计算实际值进行二进制转化十进制，存储之后便启动定时器， 退出外部中断。结语:该测温测压系统工作稳定可靠，体积小、集成度高、灵敏度高、响应吋间短、 抗干扰能力强等特点。此外该系统成本低廉，器件均为常规元件，有很高的工程

23、 价值。如稍加改动，该系统可以很方便地扩展为集温度测量、控制为一体的产品, 具有一定工程应用价值。如对该系统进一步扩展，还可以实现利用usb协议标准 与pc机进行数据通信，能够把监测到的温度值保存到pc机中。对于电压测量可 以用于数字测温仪的低压测量部分，更好的提高其精度和简化电路。由各种单片 a/d转换器构成的电压测量系统，已被广泛用于电子及电工测量、工业自动化 仪表、自动测试系统等智能化测量领域，示出强大的生命力。由于本人能力有限, 很多的地方还存在很大缺点，我会进一步的去改进和完善的。致谢大学四年的学习生活即将结束了，这篇论文作为我学习的最后一份答卷，献 礼给各位老师。在西北师范大学电子

24、信息工程系四年的学习与生活，使我学到了很多专业知 识，也学到了不少为人处世的道理，更学到丫各位老师认真工作，爱岗敬业，为 人师表的优良品质。在即将离校之际，有一分不舍，有一分留恋，也有一分对外 面世界的渴望！这里有我敬爱的老师，亲爱的同学，学校的一草一木都在我的心 里留下了深深的印象。在此，谨向各位老师表示深深的敬意和谢意！首先我要感谢我的导师宋海声老师，感谢你对我的论文始终悉心指导和帮 助，在繁忙的工作和教学屮抽出时间为我指导论文。请允许我对你说一声“宋老 师，您辛苦了！ ”在论文的过程中宋老师给了我很大帮助，留给我很深的印象， 必是我受益终生！我还感谢这四年中给我授课的所有老师，是你们让我

25、得以为社会尽一份自己 应尽的义务，也使我在社会中能够更好的立足。同时我要对这四年中与我朝夕相伴的同学们说一声珍重，是你们教会了我去 关心他人，人生的路不会风调雨顺，我们要坚强！由于本人水平有限，本文一定有不少缺点和不足，恳请各位老师给予帮助和 指正。参考文献：1 李朝青.单片机原理及接u技术m.北京：北京航空航天大学出版 社.20002 康华光、陈大钦.电子技术基础模拟部分m.北京：高等教育出 版社.19993 李伯成.微型计算机原理与接口技术m.北京：电子工业出版 社.20054 赵晶.电路设计与制版pr0tel99高级应用m.北京：人民邮电出 版社.20005 杨志民、马胜前.电子技术实验

26、m.兰州：兰州大学出版社.2000附录：系统说明1、系统采用6位led显示结果，数码管采用共阳极数码管2、在显示温度时温度仅用低两位数码管显示整数范围为（t91度，但是温度 的最小分辨率为0. 36度3、在显示电压值时使用5位数码管，显示样式为x. xxxx,显示范围为 0. 00000. 0078*255,最小分辨率为0. 0078伏4、操作说明：系统上电后显示“二二=”，等待start按键，当start按键 按下时进入系统自动控制5、通过按键t_key，和u_key按键来选择显示温度，还是显示电压值uparametert_parameterlcd_d_outled_c_outuaddres

27、st address1eddatal位数据_equ 78 equ 36cquequequequequplp27ff8h7ff9h30h6、当温度超过80摄氏度时蜂鸣器报警；电压采集通道 /温度釆集通道led datal, 2, 3用于存放将要在led上显示的六led_data2equ31hled_data3equ32hledchannelequ33h;led channel存放led的选通信号statelequ34hstatc2cqu35hstate3equ36h；statel, 2, 3, 4, 5, 6存放显示数据的屏蔽状态state4equ37hstate5equ38hstate6equ

28、39hkey_codecqu3ah:存放键盘按键代码counteroequ3bh:存放在二进制向十进制转换时的转换次数counterlequ3chubdataequ3dh;存放读取的转换电压值tbdataequ3eh;存放读取的转化温度值ud_datalcqu3fhud_data2equ40hud_data3equ41h;ud_datal, 2, 3存放十进制的实际电压值tddatalequ42htd_data2equ43htd_data3cqu44h;td_datal, 2, 3存放十进制的实际温度值counter2equ45h:定&器时间循环次数f adbit ooh；定义标志位f

29、_ad作为启动电压采集通道还是采集通道u_keybitp3. 0；电压选择按键t一keystart 一- 一- 一- 一- 一- 一- 一- 一- bit p3. 1:温度选择按键bit p3. 0main:org oooohajmp mainorg 0003hajmp inteoorg ooobhajmp timcoorg 0030hmov sp, #60hmov key code, #0mov tmod, #01h;使用定时器0，16位mov tho, #oblhmov tlo, #0e0h;60ms 的定时时间mov countero, #6 ;临时使用变量 countero mov r

30、o,#statelnexto:mov r0, #00hncxt2:inc rodjnz countero,nextomov led datal, #0aahmov led_data2,#0aahmov led_data3, #0aah;系统上电初始化显不“，lcall display setb startnext_:mov c，start jc next2 setb start lcall display mov c，start jc next2 lcall display mov c,startet_key:jnc next_mov counter2, #0setb eto;允许定时器0发生

31、中断断setb exosetb ito;设置外部中断0位允许中断，边沿触发中setb easetb f_adloop:setb tro lcall key_scanfirst:second:nex_:mov a,key_codec jne a，#1, secondmov led datal, ud datalmov 1ed_data2, ud_data2mov lcd_data3, ud_data3mov statel, #00hmov state2,#00hmov state3,#00hmov state4,#00hmov statc5, #80hmov state6, #00hajmp n

32、ex_c jne a, #2, nex_mov 1ed datal, td_data2mov led_data2, #obbhmov led_data3, #obbhmov statel,#00hmov state2,#00hmov state3,#00hmov statc4, #00hmov state5, #00hmov state6, #00hlcall displayajmp loop:循环显示:外部中断0服务程序，读取adc0809的转换结果inteo:push accpush dpi push dph jb f_ad，t_readu read:mov dptr, su addres

33、smovx a，dptr mov ub data, amov b, #u_paramctcr;计算实际的电压值（二进制）mul ablcall display mov r7, b mov r6,alcall b_to_d;将二进制转换成十进制mov ud_datal，r3mov ud_data2, r4mov ud_data3, r5ajmp exit_intt_read:mov dptr, #t_address movx a,dptr mov tbdata,aexit_int:mov b,#t_parameter mill ablcall display mov r7, b mov r6,

34、a lcall b_to_d mov td_datal，r3 mov td_data2, r4 mov td_data3, r5 setb tro pop dph pop dpipop accreti:定时器屮断服务程序timeo:push dphpush dpipush accclr tromov tho,#oblhmov tlo,#0e0hinc counter2mov a,counter2c jne a, #50, run;温度值每两秒钟采集一次，电压值每60ms采集一次mov counter2, #0 cpl fadjnb f_ad，start_ustart_t:mov dptr, #

35、t_address;启动温度俾感器通道movx dptr,a ajmp stopstartu:mov dptr, #u_address;启动电压转换通道movx dptr,a ajmp stoprun:stop:setb tropop accpop dpi pop dph reti;键盘按键扫描程序，键盘键码将存放在key_code变量中，0代表没有任何 按键，;1代表电压选择按键按下，2代表温度选择按键按下，按键是低电平有效key_scan:setb u_key;妇描电压按键mov c，u_keyvoltage:jc temperaturesetb u_keylcall displaymov

36、 c，u_keyjc temperaturemov led datal,ud datalwaito:mov 1ed_data2, ud_data2mov lcd_data3, ud_data3mov statel, #00hmov state2,#00hmov state3,#00hmov state4,#00hmov statc5, #80hmov state6, #00hmov key_code, #1lcall displaymov c,u_keyjnc waito;等待按键释放ajmp exit_keytemperature:setb t_key;扫描温度按键waitl:mov c,t

37、_keyjc exit_key;没有按键则退出setb t_kcylcall displaymov c,t_keyjc exit_keymov 1ed datal, td_data2mov led_data2, #obbhmov led_data3, #obbhmov statel,#00hmov state2,#00hmov state3,#00hmov statc4, #00hmov state5, #00hmov state6, #00hmov key_code, #2lcall display:等待按键释放mov c，t_key jnc waitlexit_key:ret;led显示程

38、序，显示六位数码管，显示数据己经存放在led_datal-3中 display:lcall display1lcall display2 leal 1 display3 lcall display4 lcall display5 lcall display6 retdisplayl: push acc push dph push dpi mov a，leddatal anl a, #ofh mov dptr, stableo move a，a+dptr orl a, statel mov led d out,a mov led c out, #0feh leal 1 delayloms pop dpi pop dph pop acc retdi splay2: push acc push dph push dpi mov a，leddatal anl a,#ofoh swap amov dptr, #tablcomove a，a+dptrorl a，state2mov led d out,amov led c out, #ofdhlcall delaylomspop dpipop dphpop accretdispla