数字温度计设计

1、电子综合设计-数字温度计电子综合课程设计数字温度计指导教师： 学 生： 学 院：自动化学院专 业：自动化班 级：2008级7班2011年3月10日目录摘要2一、 设计任务2二、 设计要求2三、 方案讨论及元件选择2四、 设计原理3五、 调试7六、 优缺点总结8七、 设计总结8八、 附录9附录一:程序清单9附录二：总电路图18附录三：元件清单19摘要 随着时代的进步与发展，单片机技术已经普及到我们的生活、工作、科研等各个领域。已成为一种成熟的技术，本设计报告将介绍一种基于单片机控制的数字温度计，本温度计属于多功能温度计，可以设置上下报警温度，但温度不在设置范围内时进行报警，同时可以显示不同单位下

2、的温度。关键词：单片机、温度计、AD590、AT89C51一、 设计任务设计一个可测量一定温度范围的温度计，并显示当前温度。二、 设计要求1、 基本要求（1） 可测量温度范围：000.0102.0（2） 温度分辨力：0.4（3） 测量相对误差：2%（4） 用数码管实时显示被测温度2、 提高要求（1） 实现高低温报警功能（2） 实现不同单位下的温度转换三、 方案讨论及元件选择1、 方案概述温度传感器AD590因温度变化，导致电流变化（1uA/），经过OPA电路转换为电压变化。输入电压经A/D转换后，其值送给单片机AT89C51处理，转换为温度值动态显示。2、 分部讨论(1) 温度传感器本方案采用

3、AD590温度传感器，它产生的电流与绝对温度成正比。它可接受的工作电压为4V30V，检测的温度范围为-55+150，它有非常好的线性输出特性：温度每增加1，其电流增加1uA。其关系图如下表一。所以需要转换为电压，再经过处理后送给ADC0809转换。下面是AD950传感器输出电压与电流的关系表一：AD590传感器输出电压与电流的关系摄氏温度ADC590输出电流（uA）经过10千欧的电阻的电压（V）0273.2 2.73210283.2 2.83220293.2 2.93230298.2 2.98240303.2 3.03250313.2 3.13260323.2 3.23280333.23.33

4、2100373.2 3.732（2）OPA运算电路此部分电路完成对AD590输出电流的处理，主要采用运放HA17741。此方案的处理方法为：先将ADC590的输出电流转换为电压，然后经过校正电路减去0的电压值，再放大后送给ADC0809。（3）A/DC电路 基本要求只需要一路输入，可用ADC0809。为实现提高要求及发挥部分，本方案采用ADC0809，它有8路输入通道，可实现多点测量。ADC080的相对电压值为5.12V（一般接5V即可），其时钟输入可为100KHz640 KHz，可用反向器或555定时器实现，本方案采用555定时器得到500MHz的时钟送给ADC0809工作。（4）单片机I/

5、O口资源 本方案采用51系列单片机89C51。因为无需扩展外部RAM，为简化电路。可直接用三个口向A/DC送通道地址号，再加上述要求，单片机所需I/O口资源如下：数据口P0：动态显示：段选P1.0P1.3，位选P1.4P1.7；启动ADC0809：P2.0；摄氏、华氏、开氏显示表示P2.1、P2.2；零下温度显示表示：P2.3；ADC通道地址号输入：P2.4P2.6；零下温度输入标志：P2.7；报警输出端：P3.0；摄氏、华氏、开氏转换INT1；通道选择INT0;（5）动态显示通过单片机P1口与七段显示译码器4511结合使用实现。四、 设计原理1、 硬件部分（1）OPA运算电路 此部分电路是本

6、课题硬件电路的核心部分，它要完成对AD590输出电流的处理，根据检测点的不同要求，需要设计不同的OPA运算电路，要实现对8个检测点监控，须设计8个OPA运算电路，在此我们设计2个通道，完成不同的要求，原理分别如下： 通道0：主要完成基本要求，测量温度范围000.0102，分辨力0.4，相对误差2%，电路如图4。 主要由电流电压转换电路、阻抗匹配电路、校正电路和放大电路组成。将AD590输出电流经过10千欧的电阻即完成了电流电压转换，为使校正电路的输入阻抗不影响转换的电压，必须进行阻抗匹配。阻抗匹配电路由运放实现：正向端（3脚）输入电压，反向端（2脚）与输出端（6脚）直接相连。校正电路由一加法电

7、路实现，电路如图一。反向端通过两电阻R1,R2输入两路电压，一端为输入信号,另一端为-12V电压，输出电压的计算公式为： 通过调节R2的值，即可实现减去0对应的电压。图表 1 校正电路图表 2 放大电路放大电路用运放实现5倍放大，如图二。输出电压计算公式为 改变的值可改变放大倍数通道1：主要完成提高要求和发挥部分，测量温度范围-50+51，分辨力0.2，并与其他通道一起实现多个检测点的实时测量和分档测量，电路如图5。 主要由电流电压转换电路、阻抗匹配电路、电压比较器、校正电路、模拟开关选择和放大电路组成。电流电压转换电路、阻抗匹配电路、校正电路和放大电路（放大10倍）与通道哦阿德相同，其中，阻

8、抗匹配电路有3个，2个用于送电压给校正电路，另一个用于模拟开关与放大电路的匹配，校正电路有2个，分别校正零上和零下温度对应的电压。零上校正电路实现减去0对应的电压，零下校正电路实现减去-51对应的电压。电压比较器用于判别是否是零下温度所对应的电压，并将结果送给单片机P2.7口与模拟开关，用运放实现如图三。模拟开关用于选择校正电路输出的两路电压，经匹配后送给放大电路。图表 3 电压比较器（2）ADC电路AD0809的ALE、EOC、START相连，OE接高电平不仅使AD0809上电自动启动，还会是它每次转换后自动启动下一次转换，而无须每次转换均要单片机启动，但为防止上电启动不可靠，将START与

9、单片机的P2.0相连，上电后，由单片机再次启动。CLK由555定时器提供。（3）动态显示电路由单片机的P1口与七段显示译码4511实现，电路见总图。图表 4 0通道OPA电路图表 5 1通道OPA电路2、软件部分软件部分主要包括初始化程序，启动ADC程序、ADC采样数据转BCD码、BCD码转摄氏温度T程序、摄氏温度T转华氏温度F程序、摄氏温度T转开氏温度K程序、零下温度转换程序、报警程序、中断程序、显示程序、延时程序等，具体见附录。其中下列程序的编程方法做以下说明：（1）BCD码转摄氏温度T程序：通道0的测量温度范围为0102，0对应的采样数为0，102对应的采样数为255，分辨力为0.4，故

10、将采样数乘0.4即得摄氏温度数，所以调用BCD-T（乘2程序）；而通道1对于零上温度则只需调用一次BCD-T。摄氏温度T转华氏温度F程序T-F：华氏温度值F与摄氏T放入转换关系为：8位单片机要直接实现乘9除5很困难，我们采用的方法是先将摄氏温度值T乘以8（3次调用BCD-T）,再除以10（右移4位），然后将所得的值加原值T，这样就实现了乘以9/5，再加上32就完成了T与F的转换。 摄氏温度T转开氏温度K程序：T与K的转换关系为：K=T+273.1，加法运算很容易实现。（2）零下温度转换程序：单片机判断P2.7口为低电平时，执行零下温度程序，因为零下温度时，OPA运算电路中的校正电路是将输入电压

11、减去-51对应的电压，所以，零下温度转换程序就是用51减去所得的BCD值。（3）报警程序：对所得的温度进行判断，若通道0的温度超过90，即驱动蜂鸣器报警（P3.0口）；若通道1的温度超过40就报警。（4）中断程序：INT0接通道号选择按键，中断一次，RAM中通道号存储区20H的值加1，为7时清0；INT1接摄氏、华氏、开氏显示方式设定按键，中断一次，RAM中显示方式存储区22H的值加一，为2时清0，00H表示显示摄氏，01H表示显示华氏，02H表示显示开氏。五、调试根据上述原理设计完硬件，编写好程序后，在不存在虚焊和连线错误的情况下，要完好的得出结果，还需要经过长时间的调试。在调试过程中，我们

12、发现了以下问题：1、 AD590温度传感器的0对应的电压（经过10千欧的电阻）并非为2.732V，不同传感器对应的电压不同，所以要根据电压调节校正电路的电位器。2、 ADC0809的转换开始信号START与完成信号EOC需要分开接，避免二者的高低电平互相影响，而导致AD转换器不能正常启动工作。3、 软件的显示程序中，要合理的调整延时时间，使得数码管显示时既不闪烁也不跳变的过快，而影响读数。4、 中断程序要合理的延时，以防抖动。编写程序时，要考虑全面，防止切换通道和改变显示方式时数据的影响。5、 编写程序时，要考虑全面，防止切换通道和改变显示方式时数据的影响。六、优缺点总结上述设计方法完全能实现

13、基本要求、提高要求以及自己的发挥部分。综观全设计，我们总结如下：优点：1、 完成了全部的基本要求和部分提高要求；2、 实现摄氏、华氏、开氏、的显示转换3、 实现过高温度的报警设计当然，我们的设计中也存在不少问题，例如，由于无法提供稳压管校正电路的校正电压是直接使用运放的工作电压-12V及其分压，这样，电源电压的变化会对温度检测造成影响。同时也没能实现零下温度的设计。七、设计体会通过本次为期三周的电子综合设计实践，使我们在硬件、软件方面都有了一定的提高，这也是本次设计最重要的目的。虽然从开始确定方案到设计完成这一过程中有着很多的问题的和疑问，但我们通过查资料、大家讨论、向老师请教等多种方法渠道最

14、终完成了本次设计。同时在设计过程中也锻炼了我们全组成员的团队意识，在设计过程中我们分工明确，大家都各司其职，同时又相互讨论，这也使得我们的设计圆满的完成了。在此也要特别感谢一直指导我们的刘海涛老师，刘老师给了我们很大的帮助和指导，可以说没有刘老师的指导就没有我们的设计，再次感谢！同时也感谢实验室的工作老师给我们的帮助！八、附录附录一：程序清单30H,31H为摄氏缓冲区；32H,33H为华氏缓冲区?4H,35H为开氏缓冲区；;20H为通道号存储区；22H为显示方式存储区； ORG 0000H JMP MAIN ORG 0003H JMP INT0 ORG 0013H JMP INT1 ORG 0

15、020HMAIN: MOV SP,#40H LCALL INITLOOP: MOV A,20H MOV 21H,A SWAP A MOV B,A MOV A,P2 ANL A,#8FH ORL A,B ORL A,#01H MOV P2,ASTART1: LCALL START MOV R0,020HWAIT: JB P3.1, ADC DJNZ R0,WAIT AJMP START1ADC: CLR A JNB P0.0,ABC1 ADD A,#80H ABC1:JNB P0.1,ABC2 ADD A,#40H ABC2:JNB P0.2,ABC3 ADD A,#20H ABC3:JNB P

16、0.3,ABC4 ADD A,#10H ABC4:JNB P0.4,ABC5 ADD A,#08H ABC5:JNB P0.5,ABC6 ADD A,#04H ABC6:JNB P0.6,ABC7 ADD A,#02H ABC7:JNB P0.7,ABC8 ADD A,#01H ABC8:MOV 36H,A LCALL CONV LCALL WARN AJMP LOOP;初始化程序INIT: SETB EA SETB EX0 SETB IT0 SETB EX1 SETB IT1 MOV 20H,#00H MOV 22H,#00H MOV P1,#0F8H CLR P2.1 CLR P2.2 C

17、LR P2.3 CLR P3.0 RET;启动A/DSTART: CLR P2.0 LCALL DELAY SETB P2.0 LCALL DELAY CLR P2.0 LCALL DELAY RET;采样数据转换程序：入口21H，出口30H,31H,32H,33YH,34H,35HCONV: MOV A,21H MOV DPTR,#TAB RL A JMP A+DPTRTAB: AJMP CON0 AJMP CON1 AJMP CON2 AJMP CON2 AJMP CON2 AJMP CON2 AJMP CON2 AJMP CON2CON0: LCALL H_BCD MOV R1,#02H

18、 LCALL BCD_T MOV 30H,36H MOV 31H,37H LCALL DISP LCALL T_F LCALL T_K AJMP QUIT0CON1: LCALL H_BCD MOV R1,#01H LCALL BCD_T MOV 30H,36H MOV 31H,37H JB P2.7,N0 SETB P2.3 LCALL Z_F JMP NN0CON2: MOV 30H,#00H MOV 31H,#00H MOV 32H,#00H MOV 33H,#00H MOV 34H,#00H MOV 35H,#00H SETB P3.0 CLR P2.3 JMP QUIT0N0: CL

19、R P2.3NN0: LCALL T_F0 LCALL T_K0QUIT0: RET;8进制BCD码转换程序：入口 36H，出口 36H,37HH_BCD: MOV A,36H MOV B,#100 DIV AB MOV 37H,A MOV A,B MOV B,#10 DIV AB SWAP A ORL A,B MOV 36H,A RET;采样BCD码转摄氏显示BCD数据（乘N）：入口 36H，37H,R1(加的次数);出口 36H,37HBCD_T: MOV A,36H ADD A,36H DA A MOV 36H,A MOV A,37H ADDC A,37H DA A MOV 7H,A D

20、JNZ R1,BCD_T RET;零下温度数据转换：入口 30H,31H,出口 30H,31HZ_F: MOV A,#10H CLR C SUBB A,30H MOV 10H,C JNB AC,N2 CLR C SUBB A,#06H MOV C,10HN2: JNC N3 CLR C SUBB A,#60HN3: MOV 30H,A MOV A,#05H MOV C,10H SUBB A,31H MOV 31H,A MOV 36H,30H MOV 37H,31H;以便T_F0,T_K转换使用 LCALL DISP RET;摄氏转华氏：入口36H,37H，出口32H,33HT_F: MOV R

21、1,#03H LCALL BCD_T MOV A,36H ANL A,#0F0H SWAP A MOV 36H,A MOV A,37H ANL A,#0FH SWAP A ORL A,36H MOV 36H,A MOV A,37H ANL A,#0F0H SWAP A MOV 37H,A MOV A,30H ADD A,36H DA A MOV 32H,A MOV A,31H ADDC A,37H DA A MOV 33H,A MOV A,32H ADD A,#20H DA A MOV 32H,A MOV A,33H ADDC A,#03H DA A MOV 33H,A LCALL DISP

22、RETT_F0: CLR P2.3 CLR C MOV B,#03H MOV A,33H SUBB A,B JC F2 CLR C MOV B,#20H MOV A,32H SUBB A,B DA A MOV 32H,A MOV B,#03H MOV A,33H SUBB A,B DA A MOV 33H,A SETB P2.3 LCALL DISP JMP QUIT1F2: CLR C MOV A,#20H MOV B,32H SUBB A,B DA A MOV 32H,A MOV A,#03H MOV B,33H SUBB A,B DA A MOV 33H,A LCALL DISPQUIT

23、1: RET;摄氏转开氏：入口 30H,31H，出口34H,35HT_K: MOV A,30H ADD A,#31H DA A MOV 34H,A MOV A,31H ADDC A,#27H DA A MOV 35H,A LCALL DISP RETT_K0: MOV A,#31H MOV B,30H CLR C SUBB A,B DA A MOV 34H,A MOV A,#27H MOV B,31H SUBB A,B DA A MOV 35H,A LCALL DISP RET;超过量程报警程序WARN: MOV A,21H MOV DPTR,#TAB1 RL A JMP A+DPTRTAB1

24、: AJMP WARN0 AJMP WARN1 AJMP WARN2 AJMP WARN2 AJMP WARN2 AJMP WARN2 AJMP WARN2 AJMP WARN2WARN0: MOV A,31H CLR C SUBB A,#09H JC N4 SETB P3.0 ;超过90报警 JMP QUIT2N4: CLR P3.0 JMP QUIT2WARN1: MOV A,31H CLR C SUBB A,#04H ;超过40报警 JC N5 SETB P3.0 JMP QUIT2N5: CLR P3.0 JMP QUIT2WARN2: NOPQUIT2: RET;显示程序DISP:

25、PUSH PSW SETB PSW.4 SETB PSW.3 MOV R7,#20HST: MOV R1,#02H MOV R2,#10000000B MOV A,22H CJNE A,#00H,W0 MOV R0,#30H CLR P2.2 CLR P2.1 JMP LP2W0: CJNE A,#01H,W1 MOV R0,#32H CLR P2.2 SETB P2.1 JMP LP2W1: MOV R0,#34H SETB P2.2 CLR P2.1LP2: MOV A,R0 ANL A,#0FH ORL A,R2 MOV P1,A LCALL DELAY MOV A,R2 RR A MOV R2,