基于-专用温度传感器温度检测系统

1、-. z摘 要 在现代工业领域温度检测系统是指用*种方式显示出当前的环境温度。传统使用PTC或NTC电阻作为温度传感器的方式在使用过程中存在着很多缺乏之处比方所采集温度的精度比拟低、系统的可靠性差、设计难度较大、整体设计本钱较高等缺点已经无法满足现代工业生产中高精度温度控制的需求。而采用专用温度传感器则可以在克制以上缺点很大程度上提高温度检测系统的性能。本文阐述了一个基于专用温度传感器AD590的高精度温度检测系统的设计和实现过程。整个设计包括使用AD590的模拟温度采集传感器专用仪表放大器AD620的信号处理系统由ADC0804构成的模数转换电路采用AT89C52组成的单片机系统数码管显示系

2、统和整机所需的供电系统。关键字温度检测系统AD590AT89C52 .docin. Abstract The temperature check system in modern industry is that uses some specialmethod to process and display the environmental temperature. Tradition uses PTC orNTC resistance to be using process to there be e*isting much defects as thetemperature sensor

3、way, supposes that what be detected the temperature has a badaccuracy, systematic reliability is bad, has much difficulties to design, and the cost ofentire system is e*pensive. To use this method already unable satisfied modernindustry produces the need being hit by the high-accuracy temperature un

4、der thecontrol. Use the special temperature transducer could improve the systematic functionof temperature detecting.This article elaborated the high-accuracy temperature having set forth a becauseof special temperature transducer AD590 checks the main body of a booksystematically designing and real

5、izing process. Entire design is included: Use theAD590 temperature transducer to detect the analog temperature, instrumentationamplifier AD620 signal process system, change the analog signal to digital signalcircuit of ADC0804, the AT89C52 MUC system and the power system.Key wordtemperature check sy

6、stemAD590AT89C52 .docin. 目 录 摘 要.Abstract.目 录.绪论.11简介. 21.2 温度控制系统的国外现状.21.3 温度控制系统方案.21.4 论文的主要任务和所做的工作.22设计方案以及论证. 42.2 温度传感局部.42.3 A/D转换局部. 54数字显示局部. 6电路设计. 8硬件电路设计. 8温度采集电路. 8AD转换电路. 8单片机电路.10显示电路.14电源电路.16软件系统设计.16主程序设计.16AD转换程序.17温度采样.184温度标度转换算法. 19特殊元器件介绍. 22总结.24参考文献.25附录.26.docin. 1 绪论1.1

7、简介 当代社会温度检测系统被广泛应用于社会生产、生活的各个领域。 在工业、环境检测、医疗、家庭等多方面均有应用。同时单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛。在很多电子产品中也将其用到温度检测和温度控制。目前温度测量系统种类繁多功能参差不齐。有简单的应用于家庭的如空调电饭煲、太阳能热水器电冰箱等家用电器的温度进展检测和控制。采用AT89C51单片机来对温度进展控制不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点而且可以大幅度提高被控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日常生活中成为必不可少的

8、器件尤其是在日常生活中发挥的作用也越来越大。因此单片机对温度的控制问题是一个日常生活中经常会遇到的问题。本论文以上述问题为出发点设计实现了温度实时测量、显示、控制系统。以AD590为采集器AT89S51为处理器空调相应电路为执行器来完成设计任务提出的温度控制要求。设计过程流畅所设计的电路单元较为合理。该设计在硬件方案设计单元电路设计元器件选择等方面较有特色。 1.2 温度控制系统的国外现状 通过网上查询、翻阅图书了解到目前国外市场以单片机为核心的温度控制系统很多而且方案灵活且应用面比拟广可用于工业上的加热炉、热处理炉、反响炉在生活当中的应用也比拟广泛如热水器室温控制农业中的大棚温度控制。以上出

9、现的温度控制系统产品根据其系统组成、使用技术、功能特点、技术指标。选出其中具有代表性的几种如下虚拟仪器温室大棚温度测控系统在农业应用方面虚拟仪器温室大棚温度测控系统是一种比拟智能经济的方案适于大力推广改系统能够对大棚的温度进展采集然后再进展比拟通过比拟对大棚的温度是否超过温度限制进行分析如果超过温度限制温度报警系统将进展报警来通知管理人员大棚的温度超过限制大棚的温控系统出现故障从而有利于农作物的生长提高产量。本系统最大的优点是在一台电脑上可以监测到多个大棚的温度情况从而进展控制。该系统LabVIEW虚拟仪器编程通过对前面板的设置来显示温室大.docin. 棚的温度并进展报警进而对大棚温度进展控

10、制。该系统有单片机温度传感器串口通信和计算机组成。计算机主要是进展编程对温度进展显示、报警和控制等温度传感器是对大棚温度进展测量显示单片机是对温度传感器进展编程去读温度传感器的温度值并把半温度值通过串口通信送入计算机串口通信作用是把单片机送来的数据送到计算机里起到传输作用。电烤箱温度控制系统该方案采用美国TI公司生产的FLASH型超低功耗16位单片机MSP430F123为核心器件通过热电偶检测系统温度用集成温度传感器AD590作为温度测量器件利用该芯片置的比拟器完成高精度AD信号采样根据温度的变化情况通过单片机编写闭环算法从而成功地实现了对温度的测量和自动控制功能。其测温围较低,大概在0-25

11、0之间具有精度高相应速度快等特点。小型热水锅炉温度控制系统该设计解决了北方冬季分散取暖采用人工定时烧水供热耗煤量大浪费人力温度变化大的问题。设计方案硬件方面采用MCS-51系列8031单片机为核心扩展程序存储器2732AD590温度检测元件测量环境温度和供水温度ADC0809进展模数转换同向驱动器7407、光电耦合器及9103的功放完成对电机的控制。软件方面建立了供暖系统的控制系统数学模型。本系统硬件电路简单,软件程序易于实现。它可用于一台或多台小型取暖热水锅炉的温度控制,可使居室温度基本恒定,节煤,节电,省人力。 1.3 温度控制系统方案 结合本设计的要求和技术指标通过对系统大致程序量的估计

12、和系统工作速度的估计考虑价格因素。选定AT89S51单片机作为系统的主要控制芯片8位模数转换器AD0804采用AD509进展温度采集温度设定围为-10 45通过温度采集系统对温度进展采集并作A/D转换再传输给单片机。以空调机为执行器件通过单片机程序完成对室温度的控制。 1.4 论文的主要任务和所做的工作 本论文主要是完成一种低本钱、低价格、功能齐全、及温度测量、温度显示、温度控制于一体的单片机温度控制系统的理论设计。包括硬件电路和主要的软件设计。研究的关键问题是室温的准确测量温度采集器AD590温度控制电路设计单片机与A/D转换电路、显示电路以及软件设计。根据本设计所要完成的任务本论文完成了如

13、下工作 .docin. 1介绍了研究和设计的背景和意义调查并综述了当前温度控系统市场的国外现状提出了符合设计要求的高精度温度控制系统方案并阐述了其工作原理。完成了硬件电路的设计它包括温度采集系统电路包含89S51单片机模数转换器ADC0804等芯片的接口电路通过AD590实现的温度控制采集电路;键盘接口和LED显示电路。根本完成了软件局部设计它包括主程序流程图A/D转换子程序显示子程序主程序清单。2设计方案以及论证1设计方案 经过查阅国外相关资料现代工业控制的温度采集系统虽然传感器种类不同但总体框架比拟类似。通过仔细比拟绘制出整体框架图如下.docin. 2.2 温度传感局部 方案1基于PTC

14、或NTC电阻的设计热敏电阻是开发早、种类多、开展较成熟的敏感元器件。热敏电阻由半导体瓷材料组成 利用温度引起电阻变化。假设电子和空穴的浓度分别为n、p迁移率分别为n、p则半导体的电导为=qnn+pp因为n、p、n、p都是依赖温度T的函数所以电导是温度的函数因此可由测量电导而推算出温度的上下并能做出电阻-温度特性曲线这就是半导体热敏电阻的工作原理热敏电阻包括正温度系数PTC和负温度系数NTC热敏电阻以及临界温度热敏电阻CTR。使用热敏电阻设计而成的温度检测系统利用惠更斯电桥提取出温度的变化然后通过高共模抑制比的仪表放大器将信号放大把模拟信号信号送入模数转换电路进展模拟到数字信号的转变从而将信号送

15、入单片机进展处理最终由数码管显示出当前的温度值。整体框图如下但热敏电阻精度、重复性、可靠性较差不适用于检测小于1的信号而且线性度很差不能直接用于A/D转换应该用硬件或软件对其进展线性化补偿。方案2采用集成温度传感器如常用的AD590和LM35。AD590是电流型温度传感器。这种器件是以电流作为输出量指示温度其典型的电流温度敏感度是1A/K.它是二端器件使用非常方便作为一种高阻电流源他不需要严格考虑传输线上的电压信号损失噪声干扰问题因此特别适合作为远距测量或控制用。另外AD590也特别适用于多点温度测量系统而不必考虑选择开关或CMOS多路转换开关所引起的附加电阻造成的误差。由于采用了一种独特的电

16、路构造并利用最新的薄膜电阻激光微调技术校准使得AD590具有很高的精度。并且应用电路简单便于设计。方案选择选择方案2。理由电路简单稳定可靠无需调试与A/D连接方便。 2.3 A/D转换局部 模/数转化器是一种将连续的模拟量转化成离散的数字量的一种电路或器件.docin. 模拟信号转换为数字信号一般需要经过采样保持和量化编码两个过程。针对不同的采样对象有不同的A/D转换器ADC可供选择其中有通用的也有专用的。有些ADC还包含有其他功能在选择ADC器件时需要考虑多种因素除了关键参数、分辨率和转换速度以外还应考虑其他因素如静态与动态精度、数据接口类型、控制接口与定时、采样保持性能、根本要求、校准能力

17、、通道数量、功耗、使用环境要求、封装形式以及与软件有关的问题。ADC按功能划分可分为直接转换和非直接转换两大类其中非直接转换又有逐次分级转换、积分式转换等类型。A/D转换器在实际应用时除了要设计适当的采样/保持电路、基准电路和多路模拟开关等电路外还应根据实际选择的具体芯片进展模拟信号极性转换等的设计。方案1采用分级式转换器这种转换器采用两步或多步进展分辨率的闪烁式转换进而快速地完成模拟-数字信号饿转换同时可以实现较高的分辨率。例如在利用两步分级完成n位转换的过程中首先完成m位的粗转换然后使用精度至少为m位的数/模转换器ADC将此结果转换到达1/2的精度并且与输入信号比拟。对此信号用一个k位转换

18、器k+m=n转换最后将两个输出结果合并。方案2采用积分型A/D装换器如ICL7135等。双积分型A/D转换器转换精度高但是转换速度不太快假设用于温度测量不能及时地反响当前温度值而且多数双击分型A/D转换器其输出端多不是而二进制码而是直接驱动数码管的。所以假设直接将其输出端接I/O接口会给软件设计带来极大的不方便。方案3采用逐次逼近式转换器对于这种转换方式通常是用一个比拟输入信号与作为基准的n位DAC输出进展比拟并进展n次1位转换。这种方法类似于天平上用二进制砝码称量物质。采用逐次逼近存放器输入信号仅与最高位MSB比拟确定DAC的最高位DAC满量程的一半。确定后结果0或1被锁存同时加到DAC上以

19、决定DAC的输出0或1/2。逐次逼近式A/D转换器如ADC0804、AD574等其特点是转换速度快精度也比拟高输出为二进制码直接接I/O口软件设计方便。由于ADC0804设计时考虑到假设干种模/数转换技术的优点所以该芯片非常适合于过程控制、微控制器输入通道的结合口电路、智能仪器和机床控制等应用场合并且价格低廉降低设计本钱。方案选择选择方案3。理由用ADC0804采样速度快配合温度传感器应用方便价格低廉降低设计本钱。 .docin. 2.4 数字显示局部 通常用的LED显示器有7段或8段米字段之分。这种显示器有共阳极和共阴极两种。共阴极LED显示器的发光二极管的阴极连接在一起通常此公共阴极接地。

20、当*个发光二极管的阳极为高电平时发光二极管点亮相应的段被显示。同样共阳极LED显示器的工作原理也一样。方案1采用静态显示方式。在这种方式下各位LED显示器的共阳极或共阴极连接在一起并接地或电源正每位的段选线分别与一8位的锁存器输出相连各个LED的显示字符一旦确定相应锁存器的输出将维持不变直到显示另一个字符为止正因为如此静态显示器的亮度都较高。假设用I/O口接口这需要占用N*8位I/O口LED显示器的个数N。这样的话如果显示器的个数较多那使用的I/O接口就更多因此在显示位数较多的情况下一般都不用静态显示。方案2采用动态显示方式。当多位LED显示时通常将所有位的段选线相应的并联在一起由一个8位I/

21、O口控制形成段选线的多路复用。而各位的共阳极或共阴极分别有相应的I/O口线控制实现各位的分时选通。其中段选线占用一个8位I/O口而位选线占用N个I/O口N为LED显示器的个数。由于各位的段选线并联段码的输出对各位来说都是一样的因此同一时刻如果各位选线都处于选通状态的话那LED显示器将显示一样的字符。假设要各位LED能显示出与本为一样的字符就必须采用扫描显示方式即在*一时刻只让*一位的位选线处于选通状态而其他各位的位选线处于关闭状态同时段选线上输出相应位要显示字符的段码。方案选择选择方案2。理由非常节约I/O口亮度高节约CPU的使用率。 3 电路设计3.1 硬件系统设计 3.1.1 温度采集电路

22、温度采集系统主要由AD590、AD620组成如下图 .docin.选用温度传感器AD590AD590具有较高精度和重复性重复性优于0.1其良好的非线形可以保证优于0.1的测量精度利用其重复性较好的特点通过非线形补偿可以到达0.1测量精度。由AD590采集到的温度信号通过AD620,一款低功耗、高进度的仪表放大器进展线性放大在AD620的外部只需要通过一只电阻即可将放大倍数从1-1000倍进展调整。在本电路系统中我们需要将输出最大值和最小值调整在0-5V之间便于A/D进展转换以提高温度采集电路的可靠性。集成温度传感器的输出形式分为电压输出和电流输出两种。电压输出型的灵敏度一般为10mV/K温度0

23、时输出为0温度25时输出为2.982V。电流输出型的灵敏度为1A/K。这样便于A/D转换器采集数据。 3.1.2 AD转换电路 在学习和实验过程当中对于AD转换芯片通常使用美国国家半导体公司生产的AD0809芯片进展模拟信号到数字信号的转换。AD0809相关资料齐全使用广泛但是对于本设计略显奢侈AD0809可以同时转换8路模拟输入但本设计中只需要转换一路模拟输入。因此我放弃使用AD0809转而使用美国国家半导体公司的同类产品AD0804一款与AD0809同类型的模数转换芯片。在到达系统要求的同时降低了电路的本钱减小了电路的体积简化了电路的复杂程度。 .docin. 用单片机控制ADC时多数采用

24、查询和中断控制两种方式。查询法是在单片机把启动命令送到ADC之后执行别的程序同时对ADC的状态进展查询以检查ADC变换是否已经完成如查询到变换已完毕则读入转换完毕的数据。中断控制是在启动信号送到ADC之后单片机执行别的程序。当ADC转换完毕并向单片机发出中断请求信号时单片机响应此中断请求进入中断效劳程序读入转换数据并进展必要的数据处理然后返回到原程序。这种方法单片机无需进展转换时间管理CPU效率高所以特别适合于变换时间较长的ADC。本设计采用查询方式进展数据收集。由于ADC0804片无时钟故运用8051提供的地址锁存使能信号ALE经D触发器二分频后获得时钟。因为ALE信号的频率是单片机时钟频率

25、的1/6如果时钟频率为6MHz,则ALE信号的频率为1MHz经二分频后为500kHz与AD0804时钟频率的典型值吻合。由于AD0804具有三态输出锁存器故其数据输出引角可直接与单片机的总线相连。并将A/D的ALE和START脚连在一起以实现在锁存通道地址的同时启动ADC0804转换。启动信号由单片机的写信号和P2.7经或非门而产生。在读取转换结果时用单片机的读信号和P2.7经或非门加工得到的正脉冲作为OE信号去翻开三态输出锁存器。根据所选用的是查询、中断、等待延时三种方式之一的条件去执行一条输入指令读取A/D转换结果。ADC0804是一个8位逐次逼近的A/D转换器。AD0804的转换时间为1

26、00s。在CPU启动A/D命令后便执行一个固定的延时程序延时时间应略大于A/D的转换时间延时程序一完毕便执行数据读入指令读取转换结果。本设计选用Motorola公司的基准源TL431产生参考电压2.50V即一位数字量对应10mV即1。所以用起来很方便。具体电路如下.docin. 3.1.3 单片机电路 单片微型计算机简称单片机。它在一块芯片上集成了各种功能部件中央处理器CPU、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、定时器/计数器和各种输入/输出I/O接口如并行I/O口、串行I/O口和A/D转换器等。它们之间相互连结构成一个完整的微型计算机。单片机的开展经历了四个阶段第一阶段19711974年

27、主要是美国INTEL公司从早先的第一台MCS-4微型计算机到后来功能较强的8位微处理器Intel8008和FAIRCHILD公司的F8微处理器。这些微处理器虽说还不是单片机但从此拉开了研制单片机的序幕。第二阶段19741978初级单片机阶段以INTEL公司的MCS-48为代表。这个系列的单片机集成有8位CPU并行I/O口8位定时器/计数器寻址围不大于4K且无串行口。第三阶段19781983高性能单片机阶段。在这一阶段的单片机普遍带有串行口多级中断处理系统和16位定时器/计数器。片ROMRAM容量加大且寻址围可达64K字节有的片还带有A/D转换器接口。这类单片机有INTEL公司的MCS-51MO

28、TOROLA公司的6801和ZILOG公司的Z8等。其中MCS-51系列产品由于其优良的性能价格比特别适合我国的国情MCS-51系列单片机有可能稳定相当一段时期。现在国的MCS-51热正在升温随着我国经济建立步伐的加大MCS-51系列单片机必将在各个领域大显身手。第四阶段1983现在8位单片机巩固开展及16位单片机推出阶段。此阶段主要特征是一方面开展16位单片机及专用单片机另一方面不断完善高档8位单片机改善其构造以满足不同用户的.docin. 需要。MCS-51系列属高档单片机近年来INTEL公司在提高该系列产品性能方面做了不少工作相继推出了不少新产品8052/8752/8032、低功耗的CH

29、MOS工艺芯片80C51/87C51/80C31、具有高级语言编程的芯片8052AH-BASIC、高性能的C252系列等。在本次设计中我们采用了MCS51系列中的89C51来完成产品的CPU的功能。89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器FPEROM-FalshProgrammable and Erasable Read Only Memory的低电压高性能CMOS8位微处理器俗称单片机。89C2051是一种带2K字节闪烁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100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

30、出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中ATMEL的89C51是一种高效微控制器89C2051是它的一种精简版本。89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。89C51的主要特性有与MCS-51 兼容4K字节可编程闪烁存储器寿命1000写/擦循环数据保存时间10年全静态工作0Hz-24Hz三级程序存储器锁定128*8位部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片振荡器和时钟电路。 下面按其引脚功能分为四局部表达这40条引脚的功能1 主电源引脚VCC和GNDVCC40脚接+5V电压。GND20脚接地

31、。2 外接晶体引脚*TAL1和*TAL2 .docin. *TAL1 和*TAL2外接晶体振荡器(简称晶振)或瓷谐振器,就构成了部振荡方式。由于单片机部有一个高增益反相放大器当外接晶振后就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。3 控制或与其它电源复用引脚RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPPRST/VPD当振荡器运行时在此引脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。在此引脚与VSS引脚之间连接一个约10K的下拉电阻与VCC引脚之间连接一个约10F的电容可以保证可靠地复位。VCC掉电期间此引脚可接上备用电源以保持部RAM的数据不丧失。当VCC主电源下掉到低于规定的电平而VPD在

32、其规定的电压围5土0.5VVPD就向部RAM提供备用电源。ALE/PROG当外部存储器时ALE允许地址锁存的输出用于锁存地址的低位字节。即使不外部存储器ALE端仍然以不变的频率周期性地出现正脉冲信号此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外输出的时钟或用于定时目的。然而要注意的是每当外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。ALE端可以驱动吸收或输出电流8个LS型的TTL输入电路。对于EPROM型的单片机如8751在EPROM编程期间此引脚用于输入编程脉冲PROG。PSEN此脚的输出是外部程序存储器的读选通信号。在从外部程序存储器取令或常数期间每个机器周期两次PSEN有效。但在此期间每当外部数据

33、存储器时这两次有效的PSEN信号将不出现。PSEN同样可以驱动吸收或输出8个LS型的TTL输入。EA/VPP当EA端保持高电平时部程序存储器但在PC程序计数器值超过0FFFH对8051/8751/80C51或1FFFH对3052时将自动转向执行外部程序存储器的程序。当EA保持低电平时则只外部程序存储器不管是否有部程序存储器。对于常用的8031来说无部程序存储器所以EA脚必须常接地这样才能只选择外部程序存储器。对于EPROM型的单片机如8751在EPROM编程期间此引脚也用于施加21伏的编程电源VPP。4 输入/输出I/0引脚P0、P1、P2、P3共32根P0口39脚-32脚是双向8位三态I/O

34、口在外接存储器时与地址总线的低8位及数据总线复用能以吸收电流的方式驱动8个LS TTL负载。P1口l脚-8脚是8位准双向I/O口。由于这种接口输出没有高阻状态输入也不能锁存故不是真正的双向I/O口。能驱动吸收或输出电流4个LS TTL负载。对8052、8032P1.0引脚的第二功能为T2定时/计数器的外部输入P1.1引脚的第二功能为T2E*捕捉、重装触发即T2的外部控制端。对EPROM编程和程序验证时它接收低8位地址。P2口21脚-28脚是8位准双向I/O口。在外部存储器时它可以作为扩展电路高8位地址总线送出高8位地址。在对EPROM编程和程序验证期间它接收高8位地址。P2可以驱动吸收或.do

35、cin. 输出电流4个LS TTL负载。P3口l0脚-17脚是8位准双向I/O口在MCS-51中这8个引脚还用于专门功能是复用双功能口。P3能驱动吸收或输出电流4个LS TTL负载。作为第一功能使用时就作为普通I/O口用功能和操作方法与P1口一样。作为第二功能使用时各引脚的定义如表3.1所示。值得强调的是P3口的每一条引脚均可独立定义为第一功能的输入输出或第二功能。 P3口的第二功能定义 口线引脚 第二功能P3.0 10R*D串行输入口P3.1 11T*D串行输入口P3.2 12 INT0外部中断0P3.3 13 1INT外部中断1P3.4 14T0 定时器0外部输入P3.5 15T1 定时器

36、1外部输入P3.6 16 WR外部数据存储器写脉冲P3.7 17 RD外部数据存储器读脉冲.docin.3.1.4 显示电路显示电路采用锁存器74HC573和数码管组合的方式进展显示温度数值。数码管是单片机应用电路中常用的显示器件。每个数码管由8个发光二极管组成。数码管有共阴极和共阳极两种类型。共阴极数码管部8个二极管的阴极被连接在一起和引脚相接在使用是引脚应接低电平当数码管其余的*个引脚接高电平则相应的发光二极管被点亮。共阳极数码管端应接高电平当数码管其余的*个引脚接低电平则相应的发光二极管被点亮。在使用过冲当中我们需要在每个数码管的每一位段选上串联电阻限制导通电流来保证发光二极管不被烧坏。

37、本设计中选用共阳极数码管。a共阴数码管原理图 b共阳数码管原理图 .docin. 1234567abcdefg8dp9GNDabfcgdedpabfcgdeVCC1234567abcdefg8dpdp9 c共阴数码管电路符号图 d共阳数码管电路符号图 锁存器74HC573是一款高速低功耗TTL锁存器它能够锁存8位数据最高锁存17ns变化的数据。本设计中使用一组I/O口用来传送数码管的段选同时使用该组I/O口的高四位传送位选。这样一来可以大大提高I/O口的使用效率。同时使用另外两个I/O口控制两个锁存器的锁存端是能段来控制锁存器的工作。关于74HC573的锁存使用说明如下列图显示总体电路如下.d

38、ocin. 3.1.5 电源电路一个优秀系统中的电源电路极为重要电源的好坏可以直接影响整机的工作。本设计中采用线性稳压系统提供信号处理电路所需的正负15V电压和单片机、数字电路、数码管所需的5V电压。电源系统的设计原理是通过工频变压器将市电220V 50Hz的交流电变为双13V 50Hz的低压交流电再通过全桥整流变为脉动的正电压经过电容滤波、78、79系列线性稳压芯片稳压最终输出稳定的+15V、-15V和+5V直流电压供系统相应电路模块使用。电源局部电路图如下所示3.2 软件系统设计 本系统的单片机程序使用C语言编写相比汇编语言C语言具有使用灵活、移植性强、易于上手、方便使用、可完成高级功能等

39、特点。 3.2.1 主程序设计 程序启动后首先清理系统存然后进展采集并通过A/D转换后传输到单片机再由单片机控制显示设备显示现在的温度然后系统进入待机状态等待再次检测温度。.docin.3.2.2 AD转换程序89S51给出一个脉冲信号启动A/D转换后ADC0809对承受到的模拟信号进行转换这个转换过程大约需要100s,系统采用的是固定延时程序所以在预先设定的延时后89S51直接从ADC0809中读取数据。主程序开场采集温度查询温度调A/D程序调显示程序 要控制温度键盘输入设定值 和设定值比拟启动加热/降温温度采集和比拟 与设定值相等是N否是否 .docin.3.2.3 温度采样采样子程序流程

40、图如下图。A/D入口 启动A/D转换 查询EOC读取转换数据压缩BCD码作未压缩处理整理好的十位和个位分别存入*地址单元子程序结果 .docin.3.2.4温度标度转换算法A/D转换器输出的数码虽然代表参数值的大小但是并不代表有量纲的参数值必须转换成有量纲的数值才能进展显示标度转换有线性转换和非线性转换两种本设计使用的传感器线性好在测量的量程制根本能与温度成线性关系。温度标度转换程序TRAST目的是要把实际采样的二进制值转换的温度值转换成BCD形式的温度值。对一般的线性仪表来说标度转换公式为 A*=0A+)AA0mNNNN0m0*式中0A为一次仪表的下限 Am为一次量程仪表的上限为实际测量值工

41、程量 N0为仪表下限所对应的数字量 Nm为仪表上限所应的数字量 N*为测量所得数字量。例如假设*热处理仪表量程为200-800在*一时刻计算机采样得到的二进制值U(K)=CDH则相应的温度值为 采样值起始地址送R0采样次数送R2启动AD590延时A/D完成所有采样完毕返回YNN .docin. A*=0A+)AA0mNNNN0m0*=200+800-200255205=682根据上述算法只要设定热电偶的量程则相应的温度转换子程序TARST很容易编写只要把这一算式变成程序将A/D转换后经数字滤波处理后的值代入即可计算出真实的温度值。具体算法如下图。 .docin. 保护现场R0Am, R10A计

42、算 N*-N0R0Nm, R1N0计算 Am-0A计算)AA0m/NN0mR0N*, R1N0计算 Nm-N0计算)AA0mNNNN0m0*R2-0A A*=0A+)AA0mNNNN0m0*DATAA*返 回 .docin. 3.3 特殊元器件介绍 温度传感器AD590简介AD590温度传感器是一种已经IC化的温度传感器它会将温度转换为电流其规格如下1、温度每增加1它会增加1A输出电流2、可测量围为-55至1503、供电电压围为+4V至+30VAD590的输出电流值说明见表。其输出电流是以绝对温度零度-273为基准温度每增加1它会增加1A输出电流因此在室温25时其输出电流Iout=273+25

43、=298A。AD590温度与电流的关系 温度与电流的关系摄氏温度 AD590电流 经10K电压0 273.2 uA 2.732V10 283.2 uA 2.832 V20 293.2 uA 2.932 V30 303.2 uA 3.032 V40 313.2 uA 3.132 V50 323.2 uA 3.232 V60 333.2 uA 3.332 V100 373.2 uA 3.732 V 主要特性如下1 流过器件的电流mA等于器件所处环境的热力学温度开尔文度数2AD590的测温围为-55+150。3AD590的电源电压围为4V30V。电源电压可在4V6V围变化电流变化1mA相当于温度变化

44、1。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压因而器件反接也不会被损坏。4输出电阻为710M。5精度高。AD590共有I、J、K、L、M五档其中M档精度最高在-55+150围非线性误差为0.3。 .docin. AD590测量热力学温度、摄氏温度、两点温度差、多点最低温度、多点平均温度的具体电路广泛应用于不同的温度控制场合。由于AD590精度高、价格低、不需辅助电源、线性好常用于测温和热电偶的冷端补AD590实际应用电路举例分析1AD590的输出电流I=273+TAT为摄氏温度因此测量的电压V为273+TA10K=2.73+T/100V。为了将电压测量出来又务须使输出电流I不分流出来我们

45、使用电压跟随器其输出电压V2等于输入电压V。2由于一般电源供给教多器件之后电源是带杂波的因此我们使用齐纳二极管作为稳压组件再利用可变电阻分压其输出电压V1需调整至2.73V3接下来我们使用差动放大器其输出Vo为100K/10KV2-V1=T/10如果现在为摄氏28输出电压为2.8V输出电压接AD转换器则AD转换输出的数字量就和摄氏温度成线形比例关系。AD590测量热力学温度、摄氏温度、两点温度差、多点最低温度、多点平均温度的具体电路广泛应用于不同的温度控制场合。由于AD590精度高、价格低、不需辅助电源、线性好常用于测温和热电偶的冷端补偿。 4 总结 AT89C51单片机体积小重量轻抗干扰能力

46、强对环境要求不高价格低廉可靠性高灵活性好本文的温度控制系统只是单片机广泛应用于各行.docin. 各业中的一例。设计实现了温度实时测量、显示。本设计温度控制电路具有较高的抗干扰性实时性方案具有较高的测量精度温度控制实时性更高。在设计过程中首先在教师的指导下熟悉了系统的工艺进展对象的分析按照要求确定方案。然后进展硬件和软件的设计。通过设计使我掌握了微型机控制系统I/O接口的使用方法模拟量输入/输出通道的设计常用显示程序的设计方法数据处理及线性标度技术根本算法的设计思想。在做毕业设计之前我对单片机的根本知识了解甚少而C语言虽是接触过可是没有具体的设计和编辑过所以花了大量的时间去做准备工作。在教师的

47、指导和帮助下克制了一系列困难终于完成了本设计基于本人能力有限该设计还有许多缺乏之处有待改良。.docin. 参考文献 1钱聪.电子线路分析与设计M.:人民,2000.2谈文心,钱聪,宋云娴.模拟集成电路原理与应用M.:交通大学出版社,1994.3肖子,邓建国,南钱聪.电子设计指南M.:高等教育,2006.4HAN Zhi-jun Liu *in-min.DIGITAL TEMPERATURE SENSOR DS18B20 AND ITSAPPLICATION J. Nanjing: Journal of Nanjing Institute ofTechnology(Natural Scienc

48、e Edition).20035SHEN Li-li,CHEN Zhong-rong. Design of Multi-Channel Test System ofMeasuring Temperature for Grain Storage Based on CPLD andDS18B20J.Nanjing: Nanjing University of Information Science &Technology.20216You Guanjun Hu Yihua Liu Shenlong Zhao Tian*iang. THE CIRCUITRY OFAD590 IC TEMPERATU

49、RE SENSOR AND THE APPLICATION IN TEMPERATUREMEASUREMENT AND CONTROLJ.COLLEGE PHYSICAL E*PERIMENT,2000.7国勋. 缩短ICL7135A/D采样程序时间的一种方法J.电子技术应用1993第一期.8顶峰. 单片微型计算机与接口技术M.:科学20039伟,骏逸,黄勇. 一种基于C8051单片机的SOC型数据采录的设计与实现A.*:*市计算机协会单片机分会编 200310何立民. 单片机高级教程M.:航空航天大学,200011元. 数字电路与逻辑设计M.:大学,199712丽萍. 电子技术根底M.:电子

50、科技大学,200613*江海. 单片机实用教程M:机械工业,200314文和. 传感器技术及其应用M:高等教育,200415孟立凡,蓝金辉. 传感器原理与应用M.电子工业,200016江晓安. 模拟电子技术 第二版M.:电子科技大学,2004.docin. 附录 单片机应用程序*include*define uchar unsigned char*define uint unsigned intsbit wela=P30;sbit dula=P31;sbit wr=P36;sbit rd=P37;sbit cs=P35;uchar num;uint a1,b1,c1;uchar table1=

51、0*ff,0*f9,0*a4,0*b0,0*99,0*92,0*82,0*86;uchar table2=0*40,0*79,0*24,0*30,0*19,0*12,0*02,0*78,0*00,0*10,0*86;uchar table3=0*c0,0*f9,0*a4,0*b0,0*99,0*92,0*82,0*f8,0*80,0*90,0*86;void delay(uint z);uchar ad();void display(uint,uint,uint);void main()while(1)switch(ad()case 0*00:a1=0,b1=0,b1=0; break;cas

52、e 0*01:a1=0,b1=0,c1=3; break;case 0*02: .docin. a1=0,b1=0,c1=7; break;case 0*03:a1=0,b1=1,c1=1; break;case 0*04:a1=0,b1=1,c1=5; break;case 0*05:a1=0,b1=1,c1=9; break;case 0*06:a1=0,b1=2,c1=3; break;case 0*07:a1=0,b1=2,c1=7; break;case 0*08:a1=0,b1=3,c1=1; break;case 0*09:a1=0,b1=3,c1=5; break;case 0

53、*0a:a1=0,b1=3,c1=9; break;case 0*0b:a1=0,b1=4,c1=2; break;case 0*0c:a1=0,b1=4,c1=6; break;case 0*0d:a1=0,b1=5,c1=0; break;case 0*0e:a1=0,b1=5,c1=4; break;case 0*0f:a1=0,b1=5,c1=8; break;case 0*10:a1=0,b1=6,c1=2; break;case 0*11:a1=0,b1=6,c1=6; break;case 0*12:a1=0,b1=7,c1=0; break; .docin. case 0*13

54、:a1=0,b1=7,c1=4; break;case 0*14:a1=0,b1=7,c1=8; break;case 0*15:a1=0,b1=8,c1=2; break;case 0*16:a1=0,b1=8,c1=5; break;case 0*17:a1=0,b1=8,c1=9; break;case 0*18:a1=0,b1=9,c1=3; break;case 0*19:a1=0,b1=9,c1=7; break;case 0*1a:a1=1,b1=0,c1=1; break;case 0*1b:a1=1,b1=0,c1=5; break;case 0*1c:a1=1,b1=0,c

55、1=9; break;case 0*1d:a1=1,b1=1,c1=3; break;case 0*1e:a1=1,b1=1,c1=7; break;case 0*1f:a1=1,b1=2,c1=1; break;case 0*20:a1=1,b1=2,c1=5; break;case 0*21:a1=1,b1=2,c1=8; break;case 0*22:a1=1,b1=3,c1=2; break;case 0*23: .docin. a1=1,b1=3,c1=6; break;case 0*24:a1=1,b1=4,c1=0; break;case 0*25:a1=1,b1=4,c1=4

56、; break;case 0*26:a1=1,b1=4,c1=8; break;case 0*27:a1=1,b1=5,c1=2; break;case 0*28:a1=1,b1=5,c1=6; break;case 0*29:a1=1,b1=6,c1=0; break;case 0*2a:a1=1,b1=6,c1=4; break;case 0*2b:a1=1,b1=6,c1=8; break;case 0*2c:a1=1,b1=7,c1=2; break;case 0*2d:a1=1,b1=7,c1=5; break;case 0*2e:a1=1,b1=7,c1=9; break;case

57、 0*2f:a1=1,b1=8,c1=3; break;case 0*30:a1=1,b1=8,c1=7; break;case 0*31:a1=1,b1=9,c1=1; break;case 0*32:a1=1,b1=9,c1=5; break;case 0*33:a1=1,b1=9,c1=9; break; .docin. case 0*34:a1=2,b1=0,c1=3; break;case 0*35:a1=2,b1=0,c1=7; break;case 0*36:a1=2,b1=1,c1=1; break;case 0*37:a1=2,b1=1,c1=4; break;case 0*

58、38:a1=2,b1=1,c1=8; break;case 0*39:a1=2,b1=2,c1=2; break;case 0*3a:a1=2,b1=2,c1=6; break;case 0*3b:a1=2,b1=3,c1=0; break;case 0*3c:a1=2,b1=3,c1=4; break;case 0*3d:a1=2,b1=3,c1=8; break;case 0*3e:a1=2,b1=4,c1=2; break;case 0*3f:a1=2,b1=4,c1=6; break;case 0*40:a1=2,b1=5,c1=0; break;case 0*41:a1=2,b1=5

59、,c1=3; break;case 0*42:a1=2,b1=5,c1=7; break;case 0*43:a1=2,b1=6,c1=1; break;case 0*44: .docin. a1=2,b1=6,c1=5; break;case 0*45:a1=2,b1=6,c1=9; break;case 0*46:a1=2,b1=7,c1=3; break;case 0*47:a1=2,b1=7,c1=7; break;case 0*48:a1=2,b1=8,c1=1; break;case 0*49:a1=2,b1=8,c1=5; break;case 0*4a:a1=2,b1=8,c1

60、=9; break;case 0*4b:a1=2,b1=9,c1=3; break;case 0*4c:a1=2,b1=9,c1=6; break;case 0*4d:a1=3,b1=0,c1=0; break;case 0*4e:a1=3,b1=0,c1=4; break;case 0*4f:a1=3,b1=0,c1=8; break;case 0*50:a1=3,b1=1,c1=2; break;case 0*51:a1=3,b1=1,c1=6; break;case 0*52:a1=3,b1=2,c1=0; break;case 0*53:a1=3,b1=2,c1=4; break;ca