电子温度计设计论文

1、基于at89c51单片机温度检测系统设计指导老师：龚仁喜 参赛学生：李宁，左俊军，陆健摘要：本设计运用了基于at89c51嵌入式单片机处理器技术。系统以mcs-51汇编语言编程实现数字平台，将主控制处理器、总线、数字显示器、a/d转换器、编码器和i/o接口等硬件设备集成在一片电路板上。本设计集成温度传感器ad590设计并制作了一款基于at89c51的4位数码管显示的数字温度计，其电路简单，软硬件结构模块化，易于实现。关键词：放大电路；模数转换；十进制转换目录： 系统设计方案与论证·········

2、3;····················2 系统功能原理及硬件组成··························3 系统硬件实现原

3、理及电路················3 at89c51单片机功能·····················4 ad590温度传感器········

4、···············4 adc0804模数转换器·····················6 七段led温度显示电路·········

5、83;········7系统软件设计与编程·······························8系统软件实现原理·······&#

6、183;···············8系统主程序·····························8十进制数据转换调整子程序··&

7、#183;············9lde数码显示子程序······················10系统检测与仿真············

8、;························11设计结果与总结························&#

9、183;···········12主要电子元件清单··································12附件··

10、············································14 proteus版温度计完整电路图（附件1-1） at89c51控制

11、汇编程序（附件1-2）一、 系统设计方案与论证温度检测系统的设计思路基本是通过热敏电阻产生电流信号之后通过模数转换器转换成可以被单片机识别的数字信号，主控器通过信号的识别与处理，产生温度对应的数字信号，通过编码器把结果显示在led显示器上。流程如下图：被测温度检测电路主控器显示器键盘a/d而设计电路有两种方案，区别主要在检测电路与a/d之间，主要是电压的放大。如果通过固定电阻的电压变化（电路图见1-1），其输出电压范围较小，这要求a/d的灵敏度很高，所以温度的分辨率也底。而如果使用放大器把电压放大那么其电压放大的范围就变大很多，本设计采用的三级放大电路（电路图见1-2）。（图1-1） （图1-

12、2） 所以采用三级放大电路的设计更为合理。二、 系统功能原理及硬件组成1、系统硬件实现原理及电路该数字温度计利用ad590集成温度传感器及其接口电路完成温度的测量并转换成模拟电压信号，经由模数转换器adc0804转换成单片机能够处理的数字信号，然后送到单片机at89c51中进行处理变换，最后将温度值显示在d4、d3、d2、d1共位七段码led显示器上。系统以at89c51单片机为控制核心，加上ad590测温电路、adc模数转换电路、4位温度数据显示电路以及外围电源、时钟电路等组成。系统组成框图如图1-3所示。（图1-3）2、at89c51单片机功能atmel公司的生产的at89c51单片机是一

13、种低功耗/低电压、高性能的8位单片机，内部除cpu外，还包括128字节ram，4个8位并行i/o口，5个中断优先级，2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器，片内集成4k字节可改变程序flash存储器，具有低功耗，速度快，程序擦写方便等优点，完全满足本系统设计需要。单片机p0口作为adc0804转换数据的输入端，p2.0接adc0804的intr端检测数据转换是否结束。p1.0p1.3的输出信号接到译码器7447上作为数码管的显示，p1.4p1.7则作为个数码管的位选信号控制。p3口有特殊的功能，p3.6用于控制adc0804的启动，p3.7用于控制读取adc0804的转换结果。3、ad5

14、90温度传感器ad590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。ad590测温范围为55150，满足人们日常生产和生活中的温度范围。ad590电源电压可在4v6v范围变化，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。ad590产生的电流与绝对温度成正比，它有非常好的线性输出性能，温度每增加1，其电流增加1a。ad590温度与电流的关系如下表所示：摄氏温度ad590电流经10k电压0273.2 a2.732 v10283.2 a2.832 v20293.2 a2.932 v30303.2 a3.032 v40313.2 a3.132 v50323.2 a3.232

15、v60333.2 a3.332 v100373.2 a3.732 v由表可知0°c到100°c之间的电压变化范围为1v，显然这样的电压还不满足a/d的要求，所以这就要求把电压放大之后才能输到a/d去。为了提高精度，扩大测量范围，在a/d转换前还要将信号加以放大并进行零点迁移，因而一个高稳定性的、高精度的放大电路是必须的。当温度变化时，ad590会产生电流变化，当ad590的电流通过一个10k的电阻时，这个电阻上的压降为10mv，即转换成10mvk，为了使此10k电阻精确，可用一个9k的电阻与一个2k的电位器串联，然后通过调节电位器来获得精确的10k。运算放大器a1被接成电压

16、跟随器形式，以增加信号的输入阻抗，由运放a2减去2.732做零位调整（即把绝对温度转成摄氏温度），最后由运放a3反相并放大倍输送给a/d转换器。具体硬件连接图如图1-4所示。（图1-4）ad590温度采集放大电路4、adc0804模数转换器ad590测温电路输出的电压信号为模拟信号，要进行数码显示，还需将此信号转换成数字信号。为此我们通过a/d转换器adc0804将输入的模拟值转换成数字值，经at89c51单片机处理后输出到p1以控制温度显示电路。adc0804是用cmos集成工艺制成的逐次比较型摸数转换芯片，分辨率8位，转换时间100s，输入电压范围为05v，增加某些外部电路后，输入模拟电压

17、可为5v。该芯片内有输出数据锁存器，当与计算机连接时，转换电路的输出可以直接连接在cpu数据总线上，无须附加逻辑接口电路。具体硬件连接图如图1-5所示。（图1-5）a/d信号的采集与转换电路图5、七段码led温度显示电路由发光二极管组成的七段码led显示器是单片机应用产品中最常用的廉价输出设备，用于显示各种数字和字符。该数字温度计的温度显示由4位七段码led显示器组成，单片机以并行通信方式从p1.0p1.7口输出段码和控制信号，通过7447 ttl bcd译码器译码，用4个共阳极led动态显示温度的各个数位。具体硬件连接图如图1-6所示。（图1-6）温度显示及单片机时钟、复位电路三、系统软件设

18、计与编程1、系统软件实现原理该数字温度计软件部分用mcs-51汇编语言编程实现，采用模块化程序设计思想，将软件划分成若干单元，主要包括主程序、十进制数据转换及调整子程序、led数码显示子程序和延时子程序等。本系统具体汇编源程序见后附1。 2、系统主程序在主程序中，系统上电自动复位以后首先设置堆栈，然后启动adc0804，开始转换ad590测温电路输入的电信号，待数据转换结束后读入到累加器a，然后进行十进制数据转换调整，输出给显示电路。主程序流程图如图1-7所示。（图1-7）主程序流程图3、十进制数据转换调整子程序 由于adc0804转换后的数据是二进制数据，而七段码led显示器所要显示的数据是

19、十进制数据，因此需要进行二、十进制数据转换。adc0804输出的最大转换值为ffh(255)，由于运放放大倍，因此本数字温度计的最大测量温度为5.1v/51.02，即102。由255*=102，得知0.4，即先乘再除10。255*4=1020，其中高位10送高位显示缓冲区r4，低位20送低位显示缓冲区r5，将小数点设在d2位上，并将其分别显示为1(d4) 0(d3) 2(d2) . 0(d1) 。所以，十进制转换调整流程为a/d（二进制）十进制乘显示。程序流程图如图1-8所示。（图1-8）十进制数据转换调整子程序流程图4、led数码显示子程序十进制转换调整后的数据送到寄存器r5、r4中，然后通过p1口把数据输出给d4、d3、d2、d1四个数码显示器中，从而最终把测得的温度显示出来。显示子程序流程图如图1-9所示。（图1-9）显示子程序流程图四、系统检测与仿真 电路的仿真与测试采用proteus硬件仿真，软件由keiluvision编写再导入proteus运行。 由于软件方面过于复杂，虽然已经在proteus已经画出电路图，暂时没能做出所有软件也就无法导入proteus运行。主程序见附录1-2五、设计结果与总结本文介绍了基于ad89c51单片机，利用温度传感器ad590测量温度完整的设计思路。遗憾的是没能完整的做出软件的程序