温度采集及显示课程设计论文.doc

1、摘 要：本文主要介绍了温度数据采集系统的硬件电路结构及其原理。所设计的电路具有温度小信号放大,模数转换以及显示的功能。前端可以把温度传感器的模拟信号采集到系统中，经高保真运算放大器将信号放大，把电压信号输入A/D转换，利用A/D转换工具将模拟信号转化为数字信号，然后将得到的数字信号传送至单片机,通过程序对信号进行处理，最后将采集到的温度用数码管显示出来. 关键词:温度采集;单片机；模数转换;显示； 1 引言温度是国际单位制中7个基本的物理量之一，是生产过程和科学试验中普遍且重要的物理参数。在工业生产中，常需对温度进行检测和监控.采用微型机进行温度检测显示，信息存储及实时控制。对于提高生产效率，

2、节约能源都有重要的作用。为此，设计了一种基于89S52单片机的单通道温度检测及显示系统，可以很容易实现温度采集及显示。2方案论证方案一 电路采集AD590电压的微小变化连接到放大电路，经放大后送入0809A/D转换芯片，将输入电压信号转换成数字量输出；数字量有单片机接收,通过单片机内的程序处理后送到单片机的输出口，输出口后接4个数码管显示模块，显示模块通过74LS164和电阻共同来驱动，本电路采用静态显示。方案二 电路采集AD590电压的微小变化连接到放大电路，经放大后送入MC14433A/D转换芯片,将输入电压信号转换成数字量输出；数字量有单片机接收，通过单片机内的程序处理后送到单片机的输出

3、口，输出口后接SR420561K显示模块，显示模块通过7407反相器和上拉电阻进行段码和DS75452进行位驱动，从而达到满足显示模块亮度的需要。本电路采用动态显示。通过方案一和方案二的对比可知，因为本块电路想达到精确到小数点后一位，所以需要四块单独的数码管，对于方案一来说需要4块74LS164和32个电阻进行驱动，MC14433和0809A/D转换芯片在对同一范围的电压采集内,MC14433要比0809的精度高，又MC14433是3(1/2）位双积分型的A/D转换器，而0809是逐次比较型的A/D转换器,MC14433要比0809的抗干扰性强，虽然MC14433的转换速度没有0809快但是由

4、于温度在100ms内的变化不大不会对结果造成大的影响,采用静态显示虽然可以减少单片机的口线的条数，但是增加了显示模块的芯片和电阻的数量。同时静态显示不能快速的反应温度的变化，综合上述的比较我们选用了方案二。3系统框图电压比较放大模数转换器MC144337407驱动DS75452N驱动四位共阴数码显示温度信号单片机89S52图14 芯片介绍4.1 单片机89S52AT89S52是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机，片内含8K的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM）和128bytes的随机数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准

5、MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大AT89S52单片机可为您提供许多高性价比的应用场合。4.1。1 主要特性兼容MCS51指令系统15个双向I/O口两个16位可编程定时/计数器时钟频率024MHz两个外部中断源低功耗睡眠功能可直接驱动LED可编程UARL通道2k可反复擦写（>1000次)Flash ROM6个中断源2。7-6。V的宽工作电压范围128x8bit内部RAM两个串行中断两级加密位内置一个模拟比较放大器软件设置睡眠和唤醒功能4。1.2 管脚说明单片机89S52管脚图如图2所示：图2 单片机89S52管脚图管脚介绍：电源引脚Vcc和Vss

6、Vcc（20脚）:电源端，为+5VVss（10脚）：接地端外接晶体引脚XTAL1和XTAL2XTAL1（5脚）：接外部晶体和微调电容的一端。在89S52片内是振荡电路反相放大器的输出端，振荡电路的频率就是晶体的固有频率。若须采用外部时钟电路,则该引脚悬空。 要检查89S52的振荡电路是否正常工作，可用示波器查看XTAL2端是否有脉冲信号输出。XTAL2（4脚）：接外部晶体和微调电容的另一端.在片内,它是振荡电路反相放大器的输入端.在采用外部时钟时，该引脚输入外部时钟脉冲。控制信号引脚RSTRST（脚)：RST是复位信号输入端，高电平有效。当此电平保持两个机器周期（24个时钟振荡周期）的高电平时

7、，就可以完成复位操作。P1口共8脚，准双向端口。 P3。0P3.6共7脚，准双向端口，并且保留了全部的P3的第二功能，如P3。0、P3.1的串行通讯功能，P3。2、P3.3的中断输入功能，P3。4、P3.5的定时器输入功能。在引脚的驱动能力上面，89S52具有很强的下拉能力,P1、P3口的下拉能力均可达到20mA。相比之下，89C51/87C51的端口下拉能力每脚最大为15mA。但是限定9脚电流之和小于71mA。这样，引脚的平均电流只9mA.89S52驱动能力的增强，使得它可以直接驱动LED数码管。4.2 模数转换芯片MC144334。2.2MC14433是美国Motorola公司推出的单片3

8、½位A/D转换器,其中集成了双积分式A/D转换器所有的CMOS模拟电路和数字电路。具有外接元件少，输入阻抗高，功耗低，电源电压范围宽，精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能,只要外接少量的阻容件即可构成一个完整的A/D转换器,其主要功能特性如下：精度：读数的±0.05±1字模拟电压输入量程:1.999V和199.9mV两档转换速率：225次/s输入阻抗：大于1000M电源电压：±4.8V±8V功耗:8mW（±5V电源电压时，典型值）4。2。2 各引脚功能说明如下：MC14433 采用字位动态扫描BCD码输出方式,即千、百、十

9、、个位BCD码分时在Q0Q3轮流输出，同时在DS1DS4端输出同步字位选通脉冲,很方便实现LED的动态显示。MC14433的引脚说明：(1)。 Pin1(VAG)模拟地,为高科技阻输入端，被测电压 和基准电压的接入地. 图3 MC14433引脚图（2）。 Pin2（VR）基准电压，此引脚为外接基准电压的输入端。MC14433只要一个正基准电压即可测量正、负极性的电压。此外，VR端只要加上一个大于5个时钟周期的负脉冲（VR）,就能够复为至转换周期的起始点。（3）. Pin3(Vx)被测电压的输入端，MC14433属于双积分型A/D转换器，因而被测电压与基准电压有以下关系：因此，满量程的Vx=VR

10、。当满量程选为1。999V，VR可取2.000V，而当满量程为199。9mV时，VR取200。0mV，在实际的应用电路中,根据需要,VR值可在200mV2。000V之间选取。（4）. Pin4Pin6(R1/C1，C1）-外接积分元件端。积分电容一般选0.1uF聚脂薄膜电容。 （5）. Pin7、Pin8（C01、C02)外接失调补偿电容端，电容一般也选0.1uF聚脂薄膜电容即可。（6）. Pin9(DU）更新显示控制端,此引脚用来控制转换结果的输出。如果在积分器反向积分周期之前,DU端输入一个正跳变脉冲，该转换周期所得到的结果将被送入输出锁存器，经多路开关选择后输出。否则继续输出上一个转换周

11、期所测量的数据。这个作用可用于保存测量数据,若不需要保存数据而是直接输出测量数据，将DU端与EOC引脚直接短接即可。 （7）。 Pin10、Pin11(CLK1、CLK0)-时钟外接元件端,MC14433内置了时钟振荡电路，对时钟频率要求不高的场合，可选择一个电阻即可设定时钟频率，时钟频率为66kHz时，外接电阻取300k即可。 （8）. Pin12（VEE-负电源端。VEE是整个电路的电压最低点，此引脚的电流约为0。8mA，驱动电流并不流经此引脚，故对提供此负电压的电源供给电流要求不高。(9）。 Pin13(Vss）数字电路的负电源引脚。Vss工作电压范围为VDD5VVssVEE。除CLK0

12、外，所有输出端均以Vss为低电平基准.（10）. Pin14(EOC）转换周期结束标志位。每个转换周期结束时,EOC将输出一个正脉冲信号. （11）. Pin15(OR非）过量程标志位，当Vx|>VREF时， 输出为低电平。（12）. Pin16、17、18、19（DS4、DS3、DS2、DS1）-多路选通脉冲输出端.DS1、DS2、DS3和DS4分别对应千位、百位、十位、个位选通信号。当某一位DS信号有效(高电平）时，所对应的数据从Q0、Q1、Q2和Q3输出，两个选通脉冲之间的间隔为2个时钟周期，以保证数据有充分的稳定时间。(13）. Pin20、21、22、23(Q0、Q1、Q2、Q

13、3）BCD码数据输出端。该A/D转换器以BCD码的方式输出，通过多路开关分时选通输出个位、十位、百位和千位的BCD数据。同时在DS1期间输出的千位BCD码还包含过量程、欠量程和极性标志信息。(14）。 Pin24(VDD)-正电源电压端.4.3 温度传感器芯片AD590 AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。它的主要特性如下： （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，即:mA/K式中： 流过器件（AD590）的电流，单位为mA； T热力学温度,单位为K。 （2）AD590的测温范围为55+150。 （3）AD590的电源电压范围为4V30V.

14、电源电压可在4V6V范围变化，电流 变化1mA，相当于温度变化1K。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710MW。 （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范围内，非线性误差为±0.3.4。4 数码管显示驱动芯片7407图4 7407引脚图表一 7407真值表 图5 7407的内部一个通道的电路图 7407 TTL是集电极开路六正相高压驱动器，其内部电路图如上图所示，输入A为高电平经过放大输出高电平。若输入A为低电平经过内部电路后仍为低电平.4.5数码管位驱动芯片DS75452

15、图6 DS75452引脚图 DS75452真值表 图7 DS75452内部电路图DS75452是两路反相驱动器，4.6四位一体数码管SR420561K 图8 SR420561K 图9 SR420561K实物图 四位一体数码管有12个引脚,其中1、2、3、4引脚是位选线引脚，A-11 、B-7、C-4、D2 、E1 、F10、G-5、DP-3是段选线5 调试5。1程序调试 首先画出程序流程图，根据流程图编写程序，画流程图的时候一定要熟悉MC14433的转换过程，做到思路清晰。本程序的流程图如下：5。2 硬件调试（一)显示模块的调试 连接单片机最小系统模块和显示模块,

16、烧录最简单的动态显示程序1到单片机，观察结果,如果能显示8915则说明显示模块已通，不然分别检查最小系统和显示模块，原因可能有以下几方面（1）：EA没有上拉到VCC（2)：显示模块的驱动芯片连接不正确（3)电路板焊接有问题，可能出现短路或断路现象(二）MC14433的调试 先将1引脚接地，从3引脚Vx上输入电压,观察显示模块，改变一个输入看输出是否有相应的改变，如果输入能随输出而改变说明MC14433已通，如果不通原因可能是MC14433的振荡回路电容电阻选择不匹配;确定MC14433已通以后，开始找其对应线性关系，从1引脚输入2.73V电压，对应从3引脚输入电压，每隔0。1V输入一电压，记下

17、显示的数据，有AD590的性质及温度采集电路可知，每变化0.1V，对应变化1摄氏度，显示到MC14433上应该是最低位个位增加一位，从所得的数据中找出对应的算法。（三）温度采集模块的调试将运放MC1747插在实验箱插槽上，先验证其输入和输出能否实现对应的放大关系,确认芯片无误的情况下，将温度采集模块接上电源,用万用表测试各点电压,调节电位器保证10节点输出2。73V电压。（各模块原理图见附图）(四）综合调试将程序（见附录程序）重新烧录到单片机方可实现最终功能（五）补充说明 关于该温度计的功能及精度做以下说明：显示模块能显示温度说明该电路硬件已通,如想做到很高的精度则需具体考察MC14433,M

18、C14433显示的范围是从1999到+1999总共将近4000个单位，对应输入Vgand到+Vref，相当于把该段的电压划分为4000份,输入电压范围不同,当然精度就不一样。6 心得体会 本次课程设计题目是温度采集与数字处理系统设计,在这几个月的时间里，我学到了很多以前没有学到的东西。巩固了单片机的一系列内容，包括：复位电路、时钟电路、数码管与单片机的接口、MC14433与单片机的接口及单片机的指令系统等等。对一些器件的工作原理和本次设计的原理有了更深的理解。设计过程中，不仅学到了硬件上的很多知识，对单片机的编程也更加熟练,不仅可以编写小程序模块，而且可以编写较为复杂的程序。通过学习软件程序和

19、硬件电路的结合，更加深刻体会了单片机系统的强大。在本次设计中，让我学到了很多的知识也懂得了很多的道理，不管做什么工作前期准备工作是必不可少的，也要发挥自己的想象力。根据自己设计的实验步骤，一点点去实现各部分的功能。在这个过程中,学到了很多我已前没有用到过的新知识，真正的了解了一个单片机的基本工作原理，在了解了之后，设计程序才得心应手，在这个过程当中，遇到了很多问题，经过老师的耐心教导，最终把程序都给实现了。通过这次综合设计，锻炼了我的动手实践能力,加强了我对单片机各个功能的了解，提高了单片机的编程能力，为今后从事电子线路设计，从事单片机开发等硬件领域的工作打下一定的基础。7 致谢衷心地感谢系领

20、导的大力支持,感谢对我的设计给予基础知识、专业知识以及应用实践等多方面指导与帮助的李*老师，不畏辛苦，耐心地指导我们克服所遇到的一个又一个困难，悉心的给予指导,让我在理论上有了新的认识，实践上有了进一步的提高。从她身上我也看到了一位资深学者的高尚品德,他不但传授我们专业知识,而且还教我们为人处世的道理。在此深表感谢!。最后请允许我再次向所有关心支持我课程设计的领导、老师、朋友们表示衷心感谢！参考文献1李朝青.单片机原理及接口技术M.北京：北京航空航天大学出版社, 2007.2.2单片机原理及接口技术实验指导书。3华成英.模拟电子技术基本教程M.北京:清华大学出版社,2006。8 。4康华光.电

21、子技术基础（模拟部分）（第四版）.高等教育出版社,1999.5 童诗白。清华大学电子学教研组编：模拟电子技术基础（第三版）。北京：高等教育出版社，2001.6电子工程专辑.环球资源属下刊物。2009年5月。7 谢自美.电子线路综合设计M.武汉：华中科技大学出版设，2006.68 闫石.数字电子技术基础M。北京：高等教育出版社，19989郁有文，常健,程继红.传感器原理及工程应用.西安：西安电子科技大学出版社，2008年7月第3版 附录附图1:温度采集及放大原理图附图2:单片机最小系统 附图3：显示模块附图4：PCB附录程序:（1)动态显示“8915”DBUF EQU 30HTEMP EQU 4

22、0HORG 0000HLJMP STARTORG 0030HSTART：MOV 30H,8MOV 31H,9MOV 32H，1MOV 33H，#5MOV R0,#DBUFMOV R1，#TEMPMOV R2,4MOV DPTR，TABDPOO：MOV A,R0MOVC A,A+DPTRMOV R1，AINC R1INC R0DJNZ R2,DPOODISP0：MOV R0,TEMPMOV R1，#4MOV R2，#01HDPO1: MOV A，R0MOV P0，AMOV A,R2CPL AMOV P1,AACALL DELAYMOV A，R2RL AMOV R2,AINC R0DJNZ R1，

23、DPO1SJMP DISPOTAB: DB 3FH，06H，5BH，4FH，66H,6DH ;0,1，2，3，4,5 DB 7DH，07H，7FH，6FH，77H，7CH ;6，7，8，9,A，B DB 58H,5EH,7BH，71H，00H，40H ；C,D,E,F, ，-DELAY:MOV R4,03H;延时子程序AA1: MOV R5，0FFHAA： NOP NOP DJNZ R5，AA DJNZ R4，AA1 RET END（2）温度采集及显示程序DBUF EQU 30H TEMP EQU 40H ORG 0000H LJMP L1 ORG 0030HL1: MOV R0，#DBUF SETB P3.3 L2: JNB P3。3，L2L3： JB P3.3,L31L4： MOV A,P1 JNB Acc.4，L4 JNB Accc。3,L5MOV R0,0 SJMP L6 L5： MOV R0，1L6: