基于单片机的温度测量装置设计

1、汕头职业技术学院教师教案授课题|丨实验十五基于单片机的温度测量装置设计授课形式课堂理论授课时间2013/12/23 节数 2 章节综合授课者余阿陵授课系、班级应用电子1101、1102教学条件嵌入式控制系统应用设计（章亚明，北京邮电大学出版社）教材，配冇多 媒体的单片机实验室、测控电了教案。教学目标熟悉proteus isis中，热电偶传感器工作原理；熟悉串行spi总线ad 转换器adc0831的工作原理；掌握测控技术小线性化标度变换的程序实现方 法。教学重点、难点重点：热电偶传感器工作原理；串行spi总线ad转换器adc0831的工作原 理；测控技术小线性化标度变换的程序实现方法。难点：热电

2、偶传感器工作原理；串行spi总线ad转换器adco831的工作原 理；测控技术中线性化标度变换的程序实现方法。教学过程要点1 热电偶温度测量原理：热电偶（如左图所示），是一种将 温度变化转换为热电势变化的温度检 /测兀件，由两段不同的金属/合金线构/成，一段用作正端，另一段用作负端。1 j莎"将两种不同材料的导体或半导体a和/ 冷端b焊接起來，构成一个闭合回路。只'/要两个接点处的温度不冋（设t>t0）b时，则在该回路屮就会产生电流，这种现象称为热电效应。与此相应的电 动势称为热电动势。导体a,b构成的闭合回路称为为热电偶，导体a,b称为 热电极。热电偶的两个接点中，温

3、度为t的一端称为热端，温度为t0的一端 则称为冷端。由于在同一金属导体屮，温差电势极小，可忽略。因此在一个热电偶回路 中起绝对作用的是接触电势。所以回路总的热电势可以近似为:eab（t,to）=eab（t）-eab（to）（1.1）在该热电偶测温仪屮，需要将测量的温度通过热电偶转换成0+5v的电 压信号，再将对丿应的电压信号经a/d转换，转换成对应的（）（）ffh的数字量 dxo z后还需要将dx值滤波，滤波后的码值为nx，最后在程序进行过程中， 将转换成实际测量温度的显示码值。在这个信号转换过程，就是标度变换。线性化标度变换的前提是被测量参数值与a/d转换结果为线性关系。线 性表度变换公式（

4、2）：ax4） v n +4）（12）该式是线性化标度变换的通用公式。（1.2）式中： ao："次测量仪表的卜限； am： 一次测量仪表的上限； ax：实际测量值（工程量）； no：仪表下限所对应的数字量； nm:仪表上限所对应的数字量； nx：测蜃时所对应的数字量。其中，am、a。、nm. n。对于某一固定的被测参数来说都是常数，不同的 参数有着不同的值。为了使程序设计简单，一般把一次测量仪表的下限a。所 对应的a/d转换值置为0,即n°=0,若取a尸0,这样上式可简化成：(1.3)在proteus isis中：热电偶的电路符号如右 图所示。图屮操作+、一按键，我们发现：

5、 将温度设为（）°c时，对应+ 端输出：（）.（）（）3mv 将温度设为120°c时，对应+端为：5.000mv2.串行spi总线ad转换器adc0831的工作原理：adc0832具有以下特点： 8位分辨率，串行spi总线输入控制信号，输ill ad转换结果； 双通道a/d转换；. 输入输岀电平与ttl/cmos和兼容； 5v电压供电时输入电压在05v之间； 工作频率位250khz,转换时间为32us； 一般功耗仅为15mw； 8p-dip（双列直插）。adc0832山于它体积小，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其 目前已经有很高的普 及率。木次设计采用它 來实现模数

6、转换功能， 它能将变送器传送到 的模拟信号转换为可ii： at89c51接收的数 字信号，以方便示续工 作的进行。该芯片的引 脚及少at89c51连线 如右图所示，adc芯 片接口说明：+5vadc0831vrefcsvin(+) clk vin(-)dou21762q.2.345g711111111ppppppppat89c51cs片选使能，低电平芯片使能; vin (+ ) vin ( ) gnd模拟输入通道in +使用; 模拟输入通道1n 使用; 芯片参考0电位；（本设计将所测温度范围设定为0°c120°c）,若将上述电压值放大1000 倍，对应温度每变化1°

7、;c,电压值变化：41.7mv。 do数据信号输出，转换数据输出； clk芯片时钟输入； vref参考电压输入。adc0832参考电压为+ 5v,对应量化台阶为：5v/256=0.0195v=19.5mvo 经1()0()倍放人后的热电偶电压值对应温度每变化1°c,电压值变化41.7mv, 可知温度变化值大于ad转换的量化台阶，需用二级虽化台阶，来表示1°c温 度变化(参见后面的程序中标量变换表)。adc0832的工作时序：当adc0832未工作时具cs输入端应为高电平，此时芯片禁川，clk和 do/di的电平可任意。当cs由高变低时，选屮adc0832o在吋钟的上升沿,d

8、i端的数据移入adc0832内部的多路地址移位寄存器。 在笫一个时钟期间，di为高，表示启动位，紧接着输入两位配置位。当输入启动位和配置位后，选通输入模拟通道，转换开始。转换开始后，经过一个时钟周期延迟，以使选定的通道稳定。adc0832接着在第4个时钟下降沿输出转换数据。数据输出时先输出最高位(d7d0)；输出完转换结果后，乂以最低位开始 重新输出一遍数据(d7d0),两次发送的最低位共用。当片选cs为高时，内部所有寄存器清0,输出变为高阻态。如果要再进 行一次模/数转换，片选cs必须再次从高向低跳变，后面再输入启动位和配置 位。3.仿真电路图：在proteus isis中依下图建立仿真电路

9、：u1xt am2alxoll-v咖imp26mp2 p2z*»5 p2xa11 p2<*up3.7fdlagiccd rsinxo nztr:p2ta1sr3rio0r1112vrp1m心 ，心 印2心 印323 p0vad4 p06ad5 p»)6aw p»)7ad7s'r4ko电路工作原理:图中,将热电偶输出的对应0°c120°c的0.003mv5.000mv直流电压信 号，经u3 (-100倍)、u4 ( + 10倍)二级共计1000倍放大为0.35v的直 流电压送adc0831完成ad转换，以spi总线送入到单片机的p1

10、.1。由单片 机完成温度测量显示。同时输出到光电耦合器u9,対仿真加热电路三极管q1 控制的继电器rl1完成加热通断控制。4.仿真程序(汇编)：cs bitp1.7；设置 adc0831 接口端clkbitp1.0d0bitp1.1ad.tmp equ 30h； ad转换之示电压实际值ad_tmp_1 equ 31h ； 如 255,对应温度 120 度 ad_tmp_2 equ 32h ；108 对应 51 度ad_tmp_3 equ 33had.tmp 1 equ 34h:存放实际的温度值org 0000hump mainorg 0030hmain: clr p2.0；高位数码管不显示st

11、art: lcall ad_conv；调用()831 ad 转换了程序lcall display；调用显示子程序ump startad_conv: setb cs； 0831 ad 转换子程序clr clknopnopclr cs；开启 adco831nopnopsetb clk；产生时钟上升沿nopnopclr clknopnopsetb clknopnopmov r(),#()8h ；置do端读入位次ad.read: clr clkmov c,dorlc asetb clknopnopdjnz r0,ad_readsetb csmov ad.tmp,a ；保存 adc0831 转换结果re

12、tdisplay: mov a,ad_tmpmov dptr,#tab1movc a,a+dptr;由ad转换的值杏表取得实际的温度值cjnea,#8o,s1sjmps3；用查表实现标度变换，80°c为控温点si:jnc s2；a-80>0, c=0,没发牛借位，则转移sjmp s4；转显示处理s4s2:clr p3.0；当温度人于8()度时,红灯亮sjmp s4；转显示处理s4s3:setb p3.0；当温度小于等于80时，绿灯亮s4:mov b,# 100；div ab収百位值mov ad_tmp_1,a;存百位值mov a,bmov b,#10div ab;取十位值mov

13、 ad_tmp_2,a;存十位值mov ad_tmp_3,b;存个位值mov dptr,#tabmova,ad_tmp_1movc a,a+dptrmov p0,asetb p2.1lcall dlyclr p2.1;显百位值mov a,ad_tmp_2movc a,a+dptrmov p0,asetb p2.2lcall dlyclr p2.2;显十位值mov a,ad_tmp_3movc a,a+dptrmov p(),asetb p2.3lcalldlyclr p2.3ret;显个位值tab:db 0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,99h,92h,82h,0f8hdb 80h,90

14、h,88h,83h,0c6h,0alh,86h,8eh*标度变换表*tab1:db 0,0,0,0,1,1,2,2,3,3,4, 4,5,5,6,6,7,7,8,8,9, 9,10,10,11,11,12,12,13,13,14db 14,15,15,16,16,17,17,1 & 18,1 & 19,19,20,20,21,21,22,22,23,23db 24,24,25,25,26,26,27,27,2&28,29,29,29,30,30,31,31,32,32,33db 33,34,34,35,35,36,36,37,37,3&38,39,39,39,4

15、0,40,41,41,42,42db 43,43,44,44,45,45,46,46,47,47,47,4&4&49,49,5(),5(),51,51,52db 52,53,53,54,54,55,55,56,56,57,57,58,5&58,59,59,60,60,61,61db 62,62,62,63,63,64,64,65,65,66,66,67,67,6&6&69,69,70,70,70db 71,71,72,72,73,73,74,74,75,75, 76,76,77,77,77,78,78,79,79,80db 80,81,81,82,82,

16、83,83,84,84,84,85,85,86,86,87,87,88,8&89,89db 90,90,91,91,91,92,92,93,93,94,94,95,95,96,96,97,97,9&9&99db 99,99,100,100,101,101,102,102,103,103,104,104,105,105,106,106db 107,107,107,108,108,109,109,110,110,111,111,112,112,113db 113,114,114,115,115,116,116,116,117,117,118,118,119,119,120dly:mov r4,#2；显示时使用延时子程序di:mov r3,#248djnz r3,$djnz r4,d1retend5. 在proteus中仿真执行，从0°c12