单片机课程设计——热敏电阻测温电路设计

1、 课程题目：课程题目：热敏电阻测温电路的设计 院院 系：系：机电汽车工程学院 班班 级级：机 101-4 学生姓名学生姓名： 学学 号号： 小组成员：小组成员： 指导教师：指导教师：姜风国 目录 一、设计目的、要求及方案选择 -(2) 1、设计要求 -(2) 2、设计方案的选择 -(2) 二、硬件系统各模块电路的设计 -（3） 1、单片机系统的设计 -（3） 1-1、AT89C51 的简介及管脚功能 -(3) 1-1、AT89C51 的最小系统介绍 -(7) 2、基于 MF58 的 NTC 热敏电阻温度测量电路设计 -（7） 2-1、MF58 热敏电阻的介绍 -(7) 2-2、温度测量电路的设

2、计 -(8) 3、AD 转换器工作原理 -(10) 3-1、ADC0809 简介-(10) 3-2、基于 AD0809 的数模转换电路-(11) 4、LED 数码管显示电路的设计 -(12) 4-1、显示电路驱动系统的设计 -(12) 4-2、数码管显示的原理 -(12) 4-3、显示电路的原理图 -(14) 三、电路整体结构设计及软件设计 -(15) 1、电路整体结构设计 -(15) 2、软件设计 -(15) 四、结论 -(16) 五、参考文献 -(17) 六、附页 -(17) 一、设计要求及方案选择一、设计要求及方案选择 1、设计要求、设计要求 热敏电阻温度测量系统设计 任务要求：a、设计

3、基于 MF58 的 NTC 热敏电阻信号调理电路 b、设计 A/D 转换电路 c、设计数码管显示电路 2 2、设计方案的选择、设计方案的选择 本文设计一个采用热敏电阻为敏感元件的温度测量显示系统，温度显示范围为 0-100C，显示分辨率 0.1 C。包含温度传感器，AD 转换器，51 系列单片机，LED 数码显示管四部分。并利用 C51 高级语言编写，实现热敏电阻测温显示系统。 二、二、硬件系统各模块电路的设计硬件系统各模块电路的设计 1 1、单片机系统的设计、单片机系统的设计 AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器 （FPEROMFlash Programmable and Eras

4、able Read Only Memory）的低电压、高性能 CMOS 8 位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 1000 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 AT89C51 是一种高效微控制器，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。考虑到单片机的存储空间与价格，以及我对单片机的熟悉程度， 课本学习的是 AT89C51 单片机， 因此， 此次设计我选用了 AT89C51单片机来完成此次设计。 1-1 AT8

5、9C51 的简介及管脚功能的简介及管脚功能 VCC：供电电压。 GND：接地 P0 口口： P0 口为一个 8 位漏极开路双向 I/O 口， 每脚可吸收 8 个 TTL 门电流。 当 P0 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在 FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。 P1 口口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出 4 个 TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，P1

6、 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程和校验时，P1 口作为低八位地址接收。 P2 口口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口

7、在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3 口口：P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个TTL 门电流。当 P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入时，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。 P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断 0） P3.3 /INT1（外部中断 1） P3.4 T0（定时器/计数器 0 外部输入） P3.5 T1（定时器/计数器 1 外

8、部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。 /EA/VPP ： 当 /EA 保 持 低 电 平 时 ， 则 在 此 期 间 只 外 部 程 序 存 储 器（0000H-FFFFH） ，不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1 时，/EA 将内部锁定为 RESET；当/EA 端保持高电平时，此间访问内部程序存储器。当 PC 值超过片内程序存储器空间时，则自动转向外部程序存储器的程序。在 FLASH 编程期间，此引

9、脚也用于施加 12V 编程电源（VPP） 。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 XTAL1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石英晶体振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2 应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器， 因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 1-2 AT89C51 的最小系统介绍的最小系统介绍 时钟电路：时钟电路： 单片机内部的振荡电路是一个高增益反相放大器，引线 XTAL1 和 XTAL2分别是放大器的输

10、入端和输出端。单片机内部虽然有振荡电路，但要形成时钟，外部还需附加电路。单片机的时钟产生方式有两种。 内部时钟方式。利用其内部的振荡电路在 XTAL1 和 XTAL2 引线上外接定时元件，内部振荡电路便产生自激振荡，用示波器可以观察到 XTAL2 输出的时钟信号。 外部时钟方式。在单片机组成的系统中，为了各单片机之间时钟信号的同步，应当引入惟一的合用外部振荡脉冲作为各单自片机的时钟。外部时钟方式中是把外部振荡信号源直接接入 XTAL1 或 XTAL2。 图 3-1 为内部时钟电路 图 3-2 为 HMOS 型外部时钟电路 图 3-3 为CHMOS 型外部时钟电路 复位电路和复位状态复位电路和复

11、位状态 单片机的复位是靠外部电路实现的。单片机工作后，只要在它的 RST 引线上加载 10ms 以上的高电平，单片机就能够有效地复位。 复位电路。单片机通常采用上电自动复位和按键复位两种方式。最简单的复位电路如下图所示。上电瞬间，RC 电路充电，RST 引线端出现正脉冲，只要 RST 端保持 10ms 以上的高电平，就能使单片机有效地复位。在应用系统中，有些外围芯片也需要复位。如果这些芯片复位端的复位电平的要求一致， 则可以将复位信号与之相连。 简单的复位电路 复位状态。复位电路的作用是使单片机执行复位操作。复位操作主要是把 PC 初始化为 0000H，使单片机从程序存储器的 0000H 单元

12、开始执行程序。程序存储器的 0003H 单元即单片机的外部中断 0 的中断处理程序的入口地址。留出的 0000H0002H 3 个单元地址，仅能够放置一条转移指令，因此，MCS-51 单片机的主程序的第一条指令通常情况下是一条转移指令。 P0、 P1、 P2、 P3 共有 4 个 8 位并行 I/O 口， 它们引线为： P0.0P0.7、 P1.0P1.7、P2.0P2.7、P3.0P3.7，共 32 条引线。这 32 条引线可以全部用做 I/O 线，也可将其中部分用做单片机的片外总线。 1-2 单片机最小系统图 最小系统图 2 2、基于、基于 MF58MF58 的的 NTCNTC 热敏电阻温

13、度测量电路设计热敏电阻温度测量电路设计 2 2- -1 MF581 MF58 热敏电阻的介绍热敏电阻的介绍 热敏电阻传感器是对温度敏感的电阻器的总称，是半导体测温元件。随着外界温度的变化，其阻值会相应发生较大改变。按温度系数分为负温度系数热敏电阻（NTC）和正温度系数热敏电阻（PTC）两大类。NTC 热敏电阻以 MF 为其型号，PTC 热敏电阻以 MZ 为其型号。热敏电阻符号如下图: MF58 测温型 NTC 热敏电阻，由 Co、Mn、Ni 等过渡金属元素的氧化物组成，经高温烧成半陶瓷，利用半导体微米的精密加工工艺，采用玻璃管封装，耐温性好，稳定性高，可靠性高。 特点：特点： 1、 稳定性好，

14、可靠性高。 2、 阻值范围宽：0.1-1000K 3、 阻值精度高。 4、 由于玻璃封装，可在高温和高温等恶劣环境下使用。 5、 体积小、 重量轻、 结构坚固， 便于自动化安装 （在印制线路板上） 。 6、 热感应速度快、灵敏度高。 主要技术参数：主要技术参数：1、额定零功率电阻值范围(R25):0.11000K 2、R25 允许偏差:1%、2%,3%, 5%, 10%. 3、B 值范围(B25/50):19604480K 4、B 值允许偏差:0.5%,1%,2%. 5、耗散系数: 2mW/(在静止空气中) 6、热时间常数: 20S (在静止空气中) 7、工作温度范围: -55 +300 8、

15、额定功率:50Mw 注意事项注意事项：1、MF 系列热敏电阻器是玻璃封装的，请勿剧震、碰击以防玻璃外壳破裂。 2、焊接时间控制在 4S 内。 3、MF 系列热敏电阻器不能直接在水中或液体中使用。 2 2- -2 2 温度测量电路的设计温度测量电路的设计 原理图：原理图： 各各元器件介绍：元器件介绍： RV1 为 170精度为 1的 MF58NTC 热敏电阻 R2、R3、R5、R10 为 10K 的普通电阻 C4 为 1f 的瓷介电容 R4、R6、R7、R11 为 1K 的普通电阻 R8 为 470K 的普通电阻 其工作原理为其工作原理为： （1）电压跟随器右端输出 2.5 伏电压为电桥提供稳定

16、的电压。 （2）根据电桥的工作原理，电桥输出的差模电压为 U=(2.5*RV1/1K)1/4。 （3）查分运算放大器的增益 A=R8/R5=47。 （4）所以 RV1 与测量电路输出电压 U。的关系为 RV1=U。*43，进而可根据温度和电阻的关系求得温度。 3、AD 转换器工作原理转换器工作原理 3-1 ADC0809 简介简介 本设计中才用型号为 ADC0809的 A/D转换器. ADC0809 对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是 05V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。本电路设计直接采用 0-5V 的

17、输出电压即可满足电路需求，AD0809 芯片图如图 2 所示： 图 2 AD0809 芯片 （1）ADC0809 的转换参数为 D=(Vin/5)*255。故 Vin=(D/255)*5。Vin 即测量电路的输出电压。 3-2 基于基于 AD0809 的数模转换电路的数模转换电路 本设计中试验箱内部基于 AD0809 的模数转换电路图，如图 3 所示 图 3 模数转换电路图 如图 3 所示，实验只有 IN0 和 IN1 两个输入端口，输出端口地址取决于片选 A/D_CS 所接片选端得段地址，片选将于第四章讲述。ADC0809 是8 位逐次逼近型 A/D 转换器。它由一个 8 路模拟开关、一个地

18、址锁存译码器、一个 A/D 转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通 8 个模拟通道，允许 8 路模拟量分时输入，共用 A/D 转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存 A/D 转换完的数字量，当 OE 端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。 4 4、LEDLED 数码管显示电路的设计数码管显示电路的设计 4-1 LED 数码管原理：数码管原理： LED 数码管是由发光二极管作为显示字段的数码型显示器件。下图为 0.5 英尺 LED 数码管的外形和引脚图，其中七只发光二极管分别对应 ag 笔段构成“ ”字形另一只发光二极管 dp 作为小数点。因此这种 LED 显示器称为七段数

19、码管或八段数码管。 LED 数码管 LED 数码管按电路中的连接方式可以分为共阴极和共阳极两大类，如上图。共阳型是将各段发光二极管的正极连在一起，作为公共端 COM，公共端 COM接高电平，ag、dp 各笔段通过限流电阻接控制端。某笔段控制端低电平时，该笔段发光，高电平时不发光。控制这几段笔段发光，就能显示出某个数码或字符。共阴型是将各数码发光二极管的负极连在一起，作为公共端 COM 接地，某笔段通过限流电阻接高电平时发光。 LED 数码管按其外形尺寸有多种形式，使用较多的是 0.5 英寸和 0.8 英寸；按显示颜色也有多种形式，主要有红色和绿色；按亮度强弱可分为高亮和普亮，指通过同样的电流显

20、示亮度不一样，这是因发光二极管的材料不一样而引起的。 LED 数码管的使用与发光二极管相同，根据其材料不同正向压降一般为1.52V 额定电流为 10mA，最大电流为 40mA。静态显示时取 10mA 为宜，动态扫描显示可加大，加大脉冲电流，但一般不超过 40mA。 4-2 LED 数码管编码方式数码管编码方式 当 LED 数码管与单片机相连时， 一般将 LED 数码管的各笔段引脚 a、 b、 、g、dp 按某一顺序接到 MCS51 型单片机某一个并行 I/O 口 D0、D1、D7， 当该 I/O 口输出某一特定数据时，就能使 LED 数码管显示出某个字符。例如要使共阳极 LED 数码管显示“0

21、”，则 a、b、c、d、e、f 各笔段引脚为低电平，g和 dp 为高电平，如下表。 共阳极 LED 数码管显示数字“0”时各管段编码 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 字段码 显示数 dp g f e d c b a 1 1 0 0 0 0 0 0 C0H 0 C0H 称为共阳极 LED 数码管显示“0”的字段码，不计小数点的字段码称为七段码，包括小数点的字段称为八段码。 LED 数码管编码方式有多种，按小数点计否可分为七段码和八段码；按共阴共阳可分为共阴字段码和共阳字段码， 不计小数点的共阴字段码与共阳字段码互为反码；按 a、b、g、dp 编码顺序是高位在前，还是低位在前，又可

22、分为顺序字段码和逆序字段码。甚至在某些特殊情况下将 a、b、g、dp 顺序打乱编码。下表为共阴极和共阳极 LED 数码管几种八段编码表。 共阴极和共阳极 LED 数码管几种八段编码 共阴顺序小数点暗 共阴逆序小数点暗 共 阳 顺序 小 数 点亮 共 阳 顺序 小 数 点暗 dp g f e d c b a 16进制 a b c d e f g dp 16 进制 0 0 0 1 1 1 1 1 1 3FH 1 1 1 1 1 1 0 0 FCH 40H C0 H 1 0 0 0 0 0 1 1 0 06H 0 1 1 0 0 0 0 0 60H 79H F9 H 2 0 1 0 1 1 0 1

23、1 5BH 1 1 0 1 1 0 1 0 DAH 24H A4 H 3 0 1 0 0 1 1 1 1 4FH 1 1 1 1 0 0 1 0 F2H 30H B0 H 4 0 1 1 0 0 1 1 66H 0 1 1 0 0 1 1 66H 19 H 99 H 0 0 5 0 1 1 0 1 1 0 1 6DH 1 0 1 1 0 1 1 0 B6H 12 H 92 H 6 0 1 1 1 1 1 0 1 7DH 1 0 1 1 1 1 1 0 BEH 02 H 82 H 7 0 0 0 0 0 1 1 1 07H 1 1 1 0 0 0 0 0 E0H 78 H F8 H 8 0 1

24、1 1 1 1 1 1 7FH 1 1 1 1 1 1 1 0 FEH 00 H 80 H 9 0 1 1 0 1 1 1 1 6FH 1 1 1 1 0 1 1 0 F6H 10 H 90 H 4 4- -3 3 显示电路的原理图显示电路的原理图 显示电路原理图显示电路原理图 三、三、 电路整体结构设计及软件设计电路整体结构设计及软件设计 1、电路整体结构设计、电路整体结构设计 由于本课程设计中，受到 WAVE2000 实验箱的限制，电路整体结构如下： 2、软件设计、软件设计 本课程设计采用的为汇编语言。整体设计思路为： 开始开始初始化程序初始化程序ADAD 转换转换数值转换数值转换数码显示

25、数码显示 模数转换子程序流程图如图所示。 数码显示子程序流程图如图所示。 四：四：结论结论 本设计中，是以温度采集及检测为总目标，以 AT89C51 单片机最小应用系统为总控制中心，辅助设计有温度采样电路、驱动显示单元等。单片机开发过程是一个非常严谨，复杂，科学，周密和细致，及技术性和综合性都相当高的过程，它要求你必须具备相当扎实的专业基础和理论知识，较强的实践专业操作技能。能以细致和科学的头脑去考察、分析和解决问题。同时在设计中必须要有足够的耐心，持之以恒的毅力，坚强的意志以及实事求是，一丝不苟的精神，才能开发出理想的设计出来。 在设计过程中， 遇到了许多问题， 如设计初始阶段目的不明，思绪混乱，经过认真思考和老师的指导，才使自己思路明确，抓住重点，不懂就问， 在规定的时间内系统有序的完成。 温度检测是工业过程控制中一个重要参数，了解到温度检测的重要性，使自己在设计过程中，更加有兴趣和动力，在软件设计方面，遇到了一些实际问题，不过，在老师的指导和同学的帮助下都能一一解决，使自己学到了许多新的知识。从本设计的资料收集和方案论证到方案设计、修改和最后的完成，得到了老师和同学的指导和帮助，才使本设计顺利完成。在此表示衷心感谢！ 五、参考文献五、参考文献 1 中国期刊全文数据库: http:/ 2 3 4