基于单片机温度测量装置的设计.

1、.4目录引言方案设计.5单元电路设计.6系统软件设计.12课程设计总结.14电路总原理图.15电路仿真.16参考文献.17程序附录.189i=r在人类的生活环境中，温度扮演着极其重要的角色。温度是工业生产中常见的工 艺参数之一，任何物理变化和化学反应过程都与温度密相关， 因此温度控制是生 产自动化的重要任务。随着社会的发展，科技的进步，以及测温仪器在各个领域 的应用，智能化是现代温度控制系统发展的主流方向。 特别是近几年来，温度控 制系统早已应用到人们生活的各个方面，但温度控制一直是一个未开发的领域， 却又与人们息息相关的一个世纪问题。针对这种实际情况，设计一个温度测量系 统具有广泛的应用前景

2、与意义。在本设计中选用AT89C52型单片机作为主控制器件，采用热电阻作为测温元件， 通过数码显示管并行传送数据，实现温度显示。本设计的内容主要分为两部分， 一是对系统硬件部分的设计，包括温度采集电路和显示电路；二是对系统软件部 分的设计，应用C语言实现温度的采集与显示。最终完成了数字温度计的总体设 计。其系统构成简单，信号采集效果好，数据处理速度快，便于实际检测使用。2方案设计基于单片机的温度测量装置方框图:温度的测量，单片机A/D 转化显管数码运算放大示总体方案框图图12.1电路总体说明2.1.1温度的测量用PT-100的热电阻来测量温度。因为随着温度的变化阻值也 发生变化。2.1.22.

3、1.32.1.42.1.5运算放大电路是可以把信号放大。A/D 转化是将模拟量转化为数字量。 选用AT89C51的单片机来控制温度的变化。 在选用数码管将温度显示的数码管上面。3 单元电路设计3.1 温度测量电路图一为热电阻的三线制测温电路， 可以消除和减小引线电阻的影响。 如图一，热 电阻的三根导线接到测温电桥， 其中两根引线的内阻分别串入测量电桥相邻两臂 的电阻上。 引线的长度变化不影响电桥的平衡， 所以可以避免因连接导线电阻受 环境影响而引起的测量误差。我们采用 pt-100 的热敏电阻，阻值会随着温度的变化而变化，测温的精度在 1 度左右。Pt-100的工作原理：当PT100在0摄氏度

4、的时候他的阻值为100欧姆，它的阻 值会随着温度上升而成近似匀速的增长。 但他们之间的关系并不是简单的正比的 关系，而更应该趋近于一条抛物线。铂电阻的阻值随温度的变化而变化的计算公式：-200<t<0 C Rt=R01+At+Bt*t+C(t-100)t*t*t(1)0< t<850 r Rt=R0 (1+At+Bt2)(2)Rt为t r时的电阻值，R0为0C时的阻值。公式中的 A,B,系数为实验测定。这 里给出标准的DIN IEC751 系数： A=3.9083E-3、 B=-5.775E-7 、 C=-4.183E-12根据韦达公式求得阻值大于等于 100欧姆的 R

5、t - t 的换算公式：0< t<850 r t=(sqrt(A*R0)A2-4*B*R0*(R0-Rt)-A*R0)/2/B/R0PT100温度感测器是一种以白金(Pt)作成的电阻式温度检测器,属于正电阻系数, 其电阻和温度变化的关系式如下：R=Ro(1+a T)其中a =0.00392,Ro为100Q (在 0r的电阻值),T为摄氏温度<br>因此白金作成的电阻式温度检测器,又称为 PT100。金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示，即Rt=Rt01+a( t-t0 )式中，Rt为温度t时的阻值；Rt0为温度t0 (通常t0=0 C)时对应电阻值；a

6、 为温度系数。半导体热敏电阻的阻值和温度关系为Rt=AeB/t取决于半导体材料的结构的常数。B A时的阻值；t为温度为Rt中热电阻测温电路2图 3.2运算放大电路因为通过PT-100热电阻测的温度的信号很小，所以我们采用具有一定抗共模抗 干扰能力的减法差动放大器电路，所以我们才有LM244这个四运算放大器。减法 差动放大电路只对U有放大作用。从图中可以看到U1、U2两个同相运放电路构成输入级，在与差分放大器U3串联 组成三运放差分防大电路。电路中有关电阻保持严格对称，具有以下几个优点：(1) U1和U2提高了差模信号与共模信号之比,即提高了信噪比；(2) 在保证有关电阻严格对称的条件下，各电阻

7、阻值的误差对该电路的共模抑制 比KCMR没有影响；因为电路中 共模电压增益接近零。，电路对共模信号几乎没有放大作用(3).R1=R2 R3=R4 R5=R6，放大倍数是：Avd=U0/Ui1-Ui2=-( Rp+2R1 /Rp*(R5/R3)通常，第一级增益要尽量高，第二级增益一般为12倍，这里第一级选择100倍，第二级为1倍。则取R3=R4=R5=R6=10K,要求匹配性好，一般用金属膜精 密电阻，阻值可在10KQ-几百KQ间选择。贝U Avd=(RP+2R1)/RP 先定RP,通常在1KQ 10KQ内，这里取RP= 1KQ,则可由上式求得R1=99RP/2=49.5© 取标称值5

8、1KQ。通常RS1和RS2不要超过RP/2,这里选 RS仁RS2= 510,用于保护运放输入级。 A1和A2应选用低温飘、高KCMR的 运放，性能一致性要好。.图3运算放大电路3.3 A/D转化A/D转换的目标是将模拟量转换成数字量，在本次课程设计中，选用ADC0804ADC0804是一款8位、单通道、低价格A/D转换器，主要特点是：模数转换时间 大约100us；方便TTL或CMO标准接口；可以满足差分电压输入；具有参考电 压输入端；内含时钟发生器；单电源工作时(05) V输入电压范围；不需要 调零等等。5V0是1. 转换时序ADC0804空制信号的时序图如图所示，由图可见，各控制信号时序关系

9、为：当CS 与WF同为低电平时，A/D转换被启动而在 WRt升沿后100卩s模数完成转换，转换结果存入数据锁存器，同时INTR自动变为低电平，表示本次转换已结束。如CS RD同时来低电平，则数据锁存器三态门打开，数字信号送出，而在RD高电平到来后三态门处于高阻状态。2. 零点和满刻度调节ADC080牟勺零点无需调整。其中Vmax是输入电压的最大值，Vmin是输入电压的 最小值。当输入电压与 VIN+值相当时，调整VREF/2端电压值是输出码为FEH或FFH3. 参考电压的调节在使用A/D转换器时，为保证其转换精度，要求输入电压满量程使用，如输入电 压动态范围较小，则可调节参考电压VREF以保证

10、小信号输入时ADC0804芯片8 位的转换精度。4. 接地模数、数模转换电路中要特别注意到地线的正确连接，否则干扰很严重，以致影响转换结果的正确性。A/D、D/A及取样-保持芯片上都提供了独立的模拟地（AGND 和数字地（DGNP的引脚。在线路设计中，必须将所有的器件的模拟地和数字地 分别相连，然后将模拟地与数字地仅在一点上相连接。地线的正确连接方法。转换数据的传送A/D转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。数据传 送的关键问题是如何确认A/D转换的完成，因为只有确认完成后才能传送。模拟转换电压范围：0+5V,即0W Vin < +5V。8之间。放大倍25501/2分辨率：8位，即

11、分辨率为=1/256，转换值介于ADC0804 数在的精度之间。位8） *5=0.05V，1/1001由于设计误差要求为C， C对应的 输入电压为（1/256*5V=19.53mV转换芯片的分辨率为A/D位转8A/D转换精度-它是转换器的最大量化误差和模拟 精度的共同体现。）全量程的相对误差为，（换器的最大量化误差为9.765mV0.5=9.765mV80mV 0.19% （9.765mV/5V100%放大倍数满足 A/D转换精度。I10MR5亠C1rlRT1& y maiDM 隹RID-PT1 00E»£+5-RV1转换电路图4 A/D 3.4单片机单片机在启动运

12、行时都需要复位，使CPU和系统中的其他部件都处于一个确定的 初始状态，并从这个状态开始工作。MCS-52单片机有一个复位引脚RST采用施密特触发输入。单片机的复位方式可由手动复位方式完成。AT89C52单片机内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。引脚XTAL2和XTAL1分别是此放大器的输出端和输入端。 作为反馈器件的片外晶体谐振器与该 放大器一起构成一个自激振荡器。电容C2和C1和外接晶体谐振器一起构成并联 谐振电路，接在放大器的反馈回路中。虽然对外接电容的值没有非常严格的要求， 但震荡器频率的高低、震荡器的稳定性、起振的快速性和温度的稳定性会由电容 的大小影响。所以，此电路系统的晶体

13、振荡器的值为12MHz电容的种类应尽量选择陶瓷电容，电容值大概30卩F。在电路板焊接时，电容和晶体振荡器应尽可 能安装得靠近单片机芯片，这样做是为了减少寄生电容，更好地保证震荡器可靠稳定地工作。.3.5数码显示电路这是显示电路，我们使用的是 LM020L这个LED显示管，这个显示管一共是16 个引脚。第1脚：GN助电源地第2脚：VCC接 5V电源正极第3脚：V0为液晶 显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度 过高时会 产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。第4 脚： RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存 器。第

14、5脚：RW为读写信号线，高电平（1）时进行读操作，低电平（0）时进行写操作。第6脚：E（或EN）端为使能（enable）端，高电平（1） 时读取信息，负跳变时执行指令。第 714脚：D旷D7为8位双向数据端。第 1516脚：空脚或背灯电源。15脚背光正极，16脚背光负极。当我们要读数据：输入RS=1 RW=1 E=高脉冲。输出：D0- D7为数据。通过单 片机将数据发送我们通过数码显示管来显示我们此时的温度。（1）主要性能：与MCS-52单片机产品兼容、8K字节的在系统可编程Flash存储器、一千次的擦 写周期、全静态操作：0Hz24MHz三级加密程序存储器、三十二个可编程 I/O 口线、三个

15、16位定时器/计数器以及八个中断源、全双工 UART串行通道、低功 耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电.标识符。（2）功能特性：AT89C52是一种低功率消耗、性能较高 CMOS位微控制器，具备8K在系统可编 程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器高技术制作，可以与 工业80C51产品指令和引脚全部兼容片上。Flash能够允许程序存储器在系统可 编程执行，亦适合于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可 编程Flash，使得AT89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。图6数码显示电路4系统软件设计4.1主

16、程序设计主程序既把以上各子程序串连成一个整体， 使整个程序循环运行。主程序一直调 用显示电路，若温度改变，则会进入以下的主程序部分执行相应的 A/D转换操作 并作出相应的处理。通过转换后，显示的值也会同时发生改变。 之后再返回到程 序始端，如此反复运行，就构成了程序的整体。2kCt a.22uFRde1RT：开始初始化TO开计数器数据TLO读转换A/D调用显示程序图图7 主程序流程图 转换子程序设计4.2 A/D，每一个时钟信号下降沿开始,输出一位数ADC080他次课程设计采用的是转换子位数据全部输完为止，输出的顺序是从最高位到最低位。A/D据，直到8寄A转换结果送进位C,然后左移A/D 程序

17、的工作原理：开启转换芯片，将 A/D转换结果存储最后将A/D转换，关闭 A8存器，直到位数全部送到寄存器，A/D.单元30H到.C2 叶R4Wk30uF . _1X1C3' m QF30ijF 转化程序流程图图8 A/D显示子程序的设计4.2，得到的除以B送B寄存器，然后A将AD转换的结果送A寄存器，将100寄存 器，再B寄存器，把10送A商存到百位存储单元。再将B寄存器里的数送，得 到的商存十位存储单元，余数存个位单元。 A除以B .A转换结果送AD10B商存百位存储单图9显示子程序流程图商存十位存储单 余数存个位存储单5课程设计总结通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关单片机方

18、面的知识， 在设计过程 中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出 了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知， 通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断 领悟，不断提高。最终这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题， 最后在老师的指导下，终于游逆而解。在今后社会的发展和学习实践过程中， 一 定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在， 然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上 劈荆斩棘，而不是知

19、难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可 能得到社会及他人对你的认可！回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说 得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，不仅可以巩固了以前所学过的知 识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得 了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理 论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高 自己的实际动手能力和独立思考的能力。6电路总原理图总电路图10图7电路仿真我们将设计号的程序通过 Keli写入，编译，然后通过Proteus这个软件来进行 仿

20、真示意。我们能很清楚的从仿真来看我们的原理图和程序对不对。电路仿真图11图8参考文献1 张鑫.单片机原理及应用（第2版）M.电子工业出版社，2010年.2 张毅刚.单片机原理与应用设计M.电子工业出版社，2008年.3 胡汉才.单片机原理及其接口技术学习辅导与实践教程M.清华大学出版 社，2010年.4 张义和.例说51单片机（C语言版）M.人民邮电出版社，2008年.张培仁等.基于C语言编程MCS-51单片机原理与应用M9程序附录#i ncludeat89X52.h sbit LCD_RS =P 29;sbit LCD_RW =P 2八1;sbit LCD_E =P 22；sbit ADC_

21、CS =P 2八3;sbit ADC_WR =P 3八6;sbit ADC_RD =P 3八7;#define LCD_DATA P0 unsigned char LcdBuf110=;unsigned char code Bmp0018=0x06,0x09,0x09,0x06,0x00,0x00,0x00,0x00, 0x06,0x09,0x10,0x10,0x10,0x09,0x06,0x00 ;void dellay(unsigned int h)while(h-); /0.01MSvoid WriteDataLcd(unsigned char wdata)LCD_DATA=wdata;

22、LCD_RS=1;LCD_RW=0;LCD_E=0; dellay(1000);LCD_E=1;void WriteCommandLcd(unsigned char wdata)LCD_DATA=wdata;LCD_RS=0;LCD_RW=0;LCD_E=0; dellay(1000);LCD_E=1;void lcd_init(void)LCD_DATA=0;WriteCommandLcd(0x38); dellay(1000);WriteCommandLcd(0x38); dellay(1000);WriteCommandLcd(0x01);WriteCommandLcd(0x0c);vo

23、id display_xy(unsigned char x,unsigned char y)if(y=1)x+=0x40;x+=0x80;WriteCommandLcd(x);void display_string(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char *s)display_xy(x,y); while(*s)WriteDataLcd(*s);s+;void Write_CGRAM(unsigned char add,unsigned char *char_num)unsigned i;add=add<<3;WriteComma

24、ndLcd(0x40|add+8);for(i=0;i<8;i+)WriteDataLcd(*char_num+);void delayms()int i;for(i=110;i>0;i-);void delay1s()int i,j;for(i=1000;i>0;i-); for(j=110;j>0;j-);void convert()unsigned long value;char i;unsigned long res;int temp,temp2;int w;P1=0xff;ADC_RD=0;for(i=0;i<10;i+);value=P1;res=(float)(2550000+110000*value/30)/(255