中等精度(0.1℃)温度测量电路设计(热敏二极管)汇编

1、课程设计题目中等精度（ 0.1）温度测量电路设计（热敏二极管）一、对题目的认识和理解温度测量与控制电路是在实际应用中相当广泛的测量电路。本次设计主要运用基本的模拟电子技术和数字电子技术的知识，同时综合温度传感器的相关应用， 从基本的单元电路出发， 实现了温度测量与控制电路的设计。温度传感器是通过物体随温度变化而改变某种特性来间接测量的。不少材料、元件的特性都随温度的变化而变化，所以能作温度传感器的材料相当多。 温度传感器随温度而引起物理参数变化的有：膨胀、电阻、电容、而电动势、磁性能、频率、光学特性及热噪等等。随着生产的发展，新型温度传感器还会涌现。PN 结温敏二极管是一种新型感温元件。它与传

2、统的测温元件相比，具有线性好，灵度高，响应快，稳定性好，不需要冷端补偿，使用方便等特点。二、方案设计与认证方案一：铂电阻测温是利用其电阻和温度成一定函数关系而制成的温度传感器 ,由于其测量准确度高、测量范围大、复现性和稳定性好等 ,被广泛用于中温范围的温度测量中。但在这种检测电路中,不平衡电桥中以及铂电阻的阻值和温度之间的非线性特性给最后的温度测量来了一定的误差，不但增加了电路的复杂性, 而且由于包括传感器在内的各种硬件本身的缺陷和弱点, 所以往往难以达到较高的指标要求。方案二：PN结温度传感器是利用晶体二极管或三极管的P-N结电压随温度的变化而变化。例如硅管的 PN 结的电压温度每升高摄氏一

3、度时，电压约下降 1mV 。这种传感器有较好的线性度，灵敏度高，热时间常数约 0.2s 2s，其测温范围为 -50 °C150°C。可用于一些高要求的温度检测。 又数码管显示电路较为精确， 加上选择电路后使用芯片 DH7107 ，然后与数码管相连，组成 A/D 转换部分和数字显示部分。 电路简单可靠，精确度不高但价格适中，较 AD590 更为经济适用。综上所述，采用方案二作为合适的选择。三、整体设计方案1、基本设计要求基于 PN 结的温度传感器设计， 测量范围 0100°C,数码管显示温度变化，测量误差精确到 10.5 °C，能设置温度上下限和实现报警功

4、能。2、系统的基本方案测温工作原理：传感器通过外界温度的变化,使得加在其两端的电压发生变化， 当温度上升时， 其两端的电压会下降并且通过温度与电压的比例关系，将电压值送到ADC0809 进行 AD转换 将转换输出的 0、1 代码送到 S51 单片机处理后送到数码管显示，通过数码管显示当前温度。图 2.1 测温原理图3、设计操作（ 1）4 个按键分别控制复位、温度上下限报警设置、时间设置、加减计数（2）上电并下载程序后，数码管显示当前周边环境温度值（3）超过设置的温度上下限之后，蜂鸣器鸣响实现报警功能（4） 2 个电位器，分别为调节运放大增益和基准电压。4、主要芯片介绍（1） AT89S52 介

5、绍主要性能：与 MCS-51 产品兼容、8K 字节在系统可编程Flash 存储器、 1000 次擦写周期、全静态操作：、三级加密程序存储器、 32 个可编程 I/O 口线 、三个 16 位定时器/计数器 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 。功能特性描述：AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器 具有 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技术制造 与工业 80C51 产品指令和引脚完 全兼容。片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程

6、 亦适于 常规编程器。在单芯片上 拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统 可编程使得 AT89S52 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。AT89S52 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash，256 字节 RAM 。32位 I/O 口线，看门狗定时器， 2个数据指针，三个 16位 定时器 /计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。 另外可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许 RAM 、定时器 /计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下， RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一

7、切工作停止， 直到下一个中断或硬件复位为止。8 位微控制器8K 字节在系统可编程 Flash AT89S52P0 口 ：P0 口是一个 8 位漏极开路的双向I/O 口。作为输出口，每位能驱动8 个 TTL 逻辑电平。对P0 端口写 1时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0 口也被作为低 8 位地址 /数据复用。在这种模式下，P0 具有内部上拉电阻。在 flash 编程时， P0 口也用来接收指令字节，在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。P1 口： P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O口，p1 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对

8、P1 端口写 1 时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时。 被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ IIL ）。此外 和 P1.2 分别作定时器 /计数器 2 的外部计数输入（ P1.0/T2）和时器 /计数器 2 的触发输入（ P1.1/T2EX ）具体如下表所示。在 flash 编程和校验时， P1 口接收低 8 位地址字节。引脚号第二功能P1.0 T2（定时器 /计数器 T2 的外部计数输入） ，时钟输出P1.1 T2EX（定时器 /计数器 T2 的捕捉 /重载触发信号和方向控制）P1.5 MOSI （在系统编程用）P1.6 MISO （在系统编程用

9、）P1.7 SCK（在系统编程用）P2P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对位双向 I/O 口，P2 端口写 1时，内部上拉电阻把端口拉高。此时可以作为输入口使用。作为输入使用时被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ IIL）。在访问外部程序存储器或用16 位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR ）时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。在使用8 位地址（如MOVX RI)访问外部数据存储器时,P2 口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时,P2口也接收高8 位地址字节和一

10、些控制信号。P3 口 :P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O口,p2 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P3 端口写 1 时,内部上拉电阻把端口拉高 ,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时 ,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL) 。 P3 口亦作为 AT89S52 特殊功能 (第二功能 )使用 ,如下所示在 flash 编程和校验时口也接收一些控制信号。端口引脚 第二功能P3.0RXD( 串行输入口 )P3.1TXD( 串行输出口 )P3.2INTO( 外中断 0)P3.3INT1( 外中断 1)P3.4TO(定时 /计数器 0)P3.5T1(定

11、时 /计数器 1)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)此外，P3 口还接收一些用于 FLASH 闪存编程和程序校验的控制信号。RST 复位输入。当振荡器工作时，RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。ALE/PROG 当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE （地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8 位字节。一般情况下， ALE 仍以时钟振荡频率的1/6 输出固定的脉冲信号。因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是： 每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE 脉冲。对 FLASH 存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG

12、）。如有必要 ,可通过对特殊功能寄存器 (SFR)区中的 8EH单元的 D0 位置位 ,可禁止ALE 操作。该位置位后 ,只有一条 MOVX和 MOVC 指令才能将ALE 激活。此外 ,该引脚会被微弱拉高,单片机执行外部程序时 ,应设置 ALE 禁止位无效。PSEN 程序储存允许 (PSEN)输出是外部程序存储器的读选通信号 ,当 AT89C52 由外部程序存储器取指令(或数据 )时,每个机器周期两次 PSEN 有效 ,即输出两个脉冲 .在此期间 ,当访问外部数据存储器将跳过两次 PSEN 信号。EA/VPP 外部访问允许 ,欲使 CPU 仅访问外部程序存储器(地址为0000H-FFFFH),

13、EA 端必须保持低电平 (接地 )。需注意的是 :如果加密位LB1 被编程 ,复位时内部会锁存EA 端状态。如 EA 端为高电平 (接 Vcc 端),CPU 则执行内部程序存储器的指令。FLASH存储器编程时 ,该引脚加上 +12V的编程允许电源Vpp, 当然这必须是该器件是使用12V 编程电压 Vpp。（ 2）ADC0809 简介ADC0809 是一个 8 通道 8 位 CMOS 并行逐次逼进式 A/D 转换器，转换时间 100uS。 A ,B 和 C 为地址输入线，用于通到 IN0IN7中的一路模拟量输入选择。START 为转换启动信号， 当 START在上跳沿时，所有内部寄存器清零；在下

14、降沿时，开始进行A/D转换；在转换期间， START 应保持低电平。EOC 为转换结束标志信号，当为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D 转换。 OE 为输出允许信号， 用于控制三态输出锁存器输出转换后的数据。 OE=1 数出数据， OE=0 为高阻。ADC0809 对输入模拟量要求： 信号为单极性， 电压范围是 05V ，输入的模拟量在转换过程中应保持不变，如果变化太快， 则需在输入前曾加采样保持电路。1. ADC0809 应用说明：（ 1） ADC0809 内部带有输出锁存器，可直接与单片机连接。（ 2） 初始化时，始 ST 和 OE 为低电平。（3） 发送要转换的那一通到的地

15、址到A,B,C 端口上。（4） 在 ST 端给出一个至少有100nS 宽的正脉冲信号。（ 5） 根据 EOC 信号来判断转换是否完成。（ 6） EOC=1,OE=1 时，转换的数据就输出给单片机。（ 7） 判断一次 A/D 转换可以有以下三种方法： A. 延时法， B.中断法， C.查询法。图 1-2 芯片引脚图芯片2. 引脚说明IN0IN7为 8 路模拟信号输入端。Add-AC选择模拟通道地址码输入端。CLOCK为外部时钟输入端，范围在101280KHz ，典型值为500KHz 或 640KHz ，此时 A/D 转换时间为100uS。D0D7 为数字量输出端。OE 为输出允许控制端，OE=1

16、 时允许输出。ALE 为地址锁存信号输入端， 在 ALE 信号有效时所存 Add-AC 端上的地址。START 为启动 A/D 转换信号输入端，当START 在上跳沿时，所有内部寄存器清零；在下降沿时，开始进行A/D 转换；在转换期间， START 应保持低电平。EOC 为 A/D 转换结束信号输出端，高电平为转换结束。Vref(+), 和 Vref(-) 为正负基准电压输入端， Vref(+) 接 5V ， Vref(-) 接地。VCC 接+5V 。 GND 接地。(3)、LM358 芯片介绍主要性能LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器， 适合于电源电压范围很宽

17、的单电源使用， 也适用于双电源工作模式。在推荐的工作条件下， 电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模组 ,音频放大器、工业控制、 DC 增益部件和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。 LM358 的封装形式有塑封 8 引线双列直插式和贴片式。功能特性描述图 3.2* 内部频率补偿* 直流电压增益高 (约 100dB)* 单位增益频带宽 (约 1MHz)* 电源电压范围宽单电源 (330V) ；双电源 ( ±1.5 一 ±15V)* 低功耗电流，适合于电池供电* 低输入偏流* 低输入失调电压和失调电流* 共模输入电压范围宽，包括接地* 差模输

18、入电压范围宽，等于电源电压范围* 输出电压摆幅大（ 0 至 Vcc-1.5V)参数描述 :* 输入偏置电流45 nA* 输入失调电流 50 nA* 输入失调电压 2.9mV* 输入共模电压最大值 VCC1.5 V* 共模抑制比 80dB* 电源抑制比 100dB（ 4） ADC0809 与与与与 AT89C52 的连接的连接的连接的连接（ 1） ADC0809 的 地 址 选 择 线 add_A 接 P0.0 ， add_B 接P0.1,add_C接 P0.2。（2）单片机的ALE端通过74LS74 进行4 分频后接到ADC0809 的时钟线 CLOCK 端。（ 3） 单 片机的 P2.0 和

19、 P3.6(WR) 由 74LS02“或 非 ”后 接至ADC0809 的 ALE 和 START 端；P2.0 和 P3.7(RD) 由 74LS02“或非”后接至 ADC0809 的 OE 端；而 ADC0809 的 EOC 端则通过74LS02“非”后接至单片机的INT0（P3.2）端，作为查询或钟断申请用四、单元电路（含传感器选型和电路）的设计与说明晶体二极管或三极管的PN 结的结电压是随温度变化的，PN 结型温度传感器就是利用半导体材料的温度特性， 来实相现对温度的检测，控制和补尝功能的。硅管的 PN 结的结电压在温度每升高 1时，下降 2 mV。利用这种特性，一般可以直接采用二极管

20、（如 1N4148）或硅三极管（将集电极和基极短接）替换二极管来做 PN 结温度传感器。 PN 结传感器有较好的线性， 尺寸小，其热时间常数为0.22 S ，灵敏度高；测温范围为-50+150。温度变换电路测温电路的调整：将 PN 结传感器插入装有冰水混合物的广口瓶中，等温度稳定，调整 W1，使数码管显示 0； 将 PN 结传感器插入 100的开水中，调整 W2，使数码管显示 100；若开水不是 100 度时，可按水银温度计上的读数调整 W2，使器显示与水银温度计的值相同， 在将传感器放入冰水混和物中， 等稳定后看是否位 0，不为 0 则再调整 W1，然后再放入开水中，看是否为 100，经过几

21、次反复调整即可4. 电路原理图如下图五、监控软件设计与说明软件设计部分程序流程图程序如下（注：已经过实测工作正常）：程序/*本程序为 PN 结测温的应用 ,对于 ADC0809 的寻址采用 _at_关键字对外部数据存储空间进行访问， LED 动态扫描显示 ,测温范围为 -50150 摄氏度摄氏度摄氏度摄氏度，采用查询方式。*#include<reg52.h>/导入寄存器定义头文件typedef unsigned char uchar;/用 uchar 带表 unsigned charuchar volatile xdata adc0809 _at_ 0xfef8; / 定义一个访问

22、 ADC0809 的地址指针变量sbit eoc=P32;/ADC0809 中断申请端，低电平有效float indata=0.0;/ 存放读入的模拟量转换成的数字量uchar disp,dispx3,sample10,jsq=0; / 存放需显示 ,分解后的显示数据 ,采样数组 ,采样计数器Ucharcodeled_code=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0xbf,0xff;/共阳数码管0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,-,熄灭 .void r_adc0809(

23、);/读void tempconv();/将ADC0809 ADC0809的涵数声明转换后的数字量再转换成与之对应的模拟量的涵数声明void led_disp(uchar i);void tim_1ms(uchar tim);/LED /1MS动态扫描显示涵数声明延时涵数声明void average(void);/求平均值函数/*-函数名称：main函数说明：入口参数：出口参数：其它：-*/main()r_adc0809();/调读ADC0809的转换涵数tempconv(); /调将ADC0809转换后的数字量再转换成与之对应的模拟量的涵数m1:r_adc0809();if(jsq>=

24、10)/判断10 次采样完成没average();jsq=0;/采样计数器清清 0tempconv();led_disp(3);goto m1;/ 调 LED 动态扫描显示涵数/跳转到标号跳 m1 处继续执行处/*-函数名称： r_adc0809函数说明： ADC0809 转换函数，采用查询方式 ,P0 口为数据输入端口，寻址采用绝对地址访问方式入口参数：出口参数： indata其它：-*/void r_adc0809()adc0809=0;/启动 ADC0809 进行模数转换while(eoc=1);/等待转换结束P0=0xff;/ 准备接收数据samplejsq=adc0809;/读入转换

25、后的数字量jsq+;/*-函数名称：函数说明：入口参数：出口参数：average用于求 10 次采样结果的平均值次sample为采样结果保存数组indata 为计算后的平均值其它：-*/void average(void)uchar i,j,a;for(j=0;j<=10;j+)/将采样结果按从小到大的顺序排列，总共需排序100 次for(i=0;i<=8;i+)if(samplei>samplei+1)a=samplei;samplei=samplei+1;samplei+1=a;for(i=1;i<=8;i+)/求采样的平均值，去掉一个最小值和最大值indata+=

26、samplei;/8 次结果相加indata/=8;/相加的结果除以 8 即得到平均值/*-函数名称： tempconv函数说明：数据转换函数，用于将ADC0809 转换后的数字量转换成与之对应的模拟量，最后将其分解为 LED 显示用的数据并做一些显示处理入口参数： indata 为 ADC0809 转换后的数字量出口参数： dispx 为分解后的 LED 显示数据其 它：-*/void tempconv()if(indata<=0x40)/判断读入的数据是否大于零,大于则执行else后的语句后的/负值indata=indata*0.78125; /乘以实际的模拟量与数字量的比值 ind

27、ata=50-indata; /50 减去转换后的值就等于时际值 disp=indata;dispx2=0x0e;/将显示数据分解成与LED 显示相对应的每一位dispx1=disp/10;dispx0=B;if(dispx1=0)/判断 LED 显示的十位是否为零， 若等于零则百位不显示而十位显示 "-" 号dispx2=0x0f;/熄灭dispx1=0x0e;/"-"if(disp=0) dispx1=0x0f;/个位为零则十位与百位都不显示十位与百位都不显示else/正值indata=indata*0.78125;indata=indata-50;disp=indata;dispx2=disp/100;dispx1=B;dispx1=d