單片機課設(shè)AD590溫度傳感器

1、摘要所要設(shè)計的為AD590溫度傳感器，并通過A/D轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)字信號。再通過單片機編程，最后通過LED顯示器顯示當前溫度。本文介紹了基于AD590與8051單片機的一種溫度采集系統(tǒng)，該電路采用ADC0809作為A/D轉(zhuǎn)換元件，將AD590采集的模擬溫度信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，傳輸?shù)絾纹瑱C內(nèi)部，最后通過共陰極LED顯示出來，溫度測量范圍099。要求能夠正確的顯示溫度傳感器的溫度。使用3位LED模塊顯示，顯示測量溫度數(shù)值。目錄第一章 溫度采集11.1AD590測溫原理.11.2測量電路設(shè)計2第二章 A/D轉(zhuǎn)換器件.52.1 AD590簡介.5第三章 控制器件介紹.8第四章 顯示器件介紹9第五章 硬件電

2、路設(shè)計10參考文獻11附錄12第一章 溫度采集器件1.1 AD590測溫原理AD590是一恒定源器件，輸出的電流值與它所測的絕對溫度有精確的線性關(guān)系。由于廠家生產(chǎn)時采用激光微調(diào)來校正集成電路內(nèi)的薄膜電阻，使其在攝氏零度（對應絕對溫度為273.2K）輸出電流為273.2uA，靈敏度為1 uA/K，當其感受溫度升高或降低時，輸出電流為1 uA/K的增大或減少，從而將被測溫度線性轉(zhuǎn)換為電流形式輸出，在測量電路中，將其電流轉(zhuǎn)換成電壓，則可用電壓形式來表示溫度的大小。由于AD590輸出電流設(shè)計為開氏溫標對應，而且工作電壓范圍大，因此，在實際應用中應注意以下幾個問題。AD590在攝氏零度時，輸出電流值為2

3、73.2uA，它與熱力學溫度273.2K相對應。而人們習慣用攝氏溫標表示溫度，攝氏溫標與開氏溫標轉(zhuǎn)換關(guān)系即 T（K）=273.2+t() (1.1)在信號處理時，將開氏溫度轉(zhuǎn)換為攝氏溫度。AD590的工作電壓可以在4V30V范圍內(nèi)選用，但某一工作電壓一經(jīng)確定后，應盡可能使其穩(wěn)定，因為工作電壓波動將引起AD590輸出電流在一定程度上的相對漂移，造成測量誤差。AD590輸出電流在遠距離傳輸時，雖然它對導線產(chǎn)生的壓降不敏感，但應避免傳輸導線回路受電磁干擾影響產(chǎn)生感應電動勢而導致回路電流變換，造成測量誤差。由于AD590的溫度變化范圍在-55+150之間，經(jīng)過10K之后采樣到的電壓變化在2.182V4

4、.232V之間，不超過5V電壓表示的范圍，因此參考電壓取電源電壓VCC（實測VCC=4.70V）。由此可計算出經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換之后的攝氏溫度現(xiàn)實的數(shù)據(jù)。由于AD590的增益有偏差，電阻也有偏差，因此應對電阻進行調(diào)整。調(diào)整的方法為：把AD590放于冰水混合物中調(diào)整電位器，值如下表示：攝氏溫度AD590電流經(jīng)10K電壓0273.2uA2.732V10283.2uA2.832V20293.2uA2.932V30303.2uA3.032V40313.2uA3.132V50323.2uA3.232V60333.2uA3.332V100373.2uA3.732V表1.1 溫度與電流關(guān)系1.2測量電路設(shè)計AD

5、590對溫度變化體現(xiàn)為電流變化，溫度和電流呈線性關(guān)系，而A/D轉(zhuǎn)換器采集的為電壓信號，因此需要有電流電壓轉(zhuǎn)換電路，將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，轉(zhuǎn)換電路如圖1.2所示圖1.2 電流電壓轉(zhuǎn)換電路圖中電容C4起濾波作用。該電路中，考慮到測溫范圍是0度至5050度，而AD590輸出電壓范圍為05V，故電阻R2取3.3 K，其中R2是滑動變阻器，精度高于R3，電阻R4取100 K，R5取50 K，R4 是滑動變阻器，精度高與R5，R6取33 K。運放是溫度電壓變換電路，為測試方便，設(shè)計時將0度時的輸出電壓定為0V，每升高一度輸出電壓上升100mV，與 電壓之間的關(guān)系為：U=K(T-T0)V (1.2)式中

6、，K比例系數(shù)，K=0.98V/度，T環(huán)境溫度，單位為度，T0測溫下限0度。由圖2.9設(shè)流過R2、R3電流為I1，流過傳感器電流為I2，通過R4、R5電流為I3。由分流得：I3=I2-I1 (1.3)由于AD590測得溫度為開氏溫度必須轉(zhuǎn)換為攝氏溫度，式見（1.1）當T=+50度和T=0度時，變換電路輸出電壓上限Umax=5V，電壓下限為Umin=0V,實現(xiàn)的方法是:首先調(diào)整R2，使得I1 =273.2uA。當溫度為0度時，通過AD590的電流I2=273.2uA，此時I3=0uA，R4、R5上無壓降，即輸出電壓為0V。當環(huán)境溫度為50度時，流過AD590的電流為323.2uA,此時，I3 =I

7、2-I1=50uA，調(diào)整R4，使R4+R5=98千歐，有(R4+R5)I3=4.9V.同樣，可以計算出其余各溫度所對應的輸出電壓具體對應數(shù)值見表1.2：表1.2溫度與輸出電壓值標定方法：（1） 斷開圖中M1點，串入微安表，調(diào)整電位器R2，使微安表讀數(shù)為273.3uA，取下微安表，接通M1點。（2） 將AD590至于50度水中，調(diào)整R4，使M2點電壓為4.9V。（3） 將AD590至于0度冰水混合物中，測試M2點電壓為0V。（4） 再將AD590至于50度溫度場中，測試M2點電壓應為4.9V，如有偏離，可微調(diào)電位器R4，使M2點電壓為4.9V。（5） 重復（2）（3）（4）二到三次，就可以使M2

8、點電壓保持0度時的0V、+50V度時的4.9V。系統(tǒng)對放大電流要求低調(diào)、低漂移、高精度，可選用高精度集成運放。OP07為失調(diào)電壓、低失調(diào)電流和低漂移的超低失調(diào)運算放大器，其增益和共模抑制比高，噪聲小，它的電源電壓±3V±18V，其廣泛用于穩(wěn)定積分、精密加法比較，法制電壓，檢測，微弱信號精確放大場合，是一種通用性極強的運算放大器。本系統(tǒng)用它作運放。第二章 A/D轉(zhuǎn)換器件2.1 ADC0809簡介ADC0809是美國國家半導體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個

9、進行A/D轉(zhuǎn)換。是目前國內(nèi)應用最廣泛的8位通用A/D芯片 1主要特性1）8路輸入通道，8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位。 2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫恕?3）轉(zhuǎn)換時間為100s(時鐘為640kHz時)，130s（時鐘為500kHz時） 4）單個+5V電源供電 5）模擬輸入電壓范圍0+5V，不需零點和滿刻度校準。 6）工作溫度范圍為-40+85攝氏度 7）低功耗，約15mW。 2內(nèi)部結(jié)構(gòu)ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖如圖所示。  圖 2.1 ADC0809內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖中多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用一個A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換，這是一種經(jīng)濟的多路數(shù)

10、據(jù)采集方法。地址鎖存與譯碼電路完成對A、B、C 3個地址位進行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道選擇，其轉(zhuǎn)換結(jié)果通過三態(tài)輸出鎖存器存放、輸出，因此可以直接與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連，表2-1為通道選擇表。 表2-1 通道選擇表3信號引腳    ADC0809芯片為28引腳為雙列直插式封裝，其引腳排列見圖9.8。    對ADC0809主要信號引腳的功能說明如下：IN7IN0模擬量輸入通道ALE地址鎖存允許信號。對應ALE上跳沿，A、B、C地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。START轉(zhuǎn)換啟動信號。START上升沿時，復位ADC0809；START

11、下降沿時啟動芯片，開始進行A/D轉(zhuǎn)換；在A/D轉(zhuǎn)換期間，START應保持 低電平。本信號有時簡寫為ST.A、B、C地址線。 通道端口選擇線，A為低地址，C為高地址，引腳圖中為ADDA，ADDB和ADDC。其地址狀態(tài)與通道對應關(guān)系見表9-1。CLK時鐘信號。ADC0809的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號由外界提供，因此有時鐘信號引腳。通常使用頻率為500KHz的時鐘信號EOC轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。EOC=0,正在進行轉(zhuǎn)換；EOC=1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。使用中該狀態(tài)信號即可作為查詢的狀態(tài)標志，又可作為中斷請求信號使用。D7D0數(shù)據(jù)輸出線。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機的數(shù)據(jù)線直接相連。D0為最低位，D7為最高

12、OE輸出允許信號。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻；OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。Vcc +5V電源。 Vref參考電源參考電壓用來與輸入的模擬信號進行比較，作為逐次逼近的基準。其典型值為+5V(Vref(+)=+5V, Vref(-)=-5V).第三章 控制器介紹3.1 8051單片機簡介MCS-51是標準的40引腳雙列直插式集成電路芯片，引腳分布請參照-單片機引腳圖： 。   P0.0P0.7 P0口8位雙向口線（在引腳的3932號端子）。 P1.0P1.7 P1口8位雙向口線（在引腳的18號端子）。 P2.0P2.7 P2口

13、8位雙向口線（在引腳的2128號端子）。 P3.0P3.7 P3口8位雙向口線（在引腳的1017號端子）RST 復位信號：當輸入的信號連續(xù)2個機器周期以上高電平時即為有效，用以完成單片機的復位初始化操作，當復位后程序計數(shù)器PC=0000H，即復位后將從程序存儲器的0000H單元讀取第一條指令碼。 XTAL1和XTAL2 外接晶振引腳。當使用芯片內(nèi)部時鐘時，此二引腳用于外接石英晶體和微調(diào)電容；當使用外部時鐘時，用于接外部時鐘脈沖信號。 VCC：電源+5V輸入 VSS：GND接地。第四章 顯示器件在本設(shè)計任務書中采用的是動態(tài)顯示方式。原因及原理介紹如下：動態(tài)顯示驅(qū)動：數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應

14、用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃"a、b、c、d、e、f、g、dp"的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二

15、極管的余輝效應，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。第五章 硬件電路設(shè)計參考文獻1proteus在MCS-51&ARM7系統(tǒng)中的應用百例，電子工業(yè)出版社，周潤景2單片機原理及應用，國防工業(yè)出版社，張淑清等編著3傳感器原理與應用，高等教育出版社，黃賢武編著4單片機原理與接口技術(shù).華東理工大學出版社，劉軍編著附錄程序流程如下：顯示數(shù)值轉(zhuǎn)換輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果轉(zhuǎn)換結(jié)束？啟動AD轉(zhuǎn)換開始選擇ADC0808的轉(zhuǎn)換通道否程序如下：LED_0 EQU 30HLED_

16、1 EQU 31HLED_2 EQU 32HADC EQU 35HST BIT P3.0EOC BIT P3.1OE BIT P3.2 ORG 00H LJMP INT_T0START: MOV LED_0，#00H MOV LED_1，#00H MOV LED_2，#00H MOV DPTR,#TABLE WAIT : JNB EOC,$ SETB OE MOV ADC,P1 CLR OE MOV A,ADC MOV B,#100 DIV AB MOV LED_2，A MOV A,B MOV B.#10 DIV AB MOV LED_1，A MOV LED_0，B LCALL DISP SJMP WAITDISP: MOV A,LED_0 MOVC A,A+DPTR CLR P2.2 MOV P0，A LCALL DELAY SETB P2.