數(shù)字溫度計設(shè)計

1、電子綜合設(shè)計-數(shù)字溫度計電子綜合課程設(shè)計數(shù)字溫度計指導(dǎo)教師： 學(xué) 生： 學(xué) 院：自動化學(xué)院專 業(yè)：自動化班 級：2008級7班2011年3月10日目錄摘要2一、 設(shè)計任務(wù)2二、 設(shè)計要求2三、 方案討論及元件選擇2四、 設(shè)計原理3五、 調(diào)試7六、 優(yōu)缺點總結(jié)8七、 設(shè)計總結(jié)8八、 附錄9附錄一:程序清單9附錄二：總電路圖18附錄三：元件清單19摘要 隨著時代的進步與發(fā)展，單片機技術(shù)已經(jīng)普及到我們的生活、工作、科研等各個領(lǐng)域。已成為一種成熟的技術(shù)，本設(shè)計報告將介紹一種基于單片機控制的數(shù)字溫度計，本溫度計屬于多功能溫度計，可以設(shè)置上下報警溫度，但溫度不在設(shè)置范圍內(nèi)時進行報警，同時可以顯示不同單位下

2、的溫度。關(guān)鍵詞：單片機、溫度計、AD590、AT89C51一、 設(shè)計任務(wù)設(shè)計一個可測量一定溫度范圍的溫度計，并顯示當(dāng)前溫度。二、 設(shè)計要求1、 基本要求（1） 可測量溫度范圍：000.0102.0（2） 溫度分辨力：0.4（3） 測量相對誤差：2%（4） 用數(shù)碼管實時顯示被測溫度2、 提高要求（1） 實現(xiàn)高低溫報警功能（2） 實現(xiàn)不同單位下的溫度轉(zhuǎn)換三、 方案討論及元件選擇1、 方案概述溫度傳感器AD590因溫度變化，導(dǎo)致電流變化（1uA/），經(jīng)過OPA電路轉(zhuǎn)換為電壓變化。輸入電壓經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，其值送給單片機AT89C51處理，轉(zhuǎn)換為溫度值動態(tài)顯示。2、 分部討論(1) 溫度傳感器本方案采用

3、AD590溫度傳感器，它產(chǎn)生的電流與絕對溫度成正比。它可接受的工作電壓為4V30V，檢測的溫度范圍為-55+150，它有非常好的線性輸出特性：溫度每增加1，其電流增加1uA。其關(guān)系圖如下表一。所以需要轉(zhuǎn)換為電壓，再經(jīng)過處理后送給ADC0809轉(zhuǎn)換。下面是AD950傳感器輸出電壓與電流的關(guān)系表一：AD590傳感器輸出電壓與電流的關(guān)系攝氏溫度ADC590輸出電流（uA）經(jīng)過10千歐的電阻的電壓（V）0273.2 2.73210283.2 2.83220293.2 2.93230298.2 2.98240303.2 3.03250313.2 3.13260323.2 3.23280333.23.33

4、2100373.2 3.732（2）OPA運算電路此部分電路完成對AD590輸出電流的處理，主要采用運放HA17741。此方案的處理方法為：先將ADC590的輸出電流轉(zhuǎn)換為電壓，然后經(jīng)過校正電路減去0的電壓值，再放大后送給ADC0809。（3）A/DC電路 基本要求只需要一路輸入，可用ADC0809。為實現(xiàn)提高要求及發(fā)揮部分，本方案采用ADC0809，它有8路輸入通道，可實現(xiàn)多點測量。ADC080的相對電壓值為5.12V（一般接5V即可），其時鐘輸入可為100KHz640 KHz，可用反向器或555定時器實現(xiàn)，本方案采用555定時器得到500MHz的時鐘送給ADC0809工作。（4）單片機I/

5、O口資源 本方案采用51系列單片機89C51。因為無需擴展外部RAM，為簡化電路?？芍苯佑萌齻€口向A/DC送通道地址號，再加上述要求，單片機所需I/O口資源如下：數(shù)據(jù)口P0：動態(tài)顯示：段選P1.0P1.3，位選P1.4P1.7；啟動ADC0809：P2.0；攝氏、華氏、開氏顯示表示P2.1、P2.2；零下溫度顯示表示：P2.3；ADC通道地址號輸入：P2.4P2.6；零下溫度輸入標志：P2.7；報警輸出端：P3.0；攝氏、華氏、開氏轉(zhuǎn)換INT1；通道選擇INT0;（5）動態(tài)顯示通過單片機P1口與七段顯示譯碼器4511結(jié)合使用實現(xiàn)。四、 設(shè)計原理1、 硬件部分（1）OPA運算電路 此部分電路是本

6、課題硬件電路的核心部分，它要完成對AD590輸出電流的處理，根據(jù)檢測點的不同要求，需要設(shè)計不同的OPA運算電路，要實現(xiàn)對8個檢測點監(jiān)控，須設(shè)計8個OPA運算電路，在此我們設(shè)計2個通道，完成不同的要求，原理分別如下： 通道0：主要完成基本要求，測量溫度范圍000.0102，分辨力0.4，相對誤差2%，電路如圖4。 主要由電流電壓轉(zhuǎn)換電路、阻抗匹配電路、校正電路和放大電路組成。將AD590輸出電流經(jīng)過10千歐的電阻即完成了電流電壓轉(zhuǎn)換，為使校正電路的輸入阻抗不影響轉(zhuǎn)換的電壓，必須進行阻抗匹配。阻抗匹配電路由運放實現(xiàn)：正向端（3腳）輸入電壓，反向端（2腳）與輸出端（6腳）直接相連。校正電路由一加法電

7、路實現(xiàn)，電路如圖一。反向端通過兩電阻R1,R2輸入兩路電壓，一端為輸入信號,另一端為-12V電壓，輸出電壓的計算公式為： 通過調(diào)節(jié)R2的值，即可實現(xiàn)減去0對應(yīng)的電壓。圖表 1 校正電路圖表 2 放大電路放大電路用運放實現(xiàn)5倍放大，如圖二。輸出電壓計算公式為 改變的值可改變放大倍數(shù)通道1：主要完成提高要求和發(fā)揮部分，測量溫度范圍-50+51，分辨力0.2，并與其他通道一起實現(xiàn)多個檢測點的實時測量和分檔測量，電路如圖5。 主要由電流電壓轉(zhuǎn)換電路、阻抗匹配電路、電壓比較器、校正電路、模擬開關(guān)選擇和放大電路組成。電流電壓轉(zhuǎn)換電路、阻抗匹配電路、校正電路和放大電路（放大10倍）與通道哦阿德相同，其中，阻

8、抗匹配電路有3個，2個用于送電壓給校正電路，另一個用于模擬開關(guān)與放大電路的匹配，校正電路有2個，分別校正零上和零下溫度對應(yīng)的電壓。零上校正電路實現(xiàn)減去0對應(yīng)的電壓，零下校正電路實現(xiàn)減去-51對應(yīng)的電壓。電壓比較器用于判別是否是零下溫度所對應(yīng)的電壓，并將結(jié)果送給單片機P2.7口與模擬開關(guān)，用運放實現(xiàn)如圖三。模擬開關(guān)用于選擇校正電路輸出的兩路電壓，經(jīng)匹配后送給放大電路。圖表 3 電壓比較器（2）ADC電路AD0809的ALE、EOC、START相連，OE接高電平不僅使AD0809上電自動啟動，還會是它每次轉(zhuǎn)換后自動啟動下一次轉(zhuǎn)換，而無須每次轉(zhuǎn)換均要單片機啟動，但為防止上電啟動不可靠，將START與

9、單片機的P2.0相連，上電后，由單片機再次啟動。CLK由555定時器提供。（3）動態(tài)顯示電路由單片機的P1口與七段顯示譯碼4511實現(xiàn)，電路見總圖。圖表 4 0通道OPA電路圖表 5 1通道OPA電路2、軟件部分軟件部分主要包括初始化程序，啟動ADC程序、ADC采樣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)BCD碼、BCD碼轉(zhuǎn)攝氏溫度T程序、攝氏溫度T轉(zhuǎn)華氏溫度F程序、攝氏溫度T轉(zhuǎn)開氏溫度K程序、零下溫度轉(zhuǎn)換程序、報警程序、中斷程序、顯示程序、延時程序等，具體見附錄。其中下列程序的編程方法做以下說明：（1）BCD碼轉(zhuǎn)攝氏溫度T程序：通道0的測量溫度范圍為0102，0對應(yīng)的采樣數(shù)為0，102對應(yīng)的采樣數(shù)為255，分辨力為0.4，故

10、將采樣數(shù)乘0.4即得攝氏溫度數(shù)，所以調(diào)用BCD-T（乘2程序）；而通道1對于零上溫度則只需調(diào)用一次BCD-T。攝氏溫度T轉(zhuǎn)華氏溫度F程序T-F：華氏溫度值F與攝氏T放入轉(zhuǎn)換關(guān)系為：8位單片機要直接實現(xiàn)乘9除5很困難，我們采用的方法是先將攝氏溫度值T乘以8（3次調(diào)用BCD-T）,再除以10（右移4位），然后將所得的值加原值T，這樣就實現(xiàn)了乘以9/5，再加上32就完成了T與F的轉(zhuǎn)換。 攝氏溫度T轉(zhuǎn)開氏溫度K程序：T與K的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：K=T+273.1，加法運算很容易實現(xiàn)。（2）零下溫度轉(zhuǎn)換程序：單片機判斷P2.7口為低電平時，執(zhí)行零下溫度程序，因為零下溫度時，OPA運算電路中的校正電路是將輸入電壓

11、減去-51對應(yīng)的電壓，所以，零下溫度轉(zhuǎn)換程序就是用51減去所得的BCD值。（3）報警程序：對所得的溫度進行判斷，若通道0的溫度超過90，即驅(qū)動蜂鳴器報警（P3.0口）；若通道1的溫度超過40就報警。（4）中斷程序：INT0接通道號選擇按鍵，中斷一次，RAM中通道號存儲區(qū)20H的值加1，為7時清0；INT1接攝氏、華氏、開氏顯示方式設(shè)定按鍵，中斷一次，RAM中顯示方式存儲區(qū)22H的值加一，為2時清0，00H表示顯示攝氏，01H表示顯示華氏，02H表示顯示開氏。五、調(diào)試根據(jù)上述原理設(shè)計完硬件，編寫好程序后，在不存在虛焊和連線錯誤的情況下，要完好的得出結(jié)果，還需要經(jīng)過長時間的調(diào)試。在調(diào)試過程中，我們

12、發(fā)現(xiàn)了以下問題：1、 AD590溫度傳感器的0對應(yīng)的電壓（經(jīng)過10千歐的電阻）并非為2.732V，不同傳感器對應(yīng)的電壓不同，所以要根據(jù)電壓調(diào)節(jié)校正電路的電位器。2、 ADC0809的轉(zhuǎn)換開始信號START與完成信號EOC需要分開接，避免二者的高低電平互相影響，而導(dǎo)致AD轉(zhuǎn)換器不能正常啟動工作。3、 軟件的顯示程序中，要合理的調(diào)整延時時間，使得數(shù)碼管顯示時既不閃爍也不跳變的過快，而影響讀數(shù)。4、 中斷程序要合理的延時，以防抖動。編寫程序時，要考慮全面，防止切換通道和改變顯示方式時數(shù)據(jù)的影響。5、 編寫程序時，要考慮全面，防止切換通道和改變顯示方式時數(shù)據(jù)的影響。六、優(yōu)缺點總結(jié)上述設(shè)計方法完全能實現(xiàn)

13、基本要求、提高要求以及自己的發(fā)揮部分。綜觀全設(shè)計，我們總結(jié)如下：優(yōu)點：1、 完成了全部的基本要求和部分提高要求；2、 實現(xiàn)攝氏、華氏、開氏、的顯示轉(zhuǎn)換3、 實現(xiàn)過高溫度的報警設(shè)計當(dāng)然，我們的設(shè)計中也存在不少問題，例如，由于無法提供穩(wěn)壓管校正電路的校正電壓是直接使用運放的工作電壓-12V及其分壓，這樣，電源電壓的變化會對溫度檢測造成影響。同時也沒能實現(xiàn)零下溫度的設(shè)計。七、設(shè)計體會通過本次為期三周的電子綜合設(shè)計實踐，使我們在硬件、軟件方面都有了一定的提高，這也是本次設(shè)計最重要的目的。雖然從開始確定方案到設(shè)計完成這一過程中有著很多的問題的和疑問，但我們通過查資料、大家討論、向老師請教等多種方法渠道最

14、終完成了本次設(shè)計。同時在設(shè)計過程中也鍛煉了我們?nèi)M成員的團隊意識，在設(shè)計過程中我們分工明確，大家都各司其職，同時又相互討論，這也使得我們的設(shè)計圓滿的完成了。在此也要特別感謝一直指導(dǎo)我們的劉海濤老師，劉老師給了我們很大的幫助和指導(dǎo)，可以說沒有劉老師的指導(dǎo)就沒有我們的設(shè)計，再次感謝！同時也感謝實驗室的工作老師給我們的幫助！八、附錄附錄一：程序清單30H,31H為攝氏緩沖區(qū)；32H,33H為華氏緩沖區(qū)?4H,35H為開氏緩沖區(qū)；;20H為通道號存儲區(qū)；22H為顯示方式存儲區(qū)； ORG 0000H JMP MAIN ORG 0003H JMP INT0 ORG 0013H JMP INT1 ORG 0

15、020HMAIN: MOV SP,#40H LCALL INITLOOP: MOV A,20H MOV 21H,A SWAP A MOV B,A MOV A,P2 ANL A,#8FH ORL A,B ORL A,#01H MOV P2,ASTART1: LCALL START MOV R0,020HWAIT: JB P3.1, ADC DJNZ R0,WAIT AJMP START1ADC: CLR A JNB P0.0,ABC1 ADD A,#80H ABC1:JNB P0.1,ABC2 ADD A,#40H ABC2:JNB P0.2,ABC3 ADD A,#20H ABC3:JNB P

16、0.3,ABC4 ADD A,#10H ABC4:JNB P0.4,ABC5 ADD A,#08H ABC5:JNB P0.5,ABC6 ADD A,#04H ABC6:JNB P0.6,ABC7 ADD A,#02H ABC7:JNB P0.7,ABC8 ADD A,#01H ABC8:MOV 36H,A LCALL CONV LCALL WARN AJMP LOOP;初始化程序INIT: SETB EA SETB EX0 SETB IT0 SETB EX1 SETB IT1 MOV 20H,#00H MOV 22H,#00H MOV P1,#0F8H CLR P2.1 CLR P2.2 C

17、LR P2.3 CLR P3.0 RET;啟動A/DSTART: CLR P2.0 LCALL DELAY SETB P2.0 LCALL DELAY CLR P2.0 LCALL DELAY RET;采樣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序：入口21H，出口30H,31H,32H,33YH,34H,35HCONV: MOV A,21H MOV DPTR,#TAB RL A JMP A+DPTRTAB: AJMP CON0 AJMP CON1 AJMP CON2 AJMP CON2 AJMP CON2 AJMP CON2 AJMP CON2 AJMP CON2CON0: LCALL H_BCD MOV R1,#02H

18、 LCALL BCD_T MOV 30H,36H MOV 31H,37H LCALL DISP LCALL T_F LCALL T_K AJMP QUIT0CON1: LCALL H_BCD MOV R1,#01H LCALL BCD_T MOV 30H,36H MOV 31H,37H JB P2.7,N0 SETB P2.3 LCALL Z_F JMP NN0CON2: MOV 30H,#00H MOV 31H,#00H MOV 32H,#00H MOV 33H,#00H MOV 34H,#00H MOV 35H,#00H SETB P3.0 CLR P2.3 JMP QUIT0N0: CL

19、R P2.3NN0: LCALL T_F0 LCALL T_K0QUIT0: RET;8進制BCD碼轉(zhuǎn)換程序：入口 36H，出口 36H,37HH_BCD: MOV A,36H MOV B,#100 DIV AB MOV 37H,A MOV A,B MOV B,#10 DIV AB SWAP A ORL A,B MOV 36H,A RET;采樣BCD碼轉(zhuǎn)攝氏顯示BCD數(shù)據(jù)（乘N）：入口 36H，37H,R1(加的次數(shù));出口 36H,37HBCD_T: MOV A,36H ADD A,36H DA A MOV 36H,A MOV A,37H ADDC A,37H DA A MOV 7H,A D

20、JNZ R1,BCD_T RET;零下溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：入口 30H,31H,出口 30H,31HZ_F: MOV A,#10H CLR C SUBB A,30H MOV 10H,C JNB AC,N2 CLR C SUBB A,#06H MOV C,10HN2: JNC N3 CLR C SUBB A,#60HN3: MOV 30H,A MOV A,#05H MOV C,10H SUBB A,31H MOV 31H,A MOV 36H,30H MOV 37H,31H;以便T_F0,T_K轉(zhuǎn)換使用 LCALL DISP RET;攝氏轉(zhuǎn)華氏：入口36H,37H，出口32H,33HT_F: MOV R

21、1,#03H LCALL BCD_T MOV A,36H ANL A,#0F0H SWAP A MOV 36H,A MOV A,37H ANL A,#0FH SWAP A ORL A,36H MOV 36H,A MOV A,37H ANL A,#0F0H SWAP A MOV 37H,A MOV A,30H ADD A,36H DA A MOV 32H,A MOV A,31H ADDC A,37H DA A MOV 33H,A MOV A,32H ADD A,#20H DA A MOV 32H,A MOV A,33H ADDC A,#03H DA A MOV 33H,A LCALL DISP

22、RETT_F0: CLR P2.3 CLR C MOV B,#03H MOV A,33H SUBB A,B JC F2 CLR C MOV B,#20H MOV A,32H SUBB A,B DA A MOV 32H,A MOV B,#03H MOV A,33H SUBB A,B DA A MOV 33H,A SETB P2.3 LCALL DISP JMP QUIT1F2: CLR C MOV A,#20H MOV B,32H SUBB A,B DA A MOV 32H,A MOV A,#03H MOV B,33H SUBB A,B DA A MOV 33H,A LCALL DISPQUIT

23、1: RET;攝氏轉(zhuǎn)開氏：入口 30H,31H，出口34H,35HT_K: MOV A,30H ADD A,#31H DA A MOV 34H,A MOV A,31H ADDC A,#27H DA A MOV 35H,A LCALL DISP RETT_K0: MOV A,#31H MOV B,30H CLR C SUBB A,B DA A MOV 34H,A MOV A,#27H MOV B,31H SUBB A,B DA A MOV 35H,A LCALL DISP RET;超過量程報警程序WARN: MOV A,21H MOV DPTR,#TAB1 RL A JMP A+DPTRTAB1

24、: AJMP WARN0 AJMP WARN1 AJMP WARN2 AJMP WARN2 AJMP WARN2 AJMP WARN2 AJMP WARN2 AJMP WARN2WARN0: MOV A,31H CLR C SUBB A,#09H JC N4 SETB P3.0 ;超過90報警 JMP QUIT2N4: CLR P3.0 JMP QUIT2WARN1: MOV A,31H CLR C SUBB A,#04H ;超過40報警 JC N5 SETB P3.0 JMP QUIT2N5: CLR P3.0 JMP QUIT2WARN2: NOPQUIT2: RET;顯示程序DISP:

25、PUSH PSW SETB PSW.4 SETB PSW.3 MOV R7,#20HST: MOV R1,#02H MOV R2,#10000000B MOV A,22H CJNE A,#00H,W0 MOV R0,#30H CLR P2.2 CLR P2.1 JMP LP2W0: CJNE A,#01H,W1 MOV R0,#32H CLR P2.2 SETB P2.1 JMP LP2W1: MOV R0,#34H SETB P2.2 CLR P2.1LP2: MOV A,R0 ANL A,#0FH ORL A,R2 MOV P1,A LCALL DELAY MOV A,R2 RR A MOV R2,