數(shù)字溫度計設計

1、電子綜合設計-數(shù)字溫度計電子綜合課程設計數(shù)字溫度計指導教師： 學 生： 學 院：自動化學院專 業(yè)：自動化班 級：2008級7班2011年3月10日目錄摘要2一、 設計任務2二、 設計要求2三、 方案討論及元件選擇2四、 設計原理3五、 調試7六、 優(yōu)缺點總結8七、 設計總結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，單片機技術已經(jīng)普及到我們的生活、工作、科研等各個領域。已成為一種成熟的技術，本設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，可以設置上下報警溫度，但溫度不在設置范圍內時進行報警，同時可以顯示不同單位下

2、的溫度。關鍵詞：單片機、溫度計、AD590、AT89C51一、 設計任務設計一個可測量一定溫度范圍的溫度計，并顯示當前溫度。二、 設計要求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，導致電流變化（1uA/），經(jīng)過OPA電路轉換為電壓變化。輸入電壓經(jīng)A/D轉換后，其值送給單片機AT89C51處理，轉換為溫度值動態(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。其關系圖如下表一。所以需要轉換為電壓，再經(jīng)過處理后送給ADC0809轉換。下面是AD950傳感器輸出電壓與電流的關系表一：AD590傳感器輸出電壓與電流的關系攝氏溫度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結合使用實現(xiàn)。四、 設計原理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，需要設計不同的OPA運算電路，要實現(xiàn)對8個檢測點監(jiān)控，須設計8個OPA運算電路，在此我們設計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換，為使校正電路的輸入阻抗不影響轉換的電壓，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： 通過調節(jié)R2的值，即可實現(xiàn)減去0對應的電壓。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。 主要由電流電壓轉換電路、阻抗匹配電路、電壓比較器、校正電路、模擬開關選擇和放大電路組成。電流電壓轉換電路、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的電壓。零上校正電路實現(xiàn)減去0對應的電壓，零下校正電路實現(xiàn)減去-51對應的電壓。電壓比較器用于判別是否是零下溫度所對應的電壓，并將結果送給單片機P2.7口與模擬開關，用運放實現(xiàn)如圖三。模擬開關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，還會是它每次轉換后自動啟動下一次轉換，而無須每次轉換均要單片機啟動，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BCD碼、BCD碼轉攝氏溫度T程序、攝氏溫度T轉華氏溫度F程序、攝氏溫度T轉開氏溫度K程序、零下溫度轉換程序、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碼轉攝氏溫度T程序：通道0的測量溫度范圍為0102，0對應的采樣數(shù)為0，102對應的采樣數(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)，所以調用BCD-T（乘2程序）；而通道1對于零上溫度則只需調用一次BCD-T。攝氏溫度T轉華氏溫度F程序T-F：華氏溫度值F與攝氏T放入轉換關系為：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的轉換。 攝氏溫度T轉開氏溫度K程序：T與K的轉換關系為：K=T+273.1，加法運算很容易實現(xiàn)。（2）零下溫度轉換程序：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對應的電壓，所以，零下溫度轉換程序就是用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、調試根據(jù)上述原理設計完硬件，編寫好程序后，在不存在虛焊和連線錯誤的情況下，要完好的得出結果，還需要經(jīng)過長時間的調試。在調試過程中，我們

12、發(fā)現(xiàn)了以下問題：1、 AD590溫度傳感器的0對應的電壓（經(jīng)過10千歐的電阻）并非為2.732V，不同傳感器對應的電壓不同，所以要根據(jù)電壓調節(jié)校正電路的電位器。2、 ADC0809的轉換開始信號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，而導致AD轉換器不能正常啟動工作。3、 軟件的顯示程序中，要合理的調整延時時間，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)缺點總結上述設計方法完全能實現(xiàn)

13、基本要求、提高要求以及自己的發(fā)揮部分。綜觀全設計，我們總結如下：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、的顯示轉換3、 實現(xiàn)過高溫度的報警設計當然，我們的設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)零下溫度的設計。七、設計體會通過本次為期三周的電子綜合設計實踐，使我們在硬件、軟件方面都有了一定的提高，這也是本次設計最重要的目的。雖然從開始確定方案到設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、終完成了本次設計。同時在設計過程中也鍛煉了我們全組成員的團隊意識，在設計過程中我們分工明確，大家都各司其職，同時又相互討論，這也使得我們的設計圓滿的完成了。在此也要特別感謝一直指導我們的劉海濤老師，劉老師給了我們很大的幫助和指導，可以說沒有劉老師的指導就沒有我們的設計，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轉換使用 LCALL DISP RET;攝氏轉華氏：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,