數(shù)字式溫度傳感器設(shè)計(共20頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上數(shù)字式溫度計設(shè)計摘要本課題以AT89S51單片機(jī)系統(tǒng)為核心，對單點(diǎn)的溫度進(jìn)行實(shí)時檢測。采用型熱電偶對溫度進(jìn)行檢測；采用型熱電偶數(shù)字轉(zhuǎn)換器MAX6675把溫度信號調(diào)解轉(zhuǎn)換為電壓信號與AT89S51單片機(jī)接口設(shè)置LED八段數(shù)碼管實(shí)時顯示溫度值。本設(shè)計包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、型熱電偶、型熱電偶數(shù)字轉(zhuǎn)換器、溫度顯示模塊、按鍵命令輸入、報警裝置六個部分。文中對每個部分功能、實(shí)現(xiàn)過程作了詳細(xì)介紹。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；型熱電偶；數(shù)字轉(zhuǎn)換器MAX6675；溫度檢測目錄第一章 方案論證本方案以AT89S51單片機(jī)系統(tǒng)為核心，對單點(diǎn)的溫度進(jìn)行實(shí)時測量檢測。并采用型熱電偶作為溫度傳感器，溫度采集模

2、數(shù)轉(zhuǎn)換用型熱電偶數(shù)字轉(zhuǎn)換器MAX6675，命令輸入采用1*4獨(dú)立按鍵，用三個數(shù)碼管并行顯示實(shí)時溫度，再加蜂鳴器做聲音報警。溫度檢測整體系統(tǒng)整體框圖如下：1.1溫度檢測模塊本系統(tǒng)采用型熱電偶作為溫度傳感器，溫度采集模數(shù)轉(zhuǎn)換用型熱電偶數(shù)字轉(zhuǎn)換器MAX6675，型熱電偶具有精度高，測溫范圍廣，使用方便等優(yōu)點(diǎn)。MAX6675，它是一個集成了熱電偶放大器、冷端補(bǔ)償、A/D轉(zhuǎn)換器及SPI串口的熱電偶放大器與數(shù)字轉(zhuǎn)換器，可以直接與單片機(jī)接口，大大簡化系統(tǒng)的設(shè)計，保證了溫度測量的快速、準(zhǔn)確。本系統(tǒng)測溫范圍為099，精度為0.25。1.2溫度顯示模塊溫度顯示模塊采用3位數(shù)碼管并行顯示，數(shù)碼管并行顯示優(yōu)點(diǎn)是占用I

3、/O端口少，硬件電路簡單。1.3命令輸入模塊本系統(tǒng)有四個按鍵，分別是“SUB”、“ADD”、“設(shè)置”、“確認(rèn)”四個鍵位,按鍵輸入端口為P2.4P2.7，按鍵的中斷入口為INTO，觸發(fā)方式為低電平觸發(fā)。第二章 硬件設(shè)計2.1元件介紹2.1.1 MAX6675簡介（1） 主要功能MAX6675是具有冷端補(bǔ)償和A/D轉(zhuǎn)換功能的單片集成型熱電偶變換器，測溫范圍01024，主要功能特點(diǎn)如下： 直接將熱電偶信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號 具有冷端補(bǔ)償功能 簡單的SPI串行接口與單片機(jī)通訊 12位A/D轉(zhuǎn)換器、0.25分辨率 單一+5V的電源電壓 熱電偶斷線檢測 工作溫度范圍-20+85（2） 引腳功能MAX6675采

4、用SO-8封裝形式，有8個引腳，MAX6675的引腳如下圖所示。 （GND）接地 （T-）接熱電偶負(fù)極 （T+）接熱電偶正極 （VCC）電源端 （SCK）串行時鐘輸入端 （）片選端，使能啟動串行數(shù)據(jù)通訊 （SO）串行數(shù)據(jù)輸出端 （NC）未用。在VCC和GND之間接0.1F電容（3）工作原理MAX6675是一復(fù)雜的單片熱電偶數(shù)字轉(zhuǎn)換器，主要包括：低噪聲電壓放大器A1、電壓跟隨器A2、冷端溫度補(bǔ)償二極管、基準(zhǔn)電壓源、12位AD轉(zhuǎn)換器、SPI串行接口、模擬開關(guān)及數(shù)字控制器。其工作原理如下：K型熱電偶產(chǎn)生的熱電勢，經(jīng)過低噪聲電壓放大器A1和電壓跟隨器A2放大、緩沖后，得到熱電勢信號U1，再經(jīng)過S4送至

5、ADC。對于K型熱電偶，電壓變化率為(41V/)，電壓可由如下公式來近似熱電偶的特性。U1=(41V/)(T-T0)上式中，U1為熱電偶輸出電壓（mV），T是測量點(diǎn)溫度；T0是周圍溫度。再將溫度電壓值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的溫度值之前，對熱電偶的冷端溫度進(jìn)行補(bǔ)償，冷端溫度即是MAX6675周圍溫度與0實(shí)際參考值之間的差值。通過冷端溫度補(bǔ)償二極管，產(chǎn)生補(bǔ)償電壓U2經(jīng)S4輸入ADC轉(zhuǎn)換器。U2=(41V/)T0在數(shù)字控制器的控制下，ADC首先將U1、U2轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,即獲得輸出電壓U0的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)就代表測量點(diǎn)的實(shí)際溫度值T。這就是MAX6675進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償和測量溫度的原理。MAX6675內(nèi)部原理圖如下：

6、2.1.2 K型熱電偶K型熱電偶作為一種溫度傳感器，K型熱電偶通常和顯示儀表，記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器配套使用。K型熱電偶可以直接測量各種生產(chǎn)中從0到1300范圍的液體蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體的表面溫度。 K型熱電偶通常由感溫元件、安裝固定裝置和接線盒等主要部件組成。其優(yōu)點(diǎn)是： 測量精度高。因熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。 測量范圍廣。常用的熱電偶從-50+1600均可連續(xù)測量，某些特殊熱電偶最低可測到-269（如金鐵鎳鉻），最高可達(dá)+2800（如鎢-錸）。 構(gòu)造簡單，使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護(hù)套管，用起來非常方便。2.2 溫度信

7、號處理該溫度測量儀的型熱電偶溫度采集電路如圖所示。微控制器采用ATMEL公司的AT89S51。MAX6675的端接單片機(jī)的P0.6腳，低電平停止轉(zhuǎn)換，MAX6675準(zhǔn)備將數(shù)據(jù)輸出；SCK引腳接單片機(jī)的P0.5腳，為傳輸數(shù)據(jù)提供時鐘。無數(shù)據(jù)傳輸時，SCK應(yīng)置為低電平；SO引腳接單片機(jī)的P0.4腳，用于傳輸數(shù)據(jù)。在單片機(jī)的上述3個引腳各接一個4.7K的上拉電阻（由于該電阻在原理圖中采用排阻連接在報警電路，在下圖中沒有直觀表現(xiàn)），保證數(shù)據(jù)的可靠傳送。2.3 與單片機(jī)的通訊MAX6675采用標(biāo)準(zhǔn)的SPI串行外設(shè)總線與單片機(jī)接口。MAX6675從SPI串行接口輸出數(shù)據(jù)的過程如下：單片機(jī)使置為低電平，并提

8、供時鐘信號給SCK，由SO讀取測量結(jié)果。變低將停止任何轉(zhuǎn)換過程，變高將啟動一個新的轉(zhuǎn)換過程。將變低在SO端輸出第一個數(shù)據(jù)，一個完整串行接口讀操作需16個時鐘周期，在時鐘的下降沿讀16個輸出位，MAX6675 SO端輸出溫度數(shù)據(jù)的格式如圖所示。S0輸出位串行接口協(xié)議串行接口時序2.4 鍵盤電路的設(shè)計本設(shè)計采用1*4獨(dú)立按鍵。按鍵中斷入口為INT0，按鍵輸入端口為P2.4P2.7,其原理圖如下。按鍵為低電平觸發(fā)，即一個按鍵按下后相應(yīng)的兩個與門輸出低電平，從而中斷入口為低電平，響應(yīng)中斷，再根據(jù)不同的鍵值入口判斷相應(yīng)的按鍵操作。溫度上下限設(shè)置步驟為，按下SET鍵設(shè)置下限（ADD為加一，SUB為減一）按

9、下SURE鍵確認(rèn)下限設(shè)置上限按下SURE確認(rèn)鍵設(shè)置完成。2.5 LED顯示電路的設(shè)計在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，如果需要顯示的內(nèi)容只有數(shù)碼和某些字母，使用LED數(shù)碼管是一種較好的選擇。LED數(shù)碼管顯示清晰、成本低廉、配置靈活，與單片機(jī)接口簡單易行。本設(shè)計為動態(tài)掃描顯示方式，電路如下圖所示。顯示器由3個共陽（common anode）LED數(shù)碼管組成。它們是段選信號P1.0P1.7和位選信號T1、WR、WD。LED數(shù)碼管顯示原理圖2.6 報警電路報警電路原理圖說明：超限報警裝置采用簡單三極管放大5V驅(qū)動，當(dāng)溫度超過所設(shè)置上下限時，調(diào)用相關(guān)的報警子程序，蜂鳴器發(fā)聲報警。圖中RP1為8*4.7k的排阻。2.

10、7單片機(jī)最小系統(tǒng)利用其內(nèi)部的振蕩電路在XTAL1和XTAL2引線上外接12MHz晶振元件，內(nèi)部振蕩電路便產(chǎn)生自激振蕩。復(fù)位電路采用上電復(fù)位。第三章 程序設(shè)計3.1 主程序流程程序主要由主程序和子程序兩部分構(gòu)成。 主程序主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的初始化，鍵值處理，獲取溫度數(shù)據(jù)，顯示數(shù)據(jù)。 系統(tǒng)的初始化包括寄存器的初始化（控制寄存器、中斷寄存器等），通信的初始化（串口的初始化，通信緩沖區(qū)的初始化），LED顯示的初始化，輸出端口的初始化。 鍵值處理包括對系統(tǒng)四個鍵的判斷與處理。顯示數(shù)據(jù)包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和顯示屏的刷新（包括刷溫度顯示屏和按鍵信息顯示屏）。 子程序主要由溫度數(shù)據(jù)處理程序和鍵值處理程序等。其程序流程圖如下

11、3.2鍵值處理流程鍵盤處理流程是通過對鍵盤端口的分析確定有無按鍵按下，再根據(jù)按下的按鍵進(jìn)入中斷，根據(jù)不同的鍵值信息來執(zhí)行相應(yīng)的動作。在本系統(tǒng)中，包括“SUB”、“ADD”、“設(shè)置”、“確認(rèn)”四個鍵位，其流程圖如下。結(jié) 論本次設(shè)計中，是以溫度采集及檢測為總目標(biāo)，以AT89S51單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)為總控制中心，輔助設(shè)計有溫度模塊、3個LED數(shù)碼管動態(tài)并行顯示器等。最終實(shí)現(xiàn)了溫度的檢測與顯示，并且可以通過按鍵設(shè)置溫度上下限和超限報警。與在設(shè)計過程中，遇到了許多問題，如設(shè)計初始階段，思緒混亂，經(jīng)過認(rèn)真思考和老師的指導(dǎo)，才使自己思路明確，抓住重點(diǎn)，不懂就問，在很短的時間內(nèi)系統(tǒng)有序的完成。溫度檢測是工業(yè)過

12、程控制中一個重要參數(shù)，了解到溫度檢測的重要性，使自己在設(shè)計過程中，更加有興趣和動力，在軟件設(shè)計方面，遇到了一些實(shí)際問題，不過，在老師的指導(dǎo)和同學(xué)的幫助下都能一一解決，使自己學(xué)到了許多新的知識。單片機(jī)應(yīng)用過程是一個非常嚴(yán)謹(jǐn)，復(fù)雜，科學(xué)，周密和細(xì)致，及技術(shù)性和綜合性都相當(dāng)高的過程，它要求你必須具備相當(dāng)扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)和理論知識，較強(qiáng)的實(shí)踐專業(yè)操作技能。能以細(xì)致和科學(xué)的頭腦去考察、分析和解決問題。同時在設(shè)計中必須要有足夠的耐心，持之以恒的毅力，堅強(qiáng)的意志以及實(shí)是求是，一絲不茍的精神，才能開發(fā)出理想的設(shè)計出來。致 謝我的課程設(shè)計是在南老師和葉老師的悉心指導(dǎo)下完成的。從本設(shè)計的資料收集和方案論證到方案設(shè)計

13、、修改和最后的完成，得到了老師和同學(xué)的指導(dǎo)和幫助，特別是老師的指導(dǎo)工作，才使本設(shè)計順利完成。在此表示衷心感謝！兩位老師學(xué)識淵博，治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，在工作中兢兢業(yè)業(yè)，輔導(dǎo)學(xué)生時循循善誘、極其認(rèn)真耐心，讓我深刻地體會到真正的為人師表的風(fēng)范。在本次課程設(shè)計中我不僅鍛煉了自己的動手能加深了對單片機(jī)的了解，更重要的是學(xué)習(xí)了應(yīng)該怎樣做事做人。我所取得的進(jìn)步和老師的諄諄教導(dǎo)和悉心指導(dǎo)是分不開的，在這里我真誠地感謝老師！畢業(yè)設(shè)計中我還得到了同學(xué)們的熱情幫助，在這里一并表示感謝！再一次對老師表達(dá)我的深深的謝意！參考文獻(xiàn)1 胡漢才. 單片機(jī)原理及其接口技術(shù)M. 北京：清華大學(xué)出版社，1996.2 沙占友，王彥朋，孟志永.

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15、：高等教育出版社，2000.11 胡宴如. 電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）M. 北京：中國電力出版社，2001.12 馬凈，李曉光，寧偉. 常用溫度傳感器的原理及發(fā)展J.中國儀器儀表，2004.附錄1電路原理圖附錄2源程序*#include reg51.hsbit MAX6675_SO=P04; /定義數(shù)模轉(zhuǎn)換端口的數(shù)據(jù)端 sbit MAX6675_SCK=P05; /定義數(shù)模轉(zhuǎn)換端口的時鐘信號端sbit MAX6675_CS=P06; /定義數(shù)模轉(zhuǎn)換端口的使能端 sbitwei_1=P35;/定義數(shù)碼管顯示位 sbitwei_2=P36;sbitwei_3=P37;sbitsound=P30;/定

16、義報警信號輸出端 sbit SET=P27;/定義按鈕的輸入端口 sbitADD=P26;sbitSUB=P25;sbitSURE=P24;unsigned char shi_wei,ge_wei,sf_wei; /unsigned char LT_1=0,LT_2=0,HT_1=0,HT_2=0;int MAX6675_VALUE; /MAX6675接收數(shù)據(jù)的存儲單元 float T; 、/存放測量的溫度bits=0; /是否進(jìn)入溫度比較的狀態(tài)標(biāo)志位 unsigned char code TAB10=0x0c0,0x0f9,0x0a4,0x0b0,0x99,0x92,0x82,0x0f8,0

17、x80,0x90;void dis(void); /實(shí)時溫度顯示子程序 void madelay(void); /溫度顯示延時void warndelay(void); /報警延時 void button_init0(void)interrupt 0 using 1 /外部中斷0 ，工作方式為電平觸發(fā) ，用于掃描按鈕設(shè)置溫度上下限 signed char a;if(SET=0) /確認(rèn)是SET鍵按下，否則退出 while(SET=0); /確認(rèn)SET鍵彈起來 a=LT_2*10+LT_1; while(SURE=1) s=1; /置溫度比較標(biāo)志有效，通知主程序可以進(jìn)入溫度的比較狀態(tài) P1=0X

18、0c7; /顯示設(shè)定溫度的下限 wei_3=1;madelay();wei_3=0;P1=TABLT_2;wei_2=1;madelay();wei_2=0;P1=TABLT_1;wei_1=1;madelay();wei_1=0;if(ADD=0) /上下線溫度設(shè)定范圍為0到99a+;if (a99) a=0;LT_2=a/10;LT_1=a%10;while(ADD=0); elseif(SUB=0) a-;if(a99) a=0;HT_2=a/10;HT_1=a%10;while(ADD=0); elseif(SUB=0) a-;if(a0)a=99;HT_2=a/10;HT_1=a%10;while(SUB=0); void timer0_int(void) interrupt1/定時器0工作于方式2 sound=sound;void read_MAX6675(void)/讀取MAX6675轉(zhuǎn)換的溫度 unsigned char i;bit m;m=0;MAX6675_VALUE=0;MAX6675_CS=0;for(i=0;i16;i+)MAX6675_VALUE=MAX66