熱敏電阻測溫顯示系統(tǒng)

1、燕山大學(xué)課程設(shè)計說明書題目： 熱敏電阻測溫顯示系統(tǒng)學(xué)院（系）：電氣工程學(xué)院年級專業(yè)：10級檢測一班學(xué) 號： 學(xué)生姓名： yanshanxiaoyao指導(dǎo)教師:教師職稱:副教授2013燕山大學(xué)課程設(shè)計（論文）任務(wù)書院（系）：電氣工程學(xué)院基層教學(xué)單位：儀器科學(xué)與工程系學(xué)號100103020044學(xué)生姓名許帆專業(yè)（班級）10檢測一班設(shè)計題 目熱敏電阻測溫顯示系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)參數(shù)設(shè)一個采用熱敏電阻為敏感兀件的溫度測量顯示系統(tǒng)，溫度顯示范圍為 0-100 C,顯示分辨率 0.1 C。設(shè) 計 要 求設(shè)計熱敏電阻檢測電路與單片機的接口電路、 的程序。4位LED顯示電路；編制相應(yīng)工 作 量設(shè)計的內(nèi)容滿足課程設(shè)計的

2、教學(xué)目的與要求， 生的知識和能力狀況，工作量飽滿。設(shè)計題目的難度和工作量適合學(xué)工 作 計 劃查閱資料進(jìn)行設(shè)計準(zhǔn)備、設(shè)計硬件電路、編制程序，編制程序、驗證設(shè)計、撰 寫任務(wù)書。參 考 資 料單片微型計算機接口技術(shù)及其應(yīng)用張淑清國防工業(yè)出版社單片機原理及應(yīng)用技術(shù)張淑清國防工業(yè)出版社單片機應(yīng)用技術(shù)匯編指導(dǎo)教師簽字基層教學(xué)單位主任簽字說明：此表一式四份，學(xué)生、指導(dǎo)教師、基層教學(xué)單位、系部各一份。目錄第1章摘要4第2章引言4第3章基本原理53.2 傳感器電路模塊 53.2.1 熱敏電阻簡介53.2.2 基于熱敏電阻測溫電橋和放大電路 63.3 AD轉(zhuǎn)換器工作原理 63.3.1 AD0809 簡介63.3.

3、2 基于AD0809的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路 73.4 AT89C51工作原理 83.5 LED數(shù)碼管顯示原理 83.5.1 LED數(shù)碼管簡介83.5.2 LED 數(shù)碼管驅(qū)動方式 93.5.3 LED 數(shù)碼管驅(qū)動電路 11第4章電路整體結(jié)構(gòu)設(shè)計及軟件設(shè)計 114.1 電路整體結(jié)構(gòu)設(shè)計 114.2 軟件設(shè)計12第5章心得體會13參考文獻(xiàn)14附錄15第1章摘要隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，對溫度的測量的要求也越來越高，而且測量的范圍也越來 越廣，對溫度的檢測技術(shù)的要求也越來越高， 因此，溫度測量及其測量技術(shù)的研究也 是一個很重要的課題。 本文設(shè)計一個采用熱敏電阻為敏感元件的溫度測量顯示系統(tǒng)，溫度顯示范圍為0-1009

4、,顯示分辨率 0.1 C。包含溫度傳感器，AD轉(zhuǎn)換器，51系列單片機，LED數(shù)碼顯示管四部分。并利用匯編語言編制的程序，實現(xiàn) 熱敏電阻測溫顯示系統(tǒng)。第2章引言單片微型計算機簡稱為單片機，又稱為微型控制器，是微型計算機的一個重要分支。單片機是70年代中期發(fā)展起來的一種大規(guī)模集成電路芯片，是CPU、RAM、ROM、I/O接口和中斷系統(tǒng)于同一硅片的器件。80年代以來，單片機發(fā)展迅速，各類新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)， 出現(xiàn)了許多高性能新型機種，現(xiàn)已逐漸成為工廠自動化和各控制領(lǐng)域的支柱產(chǎn)業(yè)之一。單片機具有體積小、重量輕、能耗省、價格低可靠性高和通用靈活等優(yōu)點，廣 泛應(yīng)用于衛(wèi)星定向、汽車火化控制、交通自動管理等方面。

5、單片機有兩種基本結(jié)構(gòu)形式：一種是在通用微型計算機中廣泛采用的，將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器合用一個存儲器空間的結(jié)構(gòu)，稱為普林斯頓結(jié)構(gòu)。另一種是將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器截然分開，分別尋址的結(jié)構(gòu)， 一般需要較大的程序存儲器，目前的單片機以采用程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器截然分開的結(jié)構(gòu)為多。本課題討論的熱敏電阻測溫顯示系統(tǒng)的核心是目前應(yīng)用極為廣泛的51系列單片機。第3章基本原理3.1 總體設(shè)計溫度測量模塊主要為溫度測量電橋，當(dāng)溫度發(fā)生變化時，電橋失去平衡，從而 在電橋輸出端有電壓輸出，但該電壓很小。經(jīng)過集成放大器放大，將放大后的信號 輸入AD轉(zhuǎn)換芯片，進(jìn)彳T A/D轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在電路

6、上，就可以將被測溫度顯示出來。3.2 傳感器電路模塊3.2.1 熱敏電阻簡介熱敏電阻是開發(fā)早，種類多，發(fā)展較成熟的敏感元器件，熱敏電阻由半導(dǎo)體陶瓷材料組成，利用的原理是溫度引起電阻的變化。若電子和空穴的濃度分別為n、p,遷移率分別為 n、p，則半導(dǎo)體的電導(dǎo)為：q（nNn + pNp）（1）因為n、P、n、pP都是依賴溫度 T的函數(shù)，所以電導(dǎo)是溫度的函數(shù)，因此 可由測量電導(dǎo)而推算出溫度的高低，并能做出電阻-溫度特性曲線，這就是半導(dǎo)體熱敏電阻的工作原理。熱敏電阻包括正溫度系數(shù)（PTC）和負(fù)溫度系數(shù)（ NTC）熱敏電阻，以及臨界溫度熱敏電阻（CTR）。熱敏電阻的主要特點是：靈敏度高，起電阻溫度系數(shù)要

7、比金屬大10-100倍以上，能檢測出很小的溫度變化；工作溫度范圍寬，常溫器件適用于-55七3159；體積小，能夠測量其他溫度計無法測量的空隙，腔體及生物體內(nèi)血管的溫度；使用方便，電阻值可在0.1100 KC間任意選擇；易加工成復(fù)雜的形狀，可大批量生產(chǎn)，穩(wěn)定性好，過載能力強。本課程設(shè)計中采用WAVE2000 試驗箱中的 NTC熱敏電阻。3.2.2 基于熱敏電阻測溫電橋和放大電路本課程設(shè)計中采用NTC熱敏電阻，其相關(guān)溫度傳感器電路原理圖如圖1所示。圖1 溫度傳感器原理圖溫度傳感器中采用電橋電路，并利用CA324四運算放大將電阻值轉(zhuǎn)換為電壓值輸出。3.3 AD轉(zhuǎn)換器工作原理3.3.1 AD0809

8、簡介本設(shè)計中才用型號為 AD0809的A/D轉(zhuǎn)換器.ADC0809 對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是0-5V,若信號太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。本電路設(shè)計直接采用0-5V的輸出電壓即可滿足電路需求，AD0809芯片圖如圖 2所示：in3 - TKT 士力1 in3一一 1.IN.INSS一 G1 INn工噸I他叢in7. HADDSSTART部ADDCEOCADCO8O91 ALEDs 3L口丁OE9士拈CLOCK公%LL國R1217%GND必%*-,1.1%圖2 AD0809芯片3.3.2 基于AD080

9、9的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路本設(shè)計中試驗箱內(nèi)部基于 AD0809的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路圖，如圖 3所示的7 21口。3 ERD? 1E向011號力 口。 1TGND 16VCC 12b 2 3 4 5 6 7 bS一 d li d二 fl 2 22 22 2 1taeADD-B ADD-CALEENABLESTftRTCLOCKSCLOtKJHUll ADC0809圖3模數(shù)轉(zhuǎn)換電路圖如圖3所示，實驗只有 IN0和IN1兩個輸入端口，輸出端口地址取決于片選A/D_CS所接片選端得段地址，片選將于第四章講述。ADC0809是8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器。它由一個8路模擬開關(guān)、一個地址鎖存譯碼器、一個 A/D 轉(zhuǎn)換器和一

10、個三態(tài)輸出鎖存器組成。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 A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。實驗電路及接線如下圖示：連線連接孔1連接孔21IN0溫度傳感器輸出2AD_CSCS23.4 AT89C51工作原理AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié) FLASH 存儲器(FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低電壓、高性能 CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。 AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存

11、儲器的單片機。單片機的可擦除 只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。其主要特性如下：?與MCS-51 兼容?4K字節(jié)可編程 FLASH存儲器 ?壽命：1000寫/擦循環(huán) ?數(shù)據(jù)保留時間：10年?全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz?三級程序存儲器鎖定?128X8位內(nèi)部RAM?32可編程I/O線?兩個16位定時器/計數(shù)器?5個中斷源?可編程串行通道?低功耗的閑置和掉電模式?片內(nèi)振蕩器和時鐘電路3.5 LED數(shù)碼管顯示原理3.5.1 LED數(shù)碼管簡介LED數(shù)碼管實際上是由七個發(fā)光管組成8字形構(gòu)成的，加上小數(shù)

12、點就是8個。這些段分別由字母a,b,c,d,e,f,g,h來表示。當(dāng)數(shù)碼管特定的段加上電壓后，這些特定的 段就會發(fā)亮，以形成我們眼睛看到的2個8數(shù)碼管字樣了。如：顯示一個2字，那么應(yīng)當(dāng)是a鳧b鳧g鳧e鳧d鳧f不鳧c不鳧dp不鳧。LED數(shù)碼管有一般鳧和超鳧 等不同之分，也有0.5寸、1寸等不同的尺寸。小尺寸數(shù)碼管的顯示筆畫常用一個發(fā) 光二極管組成，而大尺寸的數(shù)碼管由二個或多個發(fā)光二極管組成，一般情況下，單個發(fā)光二極管的管壓降為 1.8V左右，電流不超過 30mA。發(fā)光二極管的陽極連接到一起連接到電源正極的稱為共陽數(shù)碼管，發(fā)光二極管的陰極連接到一起連接到電源負(fù)極的稱為共陰數(shù)碼管。常用 LED數(shù)碼管

13、顯示的數(shù)字和字符是 0、1、2、3、4、5、6、7、 8、9、A、B、C、D、E、F。本設(shè)計中為共陰極數(shù)碼管。3.5.2 LED數(shù)碼管驅(qū)動方式LED數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯 示出我們要的數(shù)位，因此根據(jù) LED數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和 動態(tài)式兩類。A、靜態(tài)顯示驅(qū)動：靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O 口進(jìn)行驅(qū)動，或者使用如 BCD碼二-十進(jìn)位器進(jìn)行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點 是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用 I/O 口多，如驅(qū)動 5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需 要5X8=40根I/O 口來驅(qū)動，要知道一個89S

14、51單片機可用的I/O 口才32個呢。故實際應(yīng)用時必須增加驅(qū)動器進(jìn)行驅(qū)動，增加了電路的復(fù)雜性。B、動態(tài)顯示驅(qū)動：數(shù)碼管動態(tài)顯示介面是單片機中應(yīng)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增加位元選通控制電路，位元選通由各自獨立的I/O線控制,當(dāng)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，取決于單片機對位元選通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，該位元就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。透過分時輪流控制各個LED數(shù)碼管的

15、 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，每位元數(shù)碼管的點亮?xí)r間為12ms,由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極體的余輝效應(yīng)，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)定的顯示資料，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 口，而且功耗更低。本課程設(shè)計中采用的是動態(tài)顯示驅(qū)動的方法實現(xiàn)熱敏電阻測溫顯示系統(tǒng)。表1數(shù)碼管顯示數(shù)字-共陰極字符碼對照表顯示數(shù)字1234共陰極字符碼06H5BH4FH66H顯示數(shù)字5678共陰極字符碼6DH7DH07H7FH顯示數(shù)字90AB共陰極字符碼6FH3FH77H7CH顯示數(shù)字

16、CDEF共陰極字符碼39H5EH79H71H3.5.3 LED數(shù)碼管驅(qū)動電路QS.B茸。H)tr-i|j y 4 G3S12fifir- Qi 在 0 ulZli Tli Tli O圖5 LED八段數(shù)碼管電路原理圖如圖5所示，LED數(shù)碼管位選地址為 0X002H ,本課程設(shè)計中采用的片選為CS1,因此，LED數(shù)碼管位選地址為 09002H。片選地址于第四章講述。而關(guān)于數(shù)碼管的八段二進(jìn)制編碼存放在 0X004H中，即09004H.本課程設(shè)計中不使用按鍵系統(tǒng)。第4章電路整體結(jié)構(gòu)設(shè)計及軟件設(shè)計4.1電路整體結(jié)構(gòu)設(shè)計由于本課程設(shè)計中，受到 WAVE2000實驗箱的限制，電路整體結(jié)構(gòu)如下:連接電路圖6整

17、體電路結(jié)構(gòu)圖LE 口數(shù)碼管4.2軟件設(shè)計本課程設(shè)計采用的為匯編語言。整體設(shè)計思路為:開始一初始化程序一AD轉(zhuǎn)換一數(shù)值轉(zhuǎn)換一數(shù)碼顯示模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序流程圖如圖7所示。圖7模數(shù)轉(zhuǎn)換流程圖數(shù)碼顯示子程序流程圖如圖8所示。圖8數(shù)碼顯示流程圖表2地址碼插孔及對應(yīng)地址范圍譯碼插孔地址范圍CS008000H08FFFHCS109000H09FFFHCS20A000H0AFFFHCS30B000H0BFFFHCS40c000H0CFFFHCS50D000H0DFFFHCS60E000H0EFFFHCS70F000H0FFFFH第5章心得體會這次課程設(shè)計將單片機與傳感器進(jìn)行了結(jié)合跟進(jìn)一步想我展示了單片機得強大功能

18、此外還接觸了模數(shù)轉(zhuǎn)換器件，了解了有關(guān)AD轉(zhuǎn)換的知識，同時也溫習(xí)了匯編知識。此次單片機課程設(shè)計綜合了傳感器，運算放大器等，聯(lián)系到很多方面的知識，讓我們充分 聯(lián)系平時所學(xué)知識，全力以赴。它不僅是我鞏固了之前所學(xué)的知識，加深了對學(xué)過知識 的印象，還使我發(fā)現(xiàn)了自己對理論知識掌握還不夠扎實，對一些知識點存在著錯誤的認(rèn) 識。為今后的學(xué)習(xí)和工作都奠定了良好的基礎(chǔ)。在完成課設(shè)的過程中，每一處都凝聚了 老師和同學(xué)對我的幫助，所有的成果都是大家共同努力的成果。在整個設(shè)計過程中，我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了自己獨立工作的能力，樹立了對 自己工作能力的信心。充分體會了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅?？傊@次 課程

19、設(shè)計讓我收獲很大。參考文獻(xiàn)1、張淑清單片微型計算機接口技術(shù)及其應(yīng)用國防工業(yè)出版社2001年2、張淑清單片機原理及應(yīng)用技術(shù)國防工業(yè)出版社 2000年3、李秀忠單片機應(yīng)用技術(shù)匯編中國勞動社會保障出版社2006年4、趙負(fù)圖現(xiàn)代傳感器集成電路人民郵電出版社2000年5、賽爾吉歐弗朗哥著劉樹棠譯基于運算放大器和模擬集成電路的電路設(shè)計西安交通大學(xué)出版社 2009年6、康華光電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分高等教育出版社2002年7、李科杰新編傳感器技術(shù)手冊國防工業(yè)出版社 2001年8、賈伯年傳感器技術(shù)東南大學(xué)出版社1992年9、楊寶清、孫寶元傳感器及其應(yīng)用手冊2004 年附錄AD0809 equ 0a000h;AD0

20、809 片選OUTBIT equ 08002h;位控制口OUTSEG equ 08004h;段控制口LEDBuf equ 60hDelayT equ 75h;顯示緩沖 ;ADResult equ 76h;A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果org 0 ljmp StartAD0809Read:movdptr, #AD0809mova, #0movxdptr, a;起動A/Dmova, #40hdjnzACC, $;延時 100usmovxa, dptr;讀入結(jié)果movADResult, aretLEDMAP:;八段管顯示碼db3fh, 06h, 5bh, 4fh, 66h, 6dh, 7dh, 07hdb7fh, 6fh, 77h, 7ch, 39h, 5eh, 79h, 71hDelay:;延時子程序movr7, #0DelayLoop:djnzr7, DelayLoopdjnzacc, DelayLoopretSearchLedMap:anla, #0fhmovdptr, #LEDMAPmovca, a+dptrretDisplayLED:movr0, #LEDBu