AT89C51溫度傳感器設(shè)計(jì)

1、電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)報(bào)告 姓名： 學(xué)號：專業(yè)：日期：2011-4-13南京理工大學(xué)紫金學(xué)院電光系摘要 本次課程設(shè)計(jì)目的是設(shè)計(jì)一個(gè)簡易溫度控制儀，可以在四聯(lián)數(shù)碼管上顯示測得的溫度。主要分四部份電路：OP07放大電路，AD轉(zhuǎn)換電路，單片機(jī)部分電路，數(shù)碼管顯示電路。設(shè)計(jì)文氏電橋電路，得到溫度與電壓的關(guān)系，通過控制電阻值改變溫度。利用單片機(jī)將現(xiàn)在溫度與預(yù)設(shè)溫度進(jìn)行比較，將比較結(jié)果在LED數(shù)碼管上顯示，同時(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)在溫度與預(yù)設(shè)溫度之間的切換。關(guān)鍵詞 放大電路 轉(zhuǎn)換電路 控制電路 顯示 電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)報(bào)告字體 第 29 頁 共 29 頁目錄 1 引言411 系統(tǒng)設(shè)計(jì)41.1.1 設(shè)計(jì)思路41.1.2 總體方案

2、設(shè)計(jì)42 單元模塊設(shè)計(jì)52.1 各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計(jì)52.1.1 溫度傳感器電路的設(shè)計(jì)52.1.2 信號調(diào)理電路的設(shè)計(jì)52.1.3 A/D采集電路的設(shè)計(jì)52.1.4 單片機(jī)電路62.1.5 鍵盤及顯示電路的設(shè)計(jì)62.1.6 輸出控制電路的設(shè)計(jì)62.2元器件的選擇62.3特殊器件的介紹72.3.1 OP07A72.3.2 ADC080972.3.3 ULN200392.3.4 四聯(lián)數(shù)碼管（共陰）92.4各單元模塊的聯(lián)接103.1開發(fā)工具及設(shè)計(jì)平臺(tái)113.1.1 Proteus特點(diǎn)113.1.2 Keil特點(diǎn)113.1.3 部分按鍵124 系統(tǒng)測試165 小結(jié)和體會(huì)196 參考文獻(xiàn)201

3、引言電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求注重可行性、性能、可靠性、成本、功耗、使用方便和易維護(hù)性等?？傮w方案的設(shè)計(jì)與選擇：由技術(shù)指標(biāo)將系統(tǒng)功能分解為:若干子系統(tǒng)，形成若干單元功能模塊。單元電路的設(shè)計(jì)與選擇：盡量采用熟悉的電路，注重開發(fā)利用新電路、新器件。要求電路簡單，工作可靠，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。11 系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1.1 設(shè)計(jì)思路本次實(shí)驗(yàn)基于P89L51RD2FN的溫控儀設(shè)計(jì)采用Pt100溫度傳感器。1.1.2 總體方案設(shè)計(jì)熱敏電阻測溫調(diào)理電路設(shè)定輸入單片機(jī)LED顯示控制輸出雙向可控硅繼電器控制對象風(fēng)扇信號調(diào)理電路A/D采集電路加熱絲傳感器設(shè)計(jì)要求1.采用Pt100溫度傳感器，測溫范圍 -20 -100；2.系統(tǒng)可設(shè)定溫度

4、值；3.設(shè)定溫度值與測量溫度值可實(shí)時(shí)顯示；4.控溫精度：±0.5。2 單元模塊設(shè)計(jì) 2.1 各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計(jì)2.1.1 溫度傳感器電路的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)溫度T和電阻R的對應(yīng)關(guān)系。電橋中R1=R2=R3=200=R,R4為溫度傳感器，溫度變化，導(dǎo)致電橋的一個(gè)橋臂上的電阻也就是R4的阻值變化。2.1.2 信號調(diào)理電路的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)將溫度T 和電阻R的對應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)化為溫度T 和電壓V的對應(yīng)關(guān)系。利用電橋的原理，R4的阻值變化使電橋兩點(diǎn)的電位差改變，此兩點(diǎn)作為運(yùn)算放大器的兩個(gè)輸入。2.1.3 A/D采集電路的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、等待、采集數(shù)據(jù)。信號調(diào)理電路的輸出接0809的IN0。0809的ALE的

5、START連接，單片機(jī)的P2.7和WR或非后接0809的START，P2.7和RD或非后接0809的OE。START脈沖來，A/D轉(zhuǎn)換開始，以EOC作為轉(zhuǎn)換完成的標(biāo)志使用的是等待方式，所以EOC未連接。2.1.4 單片機(jī)電路 最小系統(tǒng)。2.1.5 鍵盤及顯示電路的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)鍵盤數(shù)據(jù)輸入和溫度顯示。利用四聯(lián)數(shù)碼管顯示三位的溫度值和一個(gè)C代表顯示的是溫度。兩個(gè)鍵盤按鍵調(diào)整預(yù)設(shè)溫度的高低。2.1.6 輸出控制電路的設(shè)計(jì)I/O驅(qū)動(dòng)、繼電器、指示燈、負(fù)載。測得的溫度值高于預(yù)設(shè)溫度，紅燈亮，低于則綠燈亮：接兩個(gè)發(fā)光二極管。2.2元器件的選擇1. P89L51RD2FN2. AD08093. OP07A4.

6、MAX2325. 驅(qū)動(dòng)器ULN20036. 四聯(lián)數(shù)碼管MT0546AR7. 繼電器HRS2H-S-DC5V-N8. 發(fā)光二極管（紅、綠色）9. 三極管 9012（PNP）、 9013（NPN）11. 面包板、連接線、插頭座12. 周立功單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱13. 電阻200×3用于電橋，10k×2,20 k×2用于減法器2.3特殊器件的介紹2.3.1 OP07A OP07引腳圖OP07A的特點(diǎn)： 超低偏移： 150V最大 。 低輸入偏置電流： 1.8nA 。 低失調(diào)電壓漂移： 0.5V/ 。 超穩(wěn)定，時(shí)間： 2V/month最大 高電源電壓范圍： ±3V至

7、77;22V2.3.2 ADC08091主要特性1）8路8位AD 轉(zhuǎn)換器，即分辨率8 位。2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫恕?）轉(zhuǎn)換時(shí)間為100s。4）單個(gè)5V 電源供。5）模擬輸入電壓范圍05V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。6）工作溫度范圍為-4085 攝氏度。7）低功耗，約15mW。2內(nèi)部結(jié)構(gòu)ADC0809 是CMOS 單片型逐次逼近式AD 轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1322 所示，它由8 路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型DA 轉(zhuǎn)換器、逐次逼近，寄存器、三態(tài)輸出鎖存器等其它一些電路組成。因此，ADC0809可處理8路模擬量輸入，且有三態(tài)輸出能力，既可與各種微處理器相連，也可單獨(dú)工作。輸入輸出與

8、TTL 兼容。IN0IN7：8 路模擬電壓輸入端，用與輸入被轉(zhuǎn)換的模擬電壓。D0D7：A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)輸出端，與單片機(jī)的P0 口相接。A、B、C：模擬通道地址選擇端，A 為低位，C 為高位。3.A/D轉(zhuǎn)換完成數(shù)據(jù)的輸送A/D 轉(zhuǎn)換后得到的是數(shù)字量的模擬量，這些數(shù)據(jù)應(yīng)傳誦給單片機(jī)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)串的關(guān)鍵是如何確定A/D 轉(zhuǎn)換完成。因?yàn)橹挥写_定數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成后，才進(jìn)行傳送。為此可采用以下三種方式：定時(shí)傳送方式對于一種A時(shí)子程序。A/D 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)后，就調(diào)動(dòng)這個(gè)子程序，延遲時(shí)間一到，轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完成了。接著，就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送A/D 轉(zhuǎn)換來說，轉(zhuǎn)換時(shí)間作為一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是已知的和固定的。查詢方式A/D

9、轉(zhuǎn)換芯片表明有轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號，例如ADC0809 的E 端，因此可以通過查詢方式用軟件測試EOC的狀態(tài)，即可知道轉(zhuǎn)換是否完成，若完成，則接著進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。中斷方式中斷方式ADC0809與8031的中斷方式接口電路只需將0809的EOC端經(jīng)過一非門連接到8031的INTl 端即可。采用中斷方式可大大節(jié)省CPU的時(shí)間，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，EOC發(fā)出一個(gè)脈沖向單片機(jī)提出中斷請求，單片機(jī)響應(yīng)中斷請求，由外部中斷1 的中斷服務(wù)程序讀AD 結(jié)果，并啟動(dòng)0809的下一次轉(zhuǎn)換，外部中斷1 采用邊沿觸發(fā)方式。2.3.3 ULN2003ULN200A電路具有以下特點(diǎn)： 1電流增益高（大于1000）;2帶負(fù)載能力強(qiáng)（

10、輸出電流大于500mA）;3溫度范圍寬（-4085）;4工作電壓高（大于50V）。2.3.4 四聯(lián)數(shù)碼管（共陰） 四聯(lián)數(shù)碼管引腳圖2.4各單元模塊的聯(lián)接2.4.1 模塊連接鍵盤輸入單片機(jī)四聯(lián)數(shù)碼管高于設(shè)定低于設(shè)定紅燈亮綠燈亮集成運(yùn)放OP07A/D0809共6個(gè)模塊。模塊1：信號調(diào)理電路：電橋+減法器模塊2：A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809模塊3：單片機(jī)89C51或P89L51RD2FN P0: AD數(shù)據(jù)采集；P1：數(shù)碼管段選信號（a,b,c,d,e,f,g）；P2.7： A/D的OE； P3.4 P3.5 ：指示燈1，指示燈2 ； P2.0 P2.3 ：數(shù)碼管位選信號（1,2,3,4）；INT0:

11、鍵+；INT1: 鍵-。模塊4：鍵盤輸入：連接單片機(jī)的兩個(gè)外部中斷。模塊5：共陰四聯(lián)數(shù)碼管：位選P2.0 P2.3，段選P1。模塊6：控制輸出：接兩個(gè)指示燈。3 軟件設(shè)計(jì)3.1開發(fā)工具及設(shè)計(jì)平臺(tái)3.1.1 Proteus特點(diǎn)1.Proteus軟件提供數(shù)千種元器件和多達(dá)30多個(gè)元件庫。2.在Proteus軟件中，理論上同一種儀器可以在一個(gè)電路中隨意的調(diào)用。 3.除了現(xiàn)實(shí)存在的儀器外，Proteus還可以以圖形的方式實(shí)時(shí)地顯示線路上變化的信號。4.虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標(biāo)，可減少儀器對測量結(jié)果的影響。5.Proteus提供了比較豐富的測試信號用于電路的測試。這些測試信號包括模擬信號和數(shù)字信號

12、。3.1.2 Keil特點(diǎn)1.全功能的源代碼編輯器；2.器件庫用來配置開發(fā)工具設(shè)置；3.項(xiàng)目管理器用來創(chuàng)建和維護(hù)用戶的項(xiàng)目；4.集成的MAKE工具可以匯編、編譯和連接用戶嵌入式應(yīng)用；5.所有開發(fā)工具的設(shè)置都是對話框形式的；6.真正的源代碼級的對CPU和外圍器件的調(diào)試器；7.高級GDI（AGDI）接口用來在目標(biāo)硬件上進(jìn)行軟件調(diào)試以及和Monitor-51進(jìn)行通信。3.1.3 部分按鍵設(shè)定溫度與實(shí)際溫度間的切換 數(shù)據(jù)的顯示 3.1.4 C代碼編寫#include<reg51.h>#include"absacc.h"bit flag;/采樣標(biāo)志unsigned cha

13、r countor;/定時(shí)器定時(shí)的循環(huán)標(biāo)志unsigned char g,s,b,i;unsigned char Q=3,p=0;/設(shè)置預(yù)設(shè)溫度unsigned char m,n;sbit P34=P34;sbit P35=P35;sbit P30=P30;/為蜂鳴器提供一定頻率的方波void DisplaySecond(unsigned char s,b);/數(shù)碼管顯示函數(shù)的聲明void delay(void);/延時(shí)函數(shù)的聲明float a,result=0,result1=0,T;/*數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示*/unsigned char Tab= 0x3F, /"0" 0x0

14、6, /"1" 0x5B, /"2" 0x4F, /"3" 0x66, /"4" 0x6D, /"5" 0x7D, /"6" 0x07, /"7" 0x7F, /"8" 0x6F, /"9" 0x39, /"C" ; /*定時(shí)器T0定時(shí)*/void t0_ser() interrupt 1 using 1 TL0=0xF0; TH0=0xD8; P30=!P30;/蜂鳴器產(chǎn)生的方波 countor

15、+; if(countor=10) /循環(huán)10次達(dá)到定時(shí)0.1秒 countor=0;flag=1; /定時(shí)時(shí)間到，置采樣標(biāo)志為1，進(jìn)行采樣/*采樣函數(shù)*/void samp() unsigned int c; XBYTE0x7FF8=0;/進(jìn)行一個(gè)寫操作，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換 delay(); a=XBYTE0x7FF8;/將A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果保存為變量a result=a*5/256;/將A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果換算成十進(jìn)制數(shù) if(result>0.524&&result<1.940) T=10.3*result+9.35; else if(result>1.940&a

16、mp;&result<3.720) T=16.99*result-4.68; else if(result>3.720&&result<4.302) T=37.60*result-80.86;/把電壓轉(zhuǎn)換為溫度 c=T; g=c/100;/顯示溫度的百位 s=c/10;/顯示溫度的十位 b=c%10;/溫度的個(gè)位 m=Q*10+p;/預(yù)設(shè)溫度 n=s*10+b;/實(shí)際溫度 if(n>m) P35=1;P34=0; else P35=0;P34=1;/當(dāng)實(shí)際溫度大于預(yù)設(shè)溫度時(shí)，紅燈亮，反之綠燈亮/*外部中斷0，預(yù)設(shè)溫度加一*/void int0_s

17、er() interrupt 0 using 0 delay(); if(INT0=0) p+; if(p=10) Q+;p=0; for(i=0;i<50;i+) DisplaySecond(Q,p);/*外部中斷1，預(yù)設(shè)溫度減一*/void int1_ser() interrupt 2 using 2 delay(); if(INT1=0) p-; if(p=0) Q-;p=9; for(i=0;i<50;i+) DisplaySecond(Q,p);void main() TMOD=0x01;/定時(shí)器工作方式 TL0=0xF0; TH0=0xD8;/定時(shí)器初值 ET0=1;/

18、定時(shí)器中斷開放 EA=1;/總允許 TR0=1;/啟動(dòng)定時(shí)器T0 EX1=1;/外部中斷1開放 EX0=1;/外部中斷0開放 PX0=1;/外部中斷0優(yōu)先級置高 PX1=1;/外部中斷1優(yōu)先級置高 IT0=1;/外部中斷0為邊沿觸發(fā)方式 IT1=1;/外部中斷1為邊沿觸發(fā)方式 while(1) if(flag) flag=0; samp();/采樣標(biāo)準(zhǔn)為1時(shí)，調(diào)用采樣函數(shù)進(jìn)行采樣 DisplaySecond(s,b); /延時(shí)函數(shù) void delay(void) unsigned int j; for(j=0;j<100;j+); /數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示函數(shù)void DisplaySecon

19、d(unsigned char s,b) P2=0xf1;/數(shù)碼管1亮 P1=Tab1g;/顯示溫度的百位 delay(); P2=0xf0; P2=0xf2;/數(shù)碼管2亮 P1=Tab1s;/顯示溫度的十位 delay(); P2=0xf0; P2=0xf4;/數(shù)碼管3亮 P1=Tab1b;/顯示溫度的十位 delay(); P2=0xf0; P2=0xf8;/數(shù)碼管4亮 P1=0x39;/顯示C delay(); P2=0xf0;4 系統(tǒng)測試4.1溫度與電阻的關(guān)系：4.2溫度與電壓的關(guān)系：43溫度分段與電壓的擬合曲線：（11到24）44溫度分段與電壓的擬合曲線：（25到35）45溫度分段與

20、電壓的擬合曲線：（36到48）46溫度分段與電壓的擬合曲線：（49到64）47溫度分段與電壓的擬合曲線：（65到80）5 小結(jié)和體會(huì)+這次的電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)在理論上不僅用到了單片機(jī)的知識，還用到了模電的知識。然而理論必須聯(lián)系實(shí)際。在這次的元器件的選擇上不僅考慮了其適用功能，還要考慮元件的適用環(huán)境。就像ULN2003APG是用來驅(qū)動(dòng)四位共連數(shù)碼管的位選與段選的：因?yàn)閱纹瑱C(jī)出來的電流太小，就算能驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，但數(shù)碼管的亮度會(huì)比較低。實(shí)踐總是能幫助理論知識的學(xué)習(xí)。通過這次系統(tǒng)設(shè)計(jì)，我理解了一些以前在理論課上沒有注意到的問題：1. A/D轉(zhuǎn)換中XBYTE0x7ff8=0，這句程序是用來給單片機(jī)的WR口提

21、供信號，再通過或非門后將信號傳給ADC0809的START端，用來啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換；2. 在單片機(jī)與A/D轉(zhuǎn)換的連接方法上有了更多的了解。三種連接方式：中斷方式、查詢方式、延時(shí)等待。其中，中斷方式為EOC接非門；查詢方式為EOC接到單片機(jī)的任一接口，不斷查詢if(EOC=1);延時(shí)等待為EOC懸空，估計(jì)A/D轉(zhuǎn)換的時(shí)間。3. 對一些管腳的認(rèn)識更加深刻：OE=“1”時(shí)，讀取信號；在平時(shí)OE為低電平；4. 繼電器的連接與功能問題；通過這次系統(tǒng)設(shè)計(jì)，知道了許多設(shè)計(jì)系統(tǒng)的方法，熟悉了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟。在搭建電路后的原件選擇上考慮的方面更加廣了。設(shè)計(jì)程序時(shí)的思路也比以前更加寬了。在這次的設(shè)計(jì)中可以是預(yù)置

22、溫度的顯示更加人性化。在按鍵按一次后就顯示預(yù)置溫度，接著再按則開始加減預(yù)置溫度；在調(diào)節(jié)預(yù)置溫度時(shí)不要顯示當(dāng)前溫度；等調(diào)節(jié)好后，再顯示當(dāng)前溫度。6 參考文獻(xiàn)1 胡宴如，耿蘇燕. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ). 北京: 高等教育出版社, 2004. 213-216. 2 閆玉德，葛龍，俞虹. 單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)原理與設(shè)計(jì). 中國電力出版社，2010.112-154,197-199,. 3 朱蘊(yùn)璞. 傳感器原理與應(yīng)用. 國防工業(yè)出版社. 4 黃錦安. 電路. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007. 附錄：系統(tǒng)原理圖：鍵盤輸入單片機(jī)四聯(lián)數(shù)碼管高于設(shè)定低于設(shè)定紅燈亮綠燈亮集成運(yùn)放OP07A/D0809軟件仿真圖：信號調(diào)理電

23、路控制電路圖 AD采集電路與單片機(jī)電路數(shù)碼管顯示圖 系統(tǒng)連接圖代碼#include<reg51.h>#include"absacc.h"bit flag;/采樣標(biāo)志unsigned char countor;/定時(shí)器定時(shí)的循環(huán)標(biāo)志unsigned char g,s,b,i;unsigned char Q=3,p=0;/設(shè)置預(yù)設(shè)溫度unsigned char m,n;sbit P34=P34;sbit P35=P35;sbit P30=P30;/為蜂鳴器提供一定頻率的方波void DisplaySecond(unsigned char s,b);/數(shù)碼管顯示函數(shù)的

24、聲明void delay(void);/延時(shí)函數(shù)的聲明float a,result=0,result1=0,T;/*數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示*/unsigned char Tab1= 0x3F, /"0" 0x06, /"1" 0x5B, /"2" 0x4F, /"3" 0x66, /"4" 0x6D, /"5" 0x7D, /"6" 0x07, /"7" 0x7F, /"8" 0x6F, /"9" 0x7

25、7, /"A" 0x7C, /"B" 0x39, /"C" 0x5E, /"D" 0x79, /"E" 0x71, /"F" ; /*定時(shí)器T0定時(shí)*/void t0_ser() interrupt 1 using 1 TL0=0xF0; TH0=0xD8; P30=!P30;/蜂鳴器產(chǎn)生的方波 countor+; if(countor=10) /循環(huán)10次達(dá)到定時(shí)0.1秒 countor=0;flag=1; /定時(shí)時(shí)間到，置采樣標(biāo)志為1，進(jìn)行采樣/*采樣函數(shù)*/void s

26、amp() unsigned int c; XBYTE0x7FF8=0;/進(jìn)行一個(gè)寫操作，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換 delay(); a=XBYTE0x7FF8;/將A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果保存為變量a result=a*5/256;/將A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果換算成十進(jìn)制數(shù) if(result>0.524&&result<1.940) T=10.3*result+9.35; else if(result>1.940&&result<3.720) T=16.99*result-4.68; else if(result>3.720&&result<4.302) T=37.60*result-80.86;/把電壓轉(zhuǎn)換為溫度 c=T; g=c/100;/顯示溫度的百位 s=c/10;/顯示溫度的十位 b=c%10;/溫度的個(gè)位 m=Q*10+p;/預(yù)設(shè)溫度 n=s*10+b;/實(shí)際溫度 if(n>m) P35=1;P34=0; els