AT89C51溫度傳感器設計

1、電子系統(tǒng)綜合設計報告學號：專業(yè)：日期：2011-4-13南京理工大學紫金學院電光系摘要本次課程設計目的是設計一個簡易溫度控制儀，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：OP0微大電路，A郎換電路，單片機部分電路， 數(shù)碼管顯示電路。設計文氏電橋電路，得到溫度與電壓的關系，通過控制電阻值 改變溫度。利用單片機將現(xiàn)在溫度與預設溫度進行比較， 將比較結果在LE躁碼 管上顯示，同時實現(xiàn)現(xiàn)在溫度與預設溫度之間的切換。關鍵詞放大電路 轉換電路 控制電路 顯示目錄1 引言4.1. 1系統(tǒng)設計 設計思路 總體方案設計 4.2單元模塊設計5.2.1 各單元模塊功能介紹及電

2、路設計 52.1.1 溫度傳感器電路的設計 52.1.2 信號調理電路的設計 52.1.3 A/D采集電路的設計 52.1.4 單片機電路 鍵盤及顯示電路的設計 62.1.6 輸出控制電路的設計62.2 元器件的選擇6.2.3 特殊器件的介紹 OP07A ADC0809 ULN2003 四聯(lián)數(shù)碼管（共陰）92.4 各單元模塊的聯(lián)接101.1 開發(fā)工具及設計平臺 111.1.1 Proteus 特點111.1.2 Keil 特點111.1.3 部分按鍵.124 系統(tǒng)測試175 小結和體會206參考文獻21電子系統(tǒng)綜合設

3、計報告字體第29頁共28頁1引言電子系統(tǒng)設計要求注重可行性、性能、可靠性、成本、功耗、使用方便和易 維護性等。總體方案的設計與選擇：由技術指標將系統(tǒng)功能分解為：若干子系統(tǒng)， 形成若干單元功能模塊。單元電路的設計與選擇：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)濟實用。1.1 系統(tǒng)設計1.1.1 設計思路本次實驗基于P89L51RD2FNJ溫控儀設計采用Pt100溫度傳感器。1.1.2 總體方案設計熱敏電阻測溫調理電路設計要求1 .采用Pt100溫度傳感器，測溫范圍-20 C -100 C;2 .系統(tǒng)可設定溫度值；3 .設定溫度值與測量溫度值可實時顯示；4 .控

4、溫精度：i0.5C 02單元模塊設計2.1 各單元模塊功能介紹及電路設計2.1.1 溫度傳感器電路的設計實現(xiàn)溫度T和電阻R的對應關系。電橋中R1=R2=R3=200=R,R4為溫度傳感器，溫度變化，導致電橋的一個橋 臂上的電阻也就是R4的阻值變化。2.1.2 信號調理電路的設計實現(xiàn)將溫度T和電阻R的對應關系轉化為溫度 T和電壓V的對應關系。利用電橋的原理，R4的阻值變化使電橋兩點的電位差改變，此兩點作為運 算放大器的兩個輸入。2.1.3 A/D采集電路的設計實現(xiàn)啟動、等待、采集數(shù)據(jù)。信號調理電路的輸出接 0809的IN0。0809的ALE的START連接，單片機的 P2.7和 WR或非后接 0

5、809的START , P2.7和RD或非后接 0809的OE。START脈沖來，A/D轉換 開始，以EOC作為轉換完成的標志使用的是等待方式，所以 EOC未連接。2.1.4 單片機電路最小系統(tǒng)。2.1.5 鍵盤及顯示電路的設計實現(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C代表顯示的是溫度。兩個鍵 盤按鍵調整預設溫度的高低。2.1.6 輸出控制電路的設計I/O驅動、繼電器、指示燈、負載。測得的溫度值高于預設溫度，紅燈亮，低于則綠燈亮：接兩個發(fā)光二極管。2.2 元器件的選擇1 . P89L51RD2FN2 . AD08093 . OP07A4 . MAX2325 .驅動器UL

6、N20036 .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 .周立功單片機實驗箱13 .電阻200QX弼于電橋，10kQ x,20 k Q X用于減法器2.3特殊器件的介紹2.3.1 OP07AOP07A的特點:Offset Null 2vcc +OutputNC超低偏移：150pV最大低輸入偏置電流：1.8nA 。低失調電壓漂移：0.5 aY/C。超穩(wěn)定，時間：2 n V/month最大高電源電壓范圍：3V至22V2.3.2 ADC08091 .主要

7、特性1） 8路8位A/D轉換器，即分辨率8位。2）具有轉換起?？刂贫?。3）轉換時間為100八4）單個+ 5V電源供。5）模擬輸入電壓范圍0+5V,不需零點和滿刻度校準。6）工作溫度范圍為-40+ 85攝氏度。7）低功耗，約15mW02 .內(nèi)部結構ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉換器，內(nèi)部結構如圖13. 22所示，它由8路模擬開關、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關樹型D/A轉換器、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，也可單獨工作。輸入輸出與 TTL兼容。IN0IN7 : 8路模擬

8、電壓輸入端，用與輸入被轉換的模擬電壓。D0D7: A/D 轉換后的數(shù)據(jù)輸出端，與單片機的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轉換完成數(shù)據(jù)的輸送A/D轉換后得到的是數(shù)字量的模擬量，這些數(shù)據(jù)應傳誦給單片機進行處理。 數(shù)據(jù)用的關鍵是如何確定A/D轉換完成。因為只有確定數(shù)據(jù)轉換完成后，才進 行傳送。為此可采用以下三種方式：定時傳送方式對于一種A寸子程序。A/D轉換啟動后，就調動這個子程序，延遲時間一到， 轉換肯定已經(jīng)完成了。接著，就可以進行數(shù)據(jù)傳送 A/D轉換來說，轉換時間作 為一項技術指標是已知的和固定的。查詢方式A/D轉換芯片表明有轉換完成的狀態(tài)信號，

9、例如ADC0809的E端，因此可以通過查詢方式用軟件測試EOC勺狀態(tài)，即可知道轉換是否完成，若完成，則接 著進行數(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白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的時間，當轉換 結束時，EOC發(fā)出一個脈沖向單片機提出中斷請求，單片機響應中斷請求，由外 部中斷1的中斷服務程序讀A/D結果，并啟動0809的下一次轉換，外部中斷1 采用邊沿觸發(fā)方式。2.3.3 ULN2003ULN2O03引腳圖ULN200A電路具有以下特點：1電流增益高（大于1000）；2帶負載能力強（輸出電流大于

10、 500mA）3溫度范圍寬（-4085C）;4工作電壓高（大于50V）。2.3.4四聯(lián)數(shù)碼管（共陰）EE寸SG1 a f SEG2 SEG3 bSHHH史 d dp e gri四聯(lián)數(shù)碼管引腳圖2.4各單元模塊的聯(lián)接2.4.1模塊連接共6個模塊。模塊1：信號調理電路：電橋+減法器模塊2: A/D轉換器ADC0809模塊3:單片機89C51或P89L51RD2FNP0: AD數(shù)據(jù)采集；P1：數(shù)碼管段選信號(a,b,c,d,e,f ;P2.7: A/D 的 OE;P3.4P3.5 :指示燈1，指示燈2 ;P2.0P2.3 :數(shù)碼管位選信號(1,2,3,4);INTO:鍵+ ;INT1:鍵-。模塊4:

11、鍵盤輸入：連接單片機的兩個外部中斷。模塊5:共陰四聯(lián)數(shù)碼管：位選 P2.0P2.3,段選P1模塊6:控制輸出：接兩個指示燈。3軟件設計3.1 開發(fā)工具及設計平臺3.1.1 Proteus 特點1 .Proteus軟件提供數(shù)千種元器件和多達 30多個元件庫。2 .在Proteus軟件中，理論上同一種儀器可以在一個電路中隨意的調用。3 .除了現(xiàn)實存在的儀器外，Proteus還可以以圖形的方式實時地顯示線路上變 化的信號。4 .虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標，可減少儀器對測量結果的影響。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。3.1.2 Ke

12、il 特點1 .全功能的源代碼編輯器；2 .器件庫用來配置開發(fā)工具設置；3 .項目管理器用來創(chuàng)建和維護用戶的項目；4 .集成的MAKE工具可以匯編、編譯和連接用戶嵌入式應用；5 .所有開發(fā)工具的設置都是對話框形式的；6 .真正的源代碼級的對CP眺口外圍器件的調試器；7 .高級GDI (AGDI)接口用來在目標硬件上進行軟件調試以及和Monitor-51進行通信。3.1.3 部分按鍵設定溫度與實際溫度間的切換數(shù)據(jù)的顯示Keyscan.攸件Display.h 文件流程圖開始P2 口送位選碼Display.hP1 口送段選碼延時文件流程圖開始P2 口送位選碼工4位數(shù)顯示完?P1 口送段逸碼延時;4位

13、數(shù)顯示完?是結束3.1.4 C代碼編寫 #include #includeabsacc.h bit flag;/采樣標志unsigned char countor;/定時器定時的循環(huán)標志unsigned char g,s,b,i;unsigned char Q=3,p=0;設置預設溫度unsigned char m,n;sbit P34=P3A4;sbit P35=P3A5;sbit P30=P3A0;/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);/延時函數(shù)的聲明float a,r

14、esult=0,result1=0,T;/*數(shù)碼管動態(tài)顯示*/ unsigned char Tab=0x3F, /0 0x06, /1 0x5B, /2 0x4F, /3 0x66, /4 0x6D, /5 0x7D, /6 0x07, /7 0x7F, /8 0x6F, /9 0x39, /C ;/*定時器T0定時*/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次達到定時0.1秒countor=0;flag=1; /定時時間到，置采樣標

15、志為1,進行采樣/*采樣函數(shù)*/void samp() unsigned int c;XBYTE0x7FF8=0;/ 進行一個寫操作，啟動A/D轉換delay();a=XBYTE0x7FF8;/ 將A/D轉換的結果保存為變量 aresult=a*5/256;將A/D轉換結果換算成十進制數(shù)if(result0.524&result1.940&result3.720&resultm)P35=1;P34=0;else P35=0;P34=1;/當實際溫度大于預設溫度時，紅燈亮，反之綠燈亮 /*外部中斷0,預設溫度加一 */ void int0_ser() interrupt 0 using 0 .d

16、elay();if(INT0=0) p+;if(p=10)Q+;p=0;for(i=0;i50;i+) DisplaySecond(Q,p);/*外部中斷1,預設溫度減一 */ void int1_ser() interrupt 2 using 2 .delay();if(INT1=0) P-；if(p=0)Q-;p=9;for(i=0;i50;i+)DisplaySecond(Q,p);void main() TMOD=0x01;/定時器工作方式TL0=0xF0;TH0=0xD8;/定時器初值ET0=1;/定時器中斷開放EA=1;/總允許TR0=1;/啟動定時器T0EX1=1;/外部中斷1開

17、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();/采樣標準為1時，調用采樣函數(shù)進行采樣DisplaySecond(s,b);/延時函數(shù)void delay(void)unsigned int j;for(j=0;j100;j+);/數(shù)碼管動態(tài)顯示函數(shù)void DisplaySecond(unsigned char s,b)P2=0xf1； 數(shù)碼管1亮 P1=Tab1g;/顯示溫度的百位delay();P2=

18、0xf0;P2=0x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溫度與電阻的關系：4.2溫度與電壓的關系：4. 3溫度分段與電壓的擬合曲線：（11C至U24C）11度到24度溫度與電壓關系4. 4溫度分段與電壓的擬合曲線：（25C到35C）=0.0844X - 0.563425度到35度溫度與電壓關系一電壓計算值線性（電壓計算值）4. 5溫度分段與電壓的擬合曲線

19、：（36C到48C）36度到48度溫度與電壓關系一電壓計算值線性（電壓計算 值）0.0617X + 0.256249度到64度溫度與電壓關系一電壓計算值線性（電壓計算 值）4. 6溫度分段與電壓的擬合曲線：（49C到64C）y = 0.0431X + 1.14944 . 7溫度分段與電壓的擬合曲線：(65C到80C)65度到80度溫度與電壓關系5小結和體會+這次的電子系統(tǒng)綜合設計在理論上不僅用到了單片機的知識，還用到了模電的知識。然而理論必須聯(lián)系實際。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是用來驅動四位共連數(shù)碼管 的位選與段選的：因為單

20、片機出來的電流太小，就算能驅動數(shù)碼管，但數(shù)碼管的 亮度會比較低。實踐總是能幫助理論知識的學習。 通過這次系統(tǒng)設計，我理解了 一些以前在理論課上沒有注意到的問題：1. A/D轉換中XBYTE0x7ff8=0 ,這句程序是用來給單片機的 WR 口提 供信號，再通過或非門后將信號傳給 ADC0809的START端，用來啟 動A/D轉換；2. 在單片機與A/D轉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、延時等待。其中，中斷方式為 EOC接非門；查 詢方式為EOC接到單片機的任一接口，不斷查詢if(EOC=1);延時等 待為EOC懸空，估計A/D轉換的時間。3. 對一些管腳的認識

21、更加深刻：OE= 1”時，讀取信號；在平時OE為低電平；4. 繼電器的連接與功能問題；通過這次系統(tǒng)設計，知道了許多設計系統(tǒng)的方法，熟悉了系統(tǒng)設計的一般步 驟。在搭建電路后的原件選擇上考慮的方面更加廣了。 設計程序時的思路也比以 前更加寬了。在這次的設計中可以是預置溫度的顯示更加人性化。在按鍵按一次后就顯示預置溫度，接著再按則開始加減預置溫度；在調節(jié)預置溫度時不要顯示當前溫度； 等調節(jié)好后，再顯示當前溫度。6參考文獻1胡宴如，耿蘇燕.模擬電子技術基礎.北京：高等教育出版社，2004. 213-216.2閆玉德，葛龍，俞虹.單片機微型計算機原理與設計.中國電力出版 社，2010.112-154,1

22、97-199,.3朱蘊璞.傳感器原理與應用.國防工業(yè)出版社.4黃錦安.電路.北京：機械工業(yè)出版社，2007.附錄:軟件仿真圖:信號調理電路控制電路圖AD采集電路與單片機電路數(shù)碼管顯示圖摯一YO齊界一一與:工事王 r r。 一工一37i7AErHH-xF aIliJT系統(tǒng)連接圖代碼#include#includeabsacc.h bit flag;/采樣標志unsigned char countor;/定時器定時的循環(huán)標志unsigned char g,s,b,i;unsigned char Q=3,p=0;設置預設溫度unsigned char m,n;sbit P34=P3A4;sbit P

23、35=P3A5;sbit P30=P3A0;/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);/延時函數(shù)的聲明float a,result=0,result1=0,T;/*數(shù)碼管動態(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 0x77, /A 0x7C, /B 0x39, /C 0x5E, /D 0x79

24、, /E 0x71, /F;/*定時器T0定時*/void t0_ser() interrupt 1 using 1 TL0=0xF0;TH0=0xD8;P30=!P30;/ 蜂鳴器產(chǎn)生的方波循環(huán)10次達到定時0.1秒定時時間到，置采樣標志為1,進行采樣countor+;if(countor=10) /countor=0;flag=1; /*采樣函數(shù)*/void samp() unsigned int c;XBYTE0x7FF8=0;/ 進行一個寫操作，啟動A/D轉換delay();a=XBYTE0x7FF8;/ 將A/D轉換的結果保存為變量 aresult=a*5/256;將A/D轉換結果換算成十進制數(shù)if(result0.524&result1.940&result3.720&resultm)P35=1;P34=0;else P35=0;P34=1;/當實際溫度大于預設溫度時，紅