AD590溫度測量與顯示

摘要在當(dāng)今信息化時(shí)代展過程中，各種信息的感知、采集、轉(zhuǎn)換、傳輸和處理的功能器件已經(jīng)成為各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中不可缺少的重要技術(shù)工具。溫度是一個(gè)基本的物理量，自然界中的一切過程無不與溫度密切相關(guān)。溫度傳感器是最早開發(fā)，應(yīng)用最廣的一類傳感器。溫度傳感器的市場份額大大超過了其他的傳感器。本設(shè)計(jì)為AD590溫度傳感器，并通過A/D轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)字信號(hào)，并通過單片機(jī)編程，最后通過LED顯示器顯示當(dāng)前溫度。電路采用ADC0809作為A/D轉(zhuǎn)換元件，將AD590采集的模擬溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)內(nèi)部，最后用共陰極LED顯示出來，溫度測量范圍0℃~99℃，小數(shù)點(diǎn)后顯示一位。要求使用3位LED模塊正確的顯示溫度傳感器的溫度。關(guān)鍵字：AD590A/D轉(zhuǎn)換器LED顯示單片機(jī)編程總方案及原理圖本設(shè)計(jì)主要包括大模塊：數(shù)據(jù)采集模塊、控制模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊。電路采用ADC0809作為A/D轉(zhuǎn)換元件，將AD590采集的模擬溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)內(nèi)部，最后用共陰極LED顯示出來。首先繪制出工作流程圖，然后連接好硬件電路，寫入?yún)R編程序，并進(jìn)行調(diào)試，最終設(shè)計(jì)完成了該系統(tǒng)的硬件電路。在軟件編程上，采用了匯編語言進(jìn)行編程，使用了顯示模塊程序、轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)存取程序、A/D轉(zhuǎn)換程序。其結(jié)構(gòu)框圖如圖1-1：圖1-1第二章各模塊的功能及其原理2.1AD590的功能及特性AD590是電流型溫度傳感器，通過對(duì)電流的測量可得到所需要的溫度值。根據(jù)特性分擋，AD590的后綴以I，J，K，L，M表示。AD590L，AD590M一般用于精密溫度測量電路，其電路外形如圖1所示，它采用金屬殼3腳封裝，其中1腳為電源正端V＋；2腳為電流輸出端I0；3腳為管殼，一般不用。集成溫度傳感器的電路符號(hào)如圖1-1所示。圖2-1AD590的主特性參數(shù)如下：工作電壓：4～30V；工作溫度：－55～＋150℃；保存溫度：－65～＋175℃；正向電壓：＋44V；反向電壓：－20V；焊接溫度（10秒）：300℃；靈敏度：1μA／K。2.2AD590的工作原理測量熱力學(xué)溫度、攝氏溫度、兩點(diǎn)溫度差、多點(diǎn)最低溫度、多點(diǎn)平均溫度的具體電路，廣泛應(yīng)用于不同的溫度控制場合由于AD590精度高、價(jià)格低、不需輔助電源、線性好，常用于測溫和熱電偶的冷端補(bǔ)償。AD590溫度傳感器是單片集成兩端感溫電流源，測溫范圍為－55℃～＋150℃，其電源電壓可在4V～6V范圍變化，可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會(huì)被損壞。AD590產(chǎn)生的電流與絕對(duì)溫度成正比，它有非常好的線性輸出性能，溫度每增加1℃，其電流增加1μA。因此在室溫25℃時(shí)，其輸出電流Iout=（273+25）=298μA。其線性表如表2-1：攝氏溫度AD590電流經(jīng)10KΩ電壓0℃273.2uA2.732V10℃283.2uA2.832V20℃293.2uA2.932V30℃303.2uA3.032V40℃313.2uA3.132V50℃323.2uA3.232V60℃333.2uA3.332V100℃373.2uA3.732V表2-1實(shí)驗(yàn)室所提供的電位器最大值為5伏，我們需經(jīng)過放大器放大，而根據(jù)輸出電壓通過單片機(jī)后，最終由LED顯示器顯示相應(yīng)的溫度。其總電路圖如圖2-2所示：圖2-2一級(jí)運(yùn)算為穩(wěn)定輸出電壓，二級(jí)運(yùn)放為輸出電壓減小2.732v，使輸出電壓從零開始，三級(jí)運(yùn)放為放大電壓到5v。因此可得溫度與電壓的線性表如表2-2：溫度電壓0℃0V10℃0.5V20℃1V30℃1.5V40℃2V50℃2.5V60℃3V70℃3.5V80℃4V90℃4.5V100℃5V表2-22.3A/D轉(zhuǎn)換模塊ADC0809是CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。是目前國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的8位通用A/D芯片。我們通過輸入模擬信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器輸出8位數(shù)字信號(hào)，再輸入到單片機(jī)來處理數(shù)據(jù)。傳感器輸出信號(hào)經(jīng)過電壓跟隨器和差分放大電路之后，輸出的是0-5V的電壓信號(hào)，為了把這一信號(hào)用數(shù)碼管顯示出來，還要經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器件ADC0809把0-5V的電壓轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)0-255。A/D轉(zhuǎn)換器的功能是把模擬量變換成數(shù)字量。ADC0809的工作過程是：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng)A／D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到A／D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng)OE輸入高電平時(shí)，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。2.4控制模塊本設(shè)計(jì)采用的是CMOS芯片的8051單片機(jī)，具體管腳如圖2-3所示：圖2-38051單片機(jī)管腳圖40只腳按其功能來分，可分為3類：電源及時(shí)鐘引腳：Vcc、Vss、XTAL1、XTAL2。控制引腳：/PSEN、ALE、/EA、RESET、（即RST）。I/O口引腳：P0、P1、P2、P3,為4個(gè)8位I/O口的外部電路引腳。單片機(jī)的引腳除了電源、復(fù)位、時(shí)鐘接入、用戶I/O口外，其余管腳都是為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)展而設(shè)置的。這些引腳構(gòu)成了8051單片機(jī)片外三總線結(jié)構(gòu)即地址總線，數(shù)據(jù)總線，控制總線如下圖示：圖2-48051擴(kuò)展三總線（1）地址總線（AB）：用于傳送單片機(jī)發(fā)出的地址信號(hào)，以便進(jìn)行存儲(chǔ)單元和I/O口選擇，地址總線是單向傳輸?shù)?。地址總線寬度為16位，因此，其外部存儲(chǔ)器直接尋址為64K字節(jié)，16位地址總線由P0口經(jīng)地址鎖存器提供低八位地址（A0～A7）；P2口直接提供高8位地址（A8～A15）。（2）數(shù)據(jù)總線（DB）：用于在在單片機(jī)與存儲(chǔ)之間或單片機(jī)與I/O之間傳送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)總線是雙向的，可以進(jìn)行兩個(gè)方向的傳送其總線為8位，由P0口提供。（3）控制總線（CB）：實(shí)際上就是一組控制信號(hào)線，包括單片機(jī)發(fā)出的以及其他部件傳送給單片機(jī)的，它由P3口的第二功能狀態(tài)和4根獨(dú)立控制線RESET、/EA、ALE、/PSEN組成。P0口：雙向8位三態(tài)I/O口，此口為地址總線及數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型TTL負(fù)載。P1口：8位準(zhǔn)雙向I/O口，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。由于這種接口輸出沒有高阻狀態(tài)，輸入也不能鎖存，故不是真正的雙向I/O口。P2口：8位準(zhǔn)雙向I/O口，地址總線（高8位）復(fù)用，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，它可以作為擴(kuò)展電路高8位地址總線送出高8位地址。P3口：8位準(zhǔn)雙I/O口，雙功能復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。作為第一功能使用時(shí)，就作為普通I/O口用，功能和操作方法與P1口相同。作為第二功能使用時(shí)，各引腳的定義如下表：口線引腳第二功能P3.010RxD（串行輸入口）P3.111TxD（串行輸出口）P3.212/INTO（外部中斷0）P3.313/INT1（外部中斷1）P3.414T0（定時(shí)器0外部輸入）P3.515T1（定時(shí)器1外部輸入）P3.616/WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫脈沖）P3.717/RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀脈沖）表2-3P3口特殊功能表2.5顯示模塊在系統(tǒng)中要顯示時(shí)間,就必需有顯示無器件,目前市場上顯示元器件很多,有LCD、點(diǎn)陣顯顯、7段數(shù)碼管顯示等。LED顯示器與LCD顯示器相比，LED在亮度、功耗、可視角度和刷新速率等方面，都更具優(yōu)勢。由發(fā)光二極管組成的LED顯示器是單片機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品中最常用的輸出設(shè)備之一，用于顯示各種數(shù)字和字符。在單片機(jī)系統(tǒng)中，常常用數(shù)碼管做顯示器，一般的顯示器為4位或8位。本系統(tǒng)使用數(shù)碼管顯示溫度值，因此需要四位數(shù)碼管。該數(shù)字溫度顯示系統(tǒng)的溫度顯示由4位LED顯示器組成，單片機(jī)AT89C51以并行通信方式從P1.0～P1.7口輸出段選碼和控制信號(hào)，但題意要求3位顯示，所以再用3個(gè)共陰極LED顯示器動(dòng)態(tài)顯示溫度的各個(gè)數(shù)位。圖2-5顯示器第三章程序設(shè)計(jì)程序框圖該電路采用ADC0809作為A/D轉(zhuǎn)換元件，將AD590采集的模擬溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)內(nèi)部，最后是用共陰極LED顯示出來，所以有程序框圖如下圖3-1：設(shè)定初始值設(shè)定初始值調(diào)用AD數(shù)據(jù)AD輸出八位2進(jìn)制二進(jìn)制乘以100得十六位數(shù)據(jù)十六位數(shù)據(jù)除以256得高八位和低八位分別為溫度整數(shù)和小數(shù)數(shù)據(jù)調(diào)用到顯示地址調(diào)用初地址加上數(shù)據(jù)顯示出來結(jié)束程序流程否是開始開始選擇ADC0809的轉(zhuǎn)換通道設(shè)置定時(shí)器，為ADC0809提供時(shí)鐘信號(hào)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換結(jié)束？輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)值轉(zhuǎn)換顯示圖3-2程序LED_0EQU30HLED_1EQU31HLED_2EQU32H;存放段碼ADCEQU35HCLOCKBITP2.4STBITP2.5EOCBITP2.6OEBITP2.7ORG00HSJMPSTARTORG0BHLJMPINT_T0START:MOVLED_0,#00HMOVLED_1,#00HMOVLED_2,#00HMOVDPTR,#TABLE;段碼表首地址MOVTMOD,#02HMOVTH0,#245MOVTL0,#00HMOVIE,#82HSETBTR0WAIT:CLRSTSETBSTCLRST;啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換JNBEOC,$；等待轉(zhuǎn)換結(jié)束SETBOE；允許輸出MOVADC,P1;讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果CLROEMOVA,ADCMOVB,#100;A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果轉(zhuǎn)換成BCD碼DIVABMOVLED_2,AMOVA,BMOVB,#10DIVABMOVLED_1,AMOVLED_0,BLCALLDISPSJMPWAITINT_T0:CPLCLOCK;提供ADC0809時(shí)鐘信號(hào)RETIDISP:MOVA,LED_0；顯示子程序MOVCA,@A+DPTRCLRP2.3MOVP0,ALCALLDELAYSETBP2.3MOVA,LED_1MOVCA,@A+DPTRCLRP2.2MOVP0,ALCALLDELAYSETBP2.2MOVA,LED_2MOVCA,@A+DPTRCLRP2.1MOVP0,ALCALLDELAYSETBP2.1RETDELAY:MOVR6,#10;延時(shí)5msD1:MOVR7,#250DJNZR7,$DJNZR6,D1RETTABLE:DB3FH,06H,5BH,4FH,66HDB6DH,7DH,07H,7FH,6FHEND參考文獻(xiàn)[1]《單片微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用》張淑清國防工業(yè)出版社2001[2]《單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)》張淑清國防工業(yè)出版社2010[3]《單片機(jī)技術(shù)與應(yīng)用》許志剛?cè)嗣襦]電出版社，2009心得體會(huì)通過這次課程設(shè)計(jì)，我掌握了AD590溫度測量與顯示的制作原理，并充分了解到了各部分模塊運(yùn)作的關(guān)系與原理。將課本理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，對(duì)《單片機(jī)》這門課程有了充分的理解。溫度傳感器是最早開發(fā)，應(yīng)用最廣的一