基于熱敏電阻的數(shù)字溫度計

浙江海洋學(xué)院單片機(jī)課程設(shè)計報告設(shè)計題目基于熱敏電阻的數(shù)字溫度計目錄1.引言42.方案設(shè)計42.1設(shè)計要求42.2設(shè)計方案43.硬件設(shè)計43.1單片機(jī)最小系統(tǒng)43.2復(fù)位電路設(shè)計43.3測溫電橋電路設(shè)計53.4信號放大電路設(shè)計53.5A/D轉(zhuǎn)換63.6顯示電路64.軟件設(shè)計64.1軟件流程74.2子程序模塊75.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論85.1實(shí)驗(yàn)仿真85.2結(jié)果討論96.心得體會97.附錄：源程序：108.參考文獻(xiàn)15摘要溫度作為一個重要的物理量，是工業(yè)生產(chǎn)過程中最普遍、最重要的工藝參數(shù)之一，所以溫度測量技術(shù)和測量儀器的研究是一個重要的課題。隨著時代的進(jìn)步和開展，單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)伸入到各個領(lǐng)域，基于單片機(jī)數(shù)字溫度計與傳統(tǒng)的溫度計相比，具有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，其輸出溫度采用數(shù)字顯示。本設(shè)計采用了以單片機(jī)為開發(fā)平臺，控制系采用AT89C51單片機(jī)，A/D轉(zhuǎn)換采用ADC0809。系統(tǒng)除能確保實(shí)現(xiàn)要求的功能外，還可以方便進(jìn)行。8路其它A/D轉(zhuǎn)換量的測量、遠(yuǎn)程測量結(jié)果傳送等擴(kuò)展功能。基于單片機(jī)對熱敏電阻進(jìn)行溫度測試。在進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換時使用ADC0809將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。ADC0809是8位的并行AD轉(zhuǎn)換器，具有轉(zhuǎn)換速率高，低功耗等特點(diǎn)。51單片機(jī)作為主控制器件進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算。通過熱面電阻阻值的改變而根據(jù)規(guī)定數(shù)據(jù)的變化改變其溫度，到達(dá)了本設(shè)計的要求。引言隨著以知識經(jīng)濟(jì)為特征的信息化時代的到來人們對儀器儀表的認(rèn)識更加深入，溫度作為一個重要的物理量，是工業(yè)生產(chǎn)過程中最普遍，最重要的工藝參數(shù)之一。隨著工業(yè)的不斷開展，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。目前溫度計按測使用的溫度計種類繁多，應(yīng)用范圍也比擬廣泛，大致可以包括以下幾種方法：1.利用物體熱脹冷縮原理制成的溫度計2.利用熱電效應(yīng)技術(shù)制成的溫度檢測元件3.利用熱阻效應(yīng)技術(shù)制成的溫度計4.利用熱輻射原理制成的高溫計5.利用聲學(xué)原理進(jìn)行溫度測量溫度檢測局部采用傳統(tǒng)的熱敏電阻，熱敏電阻的阻值隨環(huán)境溫度變化而變化，將熱敏電阻與固定電阻串聯(lián)后分壓，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可識別得二進(jìn)制數(shù)字量，然后根據(jù)程序查表得到溫度值，單片機(jī)主要控制LED顯示器顯示正確的溫度值，測量誤差約為正負(fù)0.5℃。方案設(shè)計2.1設(shè)計要求1、根本要求〔1〕能夠進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的采集并顯示?！?〕顯示三位，可以用LCD或LED?！?〕具有開、關(guān)，復(fù)位功能。2、發(fā)揮局部〔1〕小于0度或大于40度能用蜂鳴器提示。〔2〕當(dāng)溫度10度內(nèi)按格式x.xx顯示2.2設(shè)計方案信號放大51單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖：信號放大51單片機(jī)AD轉(zhuǎn)換器顯示熱敏電阻AD轉(zhuǎn)換器顯示熱敏電阻溫度檢測局部采用傳統(tǒng)的熱敏電阻，首先PT100電阻上產(chǎn)生的電阻阻值變化引起電壓變化，微弱的電壓變化經(jīng)過NE5532放大電路放大，再輸入到ADC0809進(jìn)行A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換，繼而由AT89C51芯片處理從P0輸出端口輸入到數(shù)碼顯示管顯示。硬件設(shè)計3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)選AT89C51，復(fù)位電路可對單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位操作3.2復(fù)位電路設(shè)計單片機(jī)在啟動運(yùn)行時都需要復(fù)位，使CPU和系統(tǒng)中的其他部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。MCS-51單片機(jī)有一個復(fù)位引腳RST,采用施密特觸發(fā)輸入。當(dāng)震蕩器起振后，只要該引腳上出現(xiàn)2個機(jī)器周期以上的高電平即可確保時器件復(fù)位。單片機(jī)的復(fù)位方式可由手動復(fù)位方式完成。3.3測溫電橋電路設(shè)計該測溫電路設(shè)計為測溫電橋，測溫電橋的主要局部是熱敏電阻。熱敏電阻PT100的主要特點(diǎn)是：①靈敏度較高，其電阻溫度系數(shù)要比金屬大10～100倍以上，能檢測出0-6℃的溫度變化；②工作溫度范圍寬，常溫器件適用于-55℃～315℃③使用方便，電阻值可在0.1～100kΩ間任意選擇，測量范圍在〔-200℃～850℃〕之間；④穩(wěn)定性好、過載能力強(qiáng)。3.4信號放大電路設(shè)計本次課程設(shè)計，放大模塊采用的是NE5532放大器,它是高性能低噪聲雙運(yùn)算放大器〔雙運(yùn)放〕集成電路。與很多標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)放相似，但它具有更好的噪聲性能，優(yōu)良的輸出驅(qū)動能力及相當(dāng)高的小信號帶寬，電源電壓范圍大等特點(diǎn)。3.5A/D轉(zhuǎn)換首先輸入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擬器。START上升沿將逐次逼近存放器復(fù)位。下降沿啟動A/D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號變低，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，這個信號可用作中斷申請。當(dāng)OE輸入高電平時，輸出三態(tài)門翻開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)應(yīng)及時傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問題是如何確認(rèn)A/D轉(zhuǎn)換的完成，因?yàn)橹挥写_認(rèn)完成后，才能進(jìn)行傳送。3.6顯示電路7SEG-MPX4-CA是六位共陽極七段數(shù)碼管。其中7SEG表示七段數(shù)碼管，MPX4表示是四位，CA共陽極。AT89C51的8個輸出口分別與各個數(shù)碼管的8個段選端口相連，利用2k2電阻起到限流作用，使得數(shù)碼管亮度適中。再經(jīng)過單片機(jī)P0輸出的8位數(shù)據(jù)，進(jìn)入數(shù)碼管中，同時單片機(jī)的P2.4-P2.7口來選擇要顯示的位，即控制數(shù)碼管的位選，通過以上所述來到達(dá)實(shí)時顯示溫度的目的。軟件設(shè)計根據(jù)需要，可將系統(tǒng)軟件按照功能劃分為4個模塊，分別是主程序模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、液晶顯示模塊、警報模塊，各模塊的功能關(guān)系如下圖。編寫系統(tǒng)軟件時，可首先編寫各模塊的底層驅(qū)動程序，而后是系統(tǒng)聯(lián)機(jī)調(diào)試，編寫上層主程序。系統(tǒng)主程序系統(tǒng)主程序警報模塊液晶顯示模塊A/D轉(zhuǎn)換模塊警報模塊液晶顯示模塊A/D轉(zhuǎn)換模塊4.1軟件流程開始開始程序初始化程序初始化采集溫度采集溫度A/D轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換判斷溫度是否超限判斷溫度是否超限超限沒有超限超限沒有超限警報不警報警報不警報程序初始化程序初始化4.2子程序模塊A/D轉(zhuǎn)換的模塊：AD轉(zhuǎn)換通過ADC0809芯片實(shí)現(xiàn)，通過控制引腳的電平變化，啟動AD轉(zhuǎn)換，P1口讀取AD數(shù)據(jù)，用于查表獲取溫度值。ADC0809操作函數(shù)流程圖如下列圖一：液晶顯示模塊：數(shù)碼管根據(jù)模式切換不同的顯示，正常模式時顯示實(shí)時溫度值，當(dāng)顯示超過上下限溫度值時進(jìn)如警報環(huán)節(jié)，顯示函數(shù)流程圖如圖二：警報模塊：圖三為警報模塊的流程圖：開始開始開始開始初始化顯示變量初始化顯示變量OE置低電平OE置低電平判斷當(dāng)前模式ST低電平-高電平-低電平判斷當(dāng)前模式ST低電平-高電平-低電平報警模式顯示溫度并發(fā)出警報正常模式，顯示實(shí)時溫度值開始轉(zhuǎn)換報警模式顯示溫度并發(fā)出警報正常模式，顯示實(shí)時溫度值開始轉(zhuǎn)換判斷EOC是否返回高電平判斷EOC是否返回高電平結(jié)束結(jié)束圖二液晶顯示流程圖讀取AD值，讀表后得到溫度值顯示到數(shù)碼管讀取AD值，讀表后得到溫度值顯示到數(shù)碼管OE拉高電平OE拉高電平判斷溫度是否超限讀取AD轉(zhuǎn)換的值判斷溫度是否超限讀取AD轉(zhuǎn)換的值大于上限上下限中間小于下限大于上限上下限中間小于下限將讀取的AD值隨函數(shù)返回將讀取的AD值隨函數(shù)返回蜂鳴器報警蜂鳴器報警蜂鳴器停止報警蜂鳴器報警蜂鳴器報警蜂鳴器停止報警結(jié)束結(jié)束結(jié)束結(jié)束圖一A/D轉(zhuǎn)換流程圖圖三警報器流程圖實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論5.1實(shí)驗(yàn)仿真熱敏電阻PT100上溫度變化，經(jīng)過ADC0809的A/D轉(zhuǎn)換，使得前幾個模塊得到運(yùn)轉(zhuǎn)，再由AT89C51的處理，從P0端口輸出，完成顯示模塊功能，并拓展了溫度在小于0℃和大于40℃的一個蜂鳴的警報，仿真結(jié)果如下列圖所示：5.2結(jié)果討論本設(shè)計以AT89C51單片機(jī)為系統(tǒng)的控制核心，采用proteus仿真軟件進(jìn)行測試。Proteus是一款比擬常用的單片機(jī)仿真軟件，用proteus和keil配合進(jìn)行仿真提高系統(tǒng)運(yùn)行效率與穩(wěn)定性。在這次課程設(shè)計中發(fā)現(xiàn)用PT100熱敏電阻還是存在一定的缺陷的，如果可以就用電橋來代替熱敏電阻，在這方面的只是還需要去學(xué)習(xí)。心得體會對于這次單片機(jī)的課程設(shè)計來說，首先我發(fā)現(xiàn)之前學(xué)到東西都遺忘的差不多，說明當(dāng)初就沒有學(xué)好，才會對此措手不及；第二，看到設(shè)計題目是基于熱敏電阻的數(shù)字溫度計，經(jīng)過查閱資料后我的第一想法就是直接拿PT100熱敏電阻，但老師的建議是用電橋來帶起熱敏電阻，但是由于對這方面的只是欠缺所以未能實(shí)現(xiàn)；第三，漸漸的發(fā)現(xiàn)其實(shí)課程實(shí)際還是很有趣的，從中可以不用很死板的去學(xué)習(xí)只是，可以自己主動地去學(xué)習(xí)，這還是很好的；最后，就是團(tuán)隊的力量了，我們一起查閱資料并相互討論、交流，這不僅有利于我們完成設(shè)計也同時促進(jìn)了我們無意間在學(xué)術(shù)上的交流。雖然這個單片機(jī)的課題比擬簡單，但是從中我還是學(xué)到了許多新東西。在之前的學(xué)習(xí)過程中沒有經(jīng)常用到Proteus這個軟件，所以剛剛開始的時候一邊在向別人請教Proteus一邊實(shí)踐操作Proteus這個軟件，不過幸好以前用過Protell繪圖軟件，舉一反三的在短時間內(nèi)把Proteus磕磕碰碰學(xué)會許多，雖然沒有弄的很懂，但一定不會是一無所知了。怎么說經(jīng)過這次課程設(shè)計真的豐富了我的大學(xué)生活，吸收了許多有營養(yǎng)的知識。附錄：源程序：源程序代碼〔主要語句要有注釋〕。附源程序代碼//程序頭函數(shù)#include<reg51.h>//宏定義#defineuintunsignedint#defineucharunsignedchar#defineData_ADC0809P1//管腳聲明sbitFeng=P3^0;//ADC0809sbitST=P3^3;sbitEOC=P3^4;sbitOE=P3^2;//顯示數(shù)組0-9ucharData_[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x76,0x38,0x40};ucharcodeData_T[]={//AD數(shù)值對應(yīng)的溫度0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,/*0-11*///此范圍內(nèi)為無效值，讀到的數(shù)據(jù)為70x89,0x88,0x87,0x86,0x85,0x84,0x83,0x82,0x81,/*12-20*///此范圍內(nèi)為負(fù)溫度值-9~-10,1,2,3,4,5,6,6,7,8, /*21-30*/ //以下為正溫度0-1119,9,10,11,11,12,13,13,14,15,/*31-40*/15,16,17,17,18,18,19,19,20,21,/*41-50*/21,22,22,23,23,24,24,25,25,26,/*51-60*/26,27,27,28,28,29,29,30,30,30,/*61-70*/31,31,32,32,33,33,33,34,34,35,/*71-80*/35,36,36,36,37,37,38,38,39,39,/*81-90*/39,40,40,41,41,42,42,42,43,43,/*91-100*/44,44,44,45,45,46,46,47,47,47,/*101-110*/48,48,49,49,49,50,50,51,51,51,/*111-120*/52,52,53,53,54,54,54,55,55,56,/*121-130*/56,57,57,57,58,58,59,59,60,60,/*131-140*/60,61,61,62,62,63,63,64,64,65,/*141-150*/65,65,66,66,67,67,68,68,69,69,/*151-160*/70,70,71,71,72,72,73,73,74,74,/*161-170*/75,75,76,76,77,78,78,79,79,80,/*171-180*/80,81,82,82,83,83,84,85,85,86,/*181-190*/87,87,88,89,89,90,91,91,92,93,/*191-200*/94,94,95,96,97,98,99,99,100,101,/*201-210*/102,103,104,105,106,107,108,109,110,111 /*211-220*/}; sbitWei1=P2^7;sbitWei2=P2^6;sbitWei3=P2^5;sbitWei4=P2^4;//函數(shù)聲明voidDisplay(ucharX,ucharData);bitflag_start=0;uchartemp;//蜂鳴器變量ucharFFs=40,FFx=0;//顯示模式ucharMode=0;ucharp;bitbdataflag; //ADC0809讀取信息ucharADC0809(){ uchartemp_=0x00;//初始化高阻太 OE=0;//轉(zhuǎn)化初始化 ST=0;//開始轉(zhuǎn)換 ST=1; ST=0;//外部中斷等待AD轉(zhuǎn)換結(jié)束 while(EOC==0);//讀取轉(zhuǎn)換的AD值 OE=1; temp_=Data_ADC0809; OE=0; returntemp_;}//延時voiddelay(uintt){ uinti,j; for(i=0;i<t;i++) for(j=0;j<10;j++);}voidinit(){ TMOD=0x01; TL0=0xb0; TH0=0x3c; EA=1; ET0=1; TR0=1;}voidmain(){ uchari; uintpp; init(); while(1) {//正常模式 if(Mode==0) {//讀取AD值 if(flag_start==1) { for(i=0;i<10;i++) { temp=ADC0809(); pp=pp+temp; } temp=pp/10; pp=0; flag_start=0; temp=Data_T[temp]; } for(p=0;p<10;p++) { if(Mode==0) Display(0,temp); elseif(Mode==1) Display(1,FFs); else Display(2,FFx); }//判斷是否報警 if(temp>111) { flag=1; cold=1; hot=0; } elseif(temp<111) { if(temp>FFs) { flag=1; } elseif(temp<=FFs&&temp>=FFx) { flag=0; } elseif(temp<FFx) { flag=1; } } }//調(diào)整模式 elseif(Mode==1) { Display(1,FFs); flag=0; Feng=1; } else { Display(2,FFx); flag=0; Feng=1; } } }//顯示X表示狀態(tài)Data表示數(shù)據(jù)voidDisplay(ucharX,ucharData){ Wei1=1; Wei2=1; Wei3=1; 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