热敏电阻测温显示系统.doc

1、燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书燕山大学课 程 设 计 说 明 书题目： 热敏电阻测温显示系统 学院（系）： 电气工程学院 年级专业： 10 级检测一班 学 号： 学生姓名： yanshanxiaoyao 指导教师： 孟 宗 教师职称： 副教授 2013 年 7 月 7 日燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书燕山大学课程设计（论文）任务书院（系）：电气工程学院 基层教学单位：仪器科学与工程系 学 号 100103020044 学生姓名 许帆 专业（班级） 10 检测一班设计题目 热敏电阻测温显示系统设计技术参数设计一个采用热敏电阻为敏感元件的温度测量显示系统，温度显示范围为 0

2、-100，显示分辨率 0.1。设计要求设计热敏电阻检测电路与单片机的接口电路、4 位 LED 显示电路；编制相应的程序。工作量设计的内容满足课程设计的教学目的与要求，设计题目的难度和工作量适合学生的知识和能力状况，工作量饱满。工作计划查阅资料进行设计准备、设计硬件电路、编制程序，编制程序、验证设计、撰写任务书。参考资料单片微型计算机接口技术及其应用 张淑清 国防工业出版社单片机原理及应用技术 张淑清 国防工业出版社单片机应用技术汇编指导教师签字 基层教学单位主任签字说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书目录第 1 章 摘要 .3

3、第 2 章 引言 .4第 3 章 基本原理 .43.2 传感器电路模块 .53.2.1 热敏电阻简介 .53.2.2 基于热敏电阻测温电桥和放大电路 .53.3 AD 转换器工作原理 .63.3.1 AD0809 简介 .63.3.2 基于 AD0809 的数模转换电路 .63.4 AT89C51 工作原理 .73.5 LED 数码管显示原理 .83.5.1 LED 数码管简介 .83.5.2 LED 数码管驱动方式 .83.5.3 LED 数码管驱动电路 .10第 4 章 电路整体结构设计及软件设计 .114.1 电路整体结构设计 .114.2 软件设计 .11第 5 章 心得体会 .12参

4、考文献 .13附录 .14燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书第 1 章 摘要随着工业的不断发展，对温度的测量的要求也越来越高，而且测量的范围也越来越广，对温度的检测技术的要求也越来越高，因此，温度测量及其测量技术的研究也是一个很重要的课题。本 文 设 计 一 个 采 用 热 敏 电 阻 为 敏 感 元 件 的 温 度 测 量 显 示系 统 ， 温 度 显 示 范 围 为 0-100 ， 显 示 分 辨 率 0.1 。 包 含 温 度 传 感 器 ， AD 转CC换 器 ， 51 系 列 单 片 机 ， LED 数 码 显 示 管 四 部 分 。 并 利 用 汇 编 语 言 编 制 的

5、程 序 ， 实现 热 敏 电 阻 测 温 显 示 系 统 。 第 2 章 引言单 片 微 型 计 算 机 简 称 为 单 片 机 ， 又 称 为 微 型 控 制 器 ， 是 微 型 计 算 机 的 一 个 重 要分 支 。 单 片 机 是 70 年 代 中 期 发 展 起 来 的 一 种 大 规 模 集 成 电 路 芯 片 ， 是CPU、 RAM、 ROM、 I/O 接 口 和 中 断 系 统 于 同 一 硅 片 的 器 件 。 80 年 代 以 来 ， 单 片机 发 展 迅 速 ， 各 类 新 产 品 不 断 涌 现 ， 出 现 了 许 多 高 性 能 新 型 机 种 ， 现 已 逐 渐 成

6、 为 工厂 自 动 化 和 各 控 制 领 域 的 支 柱 产 业 之 一 。单 片 机 具 有 体 积 小 、 重 量 轻 、 能 耗 省 、 价 格 低 可 靠 性 高 和 通 用 灵 活 等 优 点 ， 广泛 应 用 于 卫 星 定 向 、 汽 车 火 化 控 制 、 交 通 自 动 管 理 等 方 面 。单 片 机 有 两 种 基 本 结 构 形 式 :一 种 是 在 通 用 微 型 计 算 机 中 广 泛 采 用 的 ， 将 程 序 存储 器 和 数 据 存 储 器 合 用 一 个 存 储 器 空 间 的 结 构 ， 称 为 普 林 斯 顿 结 构 。 另 一 种 是 将 程序 存

7、储 器 和 数 据 存 储 器 截 然 分 开 ， 分 别 寻 址 的 结 构 ， 一 般 需 要 较 大 的 程 序 存 储 器 ，目 前 的 单 片 机 以 采 用 程 序 存 储 器 和 数 据 存 储 器 截 然 分 开 的 结 构 为 多 。 本 课 题 讨 论 的热 敏 电 阻 测 温 显 示 系 统 的 核 心 是 目 前 应 用 极 为 广 泛 的 51 系 列 单 片 机 。第 3 章 基本原理3.1 总体设计温 度 测 量 模 块 主 要 为 温 度 测 量 电 桥 ， 当 温 度 发 生 变 化 时 ， 电 桥 失 去 平 衡 ， 从 而在 电 桥 输 出 端 有 电 压

8、 输 出 ， 但 该 电 压 很 小 。 经 过 集 成 放 大 器 放 大 ， 将 放 大 后 的 信 号燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书输 入 AD 转 换 芯 片 ， 进 行 A/D 转 换 后 ， 就 可 以 用 单 片 机 进 行 数 据 的 处 理 ， 在 电 路上 ， 就 可 以 将 被 测 温 度 显 示 出 来 。3.2 传感器电路模块3.2.1 热敏电阻简介热 敏 电 阻 是 开 发 早 ， 种 类 多 ， 发 展 较 成 熟 的 敏 感 元 器 件 ， 热 敏 电 阻 由 半 导 体 陶瓷 材 料 组 成 ， 利 用 的 原 理 是 温 度 引 起 电 阻 的

9、变 化 。 若 电 子 和 空 穴 的 浓 度 分 别 为 、n,迁 移 率 分 别 为 、 ， 则 半 导 体 的 电 导 为 ：pnp（ 1）)(pnq因 为 、 、 、 都 是 依 赖 温 度 T 的 函 数 ， 所 以 电 导 是 温 度 的 函 数 ， 因 此可 由 测 量 电 导 而 推 算 出 温 度 的 高 低 ， 并 能 做 出 电 阻 -温 度 特 性 曲 线 ， 这 就 是 半 导 体热 敏 电 阻 的 工 作 原 理 。热 敏 电 阻 包 括 正 温 度 系 数 （ PTC） 和 负 温 度 系 数 （ NTC） 热 敏 电 阻 ， 以 及 临 界温 度 热 敏 电 阻

10、 （ CTR） 。 热 敏 电 阻 的 主 要 特 点 是 ： 灵 敏 度 高 ， 起 电 阻 温 度 系 数 要比 金 属 大 10-100 倍 以 上 ， 能 检 测 出 很 小 的 温 度 变 化 ； 工 作 温 度 范 围 宽 ， 常 温 器件 适 用 于 -55 315 ； 体 积 小 ， 能 够 测 量 其 他 温 度 计 无 法 测 量 的 空 隙 ， 腔 体及 生 物 体 内 血 管 的 温 度 ； 使 用 方 便 ， 电 阻 值 可 在 0.1100 间 任 意 选 择 ； 易 加 工 成 复 杂 的 形 状 ， 可 大 批 量 生 产 ， 稳 定 性 好 ， 过 载 能 力

11、 强 。本 课 程 设 计 中 采 用 WAVE2000 试 验 箱 中 的 NTC 热 敏 电 阻 。3.2.2 基于热敏电阻测温电桥和放大电路本 课 程 设 计 中 采 用 NTC 热 敏 电 阻 ， 其 相 关 温 度 传 感 器 电 路 原 理 图 如 图 1所 示 。燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书图 1 温 度 传 感 器 原 理 图温 度 传 感 器 中 采 用 电 桥 电 路 ， 并 利 用 CA324 四 运 算 放 大 将 电 阻 值 转 换 为 电 压值 输 出 。3.3 AD 转换器工作原理3.3.1 AD0809 简介本 设 计 中 才 用 型 号 为 AD

12、0809 的 A/D 转 换 器 . ADC0809 对 输 入 模 拟 量 要 求 ：信 号 单 极 性 ， 电 压 范 围 是 0 5V， 若 信 号 太 小 ， 必 须 进 行 放 大 ； 输 入 的 模 拟 量 在 转换 过 程 中 应 该 保 持 不 变 ， 如 若 模 拟 量 变 化 太 快 ， 则 需 在 输 入 前 增 加 采 样 保 持 电 路 。本 电 路 设 计 直 接 采 用 0-5V 的 输 出 电 压 即 可 满 足 电 路 需 求 ， AD0809 芯片图如图 2所示：图 2 AD0809 芯片3.3.2 基于 AD0809 的数模转换电路本设计中试验箱内部基于

13、AD0809 的模数转换电路图，如图 3 所示燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书图 3 模数转换电路图如 图 3 所 示 ， 实 验 只 有 IN0 和 IN1 两 个 输 入 端 口 ， 输 出 端 口 地 址 取 决 于 片 选A/D_CS 所 接 片 选 端 得 段 地 址 ， 片 选 将 于 第 四 章 讲 述 。 ADC0809 是 8 位 逐 次 逼 近型 A/D 转 换 器 。 它 由 一 个 8 路 模 拟 开 关 、 一 个 地 址 锁 存 译 码 器 、 一 个 A/D 转 换 器和 一 个 三 态 输 出 锁 存 器 组 成 。 多 路 开 关 可 选 通 8 个

14、 模 拟 通 道 ， 允 许 8 路 模 拟 量 分时 输 入 ， 共 用 A/D 转 换 器 进 行 转 换 。 三 态 输 出 锁 器 用 于 锁 存 A/D 转 换 完 的 数 字量 ， 当 OE 端 为 高 电 平 时 ， 才 可 以 从 三 态 输 出 锁 存 器 取 走 转 换 完 的 数 据 。实验电路及接线如下图示 ：连线 连接孔 1 连接孔 21 IN0 温度传感器输出2 AD_CS CS23.4 AT89C51 工作原理AT89C51 是一种带 4K 字节 FLASH 存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only M

15、emory）的低电压、高性能 CMOS 8 位微处理器，俗称单片机。AT89C2051 是一种带 2K 字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 1000 次。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。其 主 要 特 性 如 下 ：与 MCS-51 兼 容 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书4K 字 节 可 编 程 FLASH 存 储 器 寿 命 ： 1000 写 /擦 循 环 数 据 保 留 时 间 ： 10 年 全 静 态 工 作 ： 0Hz-24MHz 三 级 程 序 存 储 器

16、 锁 定 1288 位 内 部 RAM 32 可 编 程 I/O 线 两 个 16 位 定 时 器 /计 数 器 5 个 中 断 源 可 编 程 串 行 通 道 低 功 耗 的 闲 置 和 掉 电 模 式 片 内 振 荡 器 和 时 钟 电 路3.5 LED 数码管显示原理3.5.1 LED 数码管简介LED 数码管实际上是由七个发光管组成 8 字形构成的，加上小数点就是 8 个。这些段分别由字母 a,b,c,d,e,f,g,h 来表示。当数码管特定的段加上电压后，这些特定的段就会发亮，以形成我们眼睛看到的 2 个 8 数码管字样了。如：显示一个“2”字，那么应当是 a 亮 b 亮 g 亮 e

17、 亮 d 亮 f 不亮 c 不亮 dp 不亮。LED 数码管有一般亮和超亮等不同之分，也有 0.5 寸、1 寸等不同的尺寸。小尺寸数码管的显示笔画常用一个发光二极管组成，而大尺寸的数码管由二个或多个发光二极管组成，一般情况下，单个发光二极管的管压降为 1.8V 左右，电流不超过 30mA。发光二极管的阳极连接到一起连接到电源正极的称为共阳数码管，发光二极管的阴极连接到一起连接到电源负极的称为共阴数码管。常用 LED 数码管显示的数字和字符是0、 1、 2、3、 4、5、6 、7、 8、9、A、B、C、D、E 、F。本设计中为共阴极数码管。3.5.2 LED 数码管驱动方式LED 数 码 管 要

18、 正 常 显 示 ， 就 要 用 驱 动 电 路 来 驱 动 数 码 管 的 各 个 段 码 ， 从 而 显 示出 我 们 要 的 数 位 ， 因 此 根 据 LED 数 码 管 的 驱 动 方 式 的 不 同 ， 可 以 分 为 静 态 式 和 动态 式 两 类 。燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书A、 静 态 显 示 驱 动 ：静 态 驱 动 也 称 直 流 驱 动 。 静 态 驱 动 是 指 每 个 数 码 管 的 每 一 个 段 码 都 由 一 个 单 片机 的 I/O 口 进 行 驱 动 ， 或 者 使 用 如 BCD 码 二 -十 进 位 器 进 行 驱 动 。 静 态 驱

19、 动 的 优 点是 编 程 简 单 ， 显 示 亮 度 高 ， 缺 点 是 占 用 I/O 口 多 ， 如 驱 动 5 个 数 码 管 静 态 显 示 则 需要 58=40 根 I/O 口 来 驱 动 ， 要 知 道 一 个 89S51 单 片 机 可 用 的 I/O 口 才 32 个 呢 。故 实 际 应 用 时 必 须 增 加 驱 动 器 进 行 驱 动 ， 增 加 了 电 路 的 复 杂 性 。 B、 动 态 显 示 驱 动 ： 数 码 管 动 态 显 示 介 面 是 单 片 机 中 应 用 最 为 广 泛 的 一 种 显 示 方 式 之 一 ， 动 态 驱 动是 将 所 有 数 码 管

20、 的 8 个 显 示 笔 划 “a,b,c,d,e,f,g,dp “的 同 名 端 连 在 一 起 ， 另 外 为 每 个数 码 管 的 公 共 极 COM 增 加 位 元 选 通 控 制 电 路 ， 位 元 选 通 由 各 自 独 立 的 I/O 线 控 制 ，当 单 片 机 输 出 字 形 码 时 ， 所 有 数 码 管 都 接 收 到 相 同 的 字 形 码 ， 但 究 竟 是 那 个 数 码 管会 显 示 出 字 形 ， 取 决 于 单 片 机 对 位 元 选 通 COM 端 电 路 的 控 制 ， 所 以 我 们 只 要 将 需要 显 示 的 数 码 管 的 选 通 控 制 打 开

21、， 该 位 元 就 显 示 出 字 形 ， 没 有 选 通 的 数 码 管 就 不 会亮 。 透 过 分 时 轮 流 控 制 各 个 LED 数 码 管 的 COM 端 ， 就 使 各 个 数 码 管 轮 流 受 控 显 示 ，这 就 是 动 态 驱 动 。 在 轮 流 显 示 过 程 中 ， 每 位 元 数 码 管 的 点 亮 时 间 为 1 2ms， 由 于人 的 视 觉 暂 留 现 象 及 发 光 二 极 体 的 余 辉 效 应 ， 尽 管 实 际 上 各 位 数 码 管 并 非 同 时 点 亮 ，但 只 要 扫 描 的 速 度 足 够 快 ， 给 人 的 印 象 就 是 一 组 稳 定

22、 的 显 示 资 料 ， 不 会 有 闪 烁 感 ，动 态 显 示 的 效 果 和 静 态 显 示 是 一 样 的 ， 能 够 节 省 大 量 的 I/O 口 ， 而 且 功 耗 更 低 。本 课 程 设 计 中 采 用 的 是 动 态 显 示 驱 动 的 方 法 实 现 热 敏 电 阻 测 温 显 示 系 统 。表 1 数码管显示数字-共阴极字符码对照表显示数字 1 2 3 4共阴极字符码 06H 5BH 4FH 66H显示数字 5 6 7 8共阴极字符码 6DH 7DH 07H 7FH显示数字 9 0 A B共阴极字符码 6FH 3FH 77H 7CH燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书显示数字 C D E F共阴极字符码 39H 5EH 79H 71H3.5.3 LED 数码管驱动电路图 5 LED 八段数码管电路原理图如图 5 所示，LED 数码管位选地址为 0X002H，本课程设计中采用的片选为 CS1，因此，LED 数码管位选地址为 09002H。片选地址于第四章讲述。而关于数码管的八段二进制编码存放在 0X004H 中，即 09004H.本课程设计中不使用按键系统。