熱敏電阻測溫顯示系統(tǒng)課程設(shè)計

1、<p><b>　　課程設(shè)計說明書</b></p><p>　　課程名稱 單片機原理及應(yīng)用 </p><p>　　題 目 熱敏電阻測溫顯示系統(tǒng) </p><p>　　學(xué)院（系） 電氣工程學(xué)院 </p><p>　　年級專業(yè) 2012級 </p>

2、<p>　　學(xué) 號 120103020073 </p><p>　　學(xué)生姓名 </p><p>　　課程設(shè)計（論文）任務(wù)書</p><p>　　院（系）：電氣工程學(xué)院 基層教學(xué)單位：儀器科學(xué)與工程系 </p

3、><p>　　說明：此表一式四份，學(xué)生、指導(dǎo)教師、基層教學(xué)單位、系部各一份。</p><p>　　2014年 1月 2 日 </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　如今，隨著工業(yè)的不斷發(fā)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

4、測量技術(shù)的研究也是一個很重要的課題。本文設(shè)計一個采用熱敏電阻為敏感元件的溫度測量顯示系統(tǒng)，溫度顯示范圍為0-100，顯示分辨率0.1 。包含溫度傳感器，AD轉(zhuǎn)換器，51系列單片機，LED數(shù)碼顯示管四部分。并利用匯編語言編制的程序，實現(xiàn)熱敏電阻測溫顯示系統(tǒng)。</p><p>　　單片微型單片機簡稱單片機，又稱微型控制器，是微型計算機的一個重要分支。單片機是70年代發(fā)展起來的一種大規(guī)模集成電路芯片，是CPU,RAM,

5、 </p><p>　　ROM,I/O接口和中斷系統(tǒng)于同一硅片的器件，80年代以來，單片機發(fā)展迅速，各類新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，出現(xiàn)了很多高性能機種。</p><p>　　本課題討論的熱敏電阻測溫顯示系統(tǒng)的核心是目前應(yīng)用極為廣泛的51系列單片機，目前溫度計種類繁多，應(yīng)用范圍也比較廣泛，大多數(shù)溫度計都

6、是利用物體熱脹冷縮原理，熱電效應(yīng)技術(shù)，利用熱阻效應(yīng)技術(shù)，熱輻射原理，聲學(xué)原理制成，從而進行溫度的測量。本系統(tǒng)的溫度測量采用的就是熱阻效應(yīng)，測溫電橋的主要部分是熱敏電阻。</p><p>　　熱敏電阻的主要特點：a，靈敏度較高，其電阻溫度系數(shù)要比金屬大10~100倍以上，能檢測出來10~6攝氏度的溫度變化。b，工作溫度范圍寬，常溫器件適用于-55—315攝氏度，高溫器件適用于高于315攝氏度，低溫器件適用于-273

7、~55攝氏度。C，體積小，能夠測量其他溫度計不能測量的空隙，d，使用方便，電阻值可以在0.1~100k歐間任意選擇。e，易加工成復(fù)雜的任意形狀可以大批量生產(chǎn)，f，穩(wěn)定好，過載能力強。</p><p>　　關(guān)鍵詞：溫度傳感器，熱敏電阻，A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換，數(shù)碼管動態(tài)顯示 </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　引言·

8、;·······················3</p><p>　　基本原理·········

9、;·········4</p><p>　　總體設(shè)計思路················4</p><p>　　傳感器電路模塊·&#

10、183;·············4</p><p>　　熱敏電阻簡介···············4</p><p

11、>　　測溫電橋和放大電路···········5</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換器工作原理·············5</p><p>　　A/D

12、0809簡介···············5</p><p>　　基于A/D0809的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路·······6</p><p>　　AT89C51的工作原理·

13、············7</p><p>　　LED數(shù)碼管顯示原理············7</p><p>　　LED數(shù)碼管簡介·

14、3;···········7</p><p>　　LED數(shù)碼管驅(qū)動方式···········8</p><p>　　LED數(shù)碼管驅(qū)動電路···

15、·······10</p><p>　　第二章 電路整體結(jié)構(gòu)設(shè)計及軟件設(shè)計·······11</p><p>　　2.1 電路整體結(jié)構(gòu)設(shè)計·········

16、83;···11</p><p>　　2.1 軟件設(shè)計·················11</p><p>　　第三章 心得體會·····&

17、#183;··········14</p><p>　　附錄·····················&#

18、183;15</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　單片微型計算機簡稱為單片機，又稱為微型控制器，是微型計算機的一個重要分支。單片機是70年代中期發(fā)展起來的一種大規(guī)模集成電路芯片，是CPU、RAM、ROM、I/O接口和中斷系統(tǒng)于同一硅片的器件。80年代以來，單片機發(fā)展迅速，各類新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，出現(xiàn)了許多高性能新型機種，現(xiàn)已逐漸成為工廠自動化和各

19、控制領(lǐng)域的支柱產(chǎn)業(yè)之一。</p><p>　　單片機具有體積小、重量輕、能耗省、價格低可靠性高和通用靈活等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星定向、汽車火化控制、交通自動管理等方面。</p><p>　　單片機有兩種基本結(jié)構(gòu)形式:一種是在通用微型計算機中廣泛采用的，將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器合用一個存儲器空間的結(jié)構(gòu)，稱為普林斯頓結(jié)構(gòu)。另一種是將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器截然分開，分別尋址的結(jié)構(gòu)，一般需要較大的程

20、序存儲器，目前的單片機以采用程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器截然分開的結(jié)構(gòu)為多。本課題討論的熱敏電阻測溫顯示系統(tǒng)的核心是目前應(yīng)用極為廣泛的51系列單片機。</p><p><b>　　第1章 基本原理</b></p><p>　　1.1 總體設(shè)計思路</p><p>　　溫度測量模塊主要為溫度測量電橋，當(dāng)溫度發(fā)生變化時，電橋失去平衡，從而在電橋輸出端有電

21、壓輸出，但該電壓很小。經(jīng)過集成放大器放大，將放大后的信號輸入AD轉(zhuǎn)換芯片， 進行A/D轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機進行數(shù)據(jù)的處理，在電路上，就可以將被測溫度顯示出來。</p><p>　　1.2 傳感器電路模塊</p><p>　　1.2.1 熱敏電阻簡介</p><p>　　熱敏電阻是開發(fā)早，種類多，發(fā)展較成熟的敏感元器件，熱敏電阻由半導(dǎo)體陶瓷材料組成，利用的原理是溫度

22、引起電阻的變化。若電子和空穴的濃度分別為、,遷移率分別為、，則半導(dǎo)體的電導(dǎo)為：</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　因為、、、都是依賴溫度T的函數(shù)，所以電導(dǎo)是溫度的函數(shù)，因此可由測量電導(dǎo)而推算出溫度的高低，并能做出電阻-溫度特性曲線，這就是半導(dǎo)體熱敏電阻的工作原理。</p><p>　　熱敏電阻包括正溫度系數(shù)（PTC

23、）和負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻，以及臨界溫度熱敏電阻（CTR）。熱敏電阻的主要特點是：①靈敏度高，起電阻溫度系數(shù)要比金屬大10-100倍以上，能檢測出很小的溫度變化；②工作溫度范圍寬，常溫器件適用于-55—315；③體積小，能夠測量其他溫度計無法測量的空隙，腔體及生物體內(nèi)血管的溫度；④使用方便，電阻值可在0.1—100間任意選擇；⑤易加工成復(fù)雜的形狀，可大批量生產(chǎn)，穩(wěn)定性好，過載能力強。</p><p>　　本

24、課程設(shè)計中采用WAVE2000試驗箱中的NTC熱敏電阻。</p><p>　　1.2.2 基于熱敏電阻測溫電橋和放大電路</p><p>　　本課程設(shè)計中采用NTC熱敏電阻，其相關(guān)溫度傳感器電路原理圖如圖1-1所示。</p><p>　　圖1-1 溫度傳感器原理圖</p><p>　　溫度傳感器中采用電橋電路，并利用CA324四運算放大將電

25、阻值轉(zhuǎn)換為電壓值輸出。</p><p>　　1.3 A/D轉(zhuǎn)換器工作原理</p><p>　　1.3.1 AD0809簡介</p><p>　　本設(shè)計中才用型號為AD0809的A/D轉(zhuǎn)換器. ADC0809 對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是0－5V，若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電

26、路。本電路設(shè)計直接采用0-5V的輸出電壓即可滿足電路需求，AD0809芯片圖如圖1-2所示：</p><p>　　圖1-2 AD0809芯片</p><p>　　1.3.2 基于AD0809的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　本設(shè)計中試驗箱內(nèi)部基于AD0809的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路圖，如圖1-3所示</p><p>　　圖1-3 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路圖&

27、lt;/p><p>　　如圖1-3所示，實驗只有IN0和IN1兩個輸入端口，輸出端口地址取決于片選A/D_CS所接片選端得段地址，片選將于第四章講述。ADC0809是8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器。它由一個8路模擬開關(guān)、一個地址鎖存譯碼器、一個A/D 轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用A/D 轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D 轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE 端為高電

28、平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。</p><p>　　實驗電路及接線如下圖示 ：</p><p>　　1.4 AT89C51的工作原理</p><p>　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器

29、，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。</p><p><b>　　其主要特性如下：</b></p><p>　　?與MCS-51 兼容 </p><p&g

30、t;　　?4K字節(jié)可編程FLASH存儲器 </p><p>　　?壽命：1000寫/擦循環(huán) </p><p>　　?數(shù)據(jù)保留時間：10年 </p><p>　　?全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz </p><p>　　?三級程序存儲器鎖定 </p><p>　　?128×8位內(nèi)部RAM </p>

31、<p>　　?32可編程I/O線 </p><p>　　?兩個16位定時器/計數(shù)器 </p><p><b>　　?5個中斷源 </b></p><p><b>　　?可編程串行通道 </b></p><p>　　?低功耗的閑置和掉電模式 </p><p>　　?片

32、內(nèi)振蕩器和時鐘電路</p><p>　　1.5 LED數(shù)碼管顯示原理</p><p>　　1.5.1 LED數(shù)碼管簡介</p><p>　　LED數(shù)碼管實際上是由七個發(fā)光管組成8字形構(gòu)成的，加上小數(shù)點就是8個。這些段分別由字母a,b,c,d,e,f,g,h來表示。當(dāng)數(shù)碼管特定的段加上電壓后，這些特定的段就會發(fā)亮，以形成我們眼睛看到的2個8數(shù)碼管字樣了。如：顯示一個“

33、2”字，那么應(yīng)當(dāng)是a亮b亮g亮e亮d亮f不亮c不亮dp不亮。LED數(shù)碼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。小尺寸數(shù)碼管的顯示筆畫常用一個發(fā)光二極管組成，而大尺寸的數(shù)碼管由二個或多個發(fā)光二極管組成，一般情況下，單個發(fā)光二極管的管壓降為1.8V左右，電流不超過30mA。發(fā)光二極管的陽極連接到一起連接到電源正極的稱為共陽數(shù)碼管，發(fā)光二極管的陰極連接到一起連接到電源負(fù)極的稱為共陰數(shù)碼管。常用LED數(shù)碼管顯示的數(shù)字和字符是

34、0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。本設(shè)計中為共陰極數(shù)碼管。</p><p>　　1.5.2 LED數(shù)碼管驅(qū)動方式</p><p>　　LED數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)位，因此根據(jù)LED數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。</p><p><b>　　A、靜態(tài)顯示

35、驅(qū)動：</b></p><p>　　靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O口進行驅(qū)動，或者使用如BCD碼二-十進位器進行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O口多，如驅(qū)動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×8=40根I/O口來驅(qū)動，要知道一個89S51單片機可用的I/O口才32個呢。故實際應(yīng)用時必須增加驅(qū)動器進行驅(qū)動，增加了電路的復(fù)雜性。

36、 </p><p>　　B、動態(tài)顯示驅(qū)動： </p><p>　　數(shù)碼管動態(tài)顯示介面是單片機中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp "的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位元選通控制電路，位元選通由各自獨立的I/O線控制，當(dāng)單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)

37、碼管會顯示出字形，取決于單片機對位元選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位元就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。 </p><p>　　透過分時輪流控制各個LED數(shù)碼管的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位元數(shù)碼管的點亮?xí)r間為1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極體的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠

38、快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示資料，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O口，而且功耗更低。</p><p>　　本課程設(shè)計中采用的是動態(tài)顯示驅(qū)動的方法實現(xiàn)熱敏電阻測溫顯統(tǒng)。</p><p>　　表1 數(shù)碼管顯示數(shù)字-共陰極字符碼對照表</p><p>　　1.5.3 LED數(shù)碼管驅(qū)動電路</p><p>　　

39、圖1-5 LED八段數(shù)碼管電路原理圖</p><p>　　如圖5所示，LED數(shù)碼管位選地址為0X002H，本課程設(shè)計中采用的片選為CS1，因此，LED數(shù)碼管位選地址為09002H。片選地址于第四章講述。而關(guān)于數(shù)碼管的八段二進制編碼存放在0X004H中，即09004H.本課程設(shè)計中不使用按鍵系統(tǒng)。</p><p>　　第2章 電路整體結(jié)構(gòu)設(shè)計及軟件設(shè)計</p><p>

40、;　　2.1 電路整體結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　由于本課程設(shè)計中，受到WAVE2000實驗箱的限制，電路整體結(jié)構(gòu)如下：</p><p>　　圖2-1 整體電路結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　2.2 軟件設(shè)計</b></p><p>　　本課程設(shè)計采用的為匯編語言。整體設(shè)計思路為：</p><p

41、>　　開始—初始化程序—AD轉(zhuǎn)換—數(shù)值轉(zhuǎn)換—數(shù)碼顯示</p><p>　　模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序流程圖如圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2 模數(shù)轉(zhuǎn)換流程圖</p><p>　　數(shù)碼顯示子程序流程圖如圖2-3所示。</p><p>　　圖2-3 數(shù)碼顯示流程圖</p><p>　　表2 地址碼插孔及對應(yīng)地址范圍&

42、lt;/p><p>　　圖2-4 仿真電路圖</p><p><b>　　仿真電路圖如上</b></p><p><b>　　第3章 心得體會</b></p><p>　　這次課程設(shè)計將單片機與傳感器進行了結(jié)合跟進一步想我展示了單片機得強大功能此外還接觸了模數(shù)轉(zhuǎn)換器件，了解了有關(guān)AD轉(zhuǎn)換的知識，同時也溫

43、習(xí)了匯編知識。此次單片機課程設(shè)計綜合了傳感器，運算放大器等，聯(lián)系到很多方面的知識，讓我們充分聯(lián)系平時所學(xué)知識，全力以赴。它不僅是我鞏固了之前所學(xué)的知識，加深了對學(xué)過知識的印象，還使我發(fā)現(xiàn)了自己對理論知識掌握還不夠扎實，對一些知識點存在著錯誤的認(rèn)識。為今后的學(xué)習(xí)和工作都奠定了良好的基礎(chǔ)。在完成課設(shè)的過程中，每一處都凝聚了老師和同學(xué)對我的幫助，所有的成果都是大家共同努力的成果。</p><p>　　在整個設(shè)計過程中，

44、我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了自己獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心。充分體會了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅?？傊@次課程設(shè)計讓我收獲很大。以后會更加努力學(xué)習(xí)單片機知識</p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　　《單片機原理及應(yīng)用技術(shù)》 張淑清 國防工業(yè)出版社</p><p>　　《單片機及應(yīng)用》

45、 李大友 高等教育出版社</p><p>　　《單片機原理及接口技術(shù)》 胡漢才 清華大學(xué)出版社附錄：</p><p>　　#include <reg51.h></p><p>　　#define LEDLen 6</p><p>　　#define LowTemp (-99) </p>&l

46、t;p>　　#define HighTemp 99 </p><p>　　xdata unsigned char OUTBIT _at_ 0x9002;</p><p>　　xdata unsigned char OUTSEG _at_ 0x9004; </p><p>　　xdata unsigned char IN _at_ 0x900

47、1;</p><p>　　xdata unsigned char ADPort _at_ 0x8000;</p><p>　　signed char CurTemp;</p><p>　　unsigned char LEDBuf[LEDLen];</p><p>　　code unsigned char LEDMAP[] = {</p&

48、gt;<p>　　0x3f, 0x06, 0x5b, 0x4f, 0x66, 0x6d, 0x7d, 0x07,</p><p>　　0x7f, 0x6f, 0x77, 0x7c, 0x39, 0x5e, 0x79, 0x71，0x80</p><p><b>　　};</b></p><p>　　void Delay(unsig

49、ned char CNT)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned char i;</p><p><b>　　do{</b></p><p><b>　　i = 100;</b></p><p><b>

50、　　do{</b></p><p>　　}while(--i);</p><p>　　}while (--CNT);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void DisplayLED()</p><p><b>　　{</b></p

51、><p>　　unsigned char i;</p><p>　　unsigned char Pos;</p><p>　　unsigned char LED;</p><p>　　Pos = 0x20;</p><p>　　for (i = 0; i < LEDLen; i++)</p><p

52、><b>　　{</b></p><p>　　OUTBIT = 0;</p><p>　　LED = LEDBuf[i];</p><p>　　OUTSEG = LED;</p><p>　　OUTBIT = Pos;</p><p><b>　　Delay(2);</b&g

53、t;</p><p>　　Pos >>= 1;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　OUTBIT = 0;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void DisplayResult()</p><

54、p><b>　　{</b></p><p>　　signed char T;</p><p>　　T = CurTemp;</p><p>　　if (T < 0) {</p><p>　　LEDBuf[0] = 0x40;</p><p><b>　　T = - T;<

55、;/b></p><p><b>　　} </b></p><p>　　else LEDBuf[0] = 0;</p><p>　　LEDBuf[1] = LEDMAP[T / 10];</p><p>　　LEDBuf[2] = LEDMAP[T % 10]|0x80;</p><p>　

56、　LEDBuf[3] = LEDMAP[T*10 %10]</p><p><b>　　}</b></p><p>　　unsigned char ReadAD()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned int i;</p><p>　

57、　ADPort = 0;</p><p>　　//延時100us,</p><p>　　for (i=0; i<20; i++);</p><p>　　return (0xff - ADPort);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void ReadTemp()&

58、lt;/p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned char i;</p><p>　　signed int Temp;</p><p><b>　　Temp = 0;</b></p><p>　　for (i=0; i<16; i++) {&

59、lt;/p><p>　　Temp += ReadAD();</p><p><b>　　};</b></p><p>　　CurTemp = (Temp >> 4) * (HighTemp-LowTemp) / 256 + LowTemp;</p><p><b>　　}</b></p

60、><p>　　void main()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned char dtimer;</p><p>　　while (1) {</p><p>　　for(dtimer=15; dtimer>0; dtimer--){</p>

61、<p>　　DisplayResult();</p><p>　　DisplayLED();</p><p><b>　　};</b></p><p>　　ReadTemp();</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}&