温度传感器设计报告.doc

温度传感器设计报告XX工程学院班级姓名一、设计电路31、设计要求32、设计目的3二、设计原理31、设计模块图32、溫度感測器LM3541）、LM35简介：42）、LM35封装介绍：43、单片机AT89C5154、ADC0809介绍71）主要特性72）内部结构73）外部特性（引脚功能）8三、原理图91、温度采集模块92、单片机控制及AD转换模块93、显示模块104、报警模块105、电源模块116、总电路原理图11四、PCB图12五、程序13六、实物展示181、完成品182、接电展示18七、元器件清单18八、总结18一、设计电路1、 设计要求1）、温度低于或超出设定温度范围时发出报警。2）、温度值可在数码管上实时数字显示。3）、报警温度可以由人工自由设定。2、设计目的1）、在学完了电子设计与制作课程的基本理论，基本知识后，能够综合运用所学理论知识、拓宽知识面，系统地进行电子电路的工程实践训练，锻炼动手能力，培养工程师的基本技能，提高分析问题和解决问题的能力。2）、熟悉集成电路的引脚安排，掌握各芯片的逻辑功能及使用方法了解面包板结构及其接线方法，了解数字钟的组成及工作原理3）、培养独立思考、独立准备资料、独立设计规定功能的数字系统的能力。4）、培养书写综合设计实验报告的能力二、设计原理1、 设计模块图温度采集模块键盘输入模块 显示模块单片机控制模块蜂鸣器报警模块图1：模块图2、溫度感測器LM35 1）、LM35简介： LM35是由National Semiconductor所生產的溫度感測器，其輸出電壓與攝氏溫標呈線性關係，轉換公式如式(1)，0時輸出為0V，每升高1°，輸出電壓增加10mV。LM35有多種不同封裝型式，外觀如圖1所示。在常溫下，LM35不需要額外的校準處理即可達到C°CC41°±的準確率。其電源供應模式有單電源與正負雙電源兩種，其接腳如圖2所示，正負雙電源的供電模式可提供負溫度的量測；兩種接法的靜默電流-溫度關係如圖3所示，單電源模式在25°下靜默電流約50A，非常省電。 2）、LM35封装介绍： 图2：封装形式1 图3：封装形式2图4：封装形式4（此次采用的封装）3、单片机AT89C51AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大AT89C51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。功能特性概述：AT89C51 提供以下标准功能：4k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32 个IO 口线，两个16位定时计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。引脚功能说明：1、Vcc：电源电压2、GND：地3、P0 口：P0 口是一组8 位漏极开路型双向IO 口，也即地址数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在FIash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。4、P1口：P1是一个带内部上拉电阻的8位双向IO口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。FIash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。5、P2口：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向IO口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVXDPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。在访问8 位地址的外部数据存储器（如执行MOVXRI 指令）时，P2 口线上的内容（也即特殊功能寄存器（SFR）区中R2寄存器的内容），在整个访问期间不改变。Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和其它控制信号。6、P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8 位双向IO 口。P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL逻辑门电路。对P3 口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时，被外部拉低的P3 口将用上拉电阻输出电流（IIL）。P3口除了作为一般的IO口线外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示：图5P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。7、RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。8、ALEPROG： 当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器，ALE 仍以时钟振荡频率的l6 输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的DO 位置位，可禁止ALE 操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令ALE才会被激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。9、PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C51 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，这两次有效的PSEN信号不出现。10、EAVPP：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接VCC端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。11、XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。12、XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。图6 AT89C51引脚图4、ADC0809介绍1）主要特性1）8路8位AD转换器，即分辨率8位。 2）具有转换起停控制端。 3）转换时间为100s4）单个5V电源供电 5）模拟输入电压范围05V，不需零点和满刻度校准。 6）工作温度范围为-4085摄氏度 7）低功耗，约15mW。 2）内部结构 ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式AD转换器，内部结构如图1322所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型DA转换器、逐次逼近 3）外部特性（引脚功能）图7 ADC0809引脚图ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图1323所示。下面说明各引脚功能。 IN0IN7：8路模拟量输入端。2-12-8：8位数字量输出端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。 START： AD转换启动信号，输入，高电平有效。 EOC： AD转换结束信号，输出，当AD转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。 OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当AD转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。 REF（+）、REF（-）：基准电压。 Vcc：电源，单一5V。 GND：地。 ADC0809的工作过程是：首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 AD转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到AD转换完成，EOC变为高电平，指示AD转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平 时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。三、原理图1、温度采集模块图8 温度采集模块2、 单片机控制及AD转换模块图9单片机控制及AD转换模块3、 显示模块图9 显示模块4、 报警模块 图10 报警模块5、电源模块图11 电源模块6、总电路原理图图12-1总电路原理图图12-2电路总原理图四、PCB图图13-1 PCB封装图图13-2 PCB封装图五、程序#include <reg51.h>sbit CLK = P22;sbit LED_Red = P26;sbit Bee = P25;sbit LED_Green = P27;sbit ON = P10;sbit CLK_164 = P20;sbit DATA_164 = P21;sbit ST = P35;sbit EOC = P37;sbit OE = P36;sbit PinA = P30;sbit PinB = P31;sbit PinC = P32;sbit S1 = P11;sbit S2 = P12; unsigned char code a = 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;unsigned char b=0x76,0x38,0x3f,0x71,0x73;unsigned int t1,t2,tp1,tp2,tp,i,g,f,z,h=30,l=10;longdelay()for(g=0;g<32600;g+);delayz()delayf()for(f=0;f<2600;f+);void delay(unsigned int t)unsigned char k;while(t-)for(k=0; k<125; k+);void write164(unsigned char n)unsigned char i,tmp; for(i=0;i<8;i+) tmp=n; DATA_164=tmp&0x80; CLK_164=0; delayz(); n<<=1; CLK_164=1;void InitIO()P0 = 0xff;PinA = 0;PinB = 0;PinC = 0;ST = 1;OE = 1;EOC = 1;void LongDelay(unsigned int i)unsigned int j;for(;i>0;i-) for(j=100;j>0;j-);void StartADC(unsigned char Address)PinC = (bit) (Address & 0x04);PinB = (bit) (Address & 0x02);PinA = (bit) (Address & 0x01);ST = 0; LongDelay(5);ST = 1;unsigned int ReadData(void)unsigned int temp;while(!EOC);OE = 0;delay(4);temp = P0 & 0xff; return(temp);void main(void)write164(b3);write164(b3);write164(b2); while(ON=1);while(ON=0); TMOD=0x02; EA =1; ET0 =1;TH0=0xFE;TL0=0xFE; InitIO();TR0=1;while(1) write164(ah%10); write164(ah/10); write164(b0); longdelay(); longdelay(); write164(al%10); write164(al/10); write164(b1); longdelay(); longdelay(); if(S1=0) write164(atp1%10); write164(atp1/10); write164(a1); while(S1=1); while(S1=0); if(S2=0) write164(atp2%10); write164(atp2/10); write164(a2); while(S2=1); while(S2=0); StartADC(0); t1=ReadData(); tp1=(t1*100/255);StartADC(1);t2=ReadData(); tp2=(t2*100/255);tp=(tp1+tp2)/2; write164(atp%10); write164(atp/10); write164(b4); longdelay(); longdelay(); longdelay(); if(tp>h)LED_Red=0;Bee=0;delayf();Bee=1;delayf();Bee=0;delayf();Bee=1;delayf();Bee=0;delayf();Bee=1;delayf();Bee=0;delayf();Bee=1;else if(tp<l)LED_Green=0;Bee=0;delayf();Bee=1;delayf();Bee=0;delayf();Bee=1;delayf();Bee=0;delayf();Bee=1;delayf();Bee=0;delayf();Bee=1; elseLED_Red=1;LED_Green=1;Bee=1;void INTT0() interrupt 1 CLK = CLK;六、实物展示1、 完成品 图14图152、接电展示图14-1 接电实际展示 图14-2 接电实际展示 图14-3 接电实际展示图14-4 调节展示七、元器件清单八、总结通过对温度传感器的设计和制作，我觉得自己学习到了很多，我对温度传感器的结构与原理有了很好的理解，知道了AT89C51，LM35，LM324等芯片的基本应用和原理，并能进行一些简单的使用。加深了对数字电路的认识和理解，能将过去学到的理论知识进行运用。再次，加强了对PROTEL 等软件的应用。在焊接电路板过程中，加强了焊接技术，以及加强我的细心和耐心。电路板焊接要求很高，不能出错。这点很重要。在学习过程中，我得到了同学和老师的很多帮助，再次，对他们表示衷心的感谢，学习是要互帮互助的，这样可以共同进步。