644522925毕业设计(论文)基于单片机基础的数字温度计设计.doc
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1、基于单片机基础的数字温度计设计姓 名:专业名称:指导教师: 摘要现代测温应用中,温度计向数字化方向发展。传统的机遇物理方法的温度计功能单一,而数字温度计以其便携,检测精度高,功能多等优点应用的越来越广泛。论文研究四位数字温度计的设计与实现,并采用Protues软件和Keil软件来对其进行仿真,其功能旨在将AD590因温度变化,导致电流变化,经OPA转换为电压变化输入ADC0804,输出电压经A/D转换后,其值由8751处理,最后将其显示在4个七段显示器上。论文首先简要介绍了总体设计及思路,然后详细介绍硬件和软件,以及各个功能模块的实现细节等。数字温度计在现代测温应用方面具有诸多优势,值得进一步
2、学习和研究。关键词:单片机8751;温度传感器AD590;数字温度计;模数转换;数码显示AbstractModern measuring temperature applications, the thermometer digitalized development direction. The traditional method of physical function of opportunity, and a thermometer in the portable digital thermometer, high accuracy, the function is much mor
3、e widespread application etc .Research four-digit thermometer of design and implementation, And Protues Keil software and using of the software simulation, its function to be caused by the temperature changes, AD590 to change the current, voltage change OPA converting input, output voltage ADC0804 v
4、ia A/D conversion, the value of 8751 processing, the display in the last four 7 on display. Paper firstly introduces the overall design and thinking, and then introduced hardware and software, and the various modules of the implementation details.Keywords: 8751 microcontroller, The temperature senso
5、r AD590, Digital thermometer, Frequency-field, Digital display目录摘要IAbstractII目录III前言11总体设计方案及相关器件说明21.1总体设计方案21.2 重要性能指标21.3 相关器件说明31.3.1 传感器ADC590的介绍31.3.2 ADC0804的介绍71.3.3 8051单片机的引脚功能介绍81.3.4 7447译码器的介绍102 硬件电路设计132.1 硬件电路主要模块132.2 主要模块功能介绍142.2.1 AD590单片集成两端感温电流源142.2.2 ADC0804模数转换器162.2.3七段码LED
6、温度显示电路173 软件设计和功能说明183.1系统主程序183.2 十进制数据转换调整子程序193.3 LED数码显示子程序204 PROTEUS仿真214.1 Protues简介214.1.1 进入Protues ISIS214.1.2 工作界面214.2 仿真结果图22总结24致谢25参考文献26附件271 总体电路图272 程序28前言数字温度计作为一种读数方便,测温范围广,测温准确,输出温度采用数字显示的测温仪器,已经广泛应用于现代测温应用中。最早的温度计是在1593年由意大利科学家伽利略发明的。他的第一只温度计是一根一端敞口的玻璃管,另一端带有核桃大的玻璃泡。使用时先给玻璃泡加热,
7、然后把玻璃管插入水中。随着温度的变化,玻璃管中的水面就会上下移动,根据移动的多少就可以判定温度的变化和温度的高低。这种温度计,受外界大气压强等环境因素的影响较大,所以测量误差大。荷兰人华伦海特在1709年利用酒精,在1714年又利用水银作为测量物质,制造了更精确的温度计。把一定浓度的盐水凝固时的温度定为0,把纯水凝固时的温度定为32,把标准大气压下水沸腾的温度定为212,用代表华氏温度,这就是华氏温度计。 随着单片机技术的不断发展,单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛,温度传感器AD590具有线性优良、性能稳定、灵敏度高、抗干扰能力强、使用方便等优点,广泛应用于冰箱、空调器、粮仓等日常生活中
8、温度的测量和控制。传统的温度计有反应速度慢、读数麻烦、测量精度不高、误差大等缺点,本文作者利用集成温度传感器AD590设计并制作了一款基于AT89C51的4位数码管显示的数字温度计,其电路简单,软硬件结构模块化,易于实现。1总体设计方案及相关器件说明1.1总体设计方案本设计是测温电路,使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应,在将随被测温度变化的电压或电流采集过来,进行A/D转换后,就可以用单片机进行数据的处理,在显示电路上,就可以将被测温度显示出来温度是非电量模拟信号,数字显示温度就必须将这一非电量信号转换成电量(电压或电流),然后将模拟电信号经A/D转换器转换成数字信号,最后经译码显示器显示温
9、度值。由论述可知,所设计的这种温度计的功能是传统的物理温度计无法完成的。在分析之后决定采用单片机8051为核心,加上AD590测温电路、ADC模数转换电路、4位温度数据显示电路以及外围电源、时钟电路等组成。1.2 重要性能指标本电路旨在将AD590(0时为273.2uA)因温度变化,导致电流变化(1uA / ),经OPA转换为电压变化输入ADC0804,输入电压Vin(0-5V之间)经AD转换后,其值由8751处理,最后显示在D4,D3,D2,D1共4各七段显示器。该温度计所显示测量范围0-100。1.3 相关器件说明1.3.1 传感器ADC590的介绍1.3.1.1 AD590主要特性AD5
10、90 是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。它的主要特性如下:1,流过器件的电流(uA)等于器件所处环境的热力学温度(开尔文)度数,即:IT/T=1 uA/K式中: IT流过器件(AD590)的电流,单位为uA;T热力学温度,单位为K。2、AD590 的测温范围为-55+150。3、AD590 的电源电压范围为4V30V。电源电压可在4V6V范围变化,电流IT变化1uA,相当于温度变化1K。AD590 可以承受44V 正向电压和20V 反向电压,因而器件反接也不会被损坏。4、输出电阻为710兆欧。5、精度高。AD590 共有I、J、K、L、M 五档,其中M 档精度最高,在-55+15
11、0范围内,非线性误差为0.3。1.3.1.2 AD590的应用电路1、基本应用电路图 1.1(a)是AD590 的封装形式,图1-1(b)是AD590 用于测量热力学温度的基本应用电路。因为流过AD590 的电流与热力学温度成正比,当电阻R1 和电位器R2 的电阻之和为1k欧时,输出电压VO随温度的变化为1mV/K。但由于AD590 的增益有偏差,电阻也有误差,因此应对电路进行调整。调整的方法为:把AD590 放于冰水混合物中,调整电位器R2,使VO=273.2mV。或在室温下(25)条件下调整电位器VO=273.2+25=298.2(mV)。但这样调整只可保证在0或25附近有较高精度。图1.
12、1 AD590的封装基本应用电路2、摄氏温度测量电路如图 1.2 所示,电位器R2 用于调整零点,R4 用于调整运放LF355 的增益。调整方法如下:在0时调整R2,使输出VO=0,然后在100时调整R4使VO=100mV。如此反复调整多次,直至0时,VO=0mV,100时VO=100mV 为止。最后在室温下进行校验。例如,若室温为25,那么VO 应为25mV。冰水混合物是0环境,沸水为100环境。要使图 2 中的输出为200mV/,可通过增大反馈电阻(图中反馈电阻由R3 与电位器R4 串联而成)来实现。另外,测量华氏温度(符号为)时,因华氏温度等于热力学温度减去255.4 再乘以9/5,故若
13、要求输出为1mV/,则调整反馈电阻约为180kW,使得温度为0时,VO=17.8mV;温度为100时,VO=197.8mV。AD581 是高精度集成稳压器,输入电压最大为40V,输出10V。图1.2 用于测试摄氏温度的电路3、温差测量电路及其应用(1). 电路与原理分析图 1.3是利用两个AD590 测量两点温度差的电路。在反馈电阻为100k欧的情况下,设1#和2#AD590 处的温度分别为t1()和t2 (),则输出电压为( t1-t2 )100mV/ .图中电位器R2用于调零。电位器 R4 用于调整运放LF355 的增益。由基尔霍夫电流定律:I + I2 = I1 + I3 + I4 (1
14、)由运算放大器的特性知:I3 = 0 (2)Va = 0 (3)调节调零电位器R2使: I4 = 0 (4)由(1)、(2)、(4)可得: I = I1 I2设:R4=90k欧则有:V = I(R3 + R4) = (I1I2)*(R3 +R4)= ( t1 - t2 )100mV/ (5)其中, (t1 - t2 )为温度差,单位为。由式(5)知,改变(R3 + R4 )的值可以改变VO的大小。(2). 应用举例以某节能型药材仓库温、湿度控制系统为例,若要求库房温度低于T , 相对湿度低于A1B1%RH。则采取的两种控制模式如下:控制模式一:当库内相对湿度高于 A1B1%RH且库外温度低于T
15、时,进行库内外通风。这种方式是利用库内外湿度差进行空气的交换,以达到库内除湿的要求,其优点是高效、节能、节省资金。但这种方式受到严格的控制。首先,库外的相对湿度要低于库内的,它们之间的差要大于A2B2%RH,这样才能有效保证及时地进行库内的除湿。其次,库内库外的温度差要小于T,这是因为,如果在库外温度远高于库内温度时进行通风,热空气进入库区后遇上冷空气就会造成药品、器材表面结露的现象,进而影响药品和器材的质量。反之,如果在库内温度远高于库外温度时进行通风,冷空气进库内后也会在药品器材表面结露。另外,库外温度不能接近T。这是因为,如果库外温度接近T时进行通风,很可能使密闭的库温升高,从而超过温度
16、上限T。控制模式二:当温度高于 T或湿度高于A1B1%RH 但不满足第一种情况时,开启冷冻空调机组进行库内降温除湿。为避免因库内外温差过大通风时药品、器材表面结露的现象,必须严格控制系统温差值的精度。传统的测温差方法是对两点温度分别进行处理(调理电路、A/D、运算处理)后求差值,此方法所得温差精度低。库内外温差测量可采用图1-3 所示电路,利用温差值直接与设定值相比较,既能保证较高的精度,又简化了系统的软件设计,提高了系统的可靠性。4、N 点最低温度值的测量将不同测温点上的数个 AD590 相串联,可测出所有测量点上的温度最低值。该方法可应用于测量多点最低温度的场合。5、N 点温度平均值的测量
17、把 N 个AD590 并联起来,将电流求和后取平均,则可求出平均温度。该方法适用于需要多点平均温度但不需要各点具体温度的场合。图1.3 测试两点温度差的电路1.3.2 ADC0804的介绍1,ADC0804主要技术指标如下: (1) 高阻抗状态输出 (2) 分辨率:8 位(0255) (3) 存取时间:135 ms (4) 转换时间:100 ms (5) 总误差:-1+1LSB (6) 工作温度:ADC0804C为0度70度;ADC0804L为-40 度85 度 (7) 模拟输入电压范围:0V5V (8) 参考电压:2.5V (9) 工作电压:5V (10) 输出为三态结构2,ADC0804引
18、脚功能 接脚说明见下图1.4:ADC0804 为一只具有20引脚8位CMOS 连续近似的A/D 转换器,图1.4 ADC0804引脚图1.3.3 8051单片机的引脚功能介绍我们先来了解一下引脚图,如图1.5,具体功能在如下:单片机的40个引脚大致分为4类:电源、时钟、控制和I/O引脚。 1,电源:(1)VCC-芯片电源,接+5V; (2)VSS-接地端;2,时钟:XTAL1、XTAL2-晶体振荡电路反相输入端和输出端。3,控制线:控制线共有4根 (1)ALE/PROG:地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲。 ALE功能:用来锁存P0口送出的低8位地址 PROM功能:片内有EPROM的芯片,在
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