温度测温课程设计.docx
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温度测温课程设计
目录
1绪论1
1.1课题描述1
1.2基本工作原理及框图1
2相关芯片及硬件电路设计1
2.1AT89C51芯片1
2.1.1AT89C51的功能特性2
2.1.2AT89C51的主要性能参数2
2.2温度采集电路3
2.2.1LM35的功能特性3
2.2.2LM35的主要性能参数3
2.2.3LM35各引脚介绍4
2.3信号放大电路4
2.4A/D转换电路5
2.4.1A/D转换器的的分类5
2.4.2逐次逼近式A/D转换器(SAR)6
2.4.3ADC0809的特点7
2.4.4ADC0809引脚功能7
2.4.5ADC0809典型应用及系统硬件原理图9
3系统软件设计10
3.1中断程序主要流程10
3.2程序设计12
总结16
致谢17
参考文献18
1绪论
1.1课题描述
随着电子技术,特别是随大规模集成电路的产生而出现的微型计算机技术的飞速发展,人类生活发生了根本性的改变。
如果说微型计算机的出现使现代科学研究得到了质的飞跃,那么可以毫不夸张地说,单片机技术的出现则是给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命。
目前,单片机以其体积小、重量轻、抗干扰能力强、对环境要求不高、高可靠性、高性能价格比、开发较为容易,在工业控制系统、数据采集系统、智能化仪器仪表、办公自动化等诸多领域得到极为广泛的应用,并已走人家庭,从洗衣机、微波炉到音响、汽车,到处都可见到单片机的踪影。
因此,单片机技术开发和应用水平已逐步成为一个国家工业发展水平的标志之一。
本课题研究的内容就是以单片机为主要控制元件,通过温度传感器,A/D转换器,实现对温度的测量,并通过发光二级管直接显示所测温度[1]。
1.2基本工作原理及框图
本课程设计的温度计测温系统由温度传感器电路、信号放大电路、A/D转换电路、单片机系统、温度显示系统构成。
其基本工作原理:
温度传感器电路将测量到的温度信号转换成电压信号输出到信号放大电路,与温度值对应的电压信号经放大后输出至转A/D换电路,把电压信号转换成数字量送给单片机系统,单片机系统根据显示需要对数字量进行处理,再送温度显示系统进行显示。
基本工作原理框图如图1所示。
图1基本工作原理框图
2相关芯片及硬件电路设计
2.1AT89C51芯片
AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压,高性能CMOS8位单片机,片内含4kbytes的反复擦写的Flash只读程序存储器和128bytes的随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司高密度、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。
AT89C51引脚图如图2所示。
图2AT89C51引脚图
2.1.1AT89C51的功能特性
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I/O口线,两个十六位定时/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他所有部件工作直到下一个硬件复位。
2.1.2AT89C51的主要性能参数
AT89C51主要性能参数如下:
●与MC-51产品指令系统完全兼容
●。
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(凡是“。
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。
。
。
”是省略掉的,格式同上)
2.2温度采集电路
LM35是NS公司生产的集成电路温度传感器系列产品之一,从使用角度来说,与用开尔文标准的线性温度传感器相比更有优越之处,它无需外部校准或微调,在各类民用控制、工业控制以及航空航天技术方面得到了广泛使用。
在很多工作场合,元器件工作温度指标达不到工业级或普军级温度要求,可以通过设计加温电路的办法得以解决。
小型、低功耗、可靠性高、低成本的LM35温度传感器已经越来越受到设计者的关注。
2.2.1LM35的功能特性
LM35是一种内部电路已校准的集成温度传感器,其输出电压与摄氏温度成正比,线性度好,灵敏度高,精度适中.其输出灵敏度为10.0MV/℃,精度达0.5℃.其测量范围为-55——150℃。
在静止温度中自热效应低(0.08℃).工作电压较宽,可在4——20V的供电电压范围内正常工作,且耗电极省,工作电流一般小于60uA.输出阻抗低,在1MA负载时为0.1Ω。
2.2.2LM35的主要性能参数
LM35的主要性能参数如下:
●工作电压:
直流4~30V;
●工作电流:
小于133μA
●。
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2.2.3LM35各引脚介绍
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图3LM35电路原理图
2.3信号放大电路
由于温度传感器LM35输出的电压范围为0~0.99V,虽然该电压范围在A/D转换器的输入允许电压范围内,但该电压信号较弱,如果不进行放大直接进行A/D转换则会导致转换成的数字量太小、精度低。
系统中选用通用型放大器μA741对LM35输出的电压信号进行幅度放大,还可对其进行阻抗匹配、波形变换、噪声抑制等处理。
系统采取同相输入,电压放大倍数为5倍。
μA741原理图如图4所示。
图4μA741原理图
2.4A/D转换电路
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2.4.1A/D转换器的的分类
1、根据A/D转换器的原理可将A/D转换器分成两大类。
一大类是直接型A/D转换器,另一类是间接型A/D转换器。
直接型A/D转换器的输入模拟电压被直接转换成数字代码,不经任何中间变量;在间接型A/D转换器中,首先把输入的模拟电压转换成某种中间变量(时间、频率、脉冲宽度等),然后再把这个中间变量转换为数字代码输出。
2、根据输出数字量方式,A/D转换器可分为并行输出转换器和串行输出转换器两种:
并行ADC的特点是占用较多的数据线,但转换速度快,在转换位数较少时,有较
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2.4.2逐次逼近式A/D转换器(SAR)
逐次逼近式A/D转换器SAR(SuccessiveApproximationRegister)是由结果寄存器、比较器和控制逻辑等部件组成。
采用对分搜索逐位比较的方法逐步逼近,利用数字量试探地进行D/A转换、在比较判断,从而实现A/D转换。
N位逐次逼近型A/D转换器最多只需N次D/A转换、比较判断,就可以完成A/D转换。
因此,逐次逼近型A/D转换器最多只需N次D/A转换,比较判断,就可以完成A/D转换。
因此,逐次逼近型A/D转换速度很快。
2.4.3ADC0809的特点
●ADC0809是NS(NationalSemiconductor,美国国家半导体)公司生产的初次逼近
●。
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2.4.4ADC0809引脚功能
ADC0809为DIP28封装,芯片引脚排列如图6所示。
图6ADC0809引脚图
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ADC0809的地址输入端和模拟输入通道的对应关系如表1所示。
表1ADC0809地址端与模拟输入通道的对应关系
CBA
被选通的通道
000
IN0
001
IN1
010
IN2
011
IN3
100
IN4
101
IN5
110
IN6
111
IN7
2.4.5ADC0809典型应用及系统硬件原理图
ADC0809典型应用如图7所示。
图7ADC0809典型应用
由于ADC0809输出含三态锁存,所以其数据输出可以直接连接AT89C51的数据总线P0(无三态锁存的芯片是不允许直接连数据总线的)。
可通过外部中断或查询方式读取A/D转换结果。
写P2.7口有两个作用;其一,写P2.7口脉冲的上升沿使ALE信号有效,将送入C,B,A的低3位地址A2,A1,A0锁存,并由此选通IN0~IN7中的一路进行转换,其二,写P2.7口脉冲的下降沿,清除逐次逼近寄存器,启动A/D。
读P2.7口时(C,B,A低3位地址已无任何意义),OE信号有效,保存A/D转换结果的输出三态锁存器的“门”打开,将数据送到数据总线。
注意,只有在EOC信号有效后,读P2.7口才有意义。
CLK时钟输入信号频率值为640kHz。
鉴于640kHz频率的获取比较复杂,在工程实际中多采用在8051的ALE信号的基础上分频方法。
ADC0809与单片机的接口电路如图8所示。
图8ADC0809与单片机的接口电路
3系统软件设计
3.1中断程序主要流程
图9是中断程序主流程图,当信号输入时,置内部RAM起始存储单元,其地址为(R)=20H,经内部RAM存储单元处理后,将数据采样计数设置初始值为(R2)=30,将此初始值送入A/D转换器的IN3通道,A/D转换器打开中断,并启动A/D转换,而后调用延时子程序,将刚才RAM内存放的数据输入到P1接口,保持显示2S,送入计数器进行判断,当计数器-1的值为0时,结束此流程,当其值不为0时,将数据送入IN3口,重新打开中断,依次循环,直至计数器-1=0时结束。
图9.主程序流程
图10延时子程序流程
延时子程序流程以及中断服务程序流程如图10,图11所示。
3.2程序设计
读出温度子程序的主要功能是读出RAM中的9字节,在读出时需进行CRC校验,校验有错时不进行温度数据的改写。
温度转换命令子程序主要是发温度转换开始命令,当采用12位分辨率时转换时间约为750ms,在本程序设计中采用1s显示程序延时法等待转换的完成。
计算温度子程序将RAM中读取值进行BCD码的转换运算,并进行温度值正负的判定。
显示数据刷新子程序主要是对显示缓冲器中的显示数据进行刷新操作,当最高显示位为0时将符号显示位移入下一位。
程序如下:
ORG00H
MAIN:
MOV30H,#00H
MOV31H,#00H
LCALLRESET;复位
MOVA,#0CCH;跳过ROM
LCALLWRITE
MOVA,#44H;启动转换
LCALLWRITE;延时
MOVR7,#100
D1:
MOVR4,#20
D2:
MOVR5,#248
DJNZR5,$
DJNZR4,D2
DJNZR7,D1
LCALLRESET;复位
MOVA,#0CCH;跳过ROM
LCALLWRITE
MOVA,#0BEH;启动转换
LCALLWRITE
LCALLREAD
MOVA,3DH
MOV30H,A
LCALLREAD
MOVA,3DH
MOV31H,A
;------------------------
MOV36H,#00H
MOV37H,#00H
MOV38H,#00H
MOV39H,#00H
;------------------
ANLA,#00000111B
MOV36H,A
MOVA,30H
SWAPA
ANLA,#00001111B
MOV37H,A
MOVA,36H
SWAPA
MOV41H,A
MOVA,37H
ADDA,41H
MOV41H,A
MOVB,#10
DIVAB
MOV46H,A
MOV47H,B
MOVA,30H
ANLA,#00001111B
MOV39H,A
JNBACC.3,JIN
MOVA,38H
ADDA,#50H
MOV38H,A
JIN:
MOVA,39H
JNBACC.2,JIN1
MOVA,38H
ADDA,#25H
MOV38H,A
JIN1:
MOVA,39H
JNBACC.1,JIN2
MOVA,38H
ADDA,#12H
MOV38H,A
JIN2:
MOVA,39H
JNBACC.0,JIN3
MOVA,38H
ADDA,#06H
MOV38H,A
JIN3:
MOVA,38H
SWAPA
ANLA,#00001111B
MOV38H,A
SJMP$;数据处理
RESET:
NOP
L0:
CLRP1.4
MOVR2,#200
L1:
NOP
DJNZR2,L1
SETBp1.4
MOVR2,#30
L4:
DJNZR2,L4
CLRC
ORLC,p1.4
JCL3
MOVR6,#80
L5:
ORLC,p1.4
JCL3
DJNZR6,L5
SJMPL0
L3:
MOVR2,#250
L2:
DJNZR2,L2
RET
WRITE:
MOVR3,#8
WR1:
SETBp1.4
MOVR4,#8
RRCA
CLRp1.4
WR2:
DJNZR4,WR2
MOVp1.4,C
MOVR4,#20
WR3:
DJNZR4,WR3
DJNZR3,WR1
SETBp1.4
RET
READ:
MOVR6,#8
RE1:
CLRp1.4
MOVR4,#6
NOP
SETBp1.4
RE2:
DJNZR4,RE2
MOVC,p1.4
RRCA
MOVR5,#30
RE3:
DJNZR5,RE3
DJNZR6,RE1
MOV3DH,A
SETBp1.4
RET
END
总结
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致谢
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参考文献
[1]韩志强,姚国兴.风光互补充电控制器的研究[J].电力电子技术,2011.4:
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[2]施钰川.太阳能原理与技术[M].西安:
西安交通大学出版社,2009.8
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- 关 键 词:
- 温度 测温 课程设计