热敏电阻测温显示系统.docx

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热敏电阻测温显示系统

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（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

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0-100℃，显示分辨率℃。

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。

第1章摘要3

第2章引言4

第3章大体原理4

传感器电路模块5

热敏电阻简介5

基于热敏电阻测温电桥和放大电路5

AD转换器工作原理6

AD0809简介6

基于AD0809的数模转换电路6

AT89C51工作原理7

LED数码管显示原理8

LED数码管简介8

LED数码管驱动方式8

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11

电路整体结构设计11

软件设计11

第5章心得体会12

参考文献13

附录14

第1章摘要

随着工业的不断发展，对温度的测量的要求也愈来愈高，而且测量的范围也愈来愈广，对温度的检测技术的要求也愈来愈高，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

。

包括温度传感器，AD转换器，51系列单片机，LED数码显示管四部份。

并利用汇编语言编制的程序，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、价钱低靠得住性高和通用灵活等长处，普遍应用于卫星定向、汽车火化控制、交通自动管理等方面。

单片机有两种大体结构形式:

一种是在通用微型计算机中普遍采用的，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。

另一种是将程序存储器和数据存储器截然分开，别离寻址的结构，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普遍的51系列单片机。

第3章大体原理

整体设计

温度测量模块主要为温度测量电桥，当温度发生转变时，电桥失去平衡，从而在电桥输出端有电压输出，但该电压很小。

通过集成放大器放大，将放大后的信号输入AD转换芯片，进行A/D转换后，就可以够用单片机进行数据的处置，在电路上，就可以够将被测温度显示出来。

传感器电路模块

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发电阻的转变。

若电子和空穴的浓度别离为

、

迁移率别离为

、

，则半导体的电导为：

（1）

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，和临界温度热敏电阻（CTR）。

热敏电阻的主要特点是：

①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转变；②工作温度范围宽，常温器件适用于-55

—315

；③体积小，能够测量其他温度计无法测量的间隙，腔体及生物体内血管的温度；④利用方便，电阻值可在—100

间任意选择；⑤易加工成复杂的形状，可大量量生产，稳定性好，过载能力强。

本课程设计中采用WAVE2000实验箱中的NTC热敏电阻。

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。

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。

AD转换器工作原理

AD0809简介

本设计中才用型号为AD0809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，若信号过小，必需进行放大；输入的模拟量在转换进程中应该维持不变，如若模拟量转变太快，则需在输入前增加采样维持电路。

本电路设计直接采用0-5V的输出电压即可知足电路需求，AD0809芯片图如图2所示：

图2AD0809芯片

基于AD0809的数模转换电路

本设计中实验箱内部基于AD0809的模数转换电路图，如图3所示

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2

1

IN0

温度传感器输出

2

AD_CS

CS2

AT89C51工作原理

AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处置器，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

•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

•三级程序存储器锁定

•128×8位内部RAM

•32可编程I/O线

•两个16位按时器/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

LED数码管显示原理

LED数码管简介

LED数码管实际上是由七个发光管组成8字形组成的，加上小数点就是8个。

这些段别离由字母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，以形成咱们眼睛看到的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，也有寸、1寸等不同的尺寸。

小尺寸数码管的显示笔画常常利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左右，电流不超过30mA。

发光二极管的阳极连接到一路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路连接到电源负极的称为共阴数码管。

常常利用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。

LED数码管驱动方式

LED数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出咱们要的数位，因此按照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。

A、静态显示驱动：

静态驱动也称直流驱动。

静态驱动是指每一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，或利用如BCD码二-十进位器进行驱动。

静态驱动的长处是编程简单，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5×8=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。

故实际应历时必需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普遍的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔画"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端连在一路，另外为每一个数码管的公共极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，所以咱们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位元就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。

透过度时轮流控制各个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。

在轮流显示进程中，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晖效应，虽然实际上列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式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

显示数字

C

D

E

F

共阴极字符码

39H

5EH

79H

71H

LED数码管驱动电路

图5LED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寄存在0X004H中，即09004H.本课程设计中不利用按键系统。

第4章电路整体结构设计及软件设计

电路整体结构设计

由于本课程设计中，受到WAVE2000实验箱的限制，电路整体结构如下：

图6整体电路结构图

软件设计

本课程设计采用的为汇编语言。

整体设计思路为：

开始—初始化程序—AD转换—数值转换—数码显示

模数转换子程序流程图如图7所示。

图7模数转换流程图

数码显示子程序流程图如图8所示。

图8数码显示流程图

表2地址码插孔及对应地址范围

译码插孔

地址范围

CS0

08000H~08FFFH

CS1

09000H~09FFFH

CS2

0A000H~0AFFFH

CS3

0B000H~0BFFFH

CS4

0C000H~0CFFFH

CS5

0D000H~0DFFFH

CS6

0E000H~0EFFFH

CS7

0F000H~0FFFFH

第5章心得体会

这次课程设计将单片机与传感器进行了结合跟进一步想我展示了单片机得壮大功能另外还接触了模数转换器件，了解了有关AD转换的知识，同时也温习了汇编知识。

这次单片机课程设计综合了传感器，运算放大器等，联系到很多方面的知识，让咱们充分联系平时所学知识，全力以赴。

它不仅是我巩固了之前所学的知识，加深了对学过知识的印象，还使我发现了自己对理论知识掌握还不够扎实，对一些知识点存在着错误的熟悉。

为此后的学习和工作都奠定了良好的基础。

在完成课设的进程中，每一处都凝聚了老师和同窗对我的帮忙，所有的功效都是大家一路尽力的功效。

在整个设计进程中，我知道了许多东西，也培育了自己独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心。

充分体会了在创造进程中探索的艰难和成功时的喜悦。

总之这次课程设计让我收获很大。

参考文献

一、张淑清单片微型计算机接口技术及其应用国防工业出版社2001年

二、张淑清单片机原理及应用技术国防工业出版社2000年

3、李秀忠单片机应用技术汇编中国劳动社会保障出版社2006年

4、赵负图现代传感器集成电路人民邮电出版社2000年

五、赛尔吉欧·弗朗哥著刘树棠译基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计西安交通大学出版社2009年

六、康华光电子技术基础模拟部份高等教育出版社2002年

7、李科杰新编传感器技术手册国防工业出版社2001年

八、贾伯年传感器技术东南大学出版社1992年

九、杨宝清、孙宝元传感器及其应用手册2004年

附录

AD0809equ0a000h;AD0809片选

OUTBITequ08002h;位控制口

OUTSEGequ08004h;段控制口

LEDBufequ60h;显示缓冲

DelayTequ75h;

ADResultequ76h;A/D转换结果

org0

ljmpStart

AD0809Read:

movdptr,#AD0809

mova,#0

movx@dptr,a;起动A/D

mova,#40h

djnzACC,$;延时>100us

movxa,@dptr;读入结果

movADResult,a

ret

LEDMAP:

;八段管显示码

db3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h

db7fh,6fh,77h,7ch,39h,5eh,79h,71h

Delay:

;延时子程序

movr7,#0

DelayLoop:

djnzr7,DelayLoop

djnzacc,DelayLoop

ret

SearchLedMap:

anla,#0fh

movdptr,#LEDMAP

movca,@a+dptr

ret

DisplayLED:

movr0,#LEDBuf

movr1,#6;

movr2,#00001000b;从左侧开始显示

Loop:

movdptr,#OUTBIT

mova,#0

movx@dptr,a;关所有八段管

mova,@r0

movdptr,#OUTSEG

movx@dptr,a

movdptr,#OUTBIT

mova,r2

movx@dptr,a;显示一名八段管

mova,#01

callDelay

mova,r2;显示下一名

rra

movr2,a

incr0

djnzr1,Loop

movdptr,#OUTBIT

mova,#0

movx@dptr,a;关所有八段管

ret

Start:

nop

callAD0809Read

mova,ADResult

Cpla

movb,#20h

mulab

pusha

mova,b

movb,#100

divab

callSearchLedMap

movledbuf+0,a

mova,b

movb,#10

divab

callSearchLedMap

movledbuf+1,a

mova,b

callSearchLedMap

orla,#80h;放置小数点

movledbuf+2,a

popa

movb,#10

mulab

mova,b

callsearchledmap

movledbuf+3,a

movDelayT,#80

DisplayAgain:

callDisplayLED

djnzDelayT,DisplayAgain

nop

sjmpStart

end