课程设计 仓库多路温度巡回检测显示电路设计文档格式.docx

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附录一原理图……………………………………………9

附件二、元器件清单……………………………………..10

附录三、软件源程序……………………………………..10

一、前言

1.1选题背景、设计目的及意义

随着现代信息技术的飞速发展，温度测量控制系统在工业、农业及人们的日常生活中扮演着一个越来越重要的角色，它对人们的生活具有很大的影响，所以温度采集控制系统的设计与研究有十分重要的意义。

本次设计的目的在于学习基于51单片机的多路温度采集控制系统设计的基本流程。

本设计采用单片机作为数据处理与控制单元，为了进行数据处理，单片机控制数字温度传感器，把温度信号通过I/V转换电路、增益可调差分放大电路、A/D转换电路传递到单片机上。

单片机数据处理之后，将温度信息动态显示，即将当前温度信息发送到LED进行显示。

本系统可以实现多路温度信号采集与显示，方便管理人员实时了解各个仓库温度的状况，为工作减少许多麻烦。

我所采用的控制芯片为AT89c51，此芯片功能较为强大，能够满足设计要求。

通过对电路的设计，对芯片的外围扩展，来达到对八路仓库温度的检测与显示功能。

1.2设计要求

设计一八路仓库温度巡回检测显示电路，实现对仓库温度的实时监测，温度测量范围为0-150摄氏度，由于不需要很高精度的温度测量，故测量精度可以设定为2摄氏度，LED数码管显示为摄氏度。

1.3设计内容

1、原理电路的设计。

内容包括：

温度电压的变换；

放大与比较电路；

A/D转换电路、巡回控制电路、LED显示电路等。

2、画出原理图。

3、单片机程序设计，实现温度显示与循环控制。

4、写出课程设计报告，分析所遇到的问题与应用的解决方案，以及学习次设计的心得收获。

1.4研究方案

1、传感器的选用

输出信号的模式，可大致划分为三大类：

数字式温度传感器、逻辑输出温度传感器、模拟式温度传感器。

传统的模拟温度传感器，如热电偶、热敏电阻和RTDS对温度的监控，在一些温度范围内线性不好，需要进行冷端补偿或引线补偿；

热惯性大，响应时间慢。

集成模拟温度传感器与之相比，具有灵敏度高、线性度好、响应速度快等优点，而且它还将驱动电路、信号处理电路以及必要的逻辑控制电路集成在单片IC上，有实际尺寸小、使用方便等优点。

常见的模拟温度传感器有LM3911、LM335、LM45、AD22103电压输出型、AD590电流输出型。

在许多应用中，我们并不需要严格测量温度值，只关心温度是否超出了一个设定范围，一旦温度超出所规定的范围，则发出报警信号，启动或关闭风扇、空调、加热器或其它控制设备，此时可选用逻辑输出式温度传感器。

MAX6501-MAX6504、LM56、MAX6509/6510是其典型代表。

相对于模拟传感器而言，数字传感器有诸多优点，如抗干扰能力强、信号处理方便、测量精度高等等，其中DS18B20为最常用的一种。

DS18B20数字式温度传感器，与传统的热敏电阻有所不同的是，使用集成芯片，采用单总线技术，其能够有效的减小外界的干扰，提高测量的精度。

同时，它可以直接将被测温度转化成串行数字信号供微机处理，接口简单，使数据传输和处理简单化。

部分功能电路的集成，使总体硬件设计更简洁，能有效地降低成本，搭建电路和焊接电路时更快，调试也更方便简单化，这也就缩短了开发的周期。

本设计采用电流输出型模拟温度传感器AD590，AD590是美国模拟器件公司的电流输出型温度传感器，供电电压范围为3~30V，输出电流223μA（-50℃）~423μA（+150℃），灵敏度为1μA/℃。

当在电路中串接采样电阻R时，R两端的电压可作为喻出电压。

注意R的阻值不能取得太大，以保证AD590两端电压不低于3V。

AD590输出电流信号传输距离可达到1km以上。

作为一种高阻电流源，最高可达20MΩ，所以它不必考虑选择开关或CMOS多路转换器所引入的附加电阻造成的误差。

适用于多点温度测量和远距离温度测量的控制。

2、模数转换器件的选择

ADC0808是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行模/数转换的器件。

其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。

ADC0808是ADC0809的简化版本，功能基本相同。

一般在硬件仿真时采用ADC0808进行A/D转换，实际使用时采用ADC0809进行A/D转换。

out8为最低位-out1为最高位，out8-out1分别接单片机的P0.0到P0.7端。

3、I/V转换的设计

本设计采用有源I/V转换，将传感器的输出电流223mA-423mA，转换成2.23V-4.23V的电压量，为接下来的差分放大做好准备。

4、差分运算放大电路设计

本设计采用增益可调差分运算放大电路，将放大倍数设定在2倍左右，由于增益可调，则可由此调节整个电路的检测精度。

5、A/D转换电路设计

采用8位精度的ADC0808模-数转换器进行转换，8路模拟信号的分时采集，片内有8路模拟选通开关，以及相应的通道地址锁存用译码电路，其转换时间为100μs左右，内部具有三态锁存器输出。

通过单片机的P3口的输出，经过优先编码器74HC148进行编码，输出送至ADC0808的地址选择端，选择模拟量的选通，即选择所检测的温度。

2、仓库多路温度巡回检测显示电路硬件设计

2.1I/V转换电路的设计

图2.1I/V转换电路

工作原理：

有源I/V变换主要是利用有源器件元算放大器、电阻组成，如上图所示。

R4为精密电阻，阻值为1000欧姆，通过采样电阻R4，将电流信号转换为电压信号。

取R3为1000欧姆，RV1设定为10千欧德电位器，通过调节RV1的值，可是0~0.5mA输入对应于0~5V的电压输出。

2.2差分运算放大电路的设计

工作原理：

下图即为增益可调差分放大电路

差模增益为

A=2*R1/R3*（1+R2/（RV1+R7））

只需改变RV1的值即可改变电路的增益，且不破坏其原有的共模抑制比。

但是由于RV1与增益之间的非线性关系，所以调整范围很小，但是对于本系统已经足够

。

图2.2增益可调差分放大电路

2.3A/D转换电路及数码管显示电路

工作原理：

ADC0808为8路模拟输入，8位转换精度的模-数转换芯片，8路模拟量分别由IN0~IN7输入，ADDA~ADDC控制哪一路模拟量输入并进行A/D转换，模拟量输入后进行A/D转换，经由三态输出锁存缓冲器输出。

图2.3A/D转换电路及数码管显示电路

转换的数字量经过总线通过P1口输入到单片机的35H，此时35H中所存的二进制数即表示所测温度大小，将此数据经过数据处理到数码管进行动态显示，显示一段时间后重新选择需要采集的温度的输入通道，选择信号由单片机产生，经过P3口输出，通过74ls148进行编码输出选择模拟输入通道。

此系统一直进行循环工作。

三、电路仿真

电路仿真数据结果如下：

表一电路仿真数值

AD590输出

电压输出

数码管显示

0.323mA

2V

50C

0.333mA

2.2V

60C

0.343mA

2.4V

70C

0.353mA

2.6V

81C

0.363mA

2.8V

91C

0.373mA

3.0V

101C

0.383mA

3.2V

111C

0.393mA

3.4V

121C

结果分析：

由上表可知此系统在误差允许范围内可以正确显示所测量的温度

四、软件设计

4.1程序流程图

五、课程设计收获心得

通过本次课程设计，我收获了很多，我学会了如何将课堂学到的理论知识运用到实际中方法，从理论到到实际运用还有很大的一段距离，要学会自己查找资料，学习课堂中没有的知识，将不同学科的知识综合在一起，了解其中的原理知识，并从中仔细思考收获新知。

学习设计的过程中会遇到许许多多不可预知的问题，理论上是对的，但是实际并不能运行，但并不是理论错误，只是我们要学会灵活运用，对纯理论的知识做些许的调整，再将其正确运用。

通过此次课程设计，我学会了许多课堂中没有学到的知识，同时也让我对课堂学到的知识有了更深的理解，学会了电子设计中遇到的一些问题的解决方法，让我对专业有了新的认识，收获颇丰。

六、参考文献

1.阎石.数字电子技术基础（第五版）[M].北京：

高等教育出版社，2005

2.胡汉才.单片机原理及其接口技术（第三版）[M].北京：

清华大学出版社，2010

3.于海生，丁军航，潘松锋，吴贺荣.微型计算机控制技术（第二版）[M].北京：

清华大学出版社

4.孙传友，孙晓斌，李胜玉，张一.测控电路及装置.北京：

北京航空航天大学出版社

六、附录

附录一原理图

图附1整体原理图

附件二、元器件清单

表二元器件列表

元件列表

数量

AT89C51

1

74LS148

ADC0808

数码管

OP193ES

24

各阻值电阻

若干

电容

晶振器

附件三、软件源程序

LED_0EQU30H

LED_1EQU31H

LED_2EQU32H；

存放段码

ADCEQU35H

CLOCKBITP2.4；

定义ADC0808时钟

STBITP2.5

EOCBITP2.6

OEBITP2.7

ORG00H

SJMPSTART

ORG0BH

LJMPINT_T0

START:

MOVLED_0,#00H

MOVLED_1,#00H

MOVLED_2,#00H

MOVDPTR,#TABLE；

段码表首地址

MOVTMOD,#02H

MOVTH0,#245

MOVTL0,#00H

MOVIE,#82H

SETBTR0

MOVR4,#7FH

WAIT:

MOVP3,R4

CLRST

SETBST

CLRST；

启动A/D转换

JNBEOC,$；

等待转换结束

SETBOE

MOVADC,P1

CLROE

CLRC

MOVA,ADC

SUBBA,#34H

MOVB,#100；

A/D转换结果转换成BCD码

DIVAB

MOVLED_2,A

MOVA,B

MOVB,#10

MOVLED_1,A

MOVLED_0,B

LCALLDISP

MOVA,R4；

选择下一个模拟量输入通道

RRA

MOVR4,A

SJMPWAIT

INT_T0:

CPLCLOCK；

提供0808时钟信号

RETI

DISP:

MOVR3,#64H；

显示子程序

OP:

DECR3

MOVA,#39H

CLRP2.3

MOVP0,A

LCALLDELAY

SETBP2.3

MOVA,LED_0

MOVCA,@A+DPTR

CLRP2.2

SETBP2.2

MOVA,LED_1

CLRP2.1

SETBP2.1

MOVA,LED_2

CLRP2.0

SETBP2.0

CJNER3,#00H,OP

RET

DELAY:

MOVR6,#10；

延时子程序5ms

D1:

MOVR7,#250

DJNZR7,$

DJNZR6,D1

DELAY1:

;

误差0us

MOVR7,#01H

DL1:

MOVR6,#8EH

DL0:

MOVR5,#02H

DJNZR5,$

DJNZR6,DL0

DJNZR7,DL1

TABLE:

DB3FH,06H,5BH,4FH,66H

DB6DH,7DH,07H,7FH,6FH

END