单片机课设AD590温度传感器.docx

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单片机课设AD590温度传感器

摘要

所要设计的为AD590温度传感器，并通过A/D转换器输出数字信号。

再通过单片机编程，最后通过LED显示器显示当前温度。

本文介绍了基于AD590与8051单片机的一种温度采集系统，该电路采用ADC0809作为A/D转换元件，将AD590采集的模拟温度信号转换成数字信号，传输到单片机部，最后通过共阴极LED显示出来，温度测量围0℃~99℃。

要求能够正确的显示温度传感器的温度。

使用3位LED模块显示，显示测量温度数值。

第一章温度采集………………………………………………………………1

1.1AD590测温原理…………………………………………………………...1

1.2测量电路设计………………………………………………………………2

第二章A/D转换器件………………………………………………………..5

2.1AD590简介…………………………………………………………………...5

第三章控制器件介绍………………………………………………………..8

第四章显示器件介绍…………………………………………………………9

第五章硬件电路设计…………………………………………………………10

参考文献………………………………………………………………………………11

附录………………………………………………………………………………………12

第一章温度采集器件

1.1AD590测温原理

AD590是一恒定源器件，输出的电流值与它所测的绝对温度有精确的线性关系。

由于厂家生产时采用激光微调来校正集成电路的薄膜电阻，使其在摄氏零度（对应绝对温度为273.2K）输出电流为273.2uA，灵敏度为1uA/K，当其感受温度升高或降低时，输出电流为1uA/K的增大或减少，从而将被测温度线性转换为电流形式输出，在测量电路中，将其电流转换成电压，则可用电压形式来表示温度的大小。

由于AD590输出电流设计为开氏温标对应，而且工作电压围大，因此，在实际应用中应注意以下几个问题。

AD590在摄氏零度时，输出电流值为273.2uA，它与热力学温度273.2K相对应。

而人们习惯用摄氏温标表示温度，摄氏温标与开氏温标转换关系即

T（K）=273.2+t（℃）（1.1）

在信号处理时，将开氏温度转换为摄氏温度。

AD590的工作电压可以在4V~30V围选用，但某一工作电压一经确定后，应尽可能使其稳定，因为工作电压波动将引起AD590输出电流在一定程度上的相对漂移，造成测量误差。

AD590输出电流在远距离传输时，虽然它对导线产生的压降不敏感，但应避免传输导线回路受电磁干扰影响产生感应电动势而导致回路电流变换，造成测量误差。

由于AD590的温度变化围在-55℃～+150℃之间，经过10K

之后采样到的电压变化在2.182V～4.232V之间，不超过5V电压表示的围，因此参考电压取电源电压VCC（实测VCC=4.70V）。

由此可计算出经过A/D转换之后的摄氏温度现实的数据。

由于AD590的增益有偏差，电阻也有偏差，因此应对电阻进行调整。

调整的方法为：

把AD590放于冰水混合物中调整电位器，值如下表示：

摄氏温度

AD590电流

经10K

电压

0℃

273.2uA

2.732V

10℃

283.2uA

2.832V

20℃

293.2uA

2.932V

30℃

303.2uA

3.032V

40℃

313.2uA

3.132V

50℃

323.2uA

3.232V

60℃

333.2uA

3.332V

100℃

373.2uA

3.732V

表1.1温度与电流关系

1.2测量电路设计

AD590对温度变化体现为电流变化，温度和电流呈线性关系，而A/D转换器采集的为电压信号，因此需要有电流电压转换电路，将电流信号转换成电压信号，转换电路如图1.2所示

图1.2电流电压转换电路

图中电容C4起滤波作用。

该电路中，考虑到测温围是0度至5050度，而AD590输出电压围为0～5V，故电阻R2取3.3K

，其中R2是滑动变阻器，精度高于R3，电阻R4取100K

，R5取50K

，R4是滑动变阻器，精度高与R5，R6取33K

。

运放是温度电压变换电路，为测试方便，设计时将0度时的输出电压定为0V，每升高一度输出电压上升100mV，与电压之间的关系为：

U=K（T-T0）V（1.2）

式中，K—比例系数，K=0.98V/度，T—环境温度，单位为度，T0——测温下限0度。

由图2.9设流过R2、R3电流为I1，流过传感器电流为I2，通过R4、R5电流为I3。

由分流得：

I3=I2-I1（1.3）

由于AD590测得温度为开氏温度必须转换为摄氏温度，式见（1.1）

当T=+50度和T=0度时，变换电路输出电压上限Umax=5V，电压下限为Umin=0V,实现的方法是:

首先调整R2，使得I1=273.2uA。

当温度为0度时，通过AD590的电流I2=273.2uA，此时I3=0uA，R4、R5上无压降，即输出电压为0V。

当环境温度为50度时，流过AD590的电流为323.2uA,此时，I3=I2-I1=50uA，调整R4，使R4+R5=98千欧，有（R4+R5）I3=4.9V.同样，可以计算出其余各温度所对应的输出电压具体对应数值见表1.2：

表1.2温度与输出电压值

标定方法：

（1）断开图中M1点，串入微安表，调整电位器R2，使微安表读数为273.3uA，取下微安表，接通M1点。

（2）将AD590至于50度水中，调整R4，使M2点电压为4.9V。

（3）将AD590至于0度冰水混合物中，测试M2点电压为0V。

（4）再将AD590至于50度温度场中，测试M2点电压应为4.9V，如有偏离，可微调电位器R4，使M2点电压为4.9V。

（5）重复

（2）（3）（4）二到三次，就可以使M2点电压保持0度时的0V、+50V度时的4.9V。

系统对放大电流要求低调、低漂移、高精度，可选用高精度集成运放。

OP07为失调电压、低失调电流和低漂移的超低失调运算放大器，其增益和共模抑制比高，噪声小，它的电源电压±3V～±18V，其广泛用于稳定积分、精密加法比较，法制电压，检测，微弱信号精确放大场合，是一种通用性极强的运算放大器。

本系统用它作运放。

第二章A/D转换器件

2.1ADC0809简介

　ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D模数转换器。

其部有一个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。

是目前国应用最广泛的8位通用A/D芯片

1．主要特性

　　1）8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位。

　　2）具有转换起停控制端。

　　3）转换时间为100μs（时钟为640kHz时），130μs（时钟为500kHz时）　

　　4）单个+5V电源供电

　　5）模拟输入电压围0～+5V，不需零点和满刻度校准。

　　6）工作温度围为-40～+85摄氏度

　　7）低功耗，约15mW。

2．部结构

ADC0809的部逻辑结构图如图所示。

图2.1 ADC0809部逻辑结构

图中多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用一个A/D转换器进行转换，这是一种经济的多路数据采集方法。

地址锁存与译码电路完成对A、B、C3个地址位进行锁存和译码，其译码输出用于通道选择，其转换结果通过三态输出锁存器存放、输出，因此可以直接与系统数据总线相连，表2-1为通道选择表。

表2-1通道选择表

3．信号引脚

   ADC0809芯片为28引脚为双列直插式封装，其引脚排列见图9.8。

   对ADC0809主要信号引脚的功能说明如下：

IN7～IN0——模拟量输入通道

ALE——地址锁存允许信号。

对应ALE上跳沿，A、B、C地址状态送入地址锁存器中。

START——转换启动信号。

START上升沿时，复位ADC0809；START下降沿时启动芯片，开始进行A/D转换；在A/D转换期间，START应保持低电平。

本信号有时简写为ST.

A、B、C——地址线。

通道端口选择线，A为低地址，C为高地址，引脚图中为ADDA，ADDB和ADDC。

其地址状态与通道对应关系见表9-1。

CLK——时钟信号。

ADC0809的部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因此有时钟信号引脚。

通常使用频率为500KHz的时钟信号

EOC——转换结束信号。

EOC=0,正在进行转换；EOC=1,转换结束。

使用中该状态信号即可作为查询的状态标志，又可作为中断请求信号使用。

D7～D0——数据输出线。

为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连。

D0为最低位，D7为最高

OE——输出允许信号。

用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。

OE=0，输出数据线呈高阻；OE=1，输出转换得到的数据。

Vcc——+5V电源。

Vref——参考电源参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。

其典型值为+5V（Vref（+）=+5V,Vref（-）=-5V）.

第三章控制器介绍

3.18051单片机简介

MCS-51是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片，引脚分布请参照----单片机引脚图：

。

P0.0~P0.7P0口8位双向口线（在引脚的39~32号端子）。

P1.0~P1.7P1口8位双向口线（在引脚的1~8号端子）。

P2.0~P2.7P2口8位双向口线（在引脚的21~28号端子）。

P3.0~P3.7P3口8位双向口线（在引脚的10~17号端子）

RST复位信号：

当输入的信号连续2个机器周期以上高电平时即为有效，用以完成单片机的复位初始化操作，当复位后程序计数器PC=0000H，即复位后将从程序存储器的0000H单元读取第一条指令码。

XTAL1和XTAL2外接晶振引脚。

当使用芯片部时钟时，此二引脚用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。

VCC：

电源+5V输入

VSS：

GND接地。

第四章显示器件

在本设计任务书中采用的是动态显示方式。

原因及原理介绍如下：

动态显示驱动：

数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"a、b、c、d、e、f、g、dp"的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的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，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。

通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。

在轮流显示过程中，每位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管的余辉效应，尽管实际上各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数据，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端口，而且功耗更低。

第五章硬件电路设计

参考文献

[1]proteus在MCS-51&ARM7系统中的应用百例，电子工业，周润景

[2]单片机原理及应用，国防工业，淑清等编著

[3]传感器原理与应用，高等教育，黄贤武编著

[4]单片机原理与接口技术.华东理工大学，军编著

附录

程序流程如下：

否

程序如下：

LED_0EQU30H

LED_1EQU31H

LED_2EQU32H

ADCEQU35H

STBITP3.0

EOCBITP3.1

OEBITP3.2

ORG00H

LJMPINT_T0

START:

MOVLED_0，#00H

MOVLED_1，#00H

MOVLED_2，#00H

MOVDPTR,#TABLE

WAIT:

JNBEOC,$

SETBOE

MOVADC,P1

CLROE

MOVA,ADC

MOVB,#100

DIVAB

MOVLED_2，A

MOVA,B

MOVB.#10

DIVAB

MOVLED_1，A

MOVLED_0，B

LCALLDISP

SJMPWAIT

DISP:

MOVA,LED_0

MOVCA,A+DPTR

CLRP2.2

MOVP0，A

LCALLDELAY

SETBP2.2

MOVA,LED_1

MOVCA,A+DPTR

CLRP2.1

MOVP0，A

LCALLDELAY

SETBP2.1

MOVA,LED_2

MOVCA,A+DPTR

CLRP2.0

MOVP0，A

LCALLDELAY

SETBP2.0

RET

DELAY:

MOVR6，#10

D1：

MOVR7，#250

DJNZR7，$

DJNZR6，D1

RET

TABLE:

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

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

END