基于LM35的温度测量电路.docx
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基于LM35的温度测量电路
基于LM35的温度测量系统
王景景
（青岛科技大学信息学院山东青岛266061）
本文介绍了一种温度传感器选用LM35、单片机选用AT89C52的温度测量系统。
该系统的温度测量范围为0～99℃，可以精确到一位小数，可适用于工业场合及日常生活中。
1系统结构
本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A／D转换电路，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。
2硬件电路设计
2.1温度传感器电路
温度传感器采用的是NS公司生产的LM35，他具有很高的工作精度和较宽的线性工作范围，他的输出电压与摄氏温度线性成比例，且无需外部校准或微调，可以提供±1／4℃的常用的室温精度。
LM35的输出电压与摄氏温度的线形关系可用下面公式表示，0℃时输出为0V，每升高1℃，输出电压增加10mV。
其电源供应模式有单电源与正负双电源两种，其接法如图3与图4所示。
正负双电源的供电模式可提供负温度的测量，单电源模式在25℃下电流约为50mA，非常省电。
本系统采用的是单电源模式。
2.2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，电路图如图5所示。
2.3A／D转换电路
A／D转换电路选用8位AD转换器ADC0809。
ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A／D转换器，可处理8路模拟量输入，且有三态输出能力。
图5中运算放大器的输出电压V，送入ADC0809的模拟通道IN0。
单片机AT89C52控制ADC0809的开始转换、延时等待A／D转换结束以及读出转换好的8位数字量至单片机进行处理。
2.4单片机系统
单片机选用的是ATMEL公司的AT89C52，主要完成对A／D转换电路的控制、对转换后的数字量的处理以及对显示模块的控制，并且为ADC0809提供工作时钟。
同时AT89C52外接锁存器74LS373，对AT89C52的P0口的地址信号进行锁存。
74LS373的Q2，Q1，Q0接ADC0809的C，B，A，实现对模拟通道的选择。
AT89C52的晶振选择3MHz，则其ALE引脚的输出频率为0.5MHz，小于ADC0809的时钟频率最高值640kHz，正好为其提供工作时钟。
其具体连接电路如图2所示，单片机的晶振电路及复位电路较简单，图中未给出。
2.5温度显示系统
该温度显示系统较为简单，由可编程并行输入输出芯片8255A的A，B，C端口外接3个8段LED显示器来实现。
AT89C52的P2.6为8255提供片选信号，74LS373的Q7，Q6接8255的A1，A0，可得到8255的A，B，C及控制口的地址为BF3FH，BF7FH，BFBFH，BFFFH。
AT89C52处理好的温度数据输出至8255，并由AT89C52对8255编程控制其A，B，C端口输出高电平或低电平，以便从8段LED显示器显示实际温度。
8段LED显示器选用共阳极，8255的A，B，C端口与8段LED显示器之间接限流电阻，图2中只画出了PA口，PB，PC口的接法类似。
3系统软件设计
系统的软件部分用51汇编语言编程，采用模块化结构，主要由A／D转换模块、单片机内部数据处理模块、温度显示模块等3部分构成，便于修改和维护。
3.1A／D转换模块
根据测量系统要求不同以及单片机的忙闲程度，通常可采用3种软件编程方式：
程序查询方式，延时方式和中断方式。
本系统采用延时方式。
延时程序实际上是无条件传送I／O方式，当向A／D转换器发出启动命令后，即进行软件延时，延时时间稍大于进行一次A／D转换所需要的时间，之后打开A／D转换器的输出缓冲器读数即为转换好的数字量。
A／D转换时间为64个时钟周期，因为系统中ADC0809的工作时钟为500kHz，故A／D转换时间为128μs，延时时间可大致选择160μs。
程序段如下：
为了使采样数据更稳定可靠，系统还采用了8次采样平均值的方法以消除干扰。
3.2单片机内部数据处理模块
系统通过ADC0809转换的数字量是与实际温度成正比的数字量，但系统最后显示的是实际温度值，因此需要对数据进行处理再通过8255输出到LED显示。
设所测温度值为T，A／D转换后的数字量为X，则有：
VOUT=0.01V／℃×T℃
VOUT为LM35的输出电压，即运放μA741的输入电压，μA741的输出电压用V1表示。
因为μA741的放大倍数为5，则有：
V1=5×VOUT=0.05×T
根据系统设置，温度传感器输出电压0～5V对应于转换后的数字量0～255，则有：
0.05T／5=X／255
可以近似写为：
0.05T／5=X／256
这样除以256可通过把被除数右移8位来实现，编程较简单。
由此可以得出X和T的关系：
T=100×X／256
程序段如下：
3.3温度显示模块
单片机处理好的温度数据通过8255的3个端口输出到3个LED上显示，8255的A，B，C口的工作方式均设置为方式0，输出。
编程时只需分别从40H，41H，42H单元取数据送A，B，C口输出即可。
4结语
该测温系统经过多次测试，工作稳定可靠，体积小、集成度高、灵敏度高、响应时间短、抗干扰能力强等特点。
此外该系统成本低廉，器件均为常规元件，有很高的工程价值。
如稍加改动，该系统可以很方便地扩展为集温度测量、控制为一体的产品，具有一定工程应用价值。
如对该系统进一步扩展，还可以实现利用USB协议标准与PC机进行数据通信，能够把监测到的温度值保存到PC机中。
lm35温度传感器中文资料
温度传感器LM35
LM35是由NationalSemiconductor所生产的温度传感器，其输出电压与摄氏温标
呈线性关系，转换公式如式，0时输出为0V，每升高1℃，输出电压增加10mV。
LM35有多种不同封装型式，外观如图所示。
在常温下，LM35不需要额外的校准
处理即可达到±1/4℃的准确率。
其电源供应模式有单电源与正负双电源两种，其接
脚如图所示，正负双电源的供电模式可提供负温度的量测；两种接法的静止电流-
温度关系如图所示，在静止温度中自热效应低（0.08℃），单电源模式在25℃下静止电流约50μA，工作电压较宽，可在4—20V的供电电压范围内正常工作非常省电。
TO-92封装引脚图 SO-8IC式封装引脚图
TO-46金属罐形封装引脚图 TO-220塑料封装引脚图
单电源模式 正负双电源模式
供电电压35V到-0.2V
输出电压6V至-1.0V
输出电流10mA
指定工作温度范围
LM35A -55℃to+150℃
LM35C,LM35CA -40℃to+110℃
LM35D 0℃to+100℃
封装形式与型号关系
TO-46金属罐形封装引脚图
LM35H,LM35AH,LM35CH,LM35CAH,LM35DH
TO-220塑料封装引脚图
LM35DT
TO-92封装引脚图
LM35CZ,LM35CAZLM35DZ
SO-8IC式封装引脚图
LM35DM
ElectricalCharacteristics电气特性（注1,6）
Parameter参数
Conditions
条件
LM35A
LM35CA
Units（Max.）单位
Typical典型
Tested
Limit测试极限（注4）
DesignLimit设计极限（注5）
Typical典型
TestedLimit测试
极限（注4）
DesignLimit设计极限（注5）
Accuracy精度
（注7）
TA=+25℃
±0.2
±0.5
-
±0.2
±0.5
-
℃
TA=−10℃
±0.3
-
-
±0.3
-
±1.0
℃
TA=TMAX
±0.4
±1.0
-
±0.4
±1.0
-
℃
TA=TMIN
±0.4
±1.0
-
±0.4
-
±1.5
℃
Nonlinearity非线性（注8）
TMIN≤TA≤TMAX
±0.18
-
±0.35
±0.15
-
±0.3
℃
SensorGain传感器增益（AverageSlope）平均斜率
TMIN≤TA≤TMAX
+10.0
+9.9,
-
+10.0
-
+9.9
mV/℃
-
-
+10.1
-
-
-
+10.1
LoadRegulation负载调节（注3）0≤IL≤1mA
TA=+25℃
±0.4
±1.0
-
±0.4
±1.0
-
mV/mA
TMIN≤TA≤TMAX
±0.5
-
±3.0
±0.5
-
±3.0
mV/mA
LineRegulation 线路调整（注3）
TA=+25℃
±0.01
±0.05
±0.01
±0.05
-
mV/V
4V≤VS≤30V
±0.02
-
±0.1
±0.02
±0.1
mV/V
QuiescentCurrent 静态电流（注9）
VS=+5V,+25℃
56
67
-
56
67
-
μA
VS=+5V
105
-
131
91
-
114
μA
VS=+30V,+25℃
56.2
68
56.2
68
-
μA
VS=+30V
105.5
133
91.5
-
116
μA
ChangeofQuiescentCurrent变化静态电流
（注3）
4V≤VS≤30V,+25℃
0.2
1.0
-
0.2
1.0
-
μA
4V≤VS≤30V
0.5
-
2.0
0.5
2.0
μA
TemperatureCoefficientofQuiescentCurrent静态电流/温度系数
-
+0.39
-
+0.5
+0.39
-
+0.5
μA/℃
MinimumTemperatureforRatedAccuracy最低温度额定精度
IncircuitofFigure1,IL=0
+1.5
-
+2.0
+1.5
-
+2.0
℃
LongTermStability长期稳定性
TJ=TMAX,for1000hours
±0.08
-
-
±0.08
-
-
℃
ElectricalCharacteristics电气特性（注1,6）
Parameter参数
Conditions条件
LM35
LM35C,LM35D
Units（Max）单位
Typical典型
Tested
Limit测试
极限
（注4）
Design
Limit设计
极限
（注5）
Typical典型
Tested
Limit测试
极限
（注4）
Design
Limit设计
极限
（注5）
Accuracy,精度LM35,LM35C（注7）
TA=+25℃
±0.4
±1.0
-
±0.4
±1.0
-
℃
TA=−10℃
±0.5
-
-
±0.5
-
±1.5
℃
TA=TMAX
±0.8
±1.5
-
±0.8
-
±1.5
℃
TA=TMIN
±0.8
-
±1.5
±0.8
-
±2.0
℃
Accuracy,精度LM35D（注7）
TA=+25℃
-
±0.6
±1.5
-
℃
TA=TMAX
±0.9
-
±2.0
℃
TA=TMIN
±0.9
-
±2.0
℃
Nonlinearity非线性（注8）
TMIN≤TA≤TMAX
±0.3
-
±0.5
±0.2
-
±0.5
℃
SensorGain传感器增益（AverageSlope）平均斜率
TMIN≤TA≤TMAX
+10.0
+9.8,
-
+10.0
-
+9.8,
mV/℃
-
+10.2
-
-
-
+10.2
LoadRegulation负载调节（注3）0≤IL≤1mA
TA=+25℃
±0.4
±2.0
-
±0.4
±2.0
-
mV/mA
TMIN≤TA≤TMAX
±0.5
-
±5.0
±0.5
-
±5.0
mV/mA
LineRegulation线路调整（注3）
TA=+25℃
±0.01
±0.1
-
±0.01
±0.1
-
mV/V
4V≤VS≤30V
±0.02
-
±0.2
±0.02
-
±0.2
mV/V
QuiescentCurrent静态电流（注9）
VS=+5V,+25℃
56
80
-
56
80
-
μA
VS=+5V
105
-
158
91
-
138
μA
VS=+30V,+25℃
56.2
82
-
56.2
82
-
μA
VS=+30V
105.5
-
161
91.5
-
141
μA
ChangeofQuiescentCurrent变化静态电流（注3）
4V≤VS≤30V,+25℃
0.2
2.0
-
0.2
2.0
-
μA
4V≤VS≤30V
0.5
-
3.0
0.5
-
3.0
μA
TemperatureCoefficientofQuiescentCurrent静态电流温度系数
-
+0.39
-
+0.7
+0.39
-
+0.7
μA/℃
MinimumTemperatureforRatedAccuracy最低温度额定精度
IncircuitofFigure1,IL=0
+1.5
-
+2.0
+1.5
-
+2.0
℃
LongTermStability长期稳定性
TJ=TMAX,for1000hours
±0.08
-
-
±0.08
-
-
℃
注1:
Unlessotherwise注d,thesespecificationsapply:
−55℃≤TJ≤+150℃fortheLM35andLM35A;−40°≤TJ≤+110℃fortheLM35CandLM35CA;and
0°≤TJ≤+100℃fortheLM35D.VS=+5VdcandILOAD=50μA,inthecircuitofFigure2.Thesespecificationsalsoapplyfrom+2℃toTMAXinthecircuitofFigure1.
Specificationsinboldfaceapplyoverthefullratedtemperaturerange.
注2:
ThermalresistanceoftheTO-46packageis400℃/W,junctiontoambient,and24℃/Wjunctiontocase.ThermalresistanceoftheTO-92packageis
180℃/Wjunctiontoambient.Thermalresistanceofthesmalloutlinemoldedpackageis220℃/Wjunctiontoambient.ThermalresistanceoftheTO-220package
is90℃/Wjunctiontoambient.ForadditionalthermalresistanceinformationseetableintheApplicationssection.
注3:
Regulationismeasuredatconstantjunctiontemperature,usingpulsetestingwithalowdutycycle.Changesinoutputduetoheatingeffectscanbe
computedbymultiplyingtheinternaldissipationbythethermalresistance.
注4:
TestedLimitsareguaranteedand100%testedinproduction.
注5:
DesignLimitsareguaranteed（butnot100%productiontested）overtheindicatedtemperatureandsupplyvoltageranges.Theselimitsarenotusedto
calculateoutgoingqualitylevels.
注6:
Specificationsinboldfaceapplyoverthefullratedtemperaturerange.
注7:
Accuracyisdefinedastheerrorbetweentheoutputvoltageand10mv/℃timesthedevice’scasetemperature,atspecifiedconditionsofvoltage,current,
andtemperature（expressedin℃）.
注8:
Nonlinearityisdefinedasthedeviationoftheoutput-voltage-versus-temperaturecurvefromthebest-fitstraightline,overthedevice’sratedtemperature
range.
注9:
QuiescentcurrentisdefinedinthecircuitofFigure1.
注10:
AbsoluteMaximumRatingsindicatelimitsbeyondwhichdamagetothedevicemayoccur.DCandACelectricalspecificationsdonotapplywhenoperating
thedevicebeyonditsratedoperatingconditions.See注1.
注11:
Humanbodymodel,100pFdischargedthrougha1.5kWresistor.
注12:
SeeAN-450“SurfaceMountingMethodsandTheirEffectonProductReliability”orthesectiontitled“SurfaceMount”foundinacurrentNational
SemiconductorLinearDataBookforothermethodsofsolderingsurfacemountdevices
单电源模式 电流-温度关系 正负双电源模式
LM35温度控制器应用电路图
两线远程温度传感器电路（接地传感器）
4-20mA电流源（0℃to+100℃）
温度数字转换器（串行输出）（128摄氏度满量程）
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