热敏电阻测温显示系统课程设计燕山大学.docx
《热敏电阻测温显示系统课程设计燕山大学.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《热敏电阻测温显示系统课程设计燕山大学.docx（17页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
热敏电阻测温显示系统课程设计燕山大学
燕山大学
课程设计说明书
课程名称单片机原理及应用
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2012级
学号************
学生姓名
指导教师吴希军
教师职称副教授
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
1
学生姓名
专业（班级）
检测1
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0.1℃。
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。
2014年1月2日
摘要
如今，随着工业的不断发展，对温度的测量的要求也越来越高，而且测量的范围也越来越广，对温度的检测技术的要求也越来越高，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0.1
。
包含温度传感器，AD转换器，51系列单片机，LED数码显示管四部分。
并利用汇编语言编制的程序，实现热敏电阻测温显示系统。
单片微型单片机简称单片机，又称微型控制器，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，出现了很多高性能机种。
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广泛的51系列单片机，目前温度计种类繁多，应用范围也比较广泛，大多数温度计都是利用物体热胀冷缩原理，热电效应技术，利用热阻效应技术，热辐射原理，声学原理制成，从而进行温度的测量。
本系统的温度测量采用的就是热阻效应，测温电桥的主要部分是热敏电阻。
热敏电阻的主要特点：
a，灵敏度较高，其电阻温度系数要比金属大10~100倍以上，能检测出来10~6摄氏度的温度变化。
b，工作温度范围宽，常温器件适用于-55—315摄氏度，高温器件适用于高于315摄氏度，低温器件适用于-273~55摄氏度。
C，体积小，能够测量其他温度计不能测量的空隙，d，使用方便，电阻值可以在0.1~100k欧间任意选择。
e，易加工成复杂的任意形状可以大批量生产，f，稳定好，过载能力强。
关键词：
温度传感器，热敏电阻，A/D数模转换，数码管动态显示
引言························3
第1章基本原理··················4
1.1总体设计思路················4
1.2传感器电路模块···············4
1.2.1热敏电阻简介···············4
1.2.2测温电桥和放大电路···········5
1.3A/D转换器工作原理·············5
1.3.1A/D0809简介···············5
1.3.2基于A/D0809的模数转换电路·······6
1.4AT89C51的工作原理·············7
1.5LED数码管显示原理············7
1.5.1LED数码管简介·············7
1.5.2LED数码管驱动方式···········8
1.5.3LED数码管驱动电路··········10
第二章电路整体结构设计及软件设计·······11
2.1电路整体结构设计·············11
2.1软件设计·················11
第三章心得体会················14
附录······················15
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、价格低可靠性高和通用灵活等优点，广泛应用于卫星定向、汽车火化控制、交通自动管理等方面。
单片机有两种基本结构形式:
一种是在通用微型计算机中广泛采用的，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，分别寻址的结构，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广泛的51系列单片机。
第1章基本原理
1.1总体设计思路
温度测量模块主要为温度测量电桥，当温度发生变化时，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。
经过集成放大器放大，将放大后的信号输入AD转换芯片，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在电路上，就可以将被测温度显示出来。
1.2传感器电路模块
1.2.1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起电阻的变化。
若电子和空穴的浓度分别为
、
迁移率分别为
、
，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，以及临界温度热敏电阻（CTR）。
热敏电阻的主要特点是：
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变化；
工作温度范围宽，常温器件适用于-55
—315
；
体积小，能够测量其他温度计无法测量的空隙，腔体及生物体内血管的温度；
使用方便，电阻值可在0.1—100
间任意选择；
易加工成复杂的形状，可大批量生产，稳定性好，过载能力强。
本课程设计中采用WAVE2000试验箱中的NTC热敏电阻。
1.2.2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1-1所示。
图1-1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。
1.3A/D转换器工作原理
1.3.1AD0809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，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。
本电路设计直接采用0-5V的输出电压即可满足电路需求，AD0809芯片图如图1-2所示：
图1-2AD0809芯片
1.3.2基于AD0809的数模转换电路
本设计中试验箱内部基于AD0809的模数转换电路图，如图1-3所示
图1-3模数转换电路图
如图1-3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
1.4AT89C51的工作原理
AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，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位定时器/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
1.5LED数码管显示原理
1.5.1LED数码管简介
LED数码管实际上是由七个发光管组成8字形构成的，加上小数点就是8个。
这些段分别由字母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，以形成我们眼睛看到的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0.5寸、1寸等不同的尺寸。
小尺寸数码管的显示笔画常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1.8V左右，电流不超过30mA。
发光二极管的阳极连接到一起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起连接到电源负极的称为共阴数码管。
常用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。
1.5.2LED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，从而显示出我们要的数位，因此根据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，或者使用如BCD码二-十进位器进行驱动。
静态驱动的优点是编程简单，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。
故实际应用时必须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，所以我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。
透过分时轮流控制各个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。
在轮流显示过程中，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法实现热敏电阻测温显统。
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
1.5.3LED数码管驱动电路
图1-5LED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存放在0X004H中，即09004H.本课程设计中不使用按键系统。
第2章电路整体结构设计及软件设计
2.1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2-1整体电路结构图
2.2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2-2所示。
图2-2模数转换流程图
数码显示子程序流程图如图2-3所示。
图2-3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
图2-4仿真电路图
仿真电路图如上
第3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强大功能此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。
此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，让我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认识。
为今后的学习和工作都奠定了良好的基础。
在完成课设的过程中，每一处都凝聚了老师和同学对我的帮助，所有的成果都是大家共同努力的成果。
在整个设计过程中，我懂得了许多东西，也培养了自己独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心。
充分体会了在创造过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。
以后会更加努力学习单片机知识
参考文献：
《单片机原理及应用技术》张淑清国防工业出版社
《单片机及应用》李大友高等教育出版社
《单片机原理及接口技术》胡汉才清华大学出版社
附录：
#include
#defineLEDLen6
#defineLowTemp（-99）
#defineHighTemp99
xdataunsignedcharOUTBIT_at_0x9002;
xdataunsignedcharOUTSEG_at_0x9004;
xdataunsignedcharIN_at_0x9001;
xdataunsignedcharADPort_at_0x8000;
signedcharCurTemp;
unsignedcharLEDBuf[LEDLen];
codeunsignedcharLEDMAP[]={
0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,
0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71，0x80
};
voidDelay（unsignedcharCNT）
{
unsignedchari;
do{
i=100;
do{
}while（--i）;
}while（--CNT）;
}
voidDisplayLED（）
{
unsignedchari;
unsignedcharPos;
unsignedcharLED;
Pos=0x20;
for（i=0;i{
OUTBIT=0;
LED=LEDBuf[i];
OUTSEG=LED;
OUTBIT=Pos;
Delay
（2）;
Pos>>=1;
}
OUTBIT=0;
}
voidDisplayResult（）
{
signedcharT;
T=CurTemp;
if（T<0）{
LEDBuf[0]=0x40;
T=-T;
}
elseLEDBuf[0]=0;
LEDBuf[1]=LEDMAP[T/10];
LEDBuf[2]=LEDMAP[T%10]|0x80;
LEDBuf[3]=LEDMAP[T*10%10]
}
unsignedcharReadAD（）
{
unsignedinti;
ADPort=0;
//延时100us,
for（i=0;i<20;i++）;
return（0xff-ADPort）;
}
voidReadTemp（）
{
unsignedchari;
signedintTemp;
Temp=0;
for（i=0;i<16;i++）{
Temp+=ReadAD（）;
};
CurTemp=（Temp>>4）*（HighTemp-LowTemp）/256+LowTemp;
}
voidmain（）
{
unsignedchardtimer;
while
（1）{
for（dtimer=15;dtimer>0;dtimer--）{
DisplayResult（）;
DisplayLED（）;
};
ReadTemp（）;
}
}
燕山大学课程设计评审意见表
指导教师评语：
①该生学习态度（认真较认真不认真）
②该生迟到、早退现象（有无）
③该生依赖他人进行设计情况（有无）
平时成绩：
指导教师签字：
2014年月日
图面及其它成绩：
答辩小组评语：
①设计巧妙，实现设计要求，并有所创新。
②设计合理，实现设计要求。
③实现了大部分设计要求。
④没有完成设计要求，或者只实现了一小部分的设计要求。
答辩成绩：
组长签字：
2014年月日
课程设计综合成绩：
答辩小组成员签字：
2014年月日
升级会员 