热敏电阻测温显示系统

热敏电阻测温显示系统 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 燕山大学 课 程 设 计 说 明 书 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 目: 热敏电阻测温显示系统 学院(系): 电气 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 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 说 明 书 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 100103020044 学生姓名 许帆 专业(班级) 10检测一班 设计题热敏电阻测温显示系统 目 设 计 技 设计一个采用热敏电阻为敏感元件的温度测量显示系统，温度显示范围为术 0-100?，显示分辨率0.1?。 参 数 设 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;编制相应计 的程序。 要 求 工 设计的 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 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作 生的知识和能力状况，工作量饱满。 量 工 作 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、撰计 写任务书。 划 参 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 考 单片机原理及应用技术 张淑清 国防工业出版社 资 单片机应用技术汇编 料 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。 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 第1章 摘要 ........................................................................ 4 第2章 引言 ........................................................................ 4 第3章 基本原理 .................................................................. 4 3.2 传感器电路模块 ........................................................ 5 3.2.1 热敏电阻简介 .................................................... 5 3.2.2 基于热敏电阻测温电桥和放大电路 ................ 5 3.3 AD转换器工作原理 ................................................... 6 3.3.1 AD0809简介 ...................................................... 6 3.3.2 基于AD0809的数模转换电路 ......................... 6 3.4 AT89C51工作原理 .................................................... 7 3.5 LED数码管显示原理 ................................................ 8 3.5.1 LED数码管简介 ................................................ 8 3.5.2 LED数码管驱动方式 ........................................ 8 3.5.3 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 4.1 电路整体结构设计 .................................................. 11 4.2 软件设计 .................................................................. 11 第5章 心得体会 决胜全面小康心得体会学党史心得下载党史学习心得下载军训心得免费下载党史学习心得下载 ................................................................ 12 参考文献 .............................................................................. 13 附录 ...................................................................................... 14 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 第1章 摘要 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:C，显示分辨率0.1 :C。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。 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3章 基本原理 3.1 总体设计 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。 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 3.2 传感器电路模块 3.2.1 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 n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、p,n,p,迁移率分别为、，则半导体的电导为: ,,q(n,n，p,p) (1) p,n,pn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 :C:C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。 3.2.2 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所示。 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 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。 3.3 AD转换器工作原理 3.3.1 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2所示: 图2 AD0809芯片 3.3.2 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3所示 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 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 3.4 AT89C51工作原理 AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器(FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压、高性能CMOS 8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 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 •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 3.5 LED数码管显示原理 3.5.1 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。 3.5.2 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: 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 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 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 显示数字 C D E F 共阴极字符码 39H 5EH 79H 71H 3.5.3 LED数码管驱动电路 图5 LED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。 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 第4章 电路整体结构设计及软件设计 4.1 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6 整体电路结构图 4.2 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 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 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。 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 图8 数码显示流程图 地址码插孔及对应地址范围 表2 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 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 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。 参考文献 1、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 2、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 5、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 6、康华光 电子技术基础模拟部分 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 8、贾伯年 传感器技术 东南大学出版社 1992年 9、杨宝清 、孙宝元 传感器及其应用手册 2004年 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 附录 AD0809 equ 0a000h ; AD0809片选 OUTBIT equ 08002h ; 位控制口 OUTSEG equ 08004h ; 段控制口 LEDBuf equ 60h ; 显示缓冲 DelayT equ 75h ; ADResult equ 76h ; A/D转换结果 org 0 ljmp Start AD0809Read: mov dptr, #AD0809 mov a, #0 movx @dptr, a ; 起动 A/D mov a, #40h djnz ACC, $ ; 延时 > 100us movx a, @dptr ; 读入结果 mov ADResult, a ret LEDMAP: ; 八段管显示码 db 3fh, 06h, 5bh, 4fh, 66h, 6dh, 7dh, 07h db 7fh, 6fh, 77h, 7ch, 39h, 5eh, 79h, 71h Delay: ; 延时子程序 mov r7, #0 DelayLoop: djnz r7, DelayLoop djnz acc, DelayLoop ret SearchLedMap: anl a, #0fh mov dptr, #LEDMAP movc a, @a+dptr ret DisplayLED: mov r0, #LEDBuf mov r1, #6 ; mov r2, #00001000b ; 从左边开始显示 Loop: mov dptr, #OUTBIT mov a, #0 movx @dptr, a ; 关所有八段管 mov a, @r0 mov dptr, #OUTSEG movx @dptr,a mov dptr, #OUTBIT 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 mov a, r2 movx @dptr, a ; 显示一位八段管 mov a, #01 call Delay mov a, r2 ; 显示下一位 rr a mov r2, a inc r0 djnz r1, Loop mov dptr, #OUTBIT mov a, #0 movx @dptr, a ; 关所有八段管 ret Start: nop call AD0809Read mov a, ADResult Cpl a mov b,#20h mul ab push a mov a,b mov b,#100 div ab call SearchLedMap mov ledbuf+0,a mov a,b mov b,#10 div ab call SearchLedMap mov ledbuf+1,a mov a,b call SearchLedMap orl a,#80h ;放置小数点 mov ledbuf+2,a pop a mov b,#10 mul ab mov a,b call searchledmap mov ledbuf+3,a mov DelayT,#80 DisplayAgain: call DisplayLED djnz DelayT,DisplayAgain nop sjmp Start end 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书