燕山大學課程設(shè)計說明書燕山大學課程設(shè)計說明書題目：熱敏電阻測溫顯示系統(tǒng)學院（系）：電氣工程學院年級專業(yè)：10級檢測一班學號：學生姓名：yanshanxiaoyao指導教師：孟宗教師職稱：副教授2013年7月7日燕山大學課程設(shè)計（論文）任務(wù)書院（系）：電氣工程學院基層教學單位：儀器科學與工程系學號100103020044學生姓名許帆專業(yè)（班級）10檢測一班設(shè)計題目熱敏電阻測溫顯示系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)參數(shù)設(shè)計一個采用熱敏電阻為敏感元件的溫度測量顯示系統(tǒng)，溫度顯示范圍為0-100℃，顯示分辨率0.1℃。設(shè)計要求設(shè)計熱敏電阻檢測電路與單片機的接口電路、4位LED顯示電路；編制相應(yīng)的程序。工作量設(shè)計的內(nèi)容滿足課程設(shè)計的教學目的與要求，設(shè)計題目的難度和工作量適合學生的知識和能力狀況，工作量飽滿。工作計劃查閱資料進行設(shè)計準備、設(shè)計硬件電路、編制程序，編制程序、驗證設(shè)計、撰寫任務(wù)書。參考資料單片微型計算機接口技術(shù)及其應(yīng)用張淑清國防工業(yè)出版社單片機原理及應(yīng)用技術(shù)張淑清國防工業(yè)出版社單片機應(yīng)用技術(shù)匯編指導教師簽字基層教學單位主任簽字說明：此表一式四份，學生、指導教師、基層教學單位、系部各一份。目錄TOC\o"1-3"\h\u21826第1章摘要 320660第2章引言 423009第3章基本原理 4154843.2傳感器電路模塊 521003.2.1熱敏電阻簡介 5165503.2.2基于熱敏電阻測溫電橋和放大電路 586933.3AD轉(zhuǎn)換器工作原理 614763.3.1AD0809簡介 630873.3.2基于AD0809的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路 6187453.4AT89C51工作原理 7128143.5LED數(shù)碼管顯示原理 895393.5.1LED數(shù)碼管簡介 8221353.5.2LED數(shù)碼管驅(qū)動方式 898733.5.3LED數(shù)碼管驅(qū)動電路 1016016第4章電路整體結(jié)構(gòu)設(shè)計及軟件設(shè)計 118604.1電路整體結(jié)構(gòu)設(shè)計 11239544.2軟件設(shè)計 1110320第5章心得體會 12618參考文獻 1312753附錄 14第1章摘要隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，對溫度的測量的要求也越來越高，而且測量的范圍也越來越廣，對溫度的檢測技術(shù)的要求也越來越高，因此，溫度測量及其測量技術(shù)的研究也是一個很重要的課題。本文設(shè)計一個采用熱敏電阻為敏感元件的溫度測量顯示系統(tǒng)，溫度顯示范圍為0-100，顯示分辨率0.1。包含溫度傳感器，AD轉(zhuǎn)換器，51系列單片機，LED數(shù)碼顯示管四部分。并利用匯編語言編制的程序，實現(xiàn)熱敏電阻測溫顯示系統(tǒng)。第2章引言單片微型計算機簡稱為單片機，又稱為微型控制器，是微型計算機的一個重要分支。單片機是70年代中期發(fā)展起來的一種大規(guī)模集成電路芯片，是CPU、RAM、ROM、I/O接口和中斷系統(tǒng)于同一硅片的器件。80年代以來，單片機發(fā)展迅速，各類新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，出現(xiàn)了許多高性能新型機種，現(xiàn)已逐漸成為工廠自動化和各控制領(lǐng)域的支柱產(chǎn)業(yè)之一。單片機具有體積小、重量輕、能耗省、價格低可靠性高和通用靈活等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星定向、汽車火化控制、交通自動管理等方面。單片機有兩種基本結(jié)構(gòu)形式:一種是在通用微型計算機中廣泛采用的，將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器合用一個存儲器空間的結(jié)構(gòu)，稱為普林斯頓結(jié)構(gòu)。另一種是將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器截然分開，分別尋址的結(jié)構(gòu)，一般需要較大的程序存儲器，目前的單片機以采用程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器截然分開的結(jié)構(gòu)為多。本課題討論的熱敏電阻測溫顯示系統(tǒng)的核心是目前應(yīng)用極為廣泛的51系列單片機?；驹?.1總體設(shè)計溫度測量模塊主要為溫度測量電橋，當溫度發(fā)生變化時，電橋失去平衡，從而在電橋輸出端有電壓輸出，但該電壓很小。經(jīng)過集成放大器放大，將放大后的信號輸入AD轉(zhuǎn)換芯片，進行A/D轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機進行數(shù)據(jù)的處理，在電路上，就可以將被測溫度顯示出來。3.2傳感器電路模塊3.2.1熱敏電阻簡介熱敏電阻是開發(fā)早，種類多，發(fā)展較成熟的敏感元器件，熱敏電阻由半導體陶瓷材料組成，利用的原理是溫度引起電阻的變化。若電子和空穴的濃度分別為、,遷移率分別為、，則半導體的電導為：（1）因為、、、都是依賴溫度T的函數(shù)，所以電導是溫度的函數(shù)，因此可由測量電導而推算出溫度的高低，并能做出電阻-溫度特性曲線，這就是半導體熱敏電阻的工作原理。熱敏電阻包括正溫度系數(shù)（PTC）和負溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻，以及臨界溫度熱敏電阻（CTR）。熱敏電阻的主要特點是：=1\*GB3①靈敏度高，起電阻溫度系數(shù)要比金屬大10-100倍以上，能檢測出很小的溫度變化；=2\*GB3②工作溫度范圍寬，常溫器件適用于-55—315；=3\*GB3③體積小，能夠測量其他溫度計無法測量的空隙，腔體及生物體內(nèi)血管的溫度；=4\*GB3④使用方便，電阻值可在0.1—100間任意選擇；=5\*GB3⑤易加工成復雜的形狀，可大批量生產(chǎn)，穩(wěn)定性好，過載能力強。本課程設(shè)計中采用WAVE2000試驗箱中的NTC熱敏電阻。3.2.2基于熱敏電阻測溫電橋和放大電路本課程設(shè)計中采用NTC熱敏電阻，其相關(guān)溫度傳感器電路原理圖如圖1所示。圖1溫度傳感器原理圖溫度傳感器中采用電橋電路，并利用CA324四運算放大將電阻值轉(zhuǎn)換為電壓值輸出。3.3AD轉(zhuǎn)換器工作原理3.3.1AD0809簡介本設(shè)計中才用型號為AD0809的A/D轉(zhuǎn)換器.ADC0809對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是0－5V，若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。本電路設(shè)計直接采用0-5V的輸出電壓即可滿足電路需求，AD0809芯片圖如圖2所示：圖2AD0809芯片3.3.2基于AD0809的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路本設(shè)計中試驗箱內(nèi)部基于AD0809的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路圖，如圖3所示圖3模數(shù)轉(zhuǎn)換電路圖如圖3所示，實驗只有IN0和IN1兩個輸入端口，輸出端口地址取決于片選A/D_CS所接片選端得段地址，片選將于第四章講述。ADC0809是8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器。它由一個8路模擬開關(guān)、一個地址鎖存譯碼器、一個A/D轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當OE端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。實驗電路及接線如下圖示：連線連接孔1連接孔21IN0溫度傳感器輸出2AD_CSCS23.4AT89C51工作原理AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。其主要特性如下：?與MCS-51兼容?4K字節(jié)可編程FLASH存儲器?壽命：1000寫/擦循環(huán)?數(shù)據(jù)保留時間：10年?全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz?三級程序存儲器鎖定?128×8位內(nèi)部RAM?32可編程I/O線?兩個16位定時器/計數(shù)器?5個中斷源?可編程串行通道?低功耗的閑置和掉電模式?片內(nèi)振蕩器和時鐘電路3.5LED數(shù)碼管顯示原理3.5.1LED數(shù)碼管簡介LED數(shù)碼管實際上是由七個發(fā)光管組成8字形構(gòu)成的，加上小數(shù)點就是8個。這些段分別由字母a,b,c,d,e,f,g,h來表示。當數(shù)碼管特定的段加上電壓后，這些特定的段就會發(fā)亮，以形成我們眼睛看到的2個8數(shù)碼管字樣了。如：顯示一個“2”字，那么應(yīng)當是a亮b亮g亮e亮d亮f不亮c不亮dp不亮。LED數(shù)碼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。小尺寸數(shù)碼管的顯示筆畫常用一個發(fā)光二極管組成，而大尺寸的數(shù)碼管由二個或多個發(fā)光二極管組成，一般情況下，單個發(fā)光二極管的管壓降為1.8V左右，電流不超過30mA。發(fā)光二極管的陽極連接到一起連接到電源正極的稱為共陽數(shù)碼管，發(fā)光二極管的陰極連接到一起連接到電源負極的稱為共陰數(shù)碼管。常用LED數(shù)碼管顯示的數(shù)字和字符是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。本設(shè)計中為共陰極數(shù)碼管。3.5.2LED數(shù)碼管驅(qū)動方式LED數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)位，因此根據(jù)LED數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。A、靜態(tài)顯示驅(qū)動：靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O口進行驅(qū)動，或者使用如BCD碼二-十進位器進行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O口多，如驅(qū)動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×8=40根I/O口來驅(qū)動，要知道一個89S51單片機可用的I/O口才32個呢。故實際應(yīng)用時必須增加驅(qū)動器進行驅(qū)動，增加了電路的復雜性。B、動態(tài)顯示驅(qū)動：數(shù)碼管動態(tài)顯示介面是單片機中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位元選通控制電路，位元選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位元選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位元就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。透過分時輪流控制各個LED數(shù)碼管的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位元數(shù)碼管的點亮時間為1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極體的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示資料，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O口，而且功耗更低。本課程設(shè)計中采用的是動態(tài)顯示驅(qū)動的方法實現(xiàn)熱敏電阻測溫顯示系統(tǒng)。表1數(shù)碼管顯示數(shù)字-共陰極字符碼對照表顯示數(shù)字1234共陰極字符碼06H5BH4FH66H顯示數(shù)字5678共陰極字符碼6DH7DH07H7FH顯示數(shù)字90AB共陰極字符碼6FH3FH77H7CH顯示數(shù)字CDEF共陰極字符碼39H5EH79H71H3.5.3LED數(shù)碼管驅(qū)動電路圖5LED八段數(shù)碼管電路原理圖如圖5所示，LED數(shù)碼管位選地址為0X002H，本課程設(shè)計中采用的片選為CS1，因此，LED數(shù)碼管位選地址為09002H。片選地址于第四章講述。而關(guān)于數(shù)碼管的八段二進制編碼存放在0X004H中，即09004H.本課程設(shè)計中不使用按鍵系統(tǒng)。第4章電路整體結(jié)構(gòu)設(shè)計及軟件設(shè)計4.1電路整體結(jié)構(gòu)設(shè)計由于本課程設(shè)計中，受到WAVE2000實驗箱的限制，電路整體結(jié)構(gòu)如下：圖6整體電路結(jié)構(gòu)圖4.2軟件設(shè)計本課程設(shè)計采用的為匯編語言。整體設(shè)計思路為：開始—初始化程序—AD轉(zhuǎn)換—數(shù)值轉(zhuǎn)換—數(shù)碼顯示模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序流程圖如圖7所示。圖7模數(shù)轉(zhuǎn)換流程圖數(shù)碼顯示子程序流程圖如圖8所示。圖8數(shù)碼顯示流程圖表2地址碼插孔及對應(yīng)地址范圍譯碼插孔地址范圍CS008000H~08FFFHCS109000H~09FFFHCS20A000H~0AFFFHCS30B000H~0BFFFHCS40C000H~0CFFFHCS50D000H~0DFFFHCS60E000H~0EFFFHCS70F000H~0FFFFH第5章心得體會這次課程設(shè)計將單片機與傳感器進行了結(jié)合跟進一步想我展示了單片機得強大功能此外還接觸了模數(shù)轉(zhuǎn)換器件，了解了有關(guān)AD轉(zhuǎn)換的知識，同時也溫習了匯編知識。此次單片機課程設(shè)計綜合了傳感器，運算放大器等，聯(lián)系到很多方面的知識，讓我們充分聯(lián)系平時所學知識，全力以赴。它不僅是我鞏固了之前所學的知識，加深了對學過知識的印象，還使我發(fā)現(xiàn)了自己對理論知識掌握還不夠扎實，對一些知識點存在著錯誤的認識。為今后的學習和工作都奠定了良好的基礎(chǔ)。在完成課設(shè)的過程中，每一處都凝聚了老師和同學對我的幫助，所有的成果都是大家共同努力的成果。在整個設(shè)計過程中，我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了自己獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心。充分體會了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅?？傊@次課程設(shè)計讓我收獲很大。參考文獻1、張淑清單片微型計算機接口技術(shù)及其應(yīng)用國防工業(yè)出版社2001年2、張淑清單片機原理及應(yīng)用技術(shù)國防工業(yè)出版社2000年3、李秀忠單片機應(yīng)用技術(shù)匯編中國勞動社會保障出版社2006年4、趙負圖現(xiàn)代傳感器集成電路人民郵電出版社2000年5、賽爾吉歐·弗朗哥著劉樹棠譯基于運算放大器和模擬集成電路的電路設(shè)計西安交通大學出版社2009年6、康華光電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分高等教育出版社2002年7、李科杰新編傳感器技術(shù)手冊國防工業(yè)出版社2001年8、賈伯年傳感器技術(shù)東南大學出版社1992年9、楊寶清、孫寶元傳感器及其應(yīng)用手冊2004年附錄AD0809equ0a000h;AD0809片選OUTBITequ08002h;位控制口OUTSEGequ08004h;段控制口LEDBufequ60h;顯示緩沖DelayTequ75h;ADResultequ76h;A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果org0ljmpStartAD0809Read:movdptr,#AD0809mova,#0movx@dptr,a;起動A/Dmova,#40hdjnzACC,$;延時>100usmovxa,@dptr;讀入結(jié)果movADResult,aretLEDMAP:;八段管顯示碼db3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07hdb7fh,6fh,77h,7ch,39h,5eh,79h,71hDelay:;延時子程序movr7,#0DelayLoop:djnzr7,DelayLoopdjnzacc,DelayLoopretSearchLedMap:anla,#0fhmovdptr,#LEDMAPmovca,@a+dptrretDisplayLED:movr0,#LEDBufmovr1,#6;movr2,#00001000b;從左邊開始顯示Loop:movdptr,#OUTBITmova,#0movx@dptr,a;關(guān)所有八段管mova,@r0movdptr,#OUTSEGmovx@dptr,amovdptr,#OUTBITmova,r2movx@dptr,a;顯示一位八段管mova,#01