目錄系統(tǒng)概述硬件系統(tǒng)設計2.1溫度傳感器模塊2.22.3單片機模塊2.4LED顯示模塊軟件系統(tǒng)設計3.1程序結(jié)構(gòu)與主體流程3.2ADC0809模塊的程序設計3.3數(shù)碼管顯示模塊的程序設計電路制作與調(diào)試4.1電路制作4.2調(diào)試

1、系統(tǒng)概述本設計單片機采用AT89S51芯片，數(shù)字溫度傳感器采用AD590,與單片機組成一個測溫系統(tǒng)，當系統(tǒng)上電時，溫度傳感器就會讀出當前環(huán)境的溫度，并在四位LED顯示管上顯示出當前的溫度，該測溫儀的測溫范圍為-55℃~150℃，通過以下模塊的設計數(shù)字溫度計系統(tǒng)總體流程圖如下：溫度傳感器ADC0809前置信號溫度傳感器ADC0809前置信號處理主控制器主控制器LED顯示LED顯示1、主控制器：采用AT89S51，它是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含4kbytes的可編程的Flash只讀程序存儲器,兼容標準8051指令系統(tǒng)及引腳。它集Flash程序存儲器既可在線編程〔ISP〕，也可用傳統(tǒng)方法進行編程，所以低價位AT89S51單片機可為提供許多高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領域，對于簡單的測溫系統(tǒng)已經(jīng)足夠。單片機AT89S51具有低電壓供電和體積小等特點，四個端口只需要兩個口就能滿足電路系統(tǒng)的設計需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設計使用系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電。2、溫度傳感器：溫度傳感器的選擇對溫度測量的精確度的影響比擬明顯。溫度傳感器的作用是將抽象的溫度新型號轉(zhuǎn)化成電信號，一個優(yōu)質(zhì)的溫度傳感器可以使得輸出的電信號與溫度在很大范圍內(nèi)變化時始終保持穩(wěn)定的線性度。因此它決定著測量值的準確性。在這里我們選用AD590型號的傳感器〔-55℃—150℃〕。AD590是電流原件，即其輸出電流隨溫度呈線性變化〔溫度每升高1℃，其輸出電流增加1uA，在0℃時輸出273uA〕。因此我們串聯(lián)一個10K的電阻，將其轉(zhuǎn)化為電壓信號〔即溫度每變化1℃，其輸出電壓變化10mV,在3、前置信號處理：前置信號處理包括兩塊，分別是：電壓信號跟隨和信號的調(diào)整。由于AD590串聯(lián)以10K電阻且信號輸出端口在電阻與其負口處，因此其輸出電阻為10K，即其需要電壓跟隨從而得到穩(wěn)定輸出的電信號不受負載影響。該跟隨器的構(gòu)成是將一個運放的輸出信號直接反應到負端構(gòu)成的。4．A/D轉(zhuǎn)換：在本系統(tǒng)中，采用ADC0809可以滿足要求，ADC0809的轉(zhuǎn)換器為8位分辨率，典型轉(zhuǎn)換時間為100us,單+5V供電。5．LED顯示：在本系統(tǒng)中，由于測量溫度的范圍在-55℃—+150℃，所以選用4位的LED2、硬件系統(tǒng)設計本溫度計大體分三個工作過程。首先，由AD590溫度傳感器測量當前的溫度，并將結(jié)果送入單片機。然后，通過AT89S51單片機芯片對送來的測量溫度讀數(shù)進行計算和轉(zhuǎn)換，井將此結(jié)果送入液晶顯示模塊。最后，將送來的值顯示于顯示屏上。主要有AT89S51單片機系統(tǒng)，由LM358預算放大器構(gòu)成的信號前置跟隨即調(diào)整，ADC0809組成的A/D轉(zhuǎn)換電路，以及由SM420564構(gòu)成的LED顯示局部等。系統(tǒng)的總體硬件框圖如圖:ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器ＬＭ３５８組成的前置信號處理溫度傳感器ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器ＬＭ３５８組成的前置信號處理溫度傳感器AT89S51AT89S51單片機系統(tǒng)SM420564SM420564構(gòu)成的LED數(shù)碼管顯示模塊2.1溫度傳感器模塊溫度傳感器是選用的型號是AD590，其溫度測量范圍在-55℃—150℃。AD590是一種電流原件，即其輸出電流隨溫度呈固有的線性規(guī)律變化，即溫度每升高1℃，其輸出電流增加1uA，在0℃時輸出273uA〕。因此我們串聯(lián)一個10K的電阻，如上圖所示，將其轉(zhuǎn)化為電壓信號，即溫度每變化1℃，其輸出電壓就變化10mV,在此圖為溫度傳感器模塊原理圖。為了讓AD590輸出穩(wěn)定的電壓信號，對其輸出電信號的跟隨是必不可少的，圖中左邊的運放就是起到此作用，因為運放具有高輸入阻抗低輸出阻抗的特性。經(jīng)典的電壓跟隨器就是由運算放大器的此種連接方式構(gòu)成的。信號的調(diào)整主要是為了滿足A/D轉(zhuǎn)換的要求及方便轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號的處理。因為該系統(tǒng)采用單一+5V電源供電，A/D的轉(zhuǎn)換的輸入電壓范圍在0—5V，由于我們采用的ADC0809是8位的A/D，因此其精確度為20mV，其轉(zhuǎn)化算式：N=〔U/5〕*255〔1〕式中N為A/D轉(zhuǎn)換后的輸出數(shù)值，U輸入A/D的電壓值。在不采取對AD590輸出信號的調(diào)整，按AD590在0℃的輸出電壓為2.73V，且其分度值為10mV，這樣A/D轉(zhuǎn)換的溫度分度值在2℃加1，即其分辨率在2℃。這樣的分辨率顯然不符合我們的要求，因此對信號的進一步調(diào)整是必須的。在考慮其溫度范圍及分度后，決定將原信號減去2.18V后在進行放大2U=[〔〕+T*0.01]*2〔2〕式中T為溫度，U為調(diào)整后的輸出電壓。因此在-55℃、0℃、150℃時期輸出的電壓分別為0V、1.1V、4.1V，根據(jù)式〔1〕可知，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)化后得到數(shù)值N分別為0D、55D、205D，不難看出將〔2〕式代入〔N≈T+55即T≈N-55此時只需將轉(zhuǎn)化后的數(shù)減去55即為其溫度T。這樣在滿足測量范圍的要求的同時將分度提高到了1℃2.2A/D轉(zhuǎn)換模塊ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A／D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖13．22所示，它由8路模擬開關、地址鎖存與譯碼器、比擬器、8位開關樹型D／A轉(zhuǎn)換器、逐次逼近，存放器、三態(tài)輸出鎖存器等其它一些電路組成。因此，ADC0809可處理8路模擬量輸入，且有三態(tài)輸出能力，既可與各種微處理器相連，也可單獨工作。輸入輸出與TTL兼容。此圖為A/D轉(zhuǎn)換模塊原理圖圖中OUT1—OUT8分別于單片機的對應口相連，其個控制端口以及時鐘信號CLK在主控制系統(tǒng)中都有對應的端口。本設計中由于ADC0809的地址端口A、B、C均接地2.3單片機模塊單片機電路如下圖。其中單片機的P0口作為A/D之間的數(shù)據(jù)線。P1口中的P2^0是通過定時器定時為ADC0809提供CLK時鐘信號的，P2^5是啟動ADC0809的START控制口，P2^6是ADC0809的OUTPUTENABLE輸出允許端口的控制口，P2^7是ADC0809的EOC轉(zhuǎn)化完成端口，P2^1—P2^4分別是LED數(shù)碼管的位選端口。P1口為LED數(shù)碼管的段選端口，以孔子數(shù)碼管的顯示數(shù)值，其中所聯(lián)接的排阻主要是為了增大輸出電流以讓數(shù)碼管足夠亮。2.4LED顯示模塊如下圖為LED顯示模塊，通過單片機的連接控制來到達位選和斷選的功能，其中4個三極管主要是起到開關作用，由單片機的P2^1—P2^4較控制其通斷，已到達為選作用，而在基極接電阻主要是限制單片機的P2^1—P2^4口流出電流的大小，以減小單片機的功耗。3、軟件系統(tǒng)設計3.1程序結(jié)構(gòu)與主體流程程序結(jié)構(gòu)：主程序主要由2個程序構(gòu)成，分別為數(shù)碼管顯示程序，A/D轉(zhuǎn)換器控制程序。各模塊程序功能如下：●數(shù)碼管顯示程序：向數(shù)碼的顯示送數(shù)，控制系統(tǒng)的顯示局部?！駵囟葴y試及處理程序：對溫度芯片送過來的數(shù)據(jù)進行處理。主體流程：數(shù)字溫度計系統(tǒng)主體流程如圖：3.2ADC0809模塊的程序設計1、ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)及時序ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖中多路開關可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用一個A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換，這是一種經(jīng)濟的多路數(shù)據(jù)采集方法。地址鎖存與譯碼電路完成對A、B、C3個地址位進行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道選擇，其轉(zhuǎn)換結(jié)果通過三態(tài)輸出鎖存器存放、輸出，因此可以直接與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連，表為通道選擇表。ADC0809工作時序如圖：2、時序分析由時序圖知ADC0809工作過程如下：送通道地址，以選擇要轉(zhuǎn)換的模擬輸入；鎖存通道地址到內(nèi)部地址鎖存器；啟動A/D變換；判斷轉(zhuǎn)換是否結(jié)束；讀轉(zhuǎn)換結(jié)果3、ADC0809驅(qū)動程序流程3.3數(shù)碼管顯示模塊的程序設計1．驅(qū)動顯示模塊的程序流程：開始結(jié)束開始結(jié)束發(fā)送各個位并進行延時對代碼進行定義發(fā)送各個位并進行延時對代碼進行定義轉(zhuǎn)換成相應代碼對數(shù)進行轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換成相應代碼對數(shù)進行轉(zhuǎn)換2．具體實現(xiàn)方法8段數(shù)碼管在顯示不同數(shù)值時所點亮的相應段的發(fā)光二極管。根據(jù)數(shù)碼管的接線和顯示方式，以及為顯示出℃符號，本設計特意將數(shù)碼管倒置。轉(zhuǎn)換后得到〔0—9〕的代碼分別為〔0x3f,0x30,0x5b,0x79,0x74,0x6d,0x6f,0x38,0x7f,0x7d〕，℃符號為0x8f，-號的顯示代碼為0x40f。因此就可以根據(jù)不同位的數(shù)碼選擇放響應的代碼到數(shù)碼管，在通過位線選通的方式控制其顯示。4、電路制作與調(diào)試4.1電路制作此次的課程設計是一個綜合性的課程設計，通過設計考查了我們對單片機課程的認識和學習程度，從中認識到自己學習中的缺乏，總結(jié)自己的學習中的缺陷，從而改良以后的學習方法。面對所用的眾多器件，以及所需的大量接線，在電路制作前要先進行模擬測試，并在翻開思路后對排版有個大致思路。電路焊接過程中最大的困難就是連線時接口接錯，因為所用接線較多，在連接時總會看錯位而導致莫名其妙的錯誤，特別是在LED接口上的接線更要小心，一旦接錯，排查錯誤又是一項很大的過程，在連接過程中我眼睛好幾次因為盯著板子時間太久而酸痛。而本次的課程實際擺脫了只是學習書本知識卻脫離了實際的實踐的缺陷，使我們能實際操作結(jié)合書本知識，理論結(jié)合實踐，更能加強我們的實踐能力。在設計過程中，學生能充分發(fā)揮主觀能動性，提高分析問題和解決問題的能力。4.2調(diào)試1、硬件調(diào)試在電路焊接完成之后應注意檢查各電源接線正負是否接反或漏接，其他接線有無接錯，然后通電逐個測量各預先設定好的被測點電壓值，與設計值進行比擬。假設誤差較大，再一次去檢查電路并糾正，假設無誤可以進行后續(xù)工作。2、軟件調(diào)試軟件調(diào)試中，首先應將各個功能模塊逐一使用debug進行調(diào)試。在各個模塊都正常工作后，將其進行整合，再用debug進行調(diào)試，假設得到所需結(jié)果，再用Protus仿真，在仿真時，使用示波器，電壓表檢測關鍵端口，看有無錯誤，假設有，對錯誤進行整改至理想效果。附錄1電路總圖附錄2源程序#include<reg51.h>#include"ADC0809.h"sbitbit4=P1^4;sbitbit3=P1^3;sbitbit2=P1^2;sbitbit1=P1^1;#defineP_1P2#defineP_0P0unsignedcharnumb[]={0x3f,0x30,0x5b,0x79,0x74,0x6d,0x6f,0x38,0x7f,0x7d,0x8f,0x40,0xff,0x00};intnumb1,numb2,numb3,numb4;voiddelay(unsignedintk,unsignedinti,unsignedintj){ 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