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1、武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计1第一节 引 言随着科学研究、工业和家用电器等方面对测温和温控的需要，各种新型的集成电路温度传感器不断被研制出来。集成温度传感器是将温敏晶体管与相应的辅助电路集成在同一块芯片上。它能直接给出正比于绝对温度的理想线性输出。利用 AT89C51 单片机为核心，配合温度传感器，信号处理电路，显示电路，可将温度传感器检测到的水温模拟量转换成数字量，显示于 LED 显示器上。在众多温度传感器中，集成温度传感器 AD590 因其线性好、精确度高和易于实现计算机在线测试与数据处理等优点在生活中有着广泛的应用。1.1 温度检测系统概述 能源问题已经是当前最为热门的话题，离开
2、能源的日子，世界将失去一切颜色，人们将寸步难行，虽然本设计是节省电能角度出发，而电能又是可再生能源，但是在今天还是有很多的电能是依靠火力，核电等一系列不可再生的自然资源所产生，一旦这些自然资源耗尽，我们将面临电能资源的巨大的缺口，因而本设计从开源节流的截角度出发，节省电能，保护环境。1.2 本设计任务和主要内容设计并制作一个温度检测系统。本设计主要内容如下：（1）温度测定范围为 40-90，最小区分度为 1，标定温度1。（2）环境温度降低时温度测量的静态误差1。（3）用十进制数码管显示水的实际温度。武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计2第二节 系统主要硬件电路设计2.1 单片机控制系统原理由三
3、端稳压器 7805 给单片机、A/D 和数码管提供 5V 电压。A/D 采样电路直接 12V的电源，将温度传感器 AD590 的电流信号转换成电压信号输送给 ADC0804。2.2 单片机电源部分采用三端稳压器 7805 给单片机供电。7805 的输入电压为 12V。2.3 温度采样电路2.3.1 温度传感器的选取目前市场上温度传感器较多，有以下几种：武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计3方案一：选用铂电阻温度传感器，此类温度传感器线性度、稳定性等方面性能都很好，但其成本较高。方案二：采用热敏电阻，选用此类元器件有价格便宜的优点，但由于热敏电阻的非线性特性会影响系统的精度。方案三：选用美国 A
4、nalog Devices 公司生产的二端集成电流传感器 AD590。其测量范围在-50-+150，满刻度范围误差为0.3，当电源电压在 510V 之间，稳定度为 1时，误差只有0.01。此器件具有体积小、质量轻、线形度好、性能稳定等优点其各方面特性都满足此系统的设计要求。比较以上三种方案，方案三具有明显的优点，因此选用方案三。2.3.2 温度传感器 AD590测量范围在-50-+150，满刻度范围误差为0.3，当电源电压在 510V 之间，稳定度为 1时，误差只有0.01。AD590 为电流型传感器温度每变化 1其电流变化 1uA 在 35和 95时输出电流分别为 308.2uA 和 368
5、.2uA 。其外形如图 1，采用金属圆壳 3 脚封装，管脚 1 为电源正端“+” ，2 脚为电流输出端“-”，3 脚为管壳接地端，一般不用。电路符号如图 2 所示。武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计42.3.3 电路原理及参数计算武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计53、接下来我们用差动放大器使其输出 V。为（100K/10K）（V2-V1）=T/10。由于ADC0804 的最大输入电压为 5V，所以将电路中的 100K 电阻分别用一个 47K 的电阻和 5K 的滑动变阻器的串联电路代替。这样，当温度在 0-100变化时，输出的电压V。的范围是 0-5V。2.3.4 ADC0804 性能描述
6、ADC0804 为 8bit 的一路 A/D 转换器，其输入电压范围在 05v，转换速度小于 100us，转换精度 0.39。ADC0804 的 Vin接采样电路的 V。口， 用两个 1K 的电阻分压得到。CS 管脚接REF地，使 ADC0804 始终处于选通的状态。输出口 DB0-DB7 分别接到单片机 STC89C52 的P10-P17 管脚，将转换后的模拟信号输给单片机。读信号输入端 RD 和写信号输入端分 WD 分别接到单片机的 P23 和 P24 端口。2.4 温度显示部分武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计6温度显示部分采用两个数码管，显示范围为 0-99.数码管采用公阴极数码管，
7、a-dp 分别接在锁存器 74HC573 的 Q0-Q7 上。数码管的 gnd 分别接到单片机的 P26 和P25，以控制位选。而锁存器 74HC573 的输入端 D0-D7 分别接到单片机的 P00-P07，锁存端与 P27 连接，以控制数据的输入。2.5 单片机控制部分单片机控制部分采用 STC89C52 控制。管脚接法如下图武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计7其中，CON9 为上拉电阻。所用晶振为 12MHz。武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计8第 三 节 系统的软件设计3.1 简述软件设计思路用单片机控制 A/D 对输入的电压信号的读入与读出。将从 A/D 读入到单片机的电压信号通
8、过函数的转换，转换成相应的温度。接着将温度的数值存入到一个变量，分解变量的十位数和各位数，再由 P0 口控制数码管动态显示。3.2 软件内容#include /52 系列单片机头文件#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit dula=P27; /申明 U3 锁存器的锁存端sbit led_a=P26; /申明数码管 a 的 gndsbit led_b=P25; /申明数码管 b 的 gndsbit adwr=P23;sbit adrd=P24;uchar code table=0x3f,0x06,0x5b,
9、0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71;武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计9void delayms(uint xms) /延时函数uint i,j;for(i=xms;i0;i-)for(j=110;j0;j-);void display(uchar shi,uchar ge) /显示子函数led_a=0;led_b=1; /选通数码管 a，关闭数码管 bdula=1;P0=tableshi; /送段选数据dula=0;delayms(5); /延时led_a=1;led_b=0; /选通数码管 b，
10、关闭数码管 adula=1;P0=tablege;dula=0;delayms(5);武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计10void main()uchar a,A1,A2,advalue,temperature;dula=1; /数码管显示清零P0=0x00; dula=0;while(1)adwr=1; /关闭 A/D 转换_nop_(); /延时一个机械周期adwr=0; /启动 A/D 转换_nop_();adwr=1;for(a=20;a0;a-)display(A1,A2);P0=0x00; /读取 P1 口之前先给其写全 0adrd=1; 武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计1
11、1_nop_();adrd=0; /A/D 读使能_nop_();advalue=P1; /A/D 数据读取赋给 P1 口adrd=1;temperature=(uchar)(advalue/255.0*100.0);A1=temperature/10; /分出十位和个位A2=temperature%10;武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计12第 四 节 系统测试方法4.1 测试仪器万用表4.2 部分指标调试方法调节滑动变阻器 R2 使 R2 加上 R3 的阻值为 10K调节滑动变阻器 R10 使 R10 加上 R8 的阻值为 50K调节滑动变阻器 R11 使 R11 加上 R9 的阻值为
12、50K调节 50K 的滑动变阻器 R5，使运算放大器的反向输入端输入电压为 2.73V武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计13第 五 节 误差分析1、 运算放大器做减法运算器用时，电阻阻值必须精确调节才能使输出结果和理论值更加接近。2、 7805 输出电压为 4.95V，使得通过函数运算后得到的温度与理想值存在一定的差距。3、 应该给稳压管加强散热，长时间使用时稳压管会长时间处于高温的状态。4、 由于运算放大器没有进行调零，所以温度采集电路的输出电压下限大概在1.39V，所以能显示的最小温度大约为 28 摄氏度。由此决定了，本电路的温度测量范围在 30以上。5、 需要在电路稳定后再调节减法运算
13、器的正向输入端电压为 2.73V。武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计14参考文献【1】郭天祥.51 单片机 C 语言教程入门、提高、开发、拓展全攻略-北京：电子工业出版，2009.1ISBN 978-7-121-07893-4【2】康华光.电子技术基础模拟部分（第五版）-高等教育出版社【3】吴友宇.模拟电子技术基础 清华大学出版社武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计15附录：一、原器件清单：元器件名称 元器件值或元器件个数电阻 1K（2 个） ，10K（5 个） ，47K（2 个）滑动变阻器 1k（1 个） ，5k（2 个） ，50k（1 个）电解电容 10uF（1 个）和 1000uF（2 个）点触式开关 1 个瓷片电容 30pF（2 个） 、150pF（1 个） 、0.01uF（1 个）晶振 12MHz（1 个）稳压管 6V（1 个）运算放大器 OP07 2 个温度传感器 AD590 1 个三端稳压器 7805 1 个A/D 转换器 ADC0804 1 个单片机 STC89C52 1 个7 段数码管（共阴极） 2 个武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计16附表一：
