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1、简易多种传感器信号测试仪设计AD590温度测试仪摘 要本课题主要介绍了温度测量的硬件电路的设计和相关软件设计。硬件电路主要包括主控制器，测温电路和显示电路等，控制器采用单片机AT89C51，温度传感器采用美国DALLAS半导体公司生产的AD590，显示电路采用3位共阳极LED数码管以动态扫描法直读显示。系统程序主要包括主程序，读出温度子程序，温度转换命令子程序，计算温度子程序，显示数据子程序等。此外，还介绍了系统的调试和性能分析。 关键词：AD590、ADC0804、AT89C51绪 论1.1课题背景及意义一些传感器市场比如压力传感器、温度传感器、流量传感器、水平传感器.称重传感器已表现出成熟
2、市场的特征。流量传感器、压力传感器、温度传感器.称重传感器的市场规模最大，分别占到整个传感器市场的21%、19%和14%。传感器市场的主要增长来自于无线传感器、MEMS传感器、生物传感器等新兴传感器。其中，无线传感器在2007-2010年复合年增长率预计会超过25%。 与传统的温度计相比，由于采用了改进型智能温度传感器AD590作为检测元件，本数字温度计减少了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的特点。AD590温度计还可以在过限报警、远距离多点测温控制等方面进行应用开发，具有很好的发展前景。AD590是一种可组网的高精度数字式温度传感器，由于其具有单总线的独特优点，可以使用户轻松地组建起传感器
3、网络，并可使多点温度测量电路变得简单、可靠在该论文中，我们通过对单片机和温度传感器的设计，从中学到了许多有用的东西，其中我们明白了如何去设计一个产品，首先要有性价比、良好的适应性，其次要知道设计的关键，最后也懂得了设计与实际的联系1.2课题的应用前景 温度传感器的应用范围很广，它不仅广泛应用于日常生活中，而且也大量应用于自动化和过程检测控制系统。目前，全球的传感器市场在不断变化的创新之中呈现出快速增长的趋势。有关专家指出，传感器领域的主要技术将在现有基础上予以延伸和提高，各国将竞相加速新一代传感器的开发和产业化，竞争也将日益激烈。新技术的发展将重新定义未来的传感器市场，比如无线传感器、光纤传感
4、器、智能传感器和金属氧化传感器等新型称重传感器的出现与市场份额的扩大。 第二章 总体设计方案2.1总体设计框图温度传感器采集到的微弱电压信号经过滤波器放大器放大十倍后送入AD转换器(ADC0804)的输入端。ADC0804将模拟信号转换为数字信号后传给AT89C51选用3个共阳极8段数码显示管用于动态显示当前测量温度。用单片机P1.0至P1.7驱动控制段码，P2.0,P2.1至P2.2驱动三极管实现位选。驱动器74LS244使LED八段数码管动态显示。CPU 89C51模数转换器ADC0804放大电路 传感器3位数码管显示图2.1 总体设计框图2.2 总体设计方案分析按功能要求简易传感器信号测
5、试仪可以测量温度，并在3位LED数码管上显示数值。测量最小分别率为0.019V,测量误差约为0.02V。 按系统功能实际要求，控制系统采用89C51单片机，A/D转换采用ADC0804。系统除能确保实现要求的功能外，还可以方便地进行压力测量和A/D的转换量的测量、数码显示的功能。第三章 硬件设计原理3.1 总原理图及工作原理分析简易传感器信号测试仪信号采集是通过温度传感器AD590将温度的变化转换为变化电压，通过有源滤波器进行滤波放大，得到一个稳定的电压信号，信号进过A/D转换、数据处理，最后通过三位数码管显示出来。电路原理图如图3.1.1所示。 图3.1.1 总电路原理图3.2 AD590传
6、感器检测电路单元 1、 AD590基本知识AD590的主要特性：AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流传感器,是一种已经IC化的温度感测器,它会将温度转换为电流。其规格如下：a、 每增加1,它会增加1A输出电流b、 可测量范围-55至150c、 供电电压范围+4V至+30VAD590温度与电流的关系如下表所示摄氏温度AD590电流经10K电压0273.2 uA2.732V10283.2 uA2.832 V20293.2 uA2.932 V30303.2 uA3.032 V40313.2 uA3.132 V50323.2 uA3.232 V60333.2 uA3.332 V100
7、373.2 uA3.732 V表3.2.1AD590的管脚图及元件符号如下图所示：AD590是电流型温度传感器，通过对电流的测量可得到所需要的温度值。根据特性分挡，AD590的后缀以I，J，K，L，M表示。AD590L，AD590M一般用于精密温度测量电路，其电路外形如图1所示，它采用金属壳3脚封装，其中1脚为电源正端V；2脚为电流输出端I0；3脚为管壳，一般不用。集成温度传感器的电路符号如图2所示。AD590相当于一个温度控制的恒流源，输出电流大小只与温度有关，且与温度成正比。只需一个精密电阻，就可以将电流（温度）信号转化为电压信号，总的灵敏度系数通过该电阻设定。AD590的温度系数是1A/
8、K，即温度每增加1K，它会增加1A输出电流。其输出电流是以绝对温度零度-273为基准，每增加1，它会增加1A输出电流，因此 -10到100时AD590输出电流为263A到373A。ADC0809的输入电压为0-5V，所以需要电流-电压转换电路。2.AD590的工作原理在被测温度一定时，AD590相当于一个恒流源，把它和530V的直流电源相连，并在输出端串接一个1k的恒值电阻，那么，此电阻上流过的电流将和被测温度成正比，此时电阻两端将会有1mVK的电压信号。 数字显示温度计的设计AD590具有线性优良、性能稳定、灵敏度高、无需补偿、热容量小、抗干扰能力强、可远距离测温且使用方便等优点。可广泛应用
9、于各种冰箱、空调器、粮仓、冰库、工业仪器配套和各种温度的测量和控制等领域。下面给出用AD590构成数字显示温度计的设计过程。在设计测温电路时，首先应将电流转换成电压。由于AD590为电流输出元件，它的温度每升高1K，电流就增加1A。当AD590的电流通过一个10k的电阻时，这个电阻上的压降为10mV，即转换成10mVK，为了使此电阻精确（01），可用一个96k的电阻与一个1k电位器串联，然后通过调节电位器来获得精确的10k。图3.1.2所示是一个电流电压和绝对摄氏温标的转换电路，其中运算放大器A1被接成电压跟随器形式，以增加信号的输入阻抗。而运放A2的作用是把绝对温标转换成摄氏温标，给A2的同
10、相输入端输入一个恒定的电压（如1235V），然后将此电压放大到273V。这样，A1与A2输出端之间的电压即为转换成的摄氏温标，运放A3反相并放大倍输送给A/D转换器。 图 3.1.2将AD590放入0的冰水混合溶液中，A1同相输入端的电压应为273V，同样使A2的输出电压也为273V，因此A1与A2两输出端之间的电压：2.732.730V即对应于0。 3.3、放大电路741放大器为运算放大器中最常被使用的一种，拥有反相向与非反相两输入端，由输入端输入欲被放大的电流或电压信号，经放大后由输出端输出。放大器作动时的最大特点为需要一对同样大小的正负电源，其值由12Vdc至18Vdc不等，这里使用12
11、Vdc的电压。741运算放大器的接脚配置如图3.1.3图 3.1.3741运算放大器使用时需于7、4脚位供应一对同等大小的正负电源电压Vcc与Vcc，一旦于2、3脚位即两输入端间有电压差存在，压差即会被放大于输出端，唯Op放大器具有一特色，其输出电压值决不会大于正电源电压Vcc或小于负电源电压Vcc，输入电压差经放大后若大于外接电源电压Vcc至Vcc之范围，其值会等于Vcc或Vcc，故一般运算放大器输出电压均具有如图3.1.4之特性曲线，输出电压于到达Vcc和Vcc后会呈现饱和现象。图3.1.43.4 A/D转换电路单元ADC0804芯片介绍图3.1.5：ADC0804规格及引脚分配图本设计采
12、用的A/D芯片为ADC0804，它是CMOS 8位单通道逐次渐近型的模/数转换器，其规格及引脚图如图3所示，根据手册我们可以得到各个引脚的大致功能如下：/CS：芯片片选信号，低电平有效，即/CS=0,该芯片才能正常工作，在外接多个ADC0804芯片时，该信号可以作为选择地址使用，通过不同的地址信号使能不同的ADC0804芯片，从而可以实现多个ADC通道的分时复用。/WR:启动ADC0804进行ADC采样，该信号低电平有效，即/WR信号由高电平变成低电平时，触发一次ADC转换。/RD:低电平有效，即/RD=0时，可以通过数据端口DB0DB7读出本次的采样结果。UIN（+）和UIN（-）：模拟电压
13、输入端，模拟电压输入接UIN（+）端，UIN（-）端接地。双边输入时UIN（+）、UIN（-）分别接模拟电压信号的正端和负端。当输入的模拟电压信号存在“零点漂移电压”时，可在UIN（-）接一等值的零点补偿电压，变换时将自动从UIN（+）中减去这一电压。VREF/2：参考电压接入引脚，该引脚可外接电压也可悬空，若外界电压，则ADC的参考电压为该外界电压的两倍，如不外接，则Vref与Vcc共用电源电压，此时ADC的参考电压即为电源电压Vcc的值。CLKR和CLKIN：外接RC电路产生模数转换器所需的时钟信号，时钟频率CLK = 1/1.1RC，一般要求频率范围100KHz1.28MHz。AGND和
14、DGND：分别接模拟地和数字地。 /INT:中断请求信号输出引脚，该引脚低电平有效，当一次A/D转换完成后，将引起/INT=0，实际应用时，该引脚应与微处理器的外部中断输入引脚相连（如51单片机的INT0,INT1脚），当产生/INT信号有效时，还需等待/RD=0才能正确读出A/D转换结果，若ADC0804单独使用，则可以将/INT引脚悬空。DB0DB7：输出A/D转换后的8位二进制结果。ADC0804模拟转数字对照表十六进制二进制高四位低四位相对电压值(2.56V)分别与满刻度的比率高四位低四位F111115/1615/2564.8000.300E111014/1614/2564.4800.280D110113/1613/2564.1600.260C110012/1612/2563.8400.240B101111/1611/2563.5200.220A101010/1610/2563.2000.200910019/169/2562.8800.180810008/168/2562.5600.160701117/167/2562.2400.140601106/166/2561.9200.120501015/165/2561.6000.100401004/164/25
