文档介绍：目录
系统概述
硬件系统设计
温度传感器模块
A/D转换模块
单片机模块
LED显示模块
软件系统设计
程序结构与主体流程
ADC0809模块的程序设计
数码管显示模块的程序设计
电路制作与调试
电路制作
调试
1、系统概述
本设计单片机采用AT89S51芯片,数字温度传感器采用AD590,与单片机组成一个测温系统,当系统上电时,温度传感器就会读出当前环境的温度,并在四位LED显示管上显示出当前的温度,该测温仪的测温范围为-55℃~150℃,通过下列模块的设计,加以硬件和软件以实现这一功能。
数字温度计系统总体流程图如下:
温度传感器
ADC0809
前置信号
处理
主控制器
LED显示
1、主控制器:
采用AT89S51,它是美国 ATMEL 公司生产的低功耗,高性能 CMOS8 位单片机,片内含 4kbytes 的可编程的 Flash 只读程序存储器,兼容标准 8051 指令系统及引脚。它集 Flash 程序存储器既可在线编程(ISP),也可用传统方法进行编程,所以低价位 AT89S51单片机可为提供许多高性价比的应用场合,可灵活应用于各种控制领域,对于简单的测温系统已经足够。单片机
AT89S51 具有低电压供电和体积小等特点,四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要,很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。
2、温度传感器:
温度传感器的选择对温度测量的精确度的影响比较明显。温度传感器的作用是将抽象的温度新型号转化成电信号,一个优质的温度传感器可以使得输出的电信号与温度在很大范围内变化时始终保持稳定的线性度。因此它决定着测量值的准确性。在这里我们选用AD590型号的传感器(-55℃—150℃)。AD590是电流原件,即其输出电流随温度呈线性变化(温度每升高1℃,其输出电流增加1uA,在0℃时输出273uA)。因此我们串联一个10K的电阻,将其转化为电压信号(即温度每变化1℃,其输出电压变化10mV,在0℃)。
3、前置信号处理:
前置信号处理包括两块,分别是:电压信号跟随和信号的调整。
由于AD590串联以10K电阻且信号输出端口在电阻与其负口处,因此其输出电阻为10K,即其需要电压跟随从而得到稳定输出的电信号不受负载影响。该跟随器的构成是将一个运放的输出信号直接反馈到负端构成的。
:
在本系统中,采用ADC0809可以满足要求,ADC0809的转换器为8位分辨率,典型转换时间为100us,单+5V供电。
:
在本系统中,由于测量温度的范围在-55℃—+150℃,所以选用4位的LED数码管就可以满足本系统的要求。
2、硬件系统设计
本温度计大体分三个工作过程。首先,由AD590温度传感器测量当前的温度,并将结果送入单片机。然后,通过AT89S51单片机芯片对送来的测量温度读数进行计算和转换,井将此结果送入液晶显示模块。最后,将送来的值显示于显示屏上。主要有AT89S51单片机系统,由LM358预算放大器构成的信号前置跟随即调整,ADC0809组成的A/D转换电路,以及由SM420564构成的LED显示部分等。
系统的总体硬件框图如图:
ADC0809模数转换器
LM358组成的前置信号处理
温度传感器
AT89S51 单片机系统
SM420564构成的LED数码管显示模块
温度传感器模块
温度传感器是选用的型号是AD590,其温度测量范围在-55℃—150℃。AD590是一种电流原件,即其输出电流随温度呈固有的线性规律变化,即温度每升高1℃,其输出电流增加1uA,在0℃时输出273uA)。因此我们串联一个10K的电阻,如上图所示,将其转化为电压信号,即温度每变化1℃,其输出电压就变化10mV,在0℃。
此图为温度传感器模块原理图。
为了让AD590输出稳定的电压信号,对其输出电信号的跟随是必不可少的,图中左边的运放就是起到此作用,因为运放具有高输入阻抗低输出阻抗的特性。经典的电压跟随器就是由运算放大器的此种连接方式构成的。
信号的调整主要是为了满足A/D转换的要求及方便转换后的数字信号的处理。因为该系统采用单一+5V电源供电,A/D的转换的输入电压范围在
0—5V,由于我们采用的ADC0809是8位的A/D,因此其精确度为20mV,其转化算式:
N=(U/5)*255 (1)
式中N为A/D转换后的输出数值,U输入A/D的电压值。
在不采取对AD590输出信号的调整,按AD590在0℃,且其分度值为10mV,这样A/D转换的温度分度值