基于AD590的溫計設(shè)計

1、東 北 石 油 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計 課 程 單片機課程設(shè)計 題 目 基于AD590的溫度及設(shè)計 院 系 電氣信息工程學(xué)院測控系 專業(yè)班級 測控11-1 學(xué)生姓名 申哲寧 學(xué)生學(xué)號 指導(dǎo)教師 陸敬祎 張巖 2014年 7 月 8日東北石油大學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書課程 單片機課程設(shè)計 題目 基于AD590的溫度及設(shè)計 專業(yè) 測控技術(shù)與儀器 姓名 申哲寧 學(xué)號 一、任務(wù) 設(shè)計一款基于AD590溫度傳感器，采用A/D轉(zhuǎn)換器設(shè)計的溫度監(jiān)測系統(tǒng)。二、設(shè)計要求1 使用AD590將溫度信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，再由0809轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號顯示；2 在Proteus環(huán)境下仿真課程設(shè)計內(nèi)容，實現(xiàn)對溫度計模擬現(xiàn)實溫度；3 提

2、交規(guī)范的課程設(shè)計報告；4 提交該課程設(shè)計的電路圖和源程序；三、參考資料1范立南.單片機原理及應(yīng)用教程M.2006.1.2 劉瑞新.單片機原理及應(yīng)用教程M.2003.7.3 馬建國、孟憲元.電子設(shè)計自動化技術(shù)基礎(chǔ)M.清華大學(xué)出版.2006.1.4 姜威.實用電子系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)M.2008.1.5 張靖武.單片機系統(tǒng)的PROTEUS設(shè)計與仿真M.2007.4.6 趙海雁.AD590溫度傳感器.測試技術(shù)學(xué)報.1997.11.7 劉燕,蘭志強. AD590集成電路溫度傳感器的特性測量與應(yīng)用.中國儀器儀表,2005.6.8 張新安.用AD590制作高精度數(shù)字溫度計.實用電子制作，2007.8.完成期限 2

3、014.6.30 至 2014.7.9 指導(dǎo)教師 陸敬祎 張巖 專業(yè)負(fù)責(zé)人 曹廣華 2014年 6月 30 日目錄第1章 緒論31.1 溫度傳感器AD590概述31.2 溫度計技術(shù)狀況31.3 本設(shè)計任務(wù)3第2 章 總體方案論證42.1 溫度采集模塊42.2 A/D轉(zhuǎn)換模塊62.3 溫度值顯示模塊8第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計103.1 溫度測量采集及加熱電路模塊103.2并行A/D(模數(shù))轉(zhuǎn)換模塊113.3 標(biāo)度轉(zhuǎn)換的算法123.4 數(shù)碼管動態(tài)顯示模塊12第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計134.1 驅(qū)動程序流程圖13第5章 系統(tǒng)調(diào)試與仿真結(jié)果155.1 系統(tǒng)調(diào)試15結(jié) 論17參考文獻18附錄1 程序19第1章

4、緒論溫度測量領(lǐng)域的新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，主要表現(xiàn)在以下兩方面：(1)溫度傳感器正從分立元件向集成化、智能化、系統(tǒng)化的方向發(fā)展；(2)在溫度測量系統(tǒng)中普遍采用線性化處理、自動溫度補償?shù)软椥录夹g(shù)。我們常見的數(shù)字溫度計一般使用集成溫度傳感器作為溫度采集元件，集成溫度傳感器實際上是一種半導(dǎo)體傳感器，用晶體管的PN結(jié)的端電壓與溫度的線性關(guān)系制成。具有體積小，線性好、精度適中、靈敏度高、使用方便等優(yōu)點。本設(shè)計中用的AD590就是一種集成傳感器。1.1 溫度傳感器AD590概述AD590是AD公司設(shè)計生產(chǎn)的一款雙端集成電路溫度傳感器，其輸出電流與絕對溫度成比例。再430V電源電壓范圍內(nèi)，該器件可充當(dāng)一個高阻抗恒流

5、調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)系數(shù)為1A/K。片內(nèi)薄膜電阻經(jīng)過激光調(diào)整，可用于校準(zhǔn)器件，使該器件在298.2K（25）時輸出298.2A電流。1.2 溫度計技術(shù)狀況 隨著人們生活水平的不斷提高,單片機控制無疑是人們追求的目標(biāo)之一，它所給人帶來的方便也是不可否定的，其中數(shù)字溫度計就是一個典型的例子，但人們對它的要求越來越高，要為現(xiàn)代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的設(shè)施就需要從數(shù)單片機技術(shù)入手，一切向著數(shù)字化控制，智能化控制方向發(fā)展。1.3 本設(shè)計任務(wù)總體的設(shè)計思路是分為測量電路部分和數(shù)字顯示部分兩部分分別進行設(shè)計。測量電路是對信號的采集與放大，即溫度的采集放大部分。測量電路的設(shè)計要求是電路能具有良好的穩(wěn)定性

6、和測量精度，以及實現(xiàn)攝氏溫度測量。數(shù)字顯示部分又可分為A/D轉(zhuǎn)換與譯碼顯示。故采用AD590+放大器+A/D轉(zhuǎn)換器（ADC0809）+AT89C51+LED顯示器組合出溫度計。第2 章 總體方案論證本系統(tǒng)采用單片機AT89C51為LED顯示屏的控制核心，系統(tǒng)主要包括LED驅(qū)動模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、PC機通信模塊等。下面對各模塊的設(shè)計逐一進行論證比較。2.1 溫度采集模塊將T-DETECT接到ADC0809的模擬信號輸入端IN-0端口，然后用T-CON控制電路加熱與否，接高電平時開始加熱。不需要進行其他的控制。2.1.1 AD590的介紹 AD590是AD公司利用PN結(jié)構(gòu)正向電流與溫度的關(guān)系制成的

7、電流輸出型兩端溫度傳感器.（熱敏器件） AD590是美國模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。它的主要特性如下： 1、流過器件的電流（mA）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開爾文）度數(shù)，即：mA/K式中： 流過器件（AD590）的電流，單位為mA； T熱力學(xué)溫度，單位為K。 2、AD590的測溫范圍為-55+150。 3、AD590的電源電壓范圍為4V30V。電源電壓可在4V6V范圍變化，電流 變化1mA，相當(dāng)于溫度變化1K。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會被損壞。 4、輸出電阻為710MW。 5、精度高。AD590共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度

8、最高，在-55+150范圍內(nèi)，非線性誤差為±0.3。 AD590溫度感測器是一種已經(jīng)IC化的溫度感測器,它會將溫度轉(zhuǎn)換為電流,在8051的各種課本中?？吹剿?相當(dāng)常用到。 其規(guī)格如下： 溫度每增加1,它會增加1A輸出電流。 可量測范圍-55至150。 供應(yīng)電壓范圍+4V至30V。 AD590的輸出電流值說明如下： 其輸出電流是以絕對溫度零度(-273)為基準(zhǔn),每增加1,它會增加1A輸出電流,因此在室溫25時,其輸出電流Io=(273+25)=298A。 Vo的值為Io乘上10K,以室溫25而言,輸出值為2.98V(10K×298A)。 量測Vo時,不可分出任何電流,否則量測

9、值會不準(zhǔn)。 AD590的輸出電流I=(273+T)A(T為攝氏溫度),因此量測的電壓V為(273+T)A ×10K= (2.73+T/100)V。為了將電壓量測出來又需使輸出電流I不分流出來,我們使用電壓追隨器其輸出電壓V2等于輸入電壓V。 由于一般電源供應(yīng)較多零件之后,電源是帶雜訊的,因此我們使用齊納二極體作為穩(wěn)壓零件,再利用可變電阻分壓,其輸出電壓V1需調(diào)整至2.73V。 接下來我們使用差動放大器其輸出Vo為 (100K/10K)×(V2-V1)=T/10V。如果現(xiàn)在為攝氏28度,輸出電壓為2.8V。圖1 AD590的封裝及其基本應(yīng)用電路圖2 AD590內(nèi)部電路原理圖2

10、.2 A/D轉(zhuǎn)換模塊ADC0809的三個I/O口分別為EOC、CLK和CS端口，其中CLK為時鐘、CS為片選、EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號。其中，RD與WR分別與單片機的P3.6與P3.7口相連接，片選CS接地，CLK接500kHz的數(shù)字信號，因為本設(shè)計未采用中斷模式，也未采用檢測轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號，所以EOC可不接。本模塊采用的方案是根據(jù)ADC0809的時序圖，用單片機的P3.6和P3.7口分別控制ADC0809的RD與WR，使其在特定的時間內(nèi)不斷置位與復(fù)位。從而使ADC0809不斷重復(fù)的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，并輸出給單片機。以單片機的P0口接收數(shù)據(jù)，并存儲到變量temp中。 ADC0809介紹（1） ADC

11、0809的主要特點 ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器，ADC0809是8通道8位CMOS逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換芯片，片內(nèi)有模擬量通道選擇開關(guān)及相應(yīng)的通道鎖存、譯碼電路，A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)由三態(tài)鎖存器輸出，由于片內(nèi)沒有時鐘需外接時鐘信號。芯片的引腳如圖21-1,各引腳功能如下：IN0IN7：八路模擬信號輸入端。ADD-A、ADD-B、ADD-C：三位地址碼輸入端。CLOCK：外部時鐘輸入端。CLOCK輸入頻率范圍在101280KHz，典型值為640KHz，此時A/D轉(zhuǎn) 圖9 adc0809換時間為100us。51單片機ALE直接或分頻后可與CLOCK相連。D0D7：數(shù)字量輸出端。OE：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出允

12、許控制端。當(dāng)OE為高電平時，允許A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果從D0D7端輸出。 圖21-1 ADC0809引腳ALE：地址鎖存允許信號輸入端。八路模擬通道地址由A、B、C輸入，在ALE信號有效時將該八路地址鎖存。START：啟動A/D轉(zhuǎn)換信號輸入端。當(dāng)START端輸入一個正脈沖時，將進行A/D轉(zhuǎn)換。EOC：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出端。當(dāng) A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，EOC輸出高電平。Vref(+)、Vref(-)：正負(fù)基準(zhǔn)電壓輸入端?；鶞?zhǔn)正電壓的典型值為+5V。（2） ADC0809芯片的工作原理 ADC0809帶有片內(nèi)系統(tǒng)時鐘，該時鐘與IOCLOCK是獨立工作的，無需特殊的速度或相位匹配。當(dāng)CS為高時，數(shù)據(jù)輸D端處于

13、高阻狀態(tài)，此時IO CLOCK不起作用。這種CS控制作用允許在同時使用多片ADC0809時，共用IOcLOCK，以減少多路(片)AD使用時的IO控制端口。一組通常的控制時序操作圖如下： 圖3 TLC549的工作時序2.3 溫度值顯示模塊本設(shè)計所用數(shù)碼管為高電位有效的數(shù)碼管。如圖，將數(shù)碼管的控制位接到單片機的P3.0-P3.3中。數(shù)據(jù)位接到單片機的P2口。編寫程序輪流給P3.0-P3.3置高電位，同時給P2口輸送相應(yīng)的段碼。達到數(shù)碼管動態(tài)掃描的效果。使其快速掃描，利用人的視覺暫留現(xiàn)象，和數(shù)碼管的余暉，實現(xiàn)數(shù)碼管的動態(tài)顯示。2.4 總體硬件組成框圖圖4 總體硬件組成框圖第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計溫度采集

14、系統(tǒng)由溫度采集模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊和溫度值顯示模塊三大部分組成。其中溫度采集模塊主要用AD590采集溫度，并輸出一個模擬電壓信號，ADC0809接收到模擬信號后，進行A/D轉(zhuǎn)換把模擬信號轉(zhuǎn)換位數(shù)字信號，并行輸出（一個時鐘下降沿輸出一次），單片機接到數(shù)據(jù)后存入累加器A，經(jīng)過一定的轉(zhuǎn)化，輸入到七位數(shù)碼管中，并動態(tài)掃描顯示出來。3.1 溫度測量采集及加熱電路模塊圖5是AD590的基本鏈接。溫度的變化引起電流I的變化，通過Rl和R2的分壓可得到VO=1mv/K。適當(dāng)調(diào)整R2可校準(zhǔn)輸出U0的精度。在Proteus中我用了滑動變阻器代替了AD590了。 圖5 溫度測量采集及加熱電路原理圖圖6 用滑動變阻器

15、代替輸入模擬信號電路3.2并行A/D(模數(shù))轉(zhuǎn)換模塊ADC0809的三個I/O口分別為EOC、CLK和CS端口，其中CLK為時鐘、CS為片選、EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號。其中，RD與WR分別與單片機的P3.6與P3.7口相連接，片選CS接地，CLK接500kHz的數(shù)字信號，因為本設(shè)計未采用中斷模式，也未采用檢測轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號，所以EOC可不接。本模塊采用的方案是根據(jù)ADC0809的時序圖，用單片機的P3.6和P3.7口分別控制ADC0809的RD與WR，使其在特定的時間內(nèi)不斷置位與復(fù)位。從而使ADC0809不斷重復(fù)的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，并輸出給單片機。以單片機的P0口接收數(shù)據(jù)，并存儲到變量temp中。圖

16、7 并行模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3.3 標(biāo)度轉(zhuǎn)換的算法ADC0809設(shè)定的工作溫度為067，溫度與電壓成正比。當(dāng)設(shè)定量程與67接近時測量所得溫度與實際溫度才能相符。ADC0809的A/D輸出為00H到FFH，可進行256等分，以此算法設(shè)定最小分度為0.2562，量程為067.0，比較符合要求。這樣通過標(biāo)度轉(zhuǎn)換將儲存的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換并存入雙精度型的溫度變量t中，然后通過一系列算法，將t中的各位數(shù)分別轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的段碼。3.4 數(shù)碼管動態(tài)顯示模塊本設(shè)計所用數(shù)碼管為高電位有效的數(shù)碼管。如圖，將數(shù)碼管的控制位接到單片機的P3.0-P3.3中。數(shù)據(jù)位接到單片機的P2口。編寫程序輪流給P3.0-P3.3置高電位，同時給P2口

17、輸送相應(yīng)的段碼。達到數(shù)碼管動態(tài)掃描的效果。使其快速掃描，利用人的視覺暫留現(xiàn)象，和數(shù)碼管的余暉，實現(xiàn)數(shù)碼管的動態(tài)顯示。圖8 數(shù)碼管顯示模塊第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計軟件是該LED顯示屏控制系統(tǒng)的重要組成部分，在系統(tǒng)的軟件設(shè)計中我們也才用了模塊化設(shè)計，將系統(tǒng)的各部分功能編寫成子模塊的形式，這樣增強了系統(tǒng)軟件的可讀性和可移植性。4.1 驅(qū)動程序流程圖開始溫度采集檢測模擬信號并啟動轉(zhuǎn)換進行標(biāo)度轉(zhuǎn)換將十位、個位、小數(shù)位分開處理小數(shù)位各位暫存在單片機查段碼，送動態(tài)顯示數(shù)碼管顯示示數(shù)結(jié)束圖4-1 驅(qū)動程序流程圖本系統(tǒng)中下位機（單片機89C51）的主要功能就是實現(xiàn)LED顯示屏上字樣的移位、顯示、數(shù)據(jù)的讀取等功能。其

18、主程序流程如圖4-1所示。第5章 系統(tǒng)調(diào)試與仿真結(jié)果5.1 系統(tǒng)調(diào)試根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計方案，本系統(tǒng)的調(diào)試共分為三大部分：仿真電路調(diào)試，程序調(diào)試和程序和仿真電路聯(lián)調(diào)。由于在系統(tǒng)設(shè)計中采用模塊設(shè)計法，所以方便對各電路模塊功能進行逐級測試。5.1.1仿真電路調(diào)試 由于Proteus軟件中不包含AD590溫度傳感器，經(jīng)老師指點以滑動變阻器代替了一下，從網(wǎng)上查知adc0809不可進行仿真，故用0808代替。5.1.2程序調(diào)試P口的P在編寫程序未大寫，定義字母時有落寫。一開始位顯示程序算錯了，造成了家的困擾，后仔細檢查后才發(fā)現(xiàn)：bai=(datas*501/255)/100;she=(datas*501/255

19、)/10%10;ge=(datas*501/255)%10;還有就是注意ALE置零。5.1.3 聯(lián)調(diào) 將調(diào)試好的仿真電路和程序進行聯(lián)調(diào)，主要調(diào)試系統(tǒng)的實現(xiàn)功能。調(diào)試過程中滑動變阻器有點問題，經(jīng)過再三改變延遲等元素仍未能準(zhǔn)確的表示滑動變阻器中輸出的電壓。5.2 仿真結(jié)果結(jié) 論此次課程設(shè)計至此已經(jīng)接近尾聲，一周的時間雖然很短暫，但在這一個星期的設(shè)計過程中收獲頗豐。這次課程設(shè)計給了我很多啟發(fā)，同時也培養(yǎng)了我對陌生問題的分析和解決的能力。在本次設(shè)計的過程中，我發(fā)現(xiàn)很多的問題，雖然以前還做過這樣的設(shè)計但這次設(shè)計真的讓我長進了很多，單片機課程設(shè)計重點就在于軟件算法的設(shè)計，需要有很巧妙的程序算法，雖然以前寫

20、過幾次程序，但我覺的寫好一個程序并不是一件簡單的事，只有我們?nèi)ピ囍隽耍拍苷嬲恼莆?，學(xué)習(xí)的理論有些東西是很難理解的，更談不上掌握。從這次的課程設(shè)計中，我真真正正的意識到，在以后的學(xué)習(xí)中，要理論聯(lián)系實際，把我們所學(xué)的理論知識用到實際當(dāng)中，學(xué)習(xí)單機片機更是如此，程序只有在經(jīng)常的寫與讀的過程中才能提高，這就是我在這次課程設(shè)計中的最大收獲。很感謝學(xué)校和老師給我們安排了這次課程設(shè)計，讓我真正感受到的是合作的重要，許多時候都是同學(xué)間的討論，老師的指導(dǎo)中的一句半句啟發(fā)了我，就出現(xiàn)的讓人欣喜的結(jié)果；基礎(chǔ)知識同樣很重要，在以后的學(xué)習(xí)中要加強對基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)。參考文獻1 范立南.單片機原理及應(yīng)用教程M.200

21、6.1.2 劉瑞新.單片機原理及應(yīng)用教程M.2003.7.3 馬建國、孟憲元.電子設(shè)計自動化技術(shù)基礎(chǔ)M.清華大學(xué)出版.2006.1.4 姜威.實用電子系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)M.2008.1.5 張靖武.單片機系統(tǒng)的PROTEUS設(shè)計與仿真M.2007.4.6 趙海雁.AD590溫度傳感器.測試技術(shù)學(xué)報.1997.11.7 劉燕,蘭志強. AD590集成電路溫度傳感器的特性測量與應(yīng)用.中國儀器儀表,2005.6.8 張新安.用AD590制作高精度數(shù)字溫度計.實用電子制作，2007.8.9 汪明珠,毛德梅等.基于AD590的溫度測控電路及應(yīng)用.皖西學(xué)院報，2009.2.10蔣敏蘭,胡生清等. AD590溫度

22、傳感器的非線性補償及應(yīng)用.傳感器技術(shù)，2001.2.附錄1 程序#include<reg52.h>#include<intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit ST=P20; sbit OE=P22; sbit ALE=P23; sbit EOC=P21; sbit CLK=P24; long int datas,bai,she,ge;uchar duan;uchar code num=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f; uchar code num_dot=0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed; uchar code wei=0x0d,0x0b,0x07; void delay(uint