基于熱敏電阻的數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

商丘師范學(xué)院學(xué)士學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)引言當(dāng)今社會(huì)是一個(gè)跨時(shí)代的信息化時(shí)代，無(wú)論是在生活中或是在工業(yè)化生產(chǎn)中對(duì)于信息參數(shù)的精確度、及時(shí)性和有效性的要求都有了更明顯的增長(zhǎng)。在現(xiàn)代信息化的時(shí)代中很多科技技術(shù)都有了更加深遠(yuǎn)的發(fā)展，溫度傳感器技術(shù)是其中發(fā)展最快最先進(jìn)的，溫度傳感器技術(shù)在各領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，溫度對(duì)人們的生活環(huán)境來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，在工業(yè)化生產(chǎn)中實(shí)時(shí)溫度測(cè)量同樣重要，溫度的測(cè)量在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也是不可或缺的，我們選擇研究溫度測(cè)量設(shè)備意義重大。本文設(shè)計(jì)是利用所學(xué)單片機(jī)知識(shí)完成熱敏電阻數(shù)字溫度計(jì)的自動(dòng)顯示。通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)溫度轉(zhuǎn)變電能以及TCL4535的串行A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)字調(diào)節(jié)變換等功能。1設(shè)計(jì)過(guò)程和設(shè)計(jì)方案1.1主要功能：能夠檢測(cè)出溫度及其變化量能夠顯示出溫度的變化量參數(shù)要求：設(shè)計(jì)系統(tǒng)的溫度測(cè)量精度：—5%RH—+5%RH溫度測(cè)量精度：—0.1℃—+0.1℃系統(tǒng)數(shù)據(jù)的顯示方式：LED數(shù)碼顯示1.2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)理念該設(shè)計(jì)的溫度檢測(cè)模塊主要組成為電橋，利用溫度檢測(cè)模塊對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)，之后由高精密儀表放大器PGA203對(duì)所測(cè)得的小信號(hào)進(jìn)行放大，然而在放大的過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)信號(hào)太小，所導(dǎo)致的后續(xù)工作無(wú)法進(jìn)行，選用了OP07對(duì)信號(hào)進(jìn)行二級(jí)放大以達(dá)到系統(tǒng)下一級(jí)運(yùn)行的要求。再通過(guò)TLC3545模塊的的A/D串行轉(zhuǎn)換功能得到的數(shù)字信號(hào)，由單片機(jī)可以通過(guò)讀取功能能夠識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。然后利用單片機(jī)讀取所得到的數(shù)字信號(hào)，對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算和各種處理，最后驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管進(jìn)行顯示。單片機(jī)AT89C51作為其中最主要部分對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行起到了至關(guān)重要的作用。1.3設(shè)計(jì)方框圖系統(tǒng)的硬件電路的組成其實(shí)很簡(jiǎn)單。主要是由溫度檢測(cè)模塊、信號(hào)處理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、單片機(jī)、按鍵控制模塊、LED顯示模塊所組成的。其中溫度檢測(cè)模塊用于溫度檢測(cè)，信號(hào)處理模塊用于將溫度差值信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓差值信號(hào)并將其放大，A/D轉(zhuǎn)換模塊的主要功能是進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，利用芯片TLC3545對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換，單片機(jī)模塊是最重要的一部分，它的作用是接受由A/D轉(zhuǎn)換模塊傳送的溫度數(shù)字信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行運(yùn)算和處理，按鍵控制模塊的功能是人工設(shè)置信號(hào)放大倍數(shù)，LED顯示模塊用于溫度的數(shù)字顯示，并且是實(shí)時(shí)顯示。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示：?jiǎn)纹瑱C(jī)單片機(jī)AT89C51按鍵控制模塊按鍵控制模塊溫度檢測(cè)模塊信號(hào)處理模塊A/D轉(zhuǎn)換模塊溫度檢測(cè)模塊信號(hào)處理模塊A/D轉(zhuǎn)換模塊LED顯示模塊LED顯示模塊圖1總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖2設(shè)計(jì)原理與結(jié)構(gòu)介紹本設(shè)計(jì)的溫度測(cè)量模塊主要為溫度電橋，溫度電橋采用熱敏屬性較高的鉑敏電阻組成，熱敏電阻組成的電橋處于平衡狀態(tài)。熱敏電阻的屬性是隨著溫度的變化而引起電阻值變化，當(dāng)電阻值發(fā)生變化時(shí)，電橋的平衡狀態(tài)就會(huì)隨之發(fā)生改變，最終的結(jié)果就是電橋輸出的電壓值發(fā)生變化。隨后電壓信號(hào)送入經(jīng)由信號(hào)處理模塊中的儀表放大器，從而對(duì)該信號(hào)進(jìn)行放大。A/D轉(zhuǎn)換模塊的主要功能則是利用芯片TLC3545將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，然后將得到的數(shù)字信號(hào)輸送到到單片機(jī)中進(jìn)行運(yùn)算和處理。由按鍵控制模塊通過(guò)人工操作來(lái)設(shè)置信號(hào)增大的倍數(shù)以滿足顯示器的顯示要求。最后信號(hào)的最終數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理和運(yùn)算，由驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)溫度的顯示。2.1溫度檢測(cè)模塊2.1.1常用溫度電橋我們選用的電橋是由靈敏度較高的鉑敏電阻所組成，在所有的熱敏電阻中鉑熱的溫度測(cè)量準(zhǔn)確度較高，被廣泛的運(yùn)用于工業(yè)領(lǐng)域，有時(shí)會(huì)被當(dāng)作標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀來(lái)使用。熱敏電阻的適用范圍比較廣，由熱敏電阻的特性決定了其一般用于中低溫度的檢測(cè)。熱效應(yīng)是熱敏電阻的一般屬性，即溫度的變化引起電阻值變化的特性。熱敏電阻的溫度測(cè)量靈敏度高，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用很廣泛。2.1.2電橋的實(shí)際原理由熱敏電阻Ra、Rb、Rc和RT1組成一個(gè)測(cè)溫電橋。當(dāng)溫度為常溫時(shí)選擇Ra、Rb、RT1并調(diào)節(jié)Rc、使電橋處于平衡狀態(tài)。熱敏電阻的阻值會(huì)隨著溫度的不斷升高而不斷變小，這時(shí)的整個(gè)測(cè)溫電橋的平衡狀態(tài)就會(huì)被打破．隨之電橋各支路的電壓也就會(huì)變得不再平衡。電橋的不平衡體現(xiàn)在輸出電壓的不平衡，也就是電壓的輸出值會(huì)發(fā)生變化產(chǎn)生電壓差值，隨后該電壓差值會(huì)作為電信號(hào)輸入信號(hào)處理模塊，進(jìn)行后續(xù)處理。就是實(shí)際使用中的電橋工作原理。其溫度電橋電路如下所示：圖2溫度測(cè)量電橋電路2.1.3電橋的原理及上述電路電橋分析（1）電橋平衡條件 (1)(2)電橋輸出電壓公式：(2)（3）電橋靈敏度的實(shí)際運(yùn)算：當(dāng)橋臂電阻值發(fā)生變化時(shí)，就會(huì)引起各橋臂的電壓發(fā)生變化。最終使得電橋的狀態(tài)從平衡變?yōu)椴黄胶?，這是電橋所能夠輸出的電壓值的表達(dá)式為：(3)由,又電橋開(kāi)始時(shí)平衡,即:(4)(5)在實(shí)際應(yīng)用中我們一般使用橋臂電阻相等，這樣既可以簡(jiǎn)化橋路，同時(shí)也可以使所選電橋的最，即大靈敏度:(6)如：(7)半橋單臂接法:(8)電橋的靈敏度為：(9)通過(guò)計(jì)算可以得到靈敏度為:(10)還有另外一種提高電路的靈敏度的方法，就是不斷增加圖3電路圖中的工作電壓[1-2]。2.2儀表放大器的介紹在生活中由于PAG203所具有的放大功能，我們一般將PGA203看成一個(gè)簡(jiǎn)單的儀表放大器。PGA203對(duì)信號(hào)具有不同的放大功能，這就取決于它本身的增益的程度。1、2、4、8這四種不同程度的增益決定了PGA203對(duì)信號(hào)不同程度的放大。以上這些功能為信號(hào)的使用提供了很多便利。在輸入以及新的跨電路存在的同時(shí)，在同一帶寬范圍內(nèi)能夠保持增益的數(shù)值不變。增益及偏移激光能夠在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行微調(diào)，在進(jìn)行微調(diào)的同時(shí)不需要利用其它的元件就能夠解決。PGA203一般都是陶瓷包裝的，不過(guò)常見(jiàn)的也有塑料包裝。在整在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中一般選用陶瓷包裝，因?yàn)樘沾砂b適用溫度范圍比較大。然而商業(yè)使用一般選擇塑料包裝因其生產(chǎn)成本低。PGA203的定值參數(shù)：額定電壓：±18V內(nèi)部功耗：750mW共模抑制比：80dB最大偏置電流：50Pa信號(hào)輸入電壓：±（VCC+0.5V）圖4PGA203引腳圖在放大器PGA203使用的過(guò)程中器件的增益和外部元件可能會(huì)造成不必要的誤差，在這個(gè)時(shí)候我們就會(huì)注意電容盡最大可能的靠近放大器的引腳端，這樣就會(huì)使芯片性能達(dá)到最大化。在使用過(guò)程中放大器PGA203的檢測(cè)端的增益誤差很容易就會(huì)發(fā)生，導(dǎo)致這種情況的發(fā)生會(huì)有很多因素，一般我們會(huì)選擇器件所連接的線盡可能保持最短作為最基本的措施，該措施的目的是使檢測(cè)端的誤差盡可能小，小到對(duì)系統(tǒng)的正常運(yùn)行無(wú)任何影響。電容的傳輸及用于偏移調(diào)節(jié)的電容我們都應(yīng)該多注意，因?yàn)檫@些是保持電路穩(wěn)定的必要條件。芯片PGA203的增益選擇通常是由A0(引腳1)和A1（引腳2）來(lái)控制。表1PGA203的引腳控制和增益誤差PGA203A0A1GAINERROR0010.05%0120.05%1040.05%1180.05%若放大倍數(shù)不能夠達(dá)到系統(tǒng)的要求，我們可以利用由按鍵控制模塊通過(guò)人工操作來(lái)設(shè)置信號(hào)增大的倍數(shù)以滿足顯示器的顯示要求。這樣做既簡(jiǎn)單又方便快捷。PGA203是靈敏度和精確度都很高的儀表放大器，這就確定了PAG203在對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大操作的過(guò)程中產(chǎn)生的誤差較小。雖然PGA203為精密儀表放大器但是也會(huì)產(chǎn)生一些比較小的誤差，主要是失調(diào)電壓產(chǎn)生的結(jié)果，其次任何儀器在制作的過(guò)程中其本身都會(huì)帶有一定的誤差，測(cè)試儀器亦不例外。在使用該芯片的過(guò)程中若不注意電源的去耦可能也會(huì)有一定的影響。為使PGA203在使用過(guò)程中的影響達(dá)到最小。我們通常會(huì)在使用放大器之前進(jìn)行去耦操作，在去耦之后使用其放大效果會(huì)更好。在一般情況下測(cè)量出來(lái)的電阻值隨溫度變化引起的變化量都很小，不能夠?yàn)橄乱患?jí)所使用，我們一般會(huì)選用由OP07搭建的反向放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行二次放大，這樣信號(hào)就能夠順利的輸入TLC35454A/D轉(zhuǎn)換器中進(jìn)行轉(zhuǎn)換。2.2.1PGA20儀表放大器由OP07和PGA203共同構(gòu)成的儀表放大器的主要功能是將輸入放大器的信號(hào)進(jìn)行不同程度的放大。而在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中則是將電橋不平衡時(shí)所產(chǎn)生的電壓差值信號(hào)進(jìn)行不同程度的放大。經(jīng)過(guò)放大之后的信號(hào)能夠更容易的被應(yīng)用到系統(tǒng)中，有利于系統(tǒng)的順利進(jìn)行。通常選用人控制鍵盤(pán)來(lái)手動(dòng)設(shè)置放大器的放大倍數(shù)，通過(guò)單片機(jī)的自主控制來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓差值信號(hào)的放大倍數(shù)。當(dāng)加入OP07之后的放大器能夠?qū)π盘?hào)進(jìn)行二次放大，以滿足系統(tǒng)的要求，完成系統(tǒng)的后續(xù)運(yùn)行。放大器的示意圖如下所示：圖5設(shè)計(jì)中所用放大器的電路原理圖2.3TLC3545的介紹及應(yīng)用TLC3545是具有串行輸出、自動(dòng)斷電和偽差動(dòng)輸入的14位A/D轉(zhuǎn)換芯片，且具有功耗低及自動(dòng)電源關(guān)閉模式的。該芯片的功耗很低的特點(diǎn)決定了，提供給它很低的電源電壓就可以正常工作的特性。芯片TLC3545的引腳示意圖如下圖所示：圖6TLC3545引腳圖??芯片TLC3545能夠提供的最大的轉(zhuǎn)換時(shí)間間隔為2.67微秒。這個(gè)時(shí)間間隔用于芯片TLC3545自身的初始化。芯片TLC3545的引腳功能介紹：AIN(+)：同相輸入端。AIN(-)：反相輸入端。REF：參考電壓輸入端。VDD：+電源電壓端。SCLK：串行時(shí)鐘。內(nèi)部電路接地回路。CS：片選擇控制口。在CS端的電平從高電平狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖降倪^(guò)程中，也就是電平的跳躍期間，最大延遲時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)輸出口高組態(tài)狀態(tài)會(huì)被自動(dòng)消除。SDO：轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)串行輸出端口。CS=1，SDO為高阻態(tài)的狀態(tài)。CS=0，TLC3545內(nèi)開(kāi)始進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。MSB會(huì)作為最先被輸出的數(shù)據(jù)從芯片內(nèi)輸出，只有在SCLK的處于上升沿的狀態(tài)時(shí)其余數(shù)據(jù)才能夠被輸出芯片。若想得到由該端口輸出的數(shù)據(jù)是有效的，就必須在SCLK處于下降沿的狀態(tài)期間才能夠去執(zhí)行輸出操作。要使它的輸出狀態(tài)變?yōu)楦咦钁B(tài)，SCLK必須經(jīng)過(guò)17個(gè)上升沿后才能夠?qū)崿F(xiàn)。在正常工作之前我們要對(duì)TLC3545進(jìn)行初始化操作，這樣的話加入電源后的復(fù)位周期就可以進(jìn)行正常的工作。在復(fù)位周期終止后CS為高電平。當(dāng)SDO輸出表示的是上周期數(shù)據(jù)且其代碼為3FC0H的時(shí)，就代表芯片TLC3545發(fā)出了一個(gè)有效的復(fù)位周期。SDO輸出的代碼的生成是在芯片初始化或一個(gè)有效的復(fù)位期間。芯片TLC3545具有功能損耗小、控制簡(jiǎn)便、成本較低，體積小，而且與單片機(jī)的連接的方法很簡(jiǎn)單[3-4]。TLC3545與單片機(jī)AT89C51的連接示意圖如下圖所示：圖7單片機(jī)與A/D轉(zhuǎn)換的連接示意圖3單片機(jī)及其介紹單片機(jī)的出現(xiàn)使得很多問(wèn)題變得簡(jiǎn)單又快捷。而Intel公司推出MCS-48系列8位單片機(jī)后，單片機(jī)的發(fā)展更為迅速。一直到現(xiàn)在51系列經(jīng)久不衰并得到了最廣泛的應(yīng)用。隨后又逐漸出現(xiàn)了更多的單片機(jī)系列，如位AT89/P89/STC89系列等。其中AT89C51是由ATMEL公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)出來(lái)的，AT89C51的特點(diǎn)有耗能低，電壓的低性能比較高。而AT89C51具有很多應(yīng)用功能，F(xiàn)lash閃速存儲(chǔ)器的容量一般為4K個(gè)字節(jié)，I/O端口的總線為32位，通常設(shè)定128個(gè)字節(jié)為RAM的內(nèi)存，一般AT89C51的內(nèi)部會(huì)有兩個(gè)16位的定時(shí)器或者計(jì)數(shù)器，串行口的工作方式一般為全雙工的通信方式，擁有一個(gè)6響亮的第二即中斷程序，同時(shí)還有AT89C51的片內(nèi)晶振電路。89C51擁有的P0-P3端口是可以與外部信息的交換8位并行接口。是均可輸入輸出的準(zhǔn)雙向端口。而本設(shè)計(jì)僅適用了2個(gè)I/O端口，與其它部分相連接。單片機(jī)AT89C51的引腳示意圖如下圖所示：圖8單片機(jī)的引腳示意圖單片機(jī)AT89C51的引腳功能介紹：（1）VCC(40腳)：電源端，+5V。（2）GND（20腳）：接地。（3）P0口：P0口的I/O端口是8位、漏極開(kāi)路準(zhǔn)雙向的，同時(shí)P0口的內(nèi)部具有一個(gè)可以被拉動(dòng)的上拉電阻，在當(dāng)P0=1時(shí)，端口的高電阻是通過(guò)內(nèi)部上拉電阻的上拉實(shí)現(xiàn)的。這時(shí)可以作為輸入口來(lái)使用。作為輸出端口。P0口可以擁有8個(gè)LS型TTL負(fù)載。P1口：P1口是1個(gè)準(zhǔn)雙向8位I/O端口，P1=1時(shí)，成為高阻抗用以信號(hào)的輸入，P1=0時(shí)，成為低阻抗是信號(hào)的輸出端口。當(dāng)然在這時(shí)P2口在校驗(yàn)期間同樣能夠去接收高8位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P2口：P2口是1個(gè)準(zhǔn)雙向8位I/O端口。P2=1時(shí)，電阻變高，成為輸入口。用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的存取功能一般是由P2口來(lái)完成的，所以一般由高八位作為P2口的輸出地址。當(dāng)P2口成為高電平時(shí)，這是P2口就會(huì)執(zhí)行對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的RAM操作，執(zhí)行的結(jié)果就是P2口輸出其特殊功能寄存器內(nèi)存儲(chǔ)的內(nèi)容。P1口引腳P1口引腳的第二功能注釋P1.7SCK是穿行時(shí)鐘的信號(hào)P1.6MISOP1.5MOSIP1.1T2EX是重載觸發(fā)引腳和它的控制方向P1.0T2是定時(shí)器表1P1口引腳的第二功能（6）P3口：P3口是1個(gè)準(zhǔn)雙向8位I/O端口。P3=1時(shí)為高電平，并用作輸入。單片機(jī)要想實(shí)現(xiàn)讀—修改—輸出的系統(tǒng)操作，其前提條件是P3口能夠在執(zhí)行讀引腳操作的同時(shí)1進(jìn)行讀鎖存器操作。P3口在單片機(jī)AT89C51中用到了沒(méi)有用過(guò)的功能，稱之為P3口的第二功能。P3口的第二功能如下表所示：表2P3口第二功能功能表P3口第二功能注釋P3.7RD外部RAM的讀通信號(hào)P3.6WR外部RAM的寫(xiě)選通信號(hào)P3.5T1計(jì)數(shù)器1的外部輸入P3.4T0計(jì)數(shù)器0的外部輸入P3.3INT1外部中斷1輸入P3.2INT0外部中斷0輸入P3.1TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送口P3.0RXD串行數(shù)據(jù)接收口（7）RST：RST是復(fù)位信號(hào)輸入端，RST=1是有效。必須在輸入端保持兩個(gè)相鄰機(jī)器周期的電平為高電平的條件下，才能夠完成單片機(jī)所具有的復(fù)位操作。ALE/PROG：地址鎖存允許信號(hào)。在單片機(jī)正常工作的前提下，ALE引腳將頻率為振蕩器頻率fosc的1/6信號(hào)作為輸出正脈沖信號(hào).當(dāng)CPU不再訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，ALE端還是向外輸出正脈沖信號(hào)該頻率為振蕩器頻率fosc的1/6.ALE端負(fù)載能夠驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型TTL。（9）/PSEN：程序存儲(chǔ)允許輸出信號(hào)端。當(dāng)從片外程序存儲(chǔ)器取指令時(shí)，只有兩次/PSEN發(fā)生在同一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)才有效。它的負(fù)載能力為8個(gè)LS型TTL負(fù)載。（10）/EA/VPP：使用片內(nèi)還是片外的ROM作為程序存儲(chǔ)器的選擇端，/EA只有處于低電平時(shí)才能夠有效。當(dāng)需要選擇片內(nèi)程序存儲(chǔ)器的容量時(shí)，我們就將/EA設(shè)置為高電平狀態(tài)；設(shè)置/EA=0時(shí)，無(wú)論片內(nèi)是否有程序存儲(chǔ)器其結(jié)果都是程序存儲(chǔ)器全部在片外。（11）XTAL1：XTAL1為內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸入端，是外接晶體中的一端。當(dāng)單片機(jī)AT89C51利用的是外部的振蕩器時(shí)，XTAL1只能夠與接地端相連。（12）XTAL2：XTAL2為內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸出端，是外接晶體中的另一端。當(dāng)XTAL2接外部振蕩源，單片機(jī)AT89C51必然利用的是外部的振蕩器。外接的Ca,Cb，X112M所組成的電路是單片機(jī)的時(shí)鐘電路，時(shí)鐘發(fā)生器的功能是將振蕩固有頻率分分解為兩個(gè)不同的頻率，這樣單片機(jī)就擁有兩個(gè)不同的時(shí)鐘信號(hào)Pa和Pb可以使用。晶體頻率與振蕩電路的固有頻率大小等同。3.1單片機(jī)的時(shí)鐘電路和復(fù)位電路晶振電路是單片機(jī)中最小的系統(tǒng)工作單元，單片機(jī)的晶振電路的功能是為單片機(jī)提供運(yùn)行脈沖信號(hào)，這樣該脈沖就是單片機(jī)的工作速度，但是該脈沖必須配合外部晶體來(lái)實(shí)現(xiàn)振蕩的電路。我們也可以形象的認(rèn)為單片機(jī)的時(shí)鐘電路是單片機(jī)的心臟，為單片機(jī)的運(yùn)行提供動(dòng)力。為確保同步工作方式的順利進(jìn)行，一般會(huì)保持電路在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格地按時(shí)序進(jìn)行工作。當(dāng)時(shí)鐘為0時(shí)，單片機(jī)無(wú)法正常工作；若時(shí)鐘大于單片機(jī)的工作頻率，單片機(jī)也無(wú)法正常工作。本設(shè)計(jì)使用了時(shí)鐘電路的內(nèi)部振蕩電路。89C51單片機(jī)的內(nèi)部有用于組成振蕩器的高增益反相放大器，在該放大器中引腳XTAL1當(dāng)作輸入端口、引腳XTAL2當(dāng)作輸出端口。外接晶體諧振器、電容C1、電容C2共同構(gòu)成了并聯(lián)諧振回路。復(fù)位電路就是單片機(jī)的初始化，將PC地址內(nèi)的地址單元初始化為0000H，這樣單片機(jī)開(kāi)始執(zhí)行程序的初始位置就變?yōu)?000H單元。當(dāng)系統(tǒng)的正常初始化時(shí)該系統(tǒng)可以自發(fā)的進(jìn)行復(fù)位操作，當(dāng)然也會(huì)有例外如：當(dāng)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中其自身出現(xiàn)錯(cuò)誤指令使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)，或執(zhí)行系統(tǒng)操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)，一旦出現(xiàn)上述狀況，我們可以通過(guò)按復(fù)位鍵來(lái)重新啟動(dòng)系統(tǒng)程序。復(fù)位可分為兩種形式，上電自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位[5-7]。單片機(jī)的時(shí)鐘電路和復(fù)位電路組成的單片機(jī)的基礎(chǔ)電路如下圖所示：圖9單片機(jī)的時(shí)鐘電路和復(fù)位電路4鍵盤(pán)電路設(shè)計(jì)鍵盤(pán)在本系統(tǒng)中的主要功能是人工干預(yù)單片機(jī)設(shè)置放大器放大倍數(shù)。鍵盤(pán)實(shí)際就是一組按鍵開(kāi)關(guān)集合。鍵是否閉合，則反映在輸出電壓是現(xiàn)高電平還是低電平，若高電平表示斷開(kāi)，那么低電平就表示鍵閉合，因此可以通過(guò)這種方式來(lái)確認(rèn)按鍵按下與否。為確保CPU對(duì)一次按鍵動(dòng)作只確認(rèn)一次按鍵，就必須消除抖動(dòng)的影響，只有這樣才能使鍵盤(pán)在單片機(jī)系統(tǒng)中的使用得更加穩(wěn)定。在生活中鍵盤(pán)接口的方式包括矩陣式鍵盤(pán)接口方式和立式按鍵接口方式。為滿足本設(shè)計(jì)的要求，鍵盤(pán)主要是用來(lái)設(shè)置PGA203的放大倍數(shù)。本設(shè)計(jì)則需要采用獨(dú)立式鍵盤(pán)來(lái)完成這一功能要求。其電路連接上如圖所示。圖10獨(dú)立式鍵盤(pán)與AT89C51連接圖4.1鍵盤(pán)的機(jī)械抖動(dòng)在Y0為低電平時(shí)S1鍵就會(huì)進(jìn)行一次閉合，S1鍵閉合的一般過(guò)程：如下圖中tb和td分別作為S1鍵的閉合、斷開(kāi)進(jìn)程中的機(jī)械抖動(dòng)時(shí)期，開(kāi)關(guān)的機(jī)械特性決定了其時(shí)間間隔的長(zhǎng)短，其時(shí)間間隔一般為5～10ms。tc定義為閉合的穩(wěn)定時(shí)間段，我們按鍵動(dòng)作的頻率決定了它的時(shí)間長(zhǎng)短，當(dāng)然這個(gè)時(shí)間一般會(huì)很短。ta和td設(shè)定為為S1鍵的斷開(kāi)期。以上介紹的就是鍵盤(pán)閉合一次所要經(jīng)過(guò)的各個(gè)時(shí)期。這樣我們就很容易判斷鍵盤(pán)的閉合時(shí)間段。在該設(shè)計(jì)中我們要確定CPU對(duì)鍵盤(pán)的閉合只進(jìn)行了一次處理操作。由此我們進(jìn)行抖動(dòng)消除操作的處理。無(wú)論何時(shí)檢測(cè)到有任意的鍵盤(pán)按下去的時(shí)候。系統(tǒng)都會(huì)自動(dòng)執(zhí)行延時(shí)10ms的子程序，這個(gè)時(shí)間段用于檢測(cè)電平是閉合還是斷開(kāi)狀態(tài)，當(dāng)電平閉合時(shí)就確認(rèn)按下了鍵盤(pán)，結(jié)果是消除了抖動(dòng)的影響[8-10]。鍵盤(pán)的機(jī)械抖動(dòng)示意圖如圖所示：圖11鍵盤(pán)的機(jī)械抖動(dòng)示意圖5.LED顯示模塊LED顯示器通常是由發(fā)光二極管組成的，所以二極管導(dǎo)通的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)發(fā)光段或發(fā)光點(diǎn)。數(shù)碼管的制作方式包括“條形七段式”、“反射罩式”、“多位數(shù)字式”、“單片集成式”等等。（1）反射罩式數(shù)碼管：反射罩式數(shù)碼管有兩種封裝方式分別為空封、實(shí)封。其中實(shí)封所要使用的材料一般是具有散射劑的環(huán)氧樹(shù)脂及染料的環(huán)氧樹(shù)脂。空封就是在數(shù)碼管的上方利用濾波片或者勻光膜進(jìn)行密封，在芯片和底板上涂上透明的絕緣膠，這樣做既可以提高器件的可靠性又可以提高光效率。（2）條形七段式：條形七段式數(shù)碼管制作品方式為混合封裝形式。它的主要材料為磷化鎵，這種制作方式制作的步驟一般為將作為管芯的磷化鎵原材料制成可以粘貼在“可伐”的日字框上的條形，再利用焊壓工藝進(jìn)行焊接，隨后利用環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)它進(jìn)行密封式的包封。（3）單片集成式數(shù)碼管：該方式針對(duì)于大部分的顯示器在發(fā)光材料基片上（大圓片），使用更多的數(shù)碼顯示管以組成更多的7段顯示圖。該方式通常使用壓焊工藝進(jìn)行制作。5.1LED顯示器結(jié)構(gòu)原理發(fā)光二極管的組成材料種類很多，而且有很多種材料都具有其特殊的屬性，我們?cè)诒驹O(shè)計(jì)中選用的是砷化鎵，砷化鎵半導(dǎo)體二極管的特點(diǎn)是，二極管加上正向電壓是導(dǎo)通發(fā)光，而加上反相電壓時(shí)閉合不再發(fā)光。共陰極、共陽(yáng)極是七段LED的典型結(jié)構(gòu)，而本設(shè)計(jì)選擇了共陽(yáng)極接法。（1）共陰極接法在LED數(shù)碼管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中若干個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極相互連接，而且所有二極管的陽(yáng)極極連接在一起構(gòu)成了它的公共端，而且公共端與+5V的電壓相連接為L(zhǎng)ED數(shù)碼管提供電源。使它們的公共陰極接地，該段發(fā)光二極管發(fā)光。（2）共陽(yáng)極接法若若干個(gè)發(fā)光二極管的陰極相互連接的話，則它們的公共端則是由二極管的陰極相連接構(gòu)成的，則數(shù)碼管的另一端就是數(shù)碼管的沒(méi)有連接在一起的那一端，若想發(fā)光二極管能夠發(fā)光只有在二極管的陽(yáng)極接1的情況下才能發(fā)生而本中采用了共陽(yáng)極接法。每段分別命名為a、b、c、d、e、f、g、dpLED數(shù)碼顯示管的顯示結(jié)果需要8個(gè)字符來(lái)表示數(shù)字，8個(gè)字符也就是一個(gè)字節(jié)，這樣它們的代碼均為一個(gè)字節(jié)。例如，顯示“0”，則a、b、c、d、e、f、g、dp分別為00000011B；而顯示“A”，則a、b、c、d、e、f、g、dp分別為00010001B（共陽(yáng)極）。LED數(shù)碼管組成示意圖如下圖所示：圖12七段LED的整體圖表3七段LED字形碼顯示字符共陽(yáng)字形碼共陰字形碼顯示字符共陽(yáng)字形碼共陰字形碼0C0H3FHCC6H39H1F9H06HDA1H5EH2A4H5BHE86H79H3B0H4FHF8EH71H499H66HP8CH73H592H6DHUC1H3EH682H7DHRCEH31H7F8H07HY91H6EH880H7FHH89H76H990H6FHLC7H38HA88H77H滅FFH00HB83H7CH———5.2LED的電路圖顯示模塊的功能是實(shí)時(shí)顯示溫度的變化量以便于生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用。在進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示的過(guò)程中，顯示模塊選用了8位數(shù)碼管進(jìn)行接收數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行顯示。通過(guò)芯片74LS373對(duì)數(shù)碼管進(jìn)行控制。LED驅(qū)動(dòng)電路的示意圖如下圖所示：圖14LED驅(qū)動(dòng)電路示意圖6整體硬件原理首先有溫度檢測(cè)模塊對(duì)外界溫度變化進(jìn)行檢測(cè)。然后將產(chǎn)生的信號(hào)信號(hào)輸入儀表放大器進(jìn)行放大進(jìn)行不相應(yīng)程度的放大，在放大的信號(hào)還不能滿足系統(tǒng)的要求時(shí)，我們通過(guò)單片機(jī)控制的人工按鍵操作來(lái)設(shè)置放大信號(hào)的倍數(shù)，以滿足系統(tǒng)對(duì)信號(hào)的放大倍數(shù)的要求。然后由具有A/D串行轉(zhuǎn)換功能的芯片TLC3545將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)。然后利用單片機(jī)讀取所得得到的數(shù)字信號(hào)，對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算和各種處理，最后驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管進(jìn)行顯示。其整體硬件原理圖如下圖所示：圖15原理硬件圖6.1程序模塊設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)程序主要由單片機(jī)程序主函數(shù)、PGA203放大倍數(shù)控制函數(shù)、TLC3545A/D串行轉(zhuǎn)換函數(shù)、按鍵控制函數(shù)和顯示函數(shù)組成。其中單片機(jī)程序函數(shù)由單片機(jī)復(fù)位電路為系統(tǒng)提供初始化操作，并不間斷有次序的進(jìn)行讀取溫度示數(shù)、并實(shí)時(shí)顯示溫度變化示數(shù)。每2s進(jìn)行一次溫度測(cè)量。在這2s期間溫度測(cè)量設(shè)備系統(tǒng)不僅能夠準(zhǔn)確測(cè)的溫度的變化量，且能夠顯示在LED顯示屏上[11-12]。其程序流程如下圖所示：YY初始化選擇放大倍數(shù)啟動(dòng)A/D數(shù)據(jù)處理返回顯示倍數(shù)放大是否合適N圖16系統(tǒng)程序邏輯圖4結(jié)語(yǔ)這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是運(yùn)用了單片機(jī)AT89C51的控制功能，單片機(jī)AT89C51為系統(tǒng)的中心，同時(shí)還使用了一些其他的芯片如：TLC3545、PAG203、OP07等。利用這些芯片組成了溫度監(jiān)控系統(tǒng)電路，實(shí)現(xiàn)了溫度的測(cè)量及溫度的顯示等功能。該設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有安全性能高、準(zhǔn)確性高、溫度測(cè)量誤差小、設(shè)備安裝簡(jiǎn)便、精確度高等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)此次論文課題的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步掌握了C語(yǔ)言、單片機(jī)、熱敏電阻等知識(shí)，使我對(duì)單片機(jī)和編程以及熱敏傳感器等內(nèi)容產(chǎn)生了濃厚的興趣，并且對(duì)當(dāng)今單片機(jī)、熱敏電阻的最新發(fā)展計(jì)數(shù)有所了解，在畫(huà)圖的過(guò)程中利用了Protel畫(huà)圖軟件，從不懂不會(huì)，一步步摸索到將所有原理圖的完成，在這期間我學(xué)會(huì)多的新知識(shí)，在這個(gè)過(guò)程中，我將把這份壓力變成動(dòng)力，不斷充實(shí)自己，不斷學(xué)習(xí)，不斷進(jìn)步。參考文獻(xiàn)[1]趙斌.簡(jiǎn)單數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)[J].武漢工學(xué)院學(xué)報(bào),2003(4):1-2.[2]閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社,2003.[3]石大慶.一種數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù),2012(1):179.[4]瞿貴榮.LED數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)、特性及應(yīng)用[J].家庭電子,1997,(9):45-46.[5]陳明熒.89C51單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)教材[M].北京:清華大學(xué)出版社,2004.[6]李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2011.[7]李海玲,王航宇.基于AT89C51&DS18B20的數(shù)字溫度計(jì)設(shè)計(jì)[J].國(guó)外電子元器件,2008(11):82-84.[8]趙偉軍.Protel99SE教程[M].北京:人民郵電出版社,2004.[9]樓然苗.51系列單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2014.[10]李朝青,劉艷玲.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2010.[11]W.Wojciak,NAPIERALSKIA.AnanalonguehumidsensorintegratedintheCOMOStechnology[J].In:Proc.THERMINIC’95Workshop.France:Grenoble.195.15(28):25-26.[12]ARABIK,KAMINSKAB.B