簡易數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)與制作

簡易數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)與制作一、系統(tǒng)功能原理及硬件組成該數(shù)字溫度計(jì)利用AD590集成溫度傳感器及其接口電路完成溫度的測量并轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號，經(jīng)由模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0804轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能夠處理的數(shù)字信號，然后送到單片機(jī)AT89C51中進(jìn)行處理變換，最后將溫度值顯示在D4、D3、D2、D1共４位七段碼LED顯示器上。系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)為控制核心，加上AD590測溫電路、ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、4位溫度數(shù)據(jù)顯示電路以及外圍電源、時(shí)鐘電路等組成。系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

圖1系統(tǒng)組成框圖1、AT89C51單片機(jī)Atmel公司的生產(chǎn)的AT89C51單片機(jī)是一種低功耗/低電壓、高性能的8位單片機(jī)，內(nèi)部除CPU外，還包括128字節(jié)RAM，4個(gè)8位并行I/O口，5個(gè)中斷優(yōu)先級，2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，片內(nèi)集成4K字節(jié)可改變程序Flash存儲(chǔ)器，具有低功耗，速度快，程序擦寫方便等優(yōu)點(diǎn)，完全滿足本系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要。單片機(jī)P0口作為ADC0804轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的輸入端，P2.0接ADC0804的INTR端檢測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換是否結(jié)束。P1.0～P1.3的輸出信號接到譯碼器7447上作為數(shù)碼管的顯示，P1.4～P1.7則作為４個(gè)數(shù)碼管的位選信號控制。P3口有特殊的功能，P3.6用于控制ADC0804的啟動(dòng)，P3.7用于控制讀取ADC0804的轉(zhuǎn)換結(jié)果。2、AD590溫度傳感器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。AD590測溫范圍為－55℃～＋150℃，滿足人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)和生活中的溫度范圍。AD590電源電壓可在4V～6V范圍變化，可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會(huì)被損壞。AD590產(chǎn)生的電流與絕對溫度成正比，它有非常好的線性輸出性能，溫度每增加1℃，其電流增加1μA。AD590溫度與電流的關(guān)系如下表所示：攝氏溫度AD590電流經(jīng)10KΩ電壓0℃μA2.732V10℃μA2.832V20℃μA2.932V30℃μA3.032V40℃μA3.132V50℃μA3.232V60℃μA3.332V100℃μA3.732V為了提高精度，擴(kuò)大測量范圍，在A/D轉(zhuǎn)換前還要將信號加以放大并進(jìn)行零點(diǎn)遷移，因而一個(gè)高穩(wěn)定性的、高精度的放大電路是必須的。當(dāng)溫度變化時(shí)，AD590會(huì)產(chǎn)生電流變化，當(dāng)AD590的電流通過一個(gè)10kΩ的電阻時(shí)，這個(gè)電阻上的壓降為10mV，即轉(zhuǎn)換成10mV／K，為了使此10kΩ電阻精確，可用一個(gè)9kΩ的電阻與一個(gè)2kΩ的電位器串聯(lián)，然后通過調(diào)節(jié)電位器來獲得精確的10kΩ。運(yùn)算放大器A1被接成電壓跟隨器形式，以增加信號的輸入阻抗，由運(yùn)放A2減去2.732做零位調(diào)整（即把絕對溫度轉(zhuǎn)成攝氏溫度），最后由運(yùn)放A3反相并放大５倍輸送給A/D轉(zhuǎn)換器。具體硬件連接圖如圖2所示。

圖2AD590溫度采集及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3、ADC0804模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD590測溫電路輸出的電壓信號為模擬信號，要進(jìn)行數(shù)碼顯示，還需將此信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。為此我們通過A/D轉(zhuǎn)換器ADC0804將輸入的模擬值轉(zhuǎn)換成數(shù)字值，經(jīng)AT89C51單片機(jī)處理后輸出到P1以控制溫度顯示電路。ADC0804是用CMOS集成工藝制成的逐次比較型摸數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，分辨率8位，轉(zhuǎn)換時(shí)間100μs，輸入電壓范圍為0～5V，增加某些外部電路后，輸入模擬電壓可為5V。該芯片內(nèi)有輸出數(shù)據(jù)鎖存器，當(dāng)與計(jì)算機(jī)連接時(shí)，轉(zhuǎn)換電路的輸出可以直接連接在CPU數(shù)據(jù)總線上，無須附加邏輯接口電路。具體硬件連接圖如圖2所示。4、七段碼LED溫度顯示電路由發(fā)光二極管組成的七段碼LED顯示器是單片機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品中最常用的廉價(jià)輸出設(shè)備，用于顯示各種數(shù)字和字符。該數(shù)字溫度計(jì)的溫度顯示由4位七段碼LED顯示器組成，單片機(jī)以并行通信方式從P1.0～P1.7口輸出段碼和控制信號，通過7447TTLBCD譯碼器譯碼，用4個(gè)共陽極LED動(dòng)態(tài)顯示溫度的各個(gè)數(shù)位。具體硬件連接圖如圖3所示。

圖3溫度顯示及單片機(jī)時(shí)鐘、復(fù)位電路二、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與編程該數(shù)字溫度計(jì)軟件部分用MCS-51匯編語言編程實(shí)現(xiàn)，采用模塊化程序設(shè)計(jì)思想，將軟件劃分成若干單元，主要包括主程序、十進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及調(diào)整子程序、LED數(shù)碼顯示子程序和延時(shí)子程序等。本系統(tǒng)具體匯編源程序見后附。1、系統(tǒng)主程序在主程序中，系統(tǒng)上電自動(dòng)復(fù)位以后首先設(shè)置堆棧，然后啟動(dòng)ADC0804，開始轉(zhuǎn)換AD590測溫電路輸入的電信號，待數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)束后讀入到累加器A，然后進(jìn)行十進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換調(diào)整，輸出給顯示電路。主程序流程圖如圖4所示。

圖4主程序流程圖2、十進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換調(diào)整子程序由于ADC0804轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)是二進(jìn)制數(shù)據(jù)，而七段碼LED顯示器所要顯示的數(shù)據(jù)是十進(jìn)制數(shù)據(jù)，因此需要進(jìn)行二、十進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。ADC0804輸出的最大轉(zhuǎn)換值為FFH(255)，由于運(yùn)放Ａ３放大５倍，因此本數(shù)字溫度計(jì)的最大測量溫度為5.1V/5＝1.02Ｖ，即102℃。由255*Ｘ=102，得知Ｘ＝0.4，即先乘４再除10。255*4=1020，其中高位10送高位顯示緩沖區(qū)R4，低位20送低位顯示緩沖區(qū)R5，將小數(shù)點(diǎn)設(shè)在D2位上，并將其分別顯示為1(D4)0(D3)2(D2).0(D1)℃。所以，十進(jìn)制轉(zhuǎn)換調(diào)整流程為A/D（二進(jìn)制）→十進(jìn)制→乘４→顯示。程序流程圖如圖５所示。

圖5十進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換調(diào)整子程序流程圖3、LED數(shù)碼顯示子程序十進(jìn)制轉(zhuǎn)換調(diào)整后的數(shù)據(jù)送到寄存器R5、R4中，然后通過P1口把數(shù)據(jù)輸出給D4、D3、D2、D1四個(gè)數(shù)碼顯示器中，從而最終把測得的溫度顯示出來。顯示子程序流程圖如圖６所示。

圖６