1、燕山大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 課程名稱 單片機(jī)原理及應(yīng)用 題 目 熱敏電阻測溫顯示系統(tǒng) 學(xué)院（系） 電氣工程學(xué)院 年級(jí)專業(yè) 2012級(jí) 學(xué) 號(hào) 120103020073 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 吳希軍 教師職稱 副教授 - 0 -燕山大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書燕山大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書院（系）：電氣工程學(xué)院 基層教學(xué)單位：儀器科學(xué)與工程系 學(xué) 號(hào)1 學(xué)生姓名 專業(yè)（班級(jí)）檢測1設(shè)計(jì)題目熱敏電阻測溫顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)一個(gè)采用熱敏電阻為敏感元件的溫度測量顯示系統(tǒng)，溫度顯示范圍為0-100，顯示分辨率0.1。設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)熱敏電阻檢測電路與單片機(jī)的接口電路、4位LED顯示電路；編制相應(yīng)的程序。 工作量設(shè)計(jì)的內(nèi)

2、容滿足課程設(shè)計(jì)的教學(xué)目的與要求，設(shè)計(jì)題目的難度和工作量適合學(xué)生的知識(shí)和能力狀況，工作量飽滿。工作計(jì)劃查閱資料進(jìn)行設(shè)計(jì)準(zhǔn)備、設(shè)計(jì)硬件電路、編制程序，編制程序、驗(yàn)證設(shè)計(jì)、撰寫任務(wù)書。參考資料單片微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)及其應(yīng)用 張淑清 國防工業(yè)出版社單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù) 張淑清 國防工業(yè)出版社單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)匯編指導(dǎo)教師簽字基層教學(xué)單位主任簽字說明：此表一式四份，學(xué)生、指導(dǎo)教師、基層教學(xué)單位、系部各一份。2014年 1月 2 日 摘要 如今，隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，對溫度的測量的要求也越來越高，而且測量的范圍也越來越廣，對溫度的檢測技術(shù)的要求也越來越高，因此，溫度測量及其測量技術(shù)的研究也是一個(gè)很重要的課題。本

3、文設(shè)計(jì)一個(gè)采用熱敏電阻為敏感元件的溫度測量顯示系統(tǒng)，溫度顯示范圍為0-100，顯示分辨率0.1 。包含溫度傳感器，AD轉(zhuǎn)換器，51系列單片機(jī)，LED數(shù)碼顯示管四部分。并利用匯編語言編制的程序，實(shí)現(xiàn)熱敏電阻測溫顯示系統(tǒng)。 單片微型單片機(jī)簡稱單片機(jī)，又稱微型控制器，是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支。單片機(jī)是70年代發(fā)展起來的一種大規(guī)模集成電路芯片，是CPU,RAM, ROM,I/O接口和中斷系統(tǒng)于同一硅片的器件，80年代以來，單片機(jī)發(fā)展迅速，各類新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，出現(xiàn)了很多高性能機(jī)種。本課題討論的熱敏電阻測溫顯示系統(tǒng)的核心是目前應(yīng)用極為廣泛的51系列單片機(jī)，目前溫度計(jì)種類繁多，應(yīng)用范圍也比較廣泛，大多數(shù)溫

4、度計(jì)都是利用物體熱脹冷縮原理，熱電效應(yīng)技術(shù)，利用熱阻效應(yīng)技術(shù)，熱輻射原理，聲學(xué)原理制成，從而進(jìn)行溫度的測量。本系統(tǒng)的溫度測量采用的就是熱阻效應(yīng)，測溫電橋的主要部分是熱敏電阻。熱敏電阻的主要特點(diǎn)：a，靈敏度較高，其電阻溫度系數(shù)要比金屬大10100倍以上，能檢測出來106攝氏度的溫度變化。b，工作溫度范圍寬，常溫器件適用于-55315攝氏度，高溫器件適用于高于315攝氏度，低溫器件適用于-27355攝氏度。C，體積小，能夠測量其他溫度計(jì)不能測量的空隙，d，使用方便，電阻值可以在0.1100k歐間任意選擇。e，易加工成復(fù)雜的任意形狀可以大批量生產(chǎn)，f，穩(wěn)定好，過載能力強(qiáng)。關(guān)鍵詞：溫度傳感器，熱敏電阻

5、，A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換，數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示 目錄引言························3第1章 基本原理··················41.1 總體設(shè)計(jì)思路·&

6、#183;··············41.2 傳感器電路模塊···············41.2.1 熱敏電阻簡介···············41.2.2

7、 測溫電橋和放大電路···········51.3 A/D轉(zhuǎn)換器工作原理·············51.3.1 A/D0809簡介···············51.3.2 基于A/D0809的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路&#

8、183;······61.4 AT89C51的工作原理·············71.5 LED數(shù)碼管顯示原理············71.5.1 LED數(shù)碼管簡介··········

9、83;··71.5.2 LED數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)方式···········81.5.3 LED數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路··········10第二章 電路整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)·······11 2.1 電路整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)········&

10、#183;····11 2.1 軟件設(shè)計(jì)·················11第三章 心得體會(huì)················14附錄········

11、··············15引言單片微型計(jì)算機(jī)簡稱為單片機(jī)，又稱為微型控制器，是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支。單片機(jī)是70年代中期發(fā)展起來的一種大規(guī)模集成電路芯片，是CPU、RAM、ROM、I/O接口和中斷系統(tǒng)于同一硅片的器件。80年代以來，單片機(jī)發(fā)展迅速，各類新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，出現(xiàn)了許多高性能新型機(jī)種，現(xiàn)已逐漸成為工廠自動(dòng)化和各控制領(lǐng)域的支柱產(chǎn)業(yè)之一。單片機(jī)具有體積小、重量輕、能耗省、價(jià)格低可靠性高和通用靈活等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星定向、汽車火化控制、交通自

12、動(dòng)管理等方面。單片機(jī)有兩種基本結(jié)構(gòu)形式:一種是在通用微型計(jì)算機(jī)中廣泛采用的，將程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合用一個(gè)存儲(chǔ)器空間的結(jié)構(gòu)，稱為普林斯頓結(jié)構(gòu)。另一種是將程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器截然分開，分別尋址的結(jié)構(gòu)，一般需要較大的程序存儲(chǔ)器，目前的單片機(jī)以采用程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器截然分開的結(jié)構(gòu)為多。本課題討論的熱敏電阻測溫顯示系統(tǒng)的核心是目前應(yīng)用極為廣泛的51系列單片機(jī)。第1章 基本原理1.1 總體設(shè)計(jì)思路溫度測量模塊主要為溫度測量電橋，當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，電橋失去平衡，從而在電橋輸出端有電壓輸出，但該電壓很小。經(jīng)過集成放大器放大，將放大后的信號(hào)輸入AD轉(zhuǎn)換芯片， 進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的

13、處理，在電路上，就可以將被測溫度顯示出來。1.2 傳感器電路模塊1.2.1 熱敏電阻簡介熱敏電阻是開發(fā)早，種類多，發(fā)展較成熟的敏感元器件，熱敏電阻由半導(dǎo)體陶瓷材料組成，利用的原理是溫度引起電阻的變化。若電子和空穴的濃度分別為、,遷移率分別為、，則半導(dǎo)體的電導(dǎo)為： （1）因?yàn)椤⒍际且蕾嚋囟萒的函數(shù)，所以電導(dǎo)是溫度的函數(shù)，因此可由測量電導(dǎo)而推算出溫度的高低，并能做出電阻-溫度特性曲線，這就是半導(dǎo)體熱敏電阻的工作原理。熱敏電阻包括正溫度系數(shù)（PTC）和負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻，以及臨界溫度熱敏電阻（CTR）。熱敏電阻的主要特點(diǎn)是：靈敏度高，起電阻溫度系數(shù)要比金屬大10-100倍以上，能檢測出很小

14、的溫度變化；工作溫度范圍寬，常溫器件適用于-55315；體積小，能夠測量其他溫度計(jì)無法測量的空隙，腔體及生物體內(nèi)血管的溫度；使用方便，電阻值可在0.1100間任意選擇；易加工成復(fù)雜的形狀，可大批量生產(chǎn)，穩(wěn)定性好，過載能力強(qiáng)。本課程設(shè)計(jì)中采用WAVE2000試驗(yàn)箱中的NTC熱敏電阻。1.2.2 基于熱敏電阻測溫電橋和放大電路 本課程設(shè)計(jì)中采用NTC熱敏電阻，其相關(guān)溫度傳感器電路原理圖如圖1-1所示。圖1-1 溫度傳感器原理圖溫度傳感器中采用電橋電路，并利用CA324四運(yùn)算放大將電阻值轉(zhuǎn)換為電壓值輸出。1.3 A/D轉(zhuǎn)換器工作原理1.3.1 AD0809簡介本設(shè)計(jì)中才用型號(hào)為AD0809的A/D轉(zhuǎn)

15、換器. ADC0809 對輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是05V，若信號(hào)太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。本電路設(shè)計(jì)直接采用0-5V的輸出電壓即可滿足電路需求，AD0809芯片圖如圖1-2所示：圖1-2 AD0809芯片1.3.2 基于AD0809的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路本設(shè)計(jì)中試驗(yàn)箱內(nèi)部基于AD0809的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路圖，如圖1-3所示圖1-3 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路圖如圖1-3所示，實(shí)驗(yàn)只有IN0和IN1兩個(gè)輸入端口，輸出端口地址取決于片選A/D_CS所接片選端得段地址，片選將于第四章講述。ADC0809是8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器

16、。它由一個(gè)8路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存譯碼器、一個(gè)A/D 轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D 轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE 端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)電路及接線如下圖示 ：連線連接孔1連接孔21IN0溫度傳感器輸出2AD_CSCS21.4 AT89C51的工作原理AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)

17、。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。其主要特性如下：與MCS-51 兼容 4K字節(jié)可編程FLASH存儲(chǔ)器 壽命：1000寫/擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年 全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 128×8位內(nèi)部RAM 32可編程I/O線 兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 5個(gè)中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路1.5 LED數(shù)碼管顯示原理1.5.1 LED數(shù)碼管簡介L

18、ED數(shù)碼管實(shí)際上是由七個(gè)發(fā)光管組成8字形構(gòu)成的，加上小數(shù)點(diǎn)就是8個(gè)。這些段分別由字母a,b,c,d,e,f,g,h來表示。當(dāng)數(shù)碼管特定的段加上電壓后，這些特定的段就會(huì)發(fā)亮，以形成我們眼睛看到的2個(gè)8數(shù)碼管字樣了。如：顯示一個(gè)“2”字，那么應(yīng)當(dāng)是a亮b亮g亮e亮d亮f不亮c不亮dp不亮。LED數(shù)碼管有一般亮和超亮等不同之分，也有0.5寸、1寸等不同的尺寸。小尺寸數(shù)碼管的顯示筆畫常用一個(gè)發(fā)光二極管組成，而大尺寸的數(shù)碼管由二個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管組成，一般情況下，單個(gè)發(fā)光二極管的管壓降為1.8V左右，電流不超過30mA。發(fā)光二極管的陽極連接到一起連接到電源正極的稱為共陽數(shù)碼管，發(fā)光二極管的陰極連接到一起

19、連接到電源負(fù)極的稱為共陰數(shù)碼管。常用LED數(shù)碼管顯示的數(shù)字和字符是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。本設(shè)計(jì)中為共陰極數(shù)碼管。1.5.2 LED數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)方式LED數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)位，因此根據(jù)LED數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。A、靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼二-十進(jìn)位器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O口多，如驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×8=40根

20、I/O口來驅(qū)動(dòng)，要知道一個(gè)89S51單片機(jī)可用的I/O口才32個(gè)呢。故實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了電路的復(fù)雜性。 B、動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)： 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示介面是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp "的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位元選通控制電路，位元選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對位元選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位元就顯示出字形，沒

21、有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。 透過分時(shí)輪流控制各個(gè)LED數(shù)碼管的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過程中，每位元數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極體的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示資料，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O口，而且功耗更低。 本課程設(shè)計(jì)中采用的是動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)的方法實(shí)現(xiàn)熱敏電阻測溫顯統(tǒng)。表1 數(shù)碼管顯示數(shù)字-共陰極字符碼對照表顯示數(shù)字1234共陰極字符碼06H5BH4FH66H顯示數(shù)字5678共陰極字符碼6DH7DH07H7FH顯示數(shù)

22、字90AB共陰極字符碼6FH3FH77H7CH顯示數(shù)字CDEF共陰極字符碼39H5EH79H71H1.5.3 LED數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路圖1-5 LED八段數(shù)碼管電路原理圖如圖5所示，LED數(shù)碼管位選地址為0X002H，本課程設(shè)計(jì)中采用的片選為CS1，因此，LED數(shù)碼管位選地址為09002H。片選地址于第四章講述。而關(guān)于數(shù)碼管的八段二進(jìn)制編碼存放在0X004H中，即09004H.本課程設(shè)計(jì)中不使用按鍵系統(tǒng)。第2章 電路整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)2.1 電路整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由于本課程設(shè)計(jì)中，受到WAVE2000實(shí)驗(yàn)箱的限制，電路整體結(jié)構(gòu)如下：圖2-1 整體電路結(jié)構(gòu)圖2.2 軟件設(shè)計(jì)本課程設(shè)計(jì)采用的為匯編語言。

23、整體設(shè)計(jì)思路為：開始初始化程序AD轉(zhuǎn)換數(shù)值轉(zhuǎn)換數(shù)碼顯示模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序流程圖如圖2-2所示。圖2-2 模數(shù)轉(zhuǎn)換流程圖數(shù)碼顯示子程序流程圖如圖2-3所示。圖2-3 數(shù)碼顯示流程圖表2 地址碼插孔及對應(yīng)地址范圍譯碼插孔地址范圍CS008000H08FFFHCS109000H09FFFHCS20A000H0AFFFHCS30B000H0BFFFHCS40C000H0CFFFHCS50D000H0DFFFHCS60E000H0EFFFHCS70F000H0FFFFH圖2-4 仿真電路圖仿真電路圖如上第3章 心得體會(huì) 這次課程設(shè)計(jì)將單片機(jī)與傳感器進(jìn)行了結(jié)合跟進(jìn)一步想我展示了單片機(jī)得強(qiáng)大功能此外還接觸了模數(shù)

24、轉(zhuǎn)換器件，了解了有關(guān)AD轉(zhuǎn)換的知識(shí)，同時(shí)也溫習(xí)了匯編知識(shí)。此次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)綜合了傳感器，運(yùn)算放大器等，聯(lián)系到很多方面的知識(shí)，讓我們充分聯(lián)系平時(shí)所學(xué)知識(shí)，全力以赴。它不僅是我鞏固了之前所學(xué)的知識(shí)，加深了對學(xué)過知識(shí)的印象，還使我發(fā)現(xiàn)了自己對理論知識(shí)掌握還不夠扎實(shí)，對一些知識(shí)點(diǎn)存在著錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)。為今后的學(xué)習(xí)和工作都奠定了良好的基礎(chǔ)。在完成課設(shè)的過程中，每一處都凝聚了老師和同學(xué)對我的幫助，所有的成果都是大家共同努力的成果。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了自己獨(dú)立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心。充分體會(huì)了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時(shí)的喜悅。總之這次課程設(shè)計(jì)讓我收獲很大。以后會(huì)更加

25、努力學(xué)習(xí)單片機(jī)知識(shí)參考文獻(xiàn)：單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù) 張淑清 國防工業(yè)出版社單片機(jī)及應(yīng)用 李大友 高等教育出版社單片機(jī)原理及接口技術(shù) 胡漢才 清華大學(xué)出版社附錄：#include <reg51.h>#define LEDLen 6#define LowTemp (-99) #define HighTemp 99 xdata unsigned char OUTBIT _at_ 0x9002;xdata unsigned char OUTSEG _at_ 0x9004; xdata unsigned char IN _at_ 0x9001;xdata unsigned char ADPor

26、t _at_ 0x8000;signed char CurTemp;unsigned char LEDBufLEDLen;code unsigned char LEDMAP = 0x3f, 0x06, 0x5b, 0x4f, 0x66, 0x6d, 0x7d, 0x07, 0x7f, 0x6f, 0x77, 0x7c, 0x39, 0x5e, 0x79, 0x71，0x80;void Delay(unsigned char CNT) unsigned char i; do i = 100; do while(-i); while (-CNT);void DisplayLED() unsigned char i; unsigned char Pos; unsigned char LED; Pos = 0x20; for (i = 0; i < LEDLen; i+) OUTBIT = 0; LED = LEDBufi; OUTSEG =