基于热敏电阻的数字温度计设计

目录

1 课程设计的目的 (1)

2 课程设计的任务和要求 (1)

3 设计方案与论证 (1)

4 电路设计 (2)

4.1 温度测量电路 (3)

4.2 单片机最小系统 (6)

4.3 LED数码显示电路 (8)

5 系统软件设计 (9)

6 系统调试 (9)

7 总结 (11)

参考文献 (13)

附录1：总体电路原理图 (14)

附录2：元器件清单 (15)

附录3：实物图 (16)

附录4：源程序 (17)

1 课程设计的目的

（1）掌握单片机原理及应用课程所学的理论知识；

（2）了解使用单片机设计的基本思想和方法，学会科学分析和解决问题；

（3）学习单片机仿真、调试、测试、故障查找和排除的方法、技巧；

（4）培养认真严谨的工作作风和实事求是的工作态度；

（5）锻炼自己的动手动脑能力，以提高理论联系实际的能力。

2 课程设计的任务和要求

（1）采用LED数码管显示温度；

（2）测量温度范围为-10℃~110℃；

（3）测量精度误差小于0.5℃。

3 设计方案与论证

方案一：本方案主要是在温度检测部分利用了一款新型的温度检测芯片DS18B20，这个芯片大大简化了温度检测模块的设计，它无需A/D 转换，可直接将测得的温度值以二进制形式输出。该方案的原理框图如图3-1所示。

DS18B20是美国达拉斯半导体公司生产的新型温度检测器件，它是单片结构，无需外加A/D即可输出数字量，通讯采用单线制，同时该通讯线还可兼作电源线，即具有寄生电源模式。它具有体积小、精度易保证、无需标定等特点，特别适合与单片机合用构成智能温度检测及控

图3-1方案一系统框图

方案二：温度检测部分采用传统的热敏电阻，热敏电阻的阻值随环境温度变化而变化，将热敏电阻与固定电阻串联后分压，经A/D转换器将其转换为单片机可识别得二进制数字量，然后根据程序查表得到温度值，单片机主要控制LED显示器显示正确的温度值，并根据设置的上下限控制继电器动作，从而控制外部负载。该方案的原理框图如图3-2所示。

图3-2方案二系统框图

方案一与方案二的主要区别在温度检测部分，方案一主要利用DS18B20这块芯片进行温度检测，并将采集到的模拟量转换为单片机识别的二进制数。方案二是采用热敏电阻检测温度，然后利用A/D转换器将温度模拟量转换为二进制数供单片机处理。它最大的特点就是它能检测的温度范围很大，热敏电阻的性能决定了整个设计的所能检测的温度范围。方案一的温度检测范围已经由系统中的DS18B20的特性所决定，它能检测的温度范围为-55℃到120℃，其温度检测范围很宽，已能足够满足一般测量需要，方案一是利用现有的智能温度传感芯片DS18B20，无需A/D转换，直接输出数字量，从整体上来看方案二比方案一更具有实际的锻炼意义，所以本设计采用方案二。

4 电路设计

系统硬件电路主要包括3个部分：

（1）温度测量电路；（2）单片机最小系统；（3）LED数码显示电路。

4.1 温度测量电路

温度测量电路主要由ADC0809、TL431、热敏电阻和电阻组成。 TL431是一个由良好的热稳性能的三端可调分流基准电压源。它的输出电压用两个电阻就可以任意设置到 2.5V 到36V 范围内的任何值。该器件的典型动态阻抗为0.2Ω，在很多应用中可以用它代替齐纳二极管，例如数字电压表、运放电路、可调电压源、开关电源等等。在此电路中，它用于给ADC0809和热敏电阻提供可调电压。

电路中的热敏电阻作为测温元件，它是利用感温元件（导体）的电阻随温度变化的性质，将电阻的变化值用显示仪表反映出来，从而达到测温的目的。导体测温元件，它与热电阻的温阻特性刚好相反，即有很大负温度系数，也就是说温度升高时，其阻值降低。它们的关系为

011

()B T T T T R R e

-= (4-1)

式（4-1)中 R T －在温度T(K)时的电阻值； R T0：在温度T 0(K)时的电阻值； E ：自然对数的底数；

B ：与热敏电阻特性有关的系数； T ：被测温度；

T 0与热敏电阻有关的温度参数。

根据这一公式，如果能测得热敏电阻两端的电压，并知道参数T 0和B ，则可以计算出热敏电阻的环境温度，即：被测温度，就这样就把电阻随温度的变化关系转变为电压随温度变化的关系。

系统中的A/D 转换电路，负责将的温度测量电路中输出的模拟电压信号转化为可供单片机识别的数字信号。主要采用ADC0809串行模数转换器，使用开关电容逐次逼近技术完成A/D 转换过程。由于是串行输入结构，能够节省51系列单片机I/O 资源；且价格适中，分辨率

其管脚图如图

引脚功能如下。

IN0～IN7：8路模拟量输入端。

OUT1～OUT8：8位数字量输出端。

ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路。

ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。

START：A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns 宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。

EOC：A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。

OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。

CLOCK：时钟脉冲输入端。

REF（+）、REF（-）：基准电压。

VCC：电源，单一+5V。

GND：地。

ADC0809工作过程：首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动A/D转换，之后EOC 输出信号变低，指示转换正在进行。直到A/D转换完成，EOC变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。

转换数据的传送A/D转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。数据传送的关键问题是如何确认A/D转换的完成，因为只有确认完成后，才能进行传送。为此可采用下述三种方式。

（1）定时传送方式

对于一种A/D转换器来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。例如ADC0809转换时间为128μs，相当于6MHz的MCS-51单片机共64个机器周期。可据此设计一个延时子程序，A/D转换启动后即调用此子程序，延迟时间一到，转换肯定已经完成了，接着就可进行数据传送。

（2）查询方式

A/D转换芯片有表明转换完成的状态信号，例如ADC0809的EOC 端。因此可以用查询方式，测试EOC的状态，即可确认转换是否完成，并接着进行数据传送。

（3）中断方式

把表明转换完成的状态信号（EOC）作为中断请求信号，以中断方式进行数据传送。

不管使用上述哪种方式，只要一旦确定转换完成，即可通过指令进行数据传送。首先，送出出口地址，并且在信号有效时，即OE信号有