温度测量显示电路设计

目录

第1章系统原理框图设计

1.1 设计内容

以设计为主完成一个温度范围为0-50 0C的温度测量显示电路的设计与制作。

1、主要设计内容：

（1）系统原理框图设计与分析（包括传感器的选择与确定）；

（2）系统方案设计、比较及选定（给出两种以上的方案比较）；

（3）系统原理图设计（包含测量电路、放大电路、A/D转换及显示电路等）；

（4）确定原理图中元器件参数（给出测量电路、放大电路计算公式与数据）；

2、运用protel软件绘出系统原理电路图（鼓励能完成印刷电路板图的绘制）。

1.2 原理框图设计

设计以测量显示部分电路为主，以单片机系统为核心，对单点的温度进行实时测量检测。并采用温度传感器DS18B20、op07作为信号放大器、ADC0809作为A/D转换部件，对于温度信号的采集具有大范围、高精度的特点。在功能、性能、可操作性等方面都有较大的提升，具有更高的性价比。

本系统由温度传感器DS18B20、AT89C52、LED数码管显示电路、软件构成。DS18B20输出表示摄氏温度的数字量，然后用51单片机进行数据处理、译码、显示、报警等。

系统框图如图1.2.1所示：

如图1.2.1 系统框图

第2章 方案论证及确定

2.1 系统方案的确定

方案1：采用单片机测量并控制温度。此方案硬件电路简单，但是需设计复杂的软件电路。该方案为ICL7107 A/D 转换&译码方案。常见A/D 转换器的转换方式有非积分式和积分式两类，如逐次逼近比较式A/D 转换、斜坡电压式A/D

转换等属于非积分式，其特点是转换速度快，但抗干扰能力差。电压反馈型V-F 变换、双积分式A/D 转换则属于积分式，其特点是抗干扰能力强、测量精度高，但转换速度低。工作方框图如图2.1.1图2.1.1 工作方框图

方案2：该方案以AT89C52为控制器，采用DS18B20温度传感器检测温度信号，利用红外遥控设置温度测量的上下限数值，并通过LED数码管显示。工作方框图如图2.1.2所示：

经过综合研究分析，考虑整个设计和成本，方案2成本低，测量温度方便简单，故此次数字温度计课程设计选取方案2。

2.2 显示器方案的确定

方案1：采用LCD液晶显示。液晶显示器是一种被动式的显示器，即液晶本身并不发光，而是利用液晶经过处理后能改变光线通过方向的特性，而达到白底黑字或黑底白字显示的目的。LCD液晶的像素单元是整合在同一块液晶版当中分隔出来的小方格。通过数码控制这些极小的方格进行显像。但其造价昂贵，不适合经费有限的学生使用。

方案2：采用LED数码管显示。LED数码显示中每一个像素单元就是一个发光二极管，如果是单色，一般是红色发光二级管。如果是彩色，一般是三个三原色小二极管组成的一个大二级管。这些二级管组成的矩阵由数码控制实时显示文字或者图像，造价相对低廉，而且也能达到要显示的效果。

经过综合研究分析，考虑整个设计和成本，方案2成本低。

2.3 传感器方案的确定

温度传感器：利用物质各种物理性质随温度变化的规律把温度转换为

电量的传感器。这些呈现规律性变化的物理性质主要有体。温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。

方案1：采用热电偶。热电偶有多种类型，它们覆盖非常宽的温度范围。它们的特点是：低灵敏度、低稳定性、中等精度、响应速度慢、高温下容易老化和有漂移，以及非线性。另外，热电偶需要外部参考端。该设计不能使用热电偶作为温度传感器。

方案2：采用集成温度电流传感器。如AD590，它的测温范围为-50o C~+150o C，满刻度范围误差为±0.3o C，工作电压范围4~30V。 AD590温度传感器是一种已经IC化的温度传感器,它会将温度转换为电流。AD590不能直接置于水中。这种传感器的价格比校昂贵。

方案3：采用DS18B20数字温度传感器。该产品采用美国DALLAS公司生产的 DS18B20可组网数字温度传感器芯片封装而成，具有耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面拥有很大优势，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。

经过上述三种方案的论证比较，综合考虑成本、性能等因素，最终选取方案3。

第3章系统硬件电路分析

3.1 AT89C52简介

AT89C52是一8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机（MCU）。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片ATMEL的AT89C52是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。其管脚图如图3.1。

图3.1 AT89C52管脚图

3.2 DS18B20传感器原理

3.2.1 DS18B20简介

DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚TO－92小体积封装形式；温度测量范围为－55℃～＋125℃,可编程为9位～12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625℃，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出；其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生；多个DS18B20可以并联到3根或2根线上，CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。以上特点使DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统。

3.2.2 DS18B20的内部结构

DS18B20内部结构主要由4部分组成：64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DQ为数字信号输入／输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端。ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码，每个DS18B20的