温度传感器

1、设计目的

a) 培养理论联系实际的正确设计思想，训练综合运用已学过的理论和生产实际知识去分析和解决工程实际问题的能力。

b) 学习较复杂的电子系统设计的一般方法，了解和掌握模拟、数字电路等知识解决电子信息方面常见实际问题的能力，由学生自行设计、自行制作和自行调试。

c) 进行基本技术技能训练，如基本仪器仪表的使用，常见元器件的识别、测量、熟练运用的能力，掌握设计资料、手册、标准和规范以及使用仿真软件、实验设备进行调试和数据处理等。

d) 培养学生的创新能力。

2、设计要求

一、课程简介

温度传感器类型较多，近年来集成温度传感器被广泛应用，例如ＡＤ５９０就是一个线性度优良的电流型温度传感器。使用传感器将温度信号转换为电流信号后经放大预处理环节后将输出一个温度成比例的电压信号。

为使信号可远距离以适应测量的要求，可对信号进行Ｖ／Ｆ转换，合理选择Ｖ／Ｆ转换器，可使其输出频率正比于输入电压，此频率信号通过定时、技术方式，输出经锁存、译码、驱动即可推动数码管以数字方式显示温度。

二、设计要求与技术指标

1、主要部分采用中、大规模集成电路芯片；

2、可用于远距离温度测量；

3、整机功耗低；

4、测量范围-50°C~+128°C；

5、误差小于＜0.2℃；

6、非线性度＜0.2%；

三、设计思路

整体设计应包含温度传感器，V/F转换电路，计数寄存器。译码驱动电路，显示单元以及时基与控制逻辑等。

3、总体设计

3.1方框图总体【1】

考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容易想到的，所以可以采用一只温度传感器DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。

原理框图

温度计电路设计总体设计框图如图2-1所示，控制器采用单片机AT89S51，温度传感器采用DS18B20，用四位LED数码管以并口传送数据实现温度显示。

图2-1

说明：

⑴传感器可以采用LM 35温度传感器，电桥的输出电压作为运放构成的差动放大器双端输入信号，将信号放大后由低通滤波器将高频信号滤去。如上图所示。

⑵被测温度信号电压加于比较器（Ⅰ）与控制温度电压V

REF

进行比较，比较结果通过调温控制电路控制执行机构的相应动作，使被控系统升温或降温。

⑶当控制电路出现故障使温度失控时，使被控系统温度达到允许最高温度对应值

max

V，用声、光报警电路发出警报，值班人员将采取相应的紧急措施。

⑷开关S

1可分别闭合系统温度、控制温度电压V

REF

和报警温度电压

max

V，通过A/D转换器

将模拟量转换成数字量，显示器显示出相应的温度数值。

3.2功能模块连接简介{2}

温度传感器的接口2连接单片机P3.4，用于传送数据，接口3连接电源，接口1接地；数码管的段码输入端连接单片机的P1端口，公共端接P3.0-P3.1,单片机的P0端口接上拉电阻，时钟电路连接XTAL,复位电路连接RST。

4、单元电路设计【2】

1）、AT89S52单片机

单片机AT89S52具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。

特点如下：

与MCS-51单片机产品兼容 4K字节在系统可编程Flash存储器 1000次擦写周期全静态工作：0Hz—33MHz

32个可编程I/O口线 2个16位定时器/计数器

6个中断源全双工UART串行通道

低功耗空闲和掉电模式掉电后中断可唤醒

看门狗定时器双数据指针

灵活的ISP编程 4.0---5.5V电压工作范围

单片机AT89S52的内部结构总框图。它可以划分为CPU、存储器、并行口、串行口、定时/计数器和中断逻辑几个部分。

AT89S52外部引脚功能如图所示。

本次设计需要特别注意的几个端口：

P0口（39—32）：是一组8位漏极开路行双向I/O口，也既地址/数据总线复用口。可作为输出口使用时，每位可吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入输入端用。在访问外部数据存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash编程时，PO口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求接上拉电阻。

P3口（10—17）：是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，，P1的输入缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输出端口。作输出端口时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流。P3口除可作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能，如图所示：

EA/Vpp(31):内部和外部程序存储器选择线。EA=0时访问外部ROM 0000H—FFFFH；EA=1时，地址0000H—0FFFH空间访问内部ROM，地址1000H—FFFFH空间访问外部ROM。本次设计EA接高电平。

XTAL1（19）和XTAL2（18）：使用内部振荡电路时，用来接石英晶体和电容；使用外部时钟时，用来输入时钟脉冲。

（9）：复位信号输入端。AT89S51接能电源后，在时钟电路作用下，该脚上出RST/V

PD

，即备用电源输入端。当主电现两个机器周期以上的高电平，使内部复位。第二功能是V

PD

将为RAM提供备用电源，发保证存储在RAM 源Vcc发生故障，降低到低电平规定值时，V

PD

中的信号不丢失。

2、复位电路设计【5】

单片机系统的复位电路在这里采用的是上电+按钮复位电路形式，其中电阻R采用10K Ω的阻值，电容采用电容值为10μ的电解电容。具体连接电路如图所示：