1、信電學院電子信息工程專業CDIO二級項目項目設計說明書（2012/2013學年第二學期） 項目名稱 ： 基于熱敏電阻的數字溫度計設計 專業班級 ： 小組成員 ： 指導教師 ： 吳開興 馬永強 馬小進 劉會軍 設計周數 ： 4月8號6月15號 設計成績 ： 2011年6月15日項目分工表：目錄1 概述.22總體設計方案2 2.1設計目的.2 2.2設計任務.23系統的硬件設計及實現 3 3.1系統各模塊介紹3 3.2電路系統設計114系統軟件設計.115設計總結.186參考文獻.191、概述 隨著以知識經濟為特征的信息化時代的到來人們對儀器儀表的認識更加深入，溫度作為一個重要的物理量，是工業生產

2、過程中最普遍，最重要的工藝參數之一。隨著工業的不斷發展，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，對溫度的檢測技術的要求也越來越高，因此，溫度測量及其測量技術的研究也是一個很重要的課題。 目前溫度計種類繁多，應用范圍也比較廣泛，大致可以包括以下幾種方法： 1)利用物體熱脹冷縮原理制成的溫度計  2)利用熱電效應技術制成的溫度檢測元件 3)利用熱阻效應技術制成的溫度計 4)利用熱輻射原理制成的高溫計 5)利用聲學原理進行溫度測量 本系統的溫度測量采用的就是熱阻效應。溫度測量模塊主要為溫度測量電橋，當溫度發生變化時

3、，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。將輸出的微弱電壓信號通過OP07放大，將放大后的信號輸入AD轉換芯片，  進行A/D轉換后，就可以用單片機進行數據的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來。 2 總體設計方案2.1 設計目的 通過本次CDIO利用51單片機及熱敏電阻設計一個溫度采集系統，通過學過的單片機和數字電路及面向對象編程等課程的知識設計。要求的功能是能通過串口將采集的數據在顯示窗口顯示，采集的溫度達一定的精度。2.2 設計任務1、根據技術要求和現有開發環境，分析設計題目2、設計系統實現方案3、設計并繪制電路原理圖4、畫出功能模塊

4、的程序流程圖5、使用匯編語言(或C語言)編寫實現程序6、結合硬件調試、修改并完善程序；3 系統的硬件設計及實現3.1 系統各模塊介紹3.1.1 AT89C52芯片介紹（1）主要性能 ：與MCS-51單片機產品兼容、8K字節的在系統可編程Flash存儲器、一千次的擦寫周期、全靜態操作：0Hz24MHz、三級加密程序存儲器、三十二個可編程I/O口線、三個16位定時器/計數器以及八個中斷源、全雙工UART串行通道、低功耗空閑和掉電模式、掉電后中斷可喚醒、看門狗定時器、雙數據指針、掉電標識符。（2）功能特性：AT89C52是一種低功率消耗、性能較高CMOS8位微控制器，具備8K在系統可編程Flash

5、存儲器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器高技術制作，可以與工業80C51產品指令和引腳全部兼容片上。Flash能夠允許程序存儲器在系統可編程執行，亦適合于常規編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統可編程Flash，使得AT89C52為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、超有效的解決方案。AT89C52具有以下標準功能：8k字節Flash，256字節RAM，32 位I/O口線，看門狗定時器，2個數據指針，三個16位定時器/計數器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串行口，片內晶振及時鐘電路。此外，AT89C52 可降低到0Hz靜態邏輯操作，支持2種軟件可抉擇節電模式。空閑模式時，CPU

6、 不再工作，卻允許RAM、定時器/計數器、串口、中斷繼續工作。掉電保護方式下，RAM內容被保留下來，振蕩器被凍結，單片機所有工作都停止，直到下一個中斷開始或者有硬件復位為止。圖1-1 AT89C52管腳分布（3）管腳說明：VCC：供電電壓，GND：接地。 P0口：P0口作為一個8位漏級開路雙向的I/O口，每腳可以吸納8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被視為輸入高阻。P0可以用于外部程序或者數據存儲器，它可以被定義為數據或者地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口被視為為原碼輸入口，當FIASH開始校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部一定被拉高。P1口：P1口是內部提供的8位上拉電阻的

7、雙向I/O口，P1口緩沖器能收到輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，可作為輸入，其管腳被內部上拉為高電平， P1口被外部下拉為低電平的時候，將輸出電流，這是由于內部上拉的原因。在FLASH編程和校驗時，P1口被認為是第八位地址接收。 P2口：P2口是一個8位內部上拉電阻的雙向I/O口，P1口緩沖器可收到或者輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉為高電平，且作為輸入。作為輸入，P2口的管腳將被外部拉低的時侯，將輸出電流。這是由于內部上拉的原因。P2口在用于外部程序存儲器或者是16位地址外部數據存儲器進行操作時，P2口輸出地址作為高八位。在給出地址“1”時，它有內部上拉的

8、優點，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫操作時，P2口輸出它的特殊功能寄存器上的內容。P2口在FLASH編程和校驗的時候，接收信號作為高八位地址信號和控制信號。 P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，P3口緩沖器可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，被內部上拉為高電平，并且作用于輸入。作為輸入，因為外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL），這是由于上拉的原因。 P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口。P3口管腳備選功能： P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1）P3.4

9、 T0（記時器0外部輸入）P3.5 T1（記時器1外部輸入）P3.6 /WR（外部數據存儲器寫選通）P3.7 /RD（外部數據存儲器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當訪問外部存儲空間時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節。在FLASH編程期之中，此引腳作用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以一定的頻率周期輸出正脈沖函數，此頻率為振蕩器頻率的六分之一。因此它可用于對外部輸出的脈沖或用于定時作用的目的。然而值得注意的是：每當用作外部數據存儲的時候，它將跳過一個ALE脈沖。

10、如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上復位。此時， ALE只是在執行MOVX，MOVC指令是ALE時才能夠起作用。此外，該引腳被略微拉高。若是微處理器在外部執行狀態ALE為禁止，那么置位無效。PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲空間取指期間，每個機器周期是兩次PSEN才有效。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的PSEN信號都將不能夠實現。EA/VPP：當EA保持低電平時，不管是否有內部的程序存儲空間，那么在此期間外部程序存儲空間（0000H-FFFFH）。注意當加密方式是1時，EA將內部定為RESET；當EA端保持高電平時，此間內部程序存儲空間。在FLASH編程期間，此引

11、腳也可以用作施加12V編程電源。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。（4）復位電路：MCS-52 單片機復位電路是指單片機的初始化操作。單片機啟運開始工作時，都需要先經過復位，其作用是使CPU和系統中其他配置器件處于一個確定的初始狀態，并從這個狀態開始執行命令。因而，復位是一個非常重要的操作方式。但單片機自己是不能自動執行復位的，必須配合恰當的外部電路才可以實現。復位功能：復位電路的基本功能：系統上電時提供復位功能，一直到系統電源穩定后，去除復位信號。為保險起見，電源穩定后必須經一定的延時才可以撤銷復位的信號，以防電源開關或電源

12、插頭分-合過程中導致的抖動而對復位功能產生影響。單片機的復位是由外部的復位電路來控制的。片內復位電路是通過復位引腳RST復位電路與一個斯密特觸發器相連，斯密特觸發器用來達到抑制噪聲的目的，在每個機器周期它的輸出由復位電路采樣一次。復位電路通常運用上電自動復位以及按鈕復位兩種方式。單片機復位后的狀態：單片機的復位操作使單片機達到初始化的狀態，其中包括使得程序計數器PC0000H，這說明程序從0000H地址開始運行。單片機工作后，片內RAM為任意值，運行中的復位操作不會更改片內RAM區中的數據，21個特殊功能寄存器在復位之后的數據為確定值，見表1。 值得注意的是，記住在復位后的一些特殊功能寄存器的

13、主要狀態，對于理解單片機的初態，減少相關的應用程序中的初始化是非常必要的。 說明：表中符號*為隨機狀態；表1-1 寄存器復位后狀態表特殊功能寄存器初始狀態特殊功能寄存器初始狀態ABPSWSPDPLDPHP0P3IPIE00H00H00H07H00H00HFFH*00000B0*00000BTMODTCONTH0TL0TH1TL1SBUFSCONPCON00H00H00H00H00H00H不定00H0*BPSW00H，表示選寄存器0組為工作寄存器組； SP07H，說明堆棧指針指向的是片內RAM 07H字節存儲空間，依據堆棧操作的先加后壓原則，第一個被壓入的數據寫入到08H單元中；Po-P3FFH

14、，則代表向各端口線都已經寫入1，此時，各端口的作用既可用于輸入又可用于輸出 。IP×××00000B，則表明各個中斷源是等級低的優先級； IE0××00000B，則表明各個中斷均已經被關閉；系統復位是任何微機系統執行的初始化步驟，使控制芯片整體回到默認的硬件狀態下。由RESET引腳來控制的52單片機復位，此引腳與高電平相連超過24個振蕩周期后，52單片機便可以進入芯片內部復位狀態，并且可以在此狀態下一直等待，一直至RESET引腳轉為低電平以后，才校驗EA引腳是高電平還是低電平，如果為高電平則運行芯片內部程序的代碼，若為低電平則會執行外部程序的代

15、碼。在系統復位后52單片機將一些其內部的重要寄存器設置為特定的數值，至于內部RAM的數據則保持不變。（5）晶振電路： 晶振是晶體振蕩器的簡稱，在電路方面它可以等效成一個電容和一個電阻并聯再串聯一個電容的二端口網絡，電學上這個電路有兩個諧振點，以頻率的高低分把其中較高的頻率稱為并聯諧振，較低的頻率稱為串聯諧振。AT89C52單片機內部有一個高增益反相放大器，用于構成振蕩器。引腳XTAL2和XTAL1分別是此放大器的輸出端和輸入端。作為反饋器件的片外晶體諧振器與該放大器一起構成一個自激振蕩器。電容C2和C1和外接晶體諧振器一起構成并聯諧振電路，接在放大器的反饋回路中。雖然對外接電容的值沒有非常嚴格

16、的要求，但震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩定性、起振的快速性和溫度的穩定性會由電容的大小影響。所以，此電路系統的晶體振蕩器的值為12MHz，電容的種類應盡量選擇陶瓷電容，電容值大概30F。在電路板焊接時，電容和晶體振蕩器應盡可能安裝得靠近單片機芯片，這樣做是為了減少寄生電容，更好地保證震蕩器可靠穩定地工作。負載電容值是晶振的一個重要的參數，為了得到晶振標稱的諧振頻率，我們可以選擇與負載電容值相等的并聯電容。3.1.2 ADC0804 芯片ADC0804是用CMOS集成工藝制成的逐次比較型模數轉換芯片。分辨率8位，轉換時間100s，輸入電壓范圍為05V，增加某些外部電路后，輸入模擬電壓可為 5V。該

17、芯片內有輸出數據鎖存器，當與計算機連接時，轉換電路的輸出可以直接連接在CPU數據總線上，無需附加邏輯接口電路。ADC0804芯片管腳如圖11.13.1所示引腳名稱及意義如下： 圖1-2 ADC0804芯片管腳 VIN+、VIN-：ADC0804的兩模擬信號輸出端，用以接收單極性、雙極性和差模輸入信號。 DB7DB0：A/D轉換器數據輸出端，該輸出端具有三態特性，能與微機總線相接。 AGND：模擬信號地。 DGND:數字信號地。 CLKIN:外電路提供時鐘脈沖輸入端。 CLKR:內部時鐘發生器外接電阻端，與CLKIN端配合可由芯片自身產生時鐘脈沖，其頻率 為1.1/RC。 CS：片選信號輸入端，

18、低電平有效，一旦CS有效，表明A/D轉換器被選中，可啟動工作。 WR：寫信號輸入，接收微機系統或其它數字系統控制芯片的啟動輸入端，低電平有效， 當CS、WR同時為低電平時，啟動轉換。 RD:讀信號輸入，低電平有效，當CS、RD同時為低電平時，可讀取轉換輸出數據。 INTR：轉換結束輸出信號，低電平有效。輸出低電平表示本次轉換已完成 。該信號常作為向微機系統發出的中斷請求信號。在使用時應注意以下幾點： 1.轉換時序ADC0804控制信號的時序圖如圖所示，由圖可見，各控制信號時序關系為：當CS與WR同為低電平時，A/D轉換被啟動而在WR上升沿后100s模數完成轉換，轉換結果存入數據鎖存器，同時IN

19、TR自動變為低電平，表示本次轉換已結束。如CS、RD同時來低電平，則數據鎖存器三態門打開，數字信號送出，而在RD高電平到來后三態門處于高阻狀態。 2.零點和滿刻度調節 ADC0804的零點無需調整。其中Vmax是輸入電壓的最大值，Vmin是輸入電壓的最小值。當輸入電壓與VIN+值相當時，調整VREF/2端電壓值是輸出碼為FEH或FFH。 3.參考電壓的調節在使用A/D轉換器時，為保證其轉換精度，要求輸入電壓滿量程使用，如輸入電壓動態范圍較小，則可調節參考電壓VREF，以保證小信號輸入時ADC0804芯片8位的轉換精度。 4.接地模數、數模轉換電路中要特別注意到地線的正確連接，否則干擾很嚴重，以

20、致影響轉換結果的正確性。A/D、D/A及取樣-保持芯片上都提供了獨立的模擬地（AGND）和數字地（DGND）的引腳。在線路設計中，必須將所有的器件的模擬地和數字地分別相連，然后將模擬地與數字地僅在一點上相連接。地線的正確連接方法。3.1.3 PT100熱敏電阻 pt100是鉑熱電阻，它的阻值跟溫度的變化成正比。PT100的阻值與溫度變化關系為：當PT100溫度為0時它的阻值為100歐姆，在100時它的阻值約為138.5歐姆。它的工業原理：當PT100在0攝氏度的時候他的阻值為100歐姆，它的阻值會隨著溫度上升而成勻速增長的。 金屬熱電阻的電阻值和溫度一般可以用以下的近似關系式表示，即 Rt=R

21、t01+（t-t0） 式中，Rt為溫度t時的阻值；Rt0為溫度t0（通常t0=0）時對應電阻值；為溫度系數。半導體熱敏電阻的阻值和溫度關系為 Rt=AeB/t 中Rt為溫度為t時的阻值；A、B取決于半導體材料的結構的常數。相比較而言，熱敏電阻的溫度系數更大，常溫下的電阻值更高（通常在數千歐以上），但互換性較差，非線性嚴重，測溫范圍只有-50300左右，大量用于家電和汽車用溫度檢測和控制。金屬熱電阻一般適用于-200500范圍內的溫度測量，其特點是測量準確、穩定性好、性能可靠，在程控制中的應用極其廣泛。從電阻隨溫度的變化來看，大部分金屬導體都有這個性質，但并不是都能用作測溫熱電阻，作為熱電阻的金

22、屬材料一般要求：盡可能大而且穩定的溫度系數、電阻率要大（在同樣靈敏度下減小傳感器的尺寸）、在使用的溫度范圍內具有穩定的化學物理性能、材料的復制性好、電阻值隨溫度變化要有間值函數關系（最好呈線性關系）。3.2 電路系統設計3.2.1 電路設計框圖3.2.2 系統仿真測試確定好方案后，用Protues軟件搭建好系統電路，將寫好的程序下載進仿真圖中，運行結果如圖所示 圖3-1 系統仿真圖4系統軟件設計4.1 軟件設計流程圖4.2主要程序設計#include"at89X52.h"sbit LCD_RS =P20;sbit LCD_RW =P21;sbit LCD_E =P22;sb

23、it ADC_CS =P23;sbit ADC_WR =P36;sbit ADC_RD =P37;#define LCD_DATA P0unsigned char LcdBuf110=""unsigned char code Bmp0018= 0x06,0x09,0x09,0x06,0x00,0x00,0x00,0x00, 0x06,0x09,0x10,0x10,0x10,0x09,0x06,0x00;void dellay(unsigned int h) while(h-); /0.01MSvoid WriteDataLcd(unsigned char wdata) LC

24、D_DATA=wdata; LCD_RS=1; LCD_RW=0; LCD_E=0; dellay(1000); LCD_E=1;void WriteCommandLcd(unsigned char wdata) LCD_DATA=wdata; LCD_RS=0; LCD_RW=0; LCD_E=0; dellay(1000); LCD_E=1;void lcd_init(void) LCD_DATA=0; WriteCommandLcd(0x38); dellay(1000); WriteCommandLcd(0x38); dellay(1000); WriteCommandLcd(0x01

25、); WriteCommandLcd(0x0c);void display_xy(unsigned char x,unsigned char y) if(y=1) x+=0x40; x+=0x80; WriteCommandLcd(x);void display_string(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char *s) display_xy(x,y); while(*s) WriteDataLcd(*s); s+; void Write_CGRAM(unsigned char add,unsigned char *char_num) un

26、signed i; add=add<<3; WriteCommandLcd(0x40|add+8); for(i=0;i<8;i+) WriteDataLcd(*char_num+); void delayms() int i; for(i=110;i>0;i-);void delay1s() int i,j; for(i=1000;i>0;i-); for(j=110;j>0;j-);void convert() unsigned long value; char i; unsigned long res; int temp,temp2; int w; P

27、1=0xff; ADC_RD=0; for(i=0;i<10;i+); value=P1; res=(float)(2550000+110000*value/30)/(2550-11*value/30); temp=(float)(res*10000-10000000)/3851-545; temp2 = temp; if(temp >= 0) for(i=6;temp>0;i-) LcdBuf1i=temp%10+48; temp/=10; if(temp < 0 ) w= -temp; for(i=6;w>0;i-) LcdBuf1i=w%10+48; w/=

28、10; if(i>=0&&temp<0) if(temp > -10) LcdBuf1i = '0' i-; LcdBuf1i = '-' i-; /* if(i=5) LcdBuf15 = '0' i -; LcdBuf14 = '-' i-; */ for(;i>=0;i-) LcdBuf1i=' ' for(i=0;i<5;i+) LcdBuf1i=LcdBuf1i+1; if(LcdBuf14=' ')LcdBuf14='0' L

29、cdBuf15='.' LcdBuf17=1; LcdBuf18='C' WriteCommandLcd(0x84); display_string(3,0,LcdBuf1); ADC_RD=1; ADC_WR=0; for(i=0;i<10;i+) ADC_WR=1; delayms();main() unsigned char i; lcd_init(); for(i=0;i<2;i+) Write_CGRAM(i,Bmp001i); ADC_CS=0; ADC_WR=0; for(i=0;i<10;i+); ADC_WR=1; while(1) convert(); delay1s(); 5設計總結在這次實研過程中我們根據已經掌握的理論基礎，結合實踐，經歷幾個月的努力，終于完成的單片機數字溫度計的設計，該溫度計已成功通過測試，運行良好。在整個設計過程中，我們發揮團隊精神，分工合作，充分發揮人的主觀能動性，自主學習，學到