基于单片机的多点温度检测系统设计_毕业设计(编辑修改稿)

基于单片机的多点温度检测系统设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

执行的程序，同时在 Clock Frequency 一栏选择单片机晶振的频率为 12MHz ④ 开始仿真，点击如图 21 的 仿真按钮， Proteus 开始仿真。 其结果如图 27 所示，显示通道 3 的温度为 11℃。 图 27 仿真结果 基于 STC89C52 单片机的多点温度检测系统设计 7 第三章 系统总体方案设计 系统总体设计 方案一：利用锁存器，触发器扩展 P0 口 图 31 系统总体设计框图一 方案二：利用 8255A 扩展 I/O 口 图 32 系统总体设计框图二 基于 STC89C52 单片机的多点温度检测系统设计 8 方案原理说明 方案一如图 31 所示 ，采用单片机的 P0 口连接 ADC0809， P1 口连接按键对单片机实时控制，用 D 数据锁存器 74HC373 将 P0 口的低三位值传送给 A/D 转换器的地址选择端口，同时用两个 D 型触发器 74HC273 将 P0 口输出的值显示在 LED 上。 为了不影响相互之间的工作，选用逻辑器件或非门和或门来控制 P0 口选择哪一个器件进行读写操作。 其工作原理以 STC89C52 单片机作为主控芯片，利用热敏电阻设计成测温电路。 热敏电阻电压信号经放大电路进行放大处理后满足 A /D 转换器的要求 ，然后在 A/D 转换程序控制下经 A /D 转换器转换成数字信号。 此信号送人单片机系统，将最后的测量结果送入 L E D 数字显示模块显示温度数据。 通过按键设定温度控 制范围。 方案二如图 32 所示 ，利用 8255A 扩展单片机的 I/O 口，其工作原理大致与方案一相同，不同的是用 P2 口控制 ADC0809，测温电路测得的电压值送至 A/D 转换电路，转换后的数字量送给 8255A 的 A 口， A 口有输入锁存功能。 单片机指针转向 A 口将数字量送入单片机片内 RAM。 单片机的指针转向 B 口和 C 口，将转换后的值在 LED 显示。 总体设计方案论证 方案一采用锁存器和触发器扩展 I/O 口 ，通过逻辑器件选择相应的模块， 是简单易行的方法， 也是目前设计中主要考虑的方法 主要 存在以下 方面的缺点： ① 芯片种类多，更换复杂，且不易查找出错芯片。 ② 由于芯片多所造成连线交叉，产生干扰信号。 ③ 逻辑器件增加程序的编译难度。 ④ 器件多不易于模块调试和出错检查。 方案二主要是解决方案一所存在的问题。 既解决芯片问题又使得接线清晰。 同时预留单片机的 I/O 口，可以扩展系统的功能，方案二也是存在缺点的，如果系统实现的功能太简单，就存在浪费 I/O 资源。 不能发挥单片机 集成度高、功能强、速度快、体积小、功耗低、使用方 便、价格低廉等特点。 通过以上方案论证，方案二是最佳选择。 基于 STC89C52 单片机的多点温度检测系统设计 9 第四章 硬件电路的设计 测温电路的设计 热敏电阻的选择 热敏电阻是利用半导体的阻值随温度变化这一特性而制成的，分为 NTC（负温度系数 Negative Temperature Coefficient）热敏电阻、 PTC（正温度系数 Positive Temperature Coefficient）热敏电阻两大类 [10]。 PTC 热敏电阻的电阻值随着温度的升高而增大。 PTC 热敏电阻的制造材料是以BaTiO3 或 SrTiO3 或 PbTiO3 为主要成分的烧结体，并掺入微量的 Nb、 Ta、 Bi、 Sb、 Y、La 等氧化物进行原子价控制而使之半导体化，常将这种半导体化的 BaTiO3 等材料简称为半导（体）瓷；同时还添加增大其正电阻温度系数的 Mn、 Fe、 Cu、 Cr 氧化物，采用一般陶瓷工艺成形、高温烧结而使钛酸铂等及其固溶体半导化，从而得到正温度特性的热敏电阻材料。 PTC 热敏电阻一般用于电冰箱压缩机起动电路、彩色显像管消磁电路、电动机过流过热保护电路、限流电路及恒温控制电路等 [10]。 NTC 热敏电阻 是指电阻值随温度上升而减小，具有负温度 系数的热敏电阻现象和材料。 该材料是利用锰、铜、硅、钴、铁、镍、锌等两种或两种以上的金属氧化物进行充分混合、成型、烧结等工艺而成的半导体陶瓷，可制成具有负温度系数（ NTC）的热敏电阻．其电阻率和材料常数随材料成分比例、烧结气氛、烧结温度和结构状态不同而变化．现在还出现了以碳化硅、硒化锡、氮化钽等为代表的非氧化物系 NTC 热敏电阻材料． NTC 热敏电阻一般用于各种电子产品中作微功率测量、温度检测、温度补偿、温度控制等。 所以选用 NTC 热敏电阻是本设计的最佳温度传感元件 [10]。 NTC 热敏电阻的 电阻值和温度变化的关系 式为：   NTTBNT RR 11e x p (41) TR ：在温度 T （ K ）时的 NTC 热敏电阻阻值。 NR ：在额定温度 TN （ K ）时的 NTC 热敏电阻阻值。 T：规定温度（ K ） [ K=+T ]。 K：开尔文温度 B： NTC 热敏电阻的材料常数，又叫热敏指数。 Exp： 以自然数 e 为底的指数（ e = … ）。 关系式 (41)是经验公式，只在额定温度 TN 或额定电阻阻值 RN 的有限范围内才具有一定的精确度，因为材料常数 B 本身也是温度 T 的函数。 根据市场所供应的热敏电阻选用 LT502/3470A，  KR 525 , KB 3470 工作温度 50℃ ~125℃、稳定性好、良好的耐热循环能力、精确度达177。 ℃，适合制作高精度的温度传感器。 基于 STC89C52 单片机的多点温度检测系统设计 10 测温电路的方案论证 方案一：恒压式测温系统 恒压式测温系统框图如图 41所示，主要 由恒压源、 NTC 热敏电阻测温电桥、差分放大电路 [1]。 图 41 恒压式测温系统框图 输出端 V2 的电压为 : VRRTRTV22  (42) 当 RT 发生 R 变化时，输出电压 39。 2V 为 : VRRRT RTV 239。 2 (43) 输出端 V2 的误差 2V :    VRRRTRRT RRTVVV    2239。 222 (44) 若 ,2 RRRT  则： VRRRRV  242 (45) 当 RR =5% 时，误差 2V =%. 差分放 大电路的电压增益 VA 为：   6 54721 0 21 RRRRVV VA V (46) 若 21 RR , tRR3 ( tR 是 RT 为 0度值 )， V=5v。 输出电压 0V VRTR RTRR RAV ttV   210 (47) 基于 STC89C52 单片机的多点温度检测系统设计 11 方案二：恒流式测温系统 恒流式测温系统框图如图 42 所示，主要由恒流源、 NTC 热敏电阻 RT、取样电阻R、 A/D 转换电路构成。 该测温系统工作原理除前段从热敏电阻取压方式和 A/D 转换器获取的基准电压方式不同，其他工作的原理相同 [1]。 图 42 恒流式测温系统框图 NTC 热敏电阻输出电压 V 为： RTIV  (48) 经放大器输出的电压 0V 为： VARTIV 0 (49) 取样电阻的输出电压 refV 为： IRVref  (410) A/D 转换器输 出数字量 Code 公式为：  REFn VA INC ode /2  (411) AIN 为输入 A/D 转换器电压的模拟量。 将式（ 49）和（ 410）代入式（ 411）中得， RR T AIRI R T AC o d e VNVN  22 (412) 由式 412得知，由于采用了恒压源 I和取样电阻 R为 A/D转换器提供参考电压 refV ，与所测热敏电阻电压构成了比值测量系统，这样就消除了由于恒流飘逸给系统带来的误差，同时该系统选用了精密电阻 R 作为取样电阻，使整个系统的测量精度主要取决于 A/D转换器的分辨率。 该系统精度达 ℃ [1]。 方案论证： 两种方案比较得知：恒流式测温系统由于需要很溜源提供恒定电流且使用了精密电阻，较恒压式测温系统成本更高。 测温系统的要求温度精度为177。 1℃ ,仪用放大器的输入端采用同相放大器 ,输入阻抗高 ,可以忽略内阻的影响 ,其输出端采用差分输出 ,抑制共模信号 ,使得前向通路输出更稳定。 所以选择方案一是可行的 [1]。 基于 STC89C52 单片机的多点温度检测系统设计 12 A/D 转化电路的设计 方案论证 A/D 转换器的种类很多，就位数来说，可以分为 8 位、 10 位、 12 位和 16 位等。 位数越高其分辨率就越高，价格也就越贵。 A/D 转换器型号很多，而其转换时间和转换误差也各不相同。 方案一： 采用 逐渐逼近式 A/D 转换器： 它是一种速度快、精度较高、成本较低的直接式转换器，其转换时间在几微秒到几百微秒之间 ，常用最典型的为 ADC080 AD1674。 方案二：双积分式 A/D 转换器： 它是一种间接式的 A/D 转换器，优点是抗干扰能力强，精度比较高，缺点是数度很慢，适用于对转换 数度要求不高的系统 ，常用最典型的为 ADCEK8B、 ADCEK10B。 方案三： 采用 并行式 A/D 转换器： 它又被称为 flash（快速）型，它的转换数度很高，但它采用了很多个比较器，而 n位的转换就需要 2n1 个比较器，因此电路规模也极大，价格也很贵，只适用于视频 A/D转换器等数度特别高的领域 ，常用有 AD7846 等。 双积分型 AD 转换器若与逐次逼近型 AD 转换器相比较，因有积分器的存在，积分器的输出只对输入信号的平均值有所响应，所以，它突出优点是工作性能比较稳定且抗干扰能力强 ， 由于逐次渐进式 A/D 转换器 的转换时间多数在 10μs~100μs，而双积分式 A/D 转换器多数在 10ms 至数百毫秒之间，所以双积分式 A/D 转换器转换时间要多。 鉴于上面三种方案，在价格、转换速度等多种标准考虑下，本 次 设计选用的是逐渐逼近式 A/D 转换器 —ADC0809。 ADC0809 是 TI 公司生产的 8 位逐次逼近式模数转换器，包括一个 8 位的逼近型的ADC 部分，并提供一个 8 通道的模拟多路开关和联合寻址逻辑，为模拟通道的设计提供了很大的方便。 对于该八路通道输入信号，八位 A/D 转换器，其精度为： 8 %2  输入为 0~5V 时，分辨率为： 85 0 .0 1 9 61122FsN Vv  其中： Fsv —A/D 转换器的满量程值 N —ADC 的二进制位数 量化误差为： A D D A ～ A D D CA L E / S T A R T E O C O E D 0 ～ D 7地 址锁 存启 动 转 换 时 间 上述 ADC0809 误差和分辨率满足多点温度测量的设计要求。 基于 STC89C52 单片机的多点温度检测系统设计 13 ADC0809 芯片的引脚功能 图 43（ a） ADC0809 引脚图 ADC0809 各引脚功能如下： ① IN0～ IN7(Pin1～ Pin5， Pin26～ Pin28):8 路模拟量输入端。 ② ADDA、 ADDB、 ADDC(Pin23～ Pin25):3 位地址输入， 3 个地址输入端的不同组合选择八路模拟量输入。 ③ ALE(Pin22):地址锁存启动信号，在 ALE 的上升沿，将 A、 B、 C 上的通道地址锁存到内部的地址锁存器。 ④ D。