基于单片机的热敏电阻测温系统设计Word文件下载.docx

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温度升高，体内载流子数目增加，自然电阻值降低。

负温度系数热敏电阻类型很多，使用区分低温（-60～300℃）、中温（300～600℃）、高温（>

600℃）三种。

1.3热敏电阻的特点

1.灵敏度较高，其电阻温度系数要比金属大10～100倍以上，能检测出10-6℃的温度变化；

2.工作温度范围宽，常温器件适用于-55℃～315℃，高温器件适用温度高于315℃（目前最高可达到2000℃），低温器件适用于-273℃～55℃；

3.体积小，能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生物体内血管的温度；

4.使用方便，电阻值可在0.1～100kΩ间任意选择；

5.易加工成复杂的形状，可大批量生产；

6.稳定性好、过载能力强。

第2章单片机介绍

2.1单片机

单片机（Singlechipmicrocomputer）微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（MicrocontrollerUnit），常用英文字母的缩写MCU表示单片机，单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。

单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统。

2.2STC单片机

STC单片机的供应商是以51内核为主的系列单片机，STC单片机是宏晶生产的单时钟/机器周期的单片机，是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机的供应商，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8—12倍，内部集成MAX810专用复位电路。

4路PWM8路高速10位A、D转换，针对电机控制，强干扰场合。

2.2.1STC单片机特点

1.I/O口经过特殊处理

　　2.轻松过2KV/4KV快速脉冲干扰（EFT测试）

　　3.宽电压，不怕电源抖动

　　4.宽温度范围,-40℃～85℃

　　5.高抗静电（ESD保护）

　　6.单片机内部的时钟电路经过特殊处理

　　7.单片机内部的电源供电系统经过特殊处理

　　8.单片机内部的看门狗电路经过特殊处理

　　9.单片机内部的复位电路经过特殊处理

第3章硬件设计

3.1总设计框图

温度测量模块主要为温度测量电桥。

首先通过热敏电阻进行温度采集,然后利用模数转换器进行模数转换，再经过单片机进行处理，最后通过LED数码管显示温度。

图3-1系统总设计框图

3.2温度测量

基于热敏电阻设计的电路原理图如图3-2所示，其工作原理为：

（1）将P1.0设为低电平，P1.1、P1.2为低电平，Q1导通，J1、J2截止，使C4放电至完全,P3.2为高电平

（2）将P1.0设为高电平、P1.1为高电平，P1.2为低电平，Q1截止，J1导通，J2截止，通过R4电阻对C4充电，单片机内部计时器清零并开始计时，检测P3.2口状态，当P3.2口检测为低电平时，即C4上的电压充至完全，单片机计时器记录下从开始充电到P3.2口转变为低电平的时间TSC

（3）将P1.0设为低电平，P1.1、P1.2为低电平，Q1导通，J1、J2截止，使C4放电至完全,P3.2为高电平

（4）将P1.0设为高电平、P1.1为低电平，P1.2为高电平，Q1截止，J2导通，J1截止，通过RT电阻对C4充电，单片机内部计时器清零并开始计时，检测P3.2口状态，当P3.2口检测为低电平时，即C4上的电压充至完全，单片机计时器记录下从开始放电到P3.2口转变为低电平的时间TEC

可以得到：

TSC／R4＝TEC／RT，即RT＝TEC×

R4／TSC

通过单片机计算得到热敏电阻RT的阻值。

并通过执行程序可以得到温度值。

从上面所述可以看出，该测温电路的误差来源于这几个方面：

单片机的定时器精度、R4电阻的精度、热敏电阻RT的精度，而与单片机的输出电压值、门限电压值、电容精度无关。

因此，适当选取热敏电阻和精密电阻的精度，单片机的工作频率够高，

就可以得到较好的测温精度。

当单片机选用12MHz频率，R4、RT均为1％精度的电阻时，温度误差可以做到小于1℃。

图3-2测温电路原理图

3.2STC89C51介绍

STC89C51是一种带4K字节FLASH存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

由于将多功能8位CPU和闪速存储器组合在单个芯片中STC89C51是一种高效微控制器，STC89C2051是它的一种精简版本。

STC89C51单片机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。

外形及引脚排列如图3-3所示。

图3-3管脚图

在操作过程中，运用到几个重要的引脚接口VCC：

供电电压。

GND：

接地。

P0口：

P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。

在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须接上拉电阻。

P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。

P2口：

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。

这是由于内部上拉的缘故。

P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：

P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

RST：

复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：

当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。

在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

然而要注意的是：

每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。

如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。

此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。

另外，该引脚被略微拉高。

如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

/PSEN：

外部程序存储器的选通信号。

在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。

但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

/EA/VPP：

当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。

注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；

当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

XTAL1：

反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：

来自反向振荡器的输出。

XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。

该反向放大器可以配置为片内振荡器。

石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。

如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。

有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。

3.4LED数码管

LED数码管实际上是由七个发光管组成8字形构成的，加上小数点就是8个。

这些段分别由字母a,b,c,d,e,f,g,h来表示。

当数码管特定的段加上电压后，这些特定的段就会发亮，以形成我们眼睛看到的字样了。

LED显示器有共阴极和共阳极两种，以共阴极为例，要显示数字0，需要满足两个条件，一是公共端子COM接地，二是a、b、c、d、e、f段亮，g段不亮，即a、b、c、d、e、f段加高电平1，g段加低电平0。

例如，将KEY/LEDCS接到CS0上，则段码地址为08004H，位码地址为08002H七段数码管的字型显示表如下:

表3-1数码管字型显示

图3-4LED显示

显示过程如下：

经过单片机P0输出的八位二进制码，变换成BCD码，在数码管上显示，经过段选信号和位选信号的控制，最后在相应数码管上显示出相应的温度值。

程序框图如下：

第4章软件设计

本设计中采用的处理器是STC单片机，由此可采用面向MCS-51的程序设计语言，包括ASM51汇编语言和C51高级语言，这两种语言各有特点。

汇编语言更接近机器语言，常用来编制与系统硬件相关的程序，如访问I/O端口、中断处理程序、实时控制程序、实时通信程序等；

而数学运算程序则适合用C51高级语言编写，因为用高级语言编写运算程序可提高编程效率和应用程序的可靠性。

考虑到设计中要用到乘除运算，在智能测控装置的基本功能软件开发中，全部程序均采用C51高级语言编写

4.1程序设计

程序主要由主程序和子程序两部分构成。

1.主程序主要实现系统的初始化，温度信号采集。

系统的初始化包括寄存器的初始化（控制寄存器、堆栈、中断寄存器等），通信的初始化,LED显示的初始化，输出端口的初始化，采集、累计数据的初始化。

2.子程序主要有延时程序和显示程序等。

显示程序包括数据转换（主要实现将各类参数、测量数据、计算累计值等转换成LED显示所需的数据类型）。

4.2测量设计

在本次设计中，针对不同电阻对电容的充放电过程是测量温度的关键所在。

其原理是先让C4放电，接着通过延时电路让标准电阻对C4充电，当P3.2为0时，记录下时间TSC，接着继续使C4放电，让热敏电阻对C4充电，记录下时间TEC，最后通过得出线性插值，求出温度。

总结

通过一段时间学习，最后完成了我的设计任务——热敏电阻测温系统设计。

本次设计课不仅仅培养了我们实际操作能力，更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。

而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。

要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践，让同学们学以致用通过综合分析，找出学习中存在的不足，以便为完善学习计划，改变学习内容与方法