数字温度计毕业设计含开题报告.docx
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数字温度计毕业设计含开题报告
毕业设计（论文）开题报告
毕业设计（论文）内容与要求：
一、设计任务
设计一个数字温度计。
二、设计要求
1、基本要求
（1）测温范围-55ºC至150ºC，明亮显示。
（2）能显示出测量温度值。
（3）能够对超出最高温度进行报警。
（4）学习掌握单片机采集测控系统的设计方法。
2、发挥部分
能通过键盘改变其报警点，当超过其设置值时，就会自动报警，以达到监测的目的。
指导教师：
黄世瑜蒋丛元
毕业（设计）论文综合评定表
指导教师对毕业设计（论文）的评语：
指导教师（签名）
年月日
答辩小组对毕业设计（论文）的答辩评语：
总评成绩：
答辩小组负责人（签名）
年月日
数字温度计
摘要
本设计采用AT89S52作为处理的核心部分；用AD590作为温度传感器，把采集到的温度经放大后送到AD0809，AD0809送到AT89S52，经过AT89S52处理后送到显示器，显示器将显示采集的温度，这样就能够达到题目的要求，而且其准确性也较高，而且也可用键盘进行设置报警温度，当超过设置温度时就会报警。
关键词：
单片机、ADC0809、AD590、软件系统、硬件系统
一、方案与论证
根据数字温度计题目的要求，提出以下几种方案：
1、方案一：
采用了最简单的方式，就是将传感器输出的信号，经过D/A转换后直接显示。
2、方案二：
采用MAXIM公司生产的DS18B20来采集温度，DS18B20是采用1—wire总接口的数字温度计，测量温度范围为-55℃—+125℃，精度可达到0。
0675℃，最大转换时间为200ns。
这
器件可用一根引与处理器相连，以串行方式将数据送到处理器，经处理器处理后直接显示。
3、方案三：
采用AD590作为温度采集的传感器，经放大后，再由ADC0809送到单片机处理，最后在由显示器将温度显示出来。
4、四种方案的比较
（1）控制部分
方案二、三都采用了单片机作为控制，作为一种新型的微处理器，可以通过智能编程的方式，可以进行扩展，而且能够具有超温报警和自动控制功能。
而方案一没有采用控制，直接把温度显示出来就完了。
这样就只能完成对温度的显示。
（2）传感器部分
方案一、三的传感器可以选一样，可以选热敏电阻和其它的传感器，但我们这里选用了AD590。
方案二采用的传感器是DS18B20，这种传感器虽然硬件简单，但是成本较高。
所以没有采用这种传感器。
（3）显示部分
方案一采用的是一种将十进制转换成七段码的ADC，可以采用ICL7106来将采集到的温度进行显示，这种方案很简单，但是它的可控性很差，只能进行显示。
方案二、三都是采用了单片机在内部远算之后，才由显示部分显示出来。
（4）补充部分
在上面几种方案中，虽然它们各自有自已的优点，特别是第二种方案，它的硬件很简单，只要把程序写好，就能够运行了。
可是为了将学的知识系统的组合起来，我们选择第三种方案，
此方案不仅用到了单片机，还用到了ADC0809，以及运算放大器。
系统很容易进行扩展。
二、系统原理框图
系统原理图如下：
三、主要电路设计与计算
1、核心部分
本设计采用的处理器单片机， 单片机是早期Single Chip Microcomputer的直译，它反映了早期单片机的形态和本质。
然后，按照面向对象，突出控制功能，在片内集成了许多外围电路及外设接口，突破了传统意义上的计算机结构，发展成microcontroller的体系结构，目前国外已普遍称之为微控制器MCU（Microcontroller Unit）。
鉴于它完全作嵌入应用，故又称为嵌入式微控制器（Embedded Microcontrolle）。
大多数单片机采用哈佛（Harvard）结构体系，即数据存储空间与程序存储空间相互独立的结构体系。
它不同于一般通用计算机系统结构，即程序和数据共用一个空间的冯诺伊曼（Von Neumann）结构。
AT89S52单片机温度测控仪采用Atmel公司的AT89S52单片机，采用双列直插封装（DIP），有40个引脚。
该单片机采用Atmel公司的高密度非易失性存储技术制造，与美国Intel公司生产的MCS—51系列单片机的指令和引脚设置兼容。
其主要特征如下：
1、8位CPU
2、内置4K字节可重复编程Flash，可重复擦写1000次
3、完全定态操作：
0Hz~24Hz，可输出时钟信号
4、256B的片内数据存储器
5、32根可编程I/O线
6、3个16位定时/计数器
7、中断系统有7个中断源，可编为两个优先级
8、一个全双工可编程串行通道
（a）
2,输入电路的设计
我们在设计输入电路时,虽然传感器有很多种,但由于很多原因:
如,热敏电阻的线性不是太好,而热电偶虽有:
1）温度测范围宽;2）性能稳定,准确可靠;3）信号可以远传和记录的特点,但热电偶由于热电势小,因而灵敏度较低,而且我所要求的范围也不是太高,所以我们选择AD590温度信号的采集电路。
放大电路输入口连接温度传感器AD590的两个引脚。
AD590是一种具有良好温度特性的电压输入/电流输出型温度传感器。
可以在-55℃~150℃温度范围内正常工作。
当输入从+4V～+30V的宽范围电压时，将按1μA/℃的比例输出反映当前温度的电流信号。
如当感应温度为0℃时，输出的电流为273μA。
本设计中给AD590提供了 12V的电压，以保证其能正常工作，温度监控范围可在0℃～100℃范围内由控制部分自定义。
2.1.1 集成温度传感器AD590的简单介绍
集成温度传感器实质上是一种半导体集成电路，它是利用晶体管的b-e结压降的不饱和值VBE与热力学温度T和通过发射极电流I的下述关系实现对温度的检测：
式中，K—波尔兹常数；q—电子电荷绝对值。
集成温度传感器具有线性好、精度适中、灵敏度高、体积小、使用方便等优点，得到广泛应用。
集成温度传感器的输出形式分为电压输出和电流输出两种。
电压输出型的灵敏度一般为10mV/K，温度0℃时输出为0，温度25℃时输出2.982V。
电流输出型的灵敏度一般为1mA/K。
AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。
它的主要特性如下：
1、流过器件的电流（mA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即：
mA/K
式中：
—流过器件（AD590）的电流，单位为mA；
T—热力学温度，单位为K。
2、AD590的测温范围为-55℃～+150℃。
3、AD590的电源电压范围为4V～30V。
电源电压可在4V~6V范围变化，电流 变化1mA，相当于温度变化1K。
AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。
4、输出电阻为710MW。
5、精度高。
AD590共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在-55℃～+150℃范围内，非线性误差为0.3℃
AD590测量热力学温度、摄氏温度、两点温度差、多点最低温度、多点平均温度的具体电路，广泛应用于不同的温度控制场合。
由于AD590精度高、价格低、不需辅助电源、线性好，常用于测温和热电偶的冷端补偿。
AD590的封装形式与基本应用电路如下图:
（b）（c）
2.12放大电路的设计
在许多需要A/D转换和数字采集的单片机系统中，很多情况下，传感器输出的模拟信号都很微弱，必须通过一个模拟放大器对其进行一定倍数的放大，才能满足A/D转换器对输入信号电平的要求，这种情况下，就必须选择一种符合要求的放大器。
上图所不的电路就是我们采用的简单的放大电路,我们对这个电路进行说明.AD590的输出是电流量,为了把电流转换成电压,通常将AD590的输出电流通过1KΩ电阻,从而获得1mV的输出电压.通过对AD590的资料的分析我们知道,AD590测量的是绝对温度,绝对温度和摄氏温度之间的关系为:
K=℃+273.2
为了读出摄氏温度,必须使AD590的输出偏置为273.2mV,AD590的电流—电压转换电路和偏置电路如上图所示.与AD590串联的是一只910Ω电阻和一只100Ω的电位器,可以通过微调100Ω的电位器,将总的阻值调到1KΩ.AD590输出的1uA的电流就会在1KΩ电阻上产生1mV的输出电压.而电路的基准电压,是由AD580和一只9.1KΩ.1KΩ电阻,200Ω电位器来提供的,AD580是一个提供2.5V电压的器件,该器件的稳定性委很高,2.5V的基准由9.1KΩ.1KΩ电阻,200Ω电位器分压后,获得273.2mV的电压作为偏置电压.最后我们将放大器的放大陪数设为10倍,所以当温度每上升1℃时,放大器输出电压就会增加10mV.
3 、 A/D0809与AT89S52接口电路的设计
ADC0809是美国国家半导体公司（National Semiconduct Corporation）产品。
是逐次逼近型芯片，片内带有锁存功能的8路模拟多路开关，可对8路0~~5V的输入模拟电压信号分时进行转换，片内具有多路开关的地址译码和锁存电路、比较器、256R电阻T型网络、树状电子开关、逐次逼近寄存器SAR，控制与时序电路等。
输出具有TTL三态锁存缓冲器，可直接连到单片机数据总线。
ADC0809的分辨率为8位，单一5V供电，功耗为15mW，不必进行零点和满刻度调整，外部时钟频率范围为10KHz~~1280KHz, ADC0809和
AT89S52的硬件接口有三种方式：
查询方式，中断方式，等待延时方式。
此测量仪采用中断方式。
虽然ADC0809走过了自己的辉煌时期，已经不是目前功能最好的模数转换器件，但是他的廉价和品质在许多领域被广泛使用。
A∕D转换器ADC0809与单片机的连接如下图所示。
（d）
ADC0809的8个通道我们这里只用了一个，连接温度传感器的测量和放大电路的输出。
ADC0809的时钟由AT89S52的ALE图3.5 ADC0809与AT89S52的接口线路信号提供，根据ACD0809对工作时钟的要求和控制器对漏电和短路信号的反应速度的要求，由于ADC0809时钟频率较宽，我们这里设为600KHZ，通过74HC4040分频器10分频，这样若A∕D转换的时间为1.6us，这样的采样速度足够满足漏电和短路的保护要求。
4、显示和键盘
在单片机系统中，常用的显示器有：
发光二极管显示器，简称LED（LightEmittingDiode），液晶显示器，简称LCD（LiquidCrystalDisplay）；荧光管显示器。
近年来也开始使用简易的CRT接口，显示一些汉字及图形。
前三种显示器都有两种显示结构；段显示（7段，“米”字型等）和点阵显示（5X?
，5X8，8X8点阵等）。
而发光二极管显示又分为固定段显示和可以拼装的大型字段显示，此外还有共阳极和共阴极之分等。
三种显示器中，以荧光管显示器亮度最高，发光二极管次之，而液晶显示器最弱，为被动显示器，必须有外光源。
LED显示块是由发光二极管显示字段组成的显示器，有8字段和“米”字段之分。
显示块都有dp显示段，用于显示小数点。
7段LED的字型码，由于只有7个段发光二极管，所以字型码为一个字节。
“米”字段LED的字型码由于有15个段发光二极管，所以字型码为两个字节。
这种显示块有共阳极和共阴极两种。
共阴极LED显示块的发光二极管的阴极连接在一起，通常此公共阴极接地，当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮，相应的段被显示。
同样，共阳板LED显示块的发光二极管的阳极连接在一起，通常此公共阳极接正电压。
由N片LED显示块可拼接成N位LED显示器。
本设计是4位LED显示器的结构， N位LED显示器有N根位选线和8XN（或16XN）根段选线。
根据显示方式的不同，位选线和段
线的连接方法也各不相同。
段选线控制显示字符的字型，而位选线则控制显示位的亮、暗；
LED显示器有静态显示和动态显示两种显示方式，一是LED静态显示方式、二是动态显示。
‘
LED显示器工作于静态显示方式时，各位的共阴极（或共阳极）连接在一起并接地（或+5v），每位的段选线（a～dp）分别与一8位的锁存输出相连。
之所以称为静态显示，是由于显示器中的各位相互独立，而且各位的显示字符一经确定，相应锁存器的输出将维持不变，直到显示另一个字符为止。
也正因为如此，静态显示器的亮度都较高。
电路各位可独立显示，只要在该位的段选线上保持段选码电平，该位就能保持相应的显示字符。
由于各位分别由一个8位输出口控制段选码，故在同一时间里，每一位显示的字符可以各不相同。
这种显示方式接口，编程容易，管理也简单，付出的代价是占用口线资源较多。
而如果用“米”字段的LED显示器，则静态显示方式需要更多的硬件资源。
如果显示器位数增多，则静态显示方式更是无法适应。
因此在显示位数较多的情况下，一般都采用动态显示方式。
本设计用的是阴极驱动。
下图所示为一个四位动态态LED显示器电路。
（e）
上图采用4只三极管作为位码控制,段码由单片机P1口输出,该图能够完成4位数显示,满足了题目的要求.
本次设计采用键盘来对温度进行设置，以达到智能控制的目的。
在单片机中的键盘分为两种：
1）独立式；2）行列式。
由于这次设计只需要进行简单的修改，所以我们采用独立式的键盘，有二个按键，一个用来加值，另一个用来减。
电路如下图所示。
（f）
5、报警和控制电路
本设计的发挥部分，是加入了报警和控制，如果我们所设计的系统是监控某一设备，一当设备的温度超过我们所设定的温度值时，系统会产生报警，还要作出相应的动作来保护设备。
报警时由单片机产生一定频率的脉冲，由P3.0引脚输出，P3.0外接一只NPN的三极管来驱动杨声器发出声音，以便操作员来维护，从而达到报警的目的。
如下图（g）：
（g）（h）
利用P3.1输出高低，控制继电器的开合，实现对外部装置的控制。
现代自动控制设备中，都存在一个电子电路与电气电路的互相连接问题，一方面要使电子电路的控制信号能够控制电气电路的执行元件（电动机，电磁铁，电灯等），另一方面又要为电子线路的电气电路提供良好的电隔离，以保护电子电路和人身的安全。
电子继电器便能完成这一桥梁作用。
继电器电路中一般都要在继电器的线圈两头加一个二极管以吸收继电器线圈断电时产生的反电势，防止干扰。
电路如图（h）。
6、电源的设计
（1）
15V电源（0.7V）
15V电源电路图如图（l）。
对于滤波电容的选择，要考虑：
整流管的压降；
7815/7915最小允许压降Ud；
电网
波动10%。
从而允许纹波的峰峰值
（1-10%）-0.7-Ud-15=4.9V按近似电流放电计算，并设
（通角），则
选取滤波电容
（2）+5V电源（1A）+5V电源电路如图（m）。
允许的最小纹波峰峰值
选取滤波电容
（m）
图（l）
四、系统软件工作流程图
1、主程序流程图
（1）2、中断处理子程序流程图
（2）
3、盘处理子程序流程图（3）4、报警及控制子程序流程图（4）
五、程序
#include
#defineucharunsignedchar
uchardispcode[]={0x3f,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F};
uchartempdata[]={0,0,0,0};
uchartemp=0;
ucharsflag;
sbitP20=P2^0;
voiddisplay（）
{
uchari,j,k;
i=0x08;
for（j=4;j>0;j--）
{
P3=0x0f;
P1=dispcode[tempdata[temp]/10];
P3=i;
for（k=50;k>0;k--）;
i>>=1;
P3=0x0f;
P1=dispcode[temp%100];
}
}
voidmain（）
{
uchari,k;
TMOD=0x01;
i=（65536-1000*110592/120000）/256;
k=（65536-1000*110592/120000）%256;
TH0=i;
TL0=k;
IT0=1;
EX0=1;
EA=1;
P20=0;
display（）;
warn（）;
}
voidint0（void）interrupt0
{
uchartemp,getdata;
getdata=P0;
temp=（getdata*2500）;
temp=temp/128;
if（temp<10）
{
temp=10-temp;
sflag=1;
}
else
{
temp=temp-10;
sflag=0;
}
}
六、电路调试
1、电源调试
将+5V和±15V两个电源电路板安装后，通电测试其输出电压、负载能力和纹波大小。
2、单片机最小系统
通过调试，让其各个模块均能正常工作。
3、键盘、显示模块
编制测试程序对其进行键盘控制测试，并对键盘进行编码，对数据显示进行模拟调试，通过后将键盘输出直接控制数据显示。
4、AD传感器部分
用传感器测不同的温度，在读显示器上的值，进行调整，使最后输出的结果达到要求。
5、报警与控制部分
通过键盘设置一定的值，看当温度超过设定温度时是否会报警，以及发出相应的控制，直到能够满足题目的要求。
6、统调
将独立调节好的系统各模块连接在一起，利计算机编制程序对系统进行统调。
七、总结
参考书目：
1.黄智伟等·全国大学生电子设计竞赛训练教程电子工业出版社·北京2005
2.何立明·单片机应用系统设计系统配置与接口技术北京航空航天大学出版社·北京2005
3.高吉祥等·电子技术基础实验与课程设计（第二版）电子工业出版社北京2005
4．南建辉等•MCS-51单片机原理及应用实例清华大学出版社北京2003
5．宋文绪等•自动检测技术（第二版）高等教育出版社北京2004
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