热敏电阻温度测量系统设计.docx
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热敏电阻温度测量系统设计
一、设计目的、要求及方案选择-----------------------------------------------------
（2）
1、设计目的---------------------------------------------------------------------------
（2）
2、设计要求---------------------------------------------------------------------------
（2）
3、设计方案的选择--------------------------------------------------------------------
（2）
二、硬件系统各模块电路的设计---------------------------------------------------（3）
1、单片机系统的设计---------------------------------------------------------------（3）
1-1、AT89C51的简介及管脚功能---------------------------------------------（3）
1-1、AT89C51的最小系统介绍-----------------------------------------------（7）
2、基于MF58的NTC热敏电阻温度测量电路设计---------------------------（11）
2-1、MF58热敏电阻的介绍---------------------------------------------------（11）
2-2、温度测量电路的设计----------------------------------------------------（18）
3、LED数码管显示电路的设计---------------------------------------------------（21）
3-1、数码管显示的原理--------------------------------------------------------（21）
3-2、显示电路的原理图---------------------------------------------------------（25）
三、软件系统各模块电路的设计----------------------------------------------------（25）
1、程序设计语言的选用-------------------------------------------------------------（25）
2、软件程序的设计-------------------------------------------------------------------（26）
2-1、测量系统软件的设计------------------------------------------------------（26）
四、结论---------------------------------------------------------------------------------（28）
六、附页----------------------------------------------------------------------------------（28）
一、设计目的、要求及方案选择
1、设计目的
随着人们生活水平的提高，人们对各种测量器具的智能化、多功能化提出了更高的要求，而电子技术的飞速发展使得单片机在各种测量产品领域中的应用越来越广泛。
把以单片机为核心，开发出来的各种测量及控制系统作为测量产品的主要部分，使各种测量产品更具智能化、拥有更多功能、便于人们操作和使用，更具时代感，这是测量产品的发展方向和趋势所在。
有的测量产品要求测量温度、测量光强度、测量流量、测量速度，需要增加显示、报警和自动诊断等功能。
这就要求我们的生产具有自动控制系统，自动控制主要是由计算机的离线控制和在线控制来实现的，离线应用包括利用计算机实现对控制系统总体的分析、设计、仿真及建模等工作；在线应用就是以计算机代替常规的模拟或数字控制电路使控制系统“软化”，使计算机位于其中，并成为控制系统、测试系统及信号处理系统的一个组成部分，这类控制由于计算机要身处其中，因此对计算机有体积小、功耗低、价格低廉以及控制功能强有很高的要求，为满足这些要求，应当使用单片机。
单片机在电子产品中应用的广泛，在很多的电子产品中也用到了温度检测和温度控制，但那些温度检测与控制电路通常较复杂，成本也高，本设计提供了一种低成本的利用单片机多余I／O口实现的温度检测电路，该电路非常简单，且易于实现，并且适用于几乎所有类型的单片机。
2、设计要求
20、热敏电阻温度测量系统设计
任务要求：
a、设计基于MF58的NTC热敏电阻信号调理电路
b、设计A/D转换电路
c、设计数码管显示电路
3、设计方案的选择
本设计以AT89C51单片机系统为核心，采用热敏电阻对温度进行检测；通过电容进行充放电进行A/D转换把温度信号调解转换为电压信号，计算出电阻，与AT89C51单片机接口设置LED八段数码管实时显示温度值。
本设计包括热敏电阻选择、测量模块、数据传输模块、温度显示模块四个部分。
文中对每个部分功能、实现过程作详细介绍。
二、硬件系统各模块电路的设计
1、单片机系统的设计
F1ashAT89系列单片机是一种内部含Flash存储器的特殊单片机。
由于它内部含有大容量的Flash存储器，所以，在产品开发及生产便携式商品、手提式仪器等方面有着十分广泛的应用，也是目前取代传统的MCS-51系列单片机的主流单片机之一。
AT89系列单片机对于一般用户来说，有下列明显的优点：
①内部含有Flash存储器，在系统开发过程中很容易修改程序，可以大大缩短了系统的开发时间。
②与MCS-51系列单片机引脚兼容，可以直接进行代换。
③AT89系列并不对80C31的简单继承，功能进一步增强。
AT89系列包括两大类第一类是常规的，就是AT89C系列，这类单片机要用常规的并行方法编程，必需使用编程器编程；第二类是在系统可编程（即芯片安装到电路板上之后不用拿下来而直接往里面烧写程序）ISPFlash系列，也就是AT89S系列，这类单片机除了用常规的并行方法编程外，还可以在系统用下载线进行编程，省去价格较贵的编程器，而且可以在目标板上直接修改程序。
AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，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。
考虑到单片机的存储空间与价格，以及我对单片机的熟悉程度，课本学习的是AT89C51单片机，因此，此次设计我选用了AT89C51单片机来完成此次设计。
1-1AT89C51的简介及管脚功能
VCC：
供电电压。
GND：
接地
P0口：
P0口为一个8位漏极开路双向I/O口，每脚可吸收8个TTL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外部必须被拉高。
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4个TTL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。
作为输入时，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。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：
P3.0RXD（串行输入口）
P3.1TXD（串行输出口）
P3.2/INT0（外部中断0）
P3.3/INT1（外部中断1）
P3.4T0（定时器/计数器0外部输入）
P3.5T1（定时器/计数器1外部输入）
P3.6/WR（外部数据存储器写选通）
P3.7/RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
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。
/EA/VPP：
当/EA保持低电平时，则在此期间只外部程序存储器（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，此间访问内部程序存储器。
当PC值超过片内程序存储器空间时，则自动转向外部程序存储器的程序。
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。
石英晶体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。
1-2AT89C51的最小系统介绍
时钟电路：
单片机内部的振荡电路是一个高增益反相放大器，引线XTAL1和XTAL2分别是放大器的输入端和输出端。
单片机内部虽然有振荡电路，但要形成时钟，外部还需附加电路。
单片机的时钟产生方式有两种。
①内部时钟方式。
利用其内部的振荡电路在XTAL1和XTAL2引线上外接定时元件，内部振荡电路便产生自激振荡，用示波器可以观察到XTAL2输出的时钟信号。
②外部时钟方式。
在单片机组成的系统中，为了各单片机之间时钟信号的同步，应当引入惟一的合用外部振荡脉冲作为各单自片机的时钟。
外部时钟方式中是把外部振荡信号源直接接入XTAL1或XTAL2。
图3-1为内部时钟电路图3-2为HMOS型外部时钟电路图3-3为CHMOS型外部时钟电路
复位电路和复位状态
单片机的复位是靠外部电路实现的。
单片机工作后，只要在它的RST引线上加载10ms以上的高电平，单片机就能够有效地复位。
①复位电路。
单片机通常采用上电自动复位和按键复位两种方式。
最简单的复位电路如下图所示。
上电瞬间，RC电路充电，RST引线端出现正脉冲，只要RST端保持10ms以上的高电平，就能使单片机有效地复位。
在应用系统中，有些外围芯片也需要复位。
如果这些芯片复位端的复位电平的要求一致，则可以将复位信号与之相连。
简单的复位电路
②复位状态。
复位电路的作用是使单片机执行复位操作。
复位操作主要是把PC初始化为0000H，使单片机从程序存储器的0000H单元开始执行程序。
程序存储器的0003H单元即单片机的外部中断0的中断处理程序的入口地址。
留出的0000H～0002H3个单元地址，仅能够放置一条转移指令，因此，MCS-51单片机的主程序的第一条指令通常情况下是一条转移指令。
除PC之外，复位还对其他一些特殊功能寄存器有影响，它们的复位状态如表2-16所示。
利用它们的复位状态，可以减少应用程序中的初始化编程。
表2-16寄存器的复位状态
寄存器
复位状态
寄存器
复位状态
PC
0000H
TMOD
00H
ACC
00H
TCON
00H
PSW
00H
TL0
00H
SP
07H
TH0
00H
DPTR
0000H
TL1
00H
P0～P3
FFH
TH1
00H
IP
Xxx00000B
SCON
00H
IE
0xx00000B
PCON
0xx00000B
由表2-16可知，除SP=07H，P0～P34个锁存器均为FFH外，其他所有的寄存器均为0，很好记忆。
记住他们的复位状态，对于熟悉单片机的操作，减少应用程序中的初始化编程都是十分必要的。
单片机的复位不影响片内RAM的状态（包括通用寄存器Rn）。
P0、P1、P2、P3共有4个8位并行I/O口，它们引线为：
P0.0～P0.7、P1.0～P1.7、P2.0～P2.7、P3.0～P3.7，共32条引线。
这32条引线可以全部用做I/O线，也可将其中部分用做单片机的片外总线。
单片机最小系统图
最小系统图
2、基于MF58的NTC热敏电阻温度测量电路设计
2-1MF58热敏电阻的介绍
热敏电阻传感器是对温度敏感的电阻器的总称，是半导体测温元件。
随着外界温度的变化，其阻值会相应发生较大改变。
按温度系数分为负温度系数热敏电阻（NTC）和正温度系数热敏电阻（PTC）两大类。
NTC热敏电阻以MF为其型号，PTC热敏电阻以MZ为其型号。
热敏电阻符号如下图:
MF58测温型NTC热敏电阻，由Co、Mn、Ni等过渡金属元素的氧化物组成，经高温烧成半陶瓷，利用半导体微米的精密加工工艺，采用玻璃管封装，耐温性好，稳定性高，可靠性高。
应用：
1、家用电器，如空调机、微波炉、电风扇、电取暖炉等的温度控制与温度检测。
2、办公自动化设备，如复印机、打印机的温度检测或温度补偿
3、工业、医疗、环保、气象、食品加工设备的温度控制与检验。
4、液面指示和流量测量。
5、手机电池。
6、仪表线圈、集成电路、石英晶体振荡器和热电偶的温度补偿。
特点：
1、稳定性好，可靠性高。
2、阻值范围宽：
0.1-1000K
3、阻值精度高。
4、由于玻璃封装，可在高温和高温等恶劣环境下使用。
5、体积小、重量轻、结构坚固，便于自动化安装（在印制线路板上）。
6、热感应速度快、灵敏度高。
主要技术参数：
1、额定零功率电阻值范围（R25）:
0.1~1000KΩ
2、R25允许偏差:
±1%、±2%,±3%,±5%,±10%.
3、B值范围（B25/50℃）:
1960~4480K
4、B值允许偏差:
±0.5%,±1%,±2%.
5、耗散系数:
2mW/℃（在静止空气中）
6、热时间常数:
20S（在静止空气中）
7、工作温度范围:
-55℃~+300℃
8、额定功率:
≤50Mw
注意事项：
1、MF系列热敏电阻器是玻璃封装的，请勿剧震、碰击以防玻璃外壳破裂。
2、焊接时间控制在4S内。
3、MF系列热敏电阻器不能直接在水中或液体中使用
MF58-503-40的电阻—温度表
温度（℃）
电阻（KΩ）
电阻精度（%）
温度精度（℃）
0
13.90
14.19
14.48
2.06
-2.03
0.54
-0.53
1
13.30
13.56
13.84
2.01
-1.98
0.52
-0.52
2
12.72
12.97
13.23
1.97
-1.94
0.51
-0.50
3
12.18
12.41
12.65
1.92
-1.90
0.49
-0.49
4
11.66
11.88
12.10
1.88
-1.85
0.48
-0.47
5
11.16
11.37
11.58
1.83
-1.81
0.46
-0.46
6
10.69
10.88
11.08
1.79
-1.77
0.45
-0.44
7
10.24
10.42
10.61
1.74
-1.72
0.43
-0.43
8
9.82
9.99
10.15
1.70
-1.68
0.42
-0.42
9
9.41
9.57
9.73
1.66
-1.64
0.41
-0.40
10
9.02
9.17
9.32
1.61
-1.60
0.39
-0.39
11
8.65
8.79
8.93
1.57
-1.56
0.38
-0.38
12
8.30
8.43
8.56
1.53
-1.52
0.37
-0.36
13
7.97
8.09
8.21
1.49
-1.47
0.35
-0.35
14
7.65
7.76
7.87
1.44
-1.43
0.34
-0.34
15
7.34
7.45
7.55
1.40
-1.39
0.33
-0.33
16
7.05
7.15
7.24
1.36
-1.35
0.32
-0.31
17
6.77
6.86
6.95
1.32
-1.31
0.30
-0.30
18
6.51
6.59
6.68
1.28
-1.27
0.29
-0.29
19
6.25
6.33
6.41
1.24
-1.23
0.28
-0.28
20
6.01
6.08
6.16
1.20
-1.19
0.27
-0.27
21
5.78
5.85
5.91
1.16
-1.15
0.26
-0.26
22
5.56
5.62
5.68
1.12
-1.12
0.25
-0.25
23
5.35
5.40
5.46
1.08
-1.08
0.24
-0.24
24
5.14
5.20
5.25
1.04
-1.04
0.23
-0.23
25
4.95
5.00
5.05
1.00
-1.00
0.22
-0.22
26
4.76
4.81
4.86
1.04
-1.04
0.23
-0.23
27
4.58
4.63
4.68
1.08
-1.08
0.24
-0.24
28
4.41
4.46
4.51
1.12
-1.11
0.25
-0.25
29
4.24
4.29
4.34
1.15
-1.15
0.26
-0.26
30
4.08
4.13
4.18
1.19
-1.19
0.27
-0.27
31
3.93
3.98
4.03
1.23
-1.23
0.28
-0.28
32
3.79
3.84
3.88
1.27
-1.26
0.29
-0.29
33
3.65
3.70
3.74
1.31
-1.30
0.30
-0.30
34
3.52
3.56
3.61
1.34
-1.33
0.31
-0.31
35
3.39
3.43
3.48
1.38
-1.37
0.32
-0.32
36
3.27
3.31
3.36
1.42
-1.41
0.33
-0.33
37
3.15
3.19
3.24
1.45
-1.44
0.34
-0.34
38
3.04
3.08
3.13
1.49
-1.48
0.35
-0.35
39
2.93
2.97
3.02
1.53
-1.51
0.36
-0.36
40
2.82
2.87
2.91
1.56
-1.55
0.38
-0.37
41
2.73
2.77
2.81
1.60
-1.58
0.39
-0.38
42
2.63
2.67
2.72
1.63
-1.62
0.40
-0.39
43
2.54
2.58
2.63
1.67
-1.65
0.41
-0.40
44
2.45
2.49
2.54
1.71
-1.69
0.42
-0.42
45
2.37
2.41
2.45
1.74
-1.72
0.43
-0.43
46
2.29
2.33
2.37
1.78
-1.75
0.44
-0.44
47
2.21
2.25
2.29
1.81
-1.79
0.45
-0.45
48
2.13
2.17
2.21
1.84
-1.82
0.47
-0.46
49
2.06
2.10
2.14
1.88
-1.85
0.48
-0.47
50
1.99
2.03
2.07
1.91
-1.89
0.49
-0.48
51
1.93
1.97
2.00
1.95
-1.92
0.50
-0.50
52
1.86
1.90
1.94
1.98
-1.95
0.51
-0.51
53
1.80
1.84
1.88
2.02
-1.99
0.53
-0.52
54
1.74
1.78
1.82
2.05
-2.02
0.54
-0.53
55
1.69
1.72
1.76
2.08
-2.05
0.55
-0.54
56
1.63
1.67
1.70
2.12
-2.08
0.56
-0.55
57
1.58
1.61
1.65
2.15
-2.11
0.58
-0.57
58
1.53
1.56
1.60
2.18
-2.14
0.59
-0.58
59
1.48
1.51
1.55
2.21
-2.18
0.60
-0.59
60
1.4
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