单片机课程设计热敏电阻测温电路设计课案.docx
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单片机课程设计热敏电阻测温电路设计课案
单片机课程设计
课程题目：
热敏电阻测温电路的设计
院系：
机电汽车工程学院
班级：
机101-4
学生姓名：
学号：
小组成员：
指导教师：
姜风国
一、设计目的、要求及方案选择-----------------------------------------------------
（2）
1、设计要求---------------------------------------------------------------------------
（2）
2、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---------------------------（7）
2-1、MF58热敏电阻的介绍---------------------------------------------------（7）
2-2、温度测量电路的设计----------------------------------------------------（8）
3、AD转换器工作原理---------------------------------------------------------------（10）
3-1、ADC0809简介----------------------------------------------------------------（10）
3-2、基于AD0809的数模转换电路--------------------------------------------（11）
4、LED数码管显示电路的设计---------------------------------------------------（12）
4-1、显示电路驱动系统的设计------------------------------------------------（12）
4-2、数码管显示的原理--------------------------------------------------------（12）
4-3、显示电路的原理图---------------------------------------------------------（14）
三、电路整体结构设计及软件设计-------------------------------------------------（15）
1、电路整体结构设计----------------------------------------------------------------（15）
2、软件设计----------------------------------------------------------------------------（15）
四、结论---------------------------------------------------------------------------------（16）
五、参考文献---------------------------------------------------------------------------（17）
六、附页----------------------------------------------------------------------------------（17）
一、设计要求及方案选择
1、设计要求
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
2、设计方案的选择
本文设计一个采用热敏电阻为敏感元件的温度测量显示系统，温度显示范围为0-100
，显示分辨率0.1
。
包含温度传感器，AD转换器，51系列单片机，LED数码显示管四部分。
并利用C51高级语言编写，实现热敏电阻测温显示系统。
二、硬件系统各模块电路的设计
1、单片机系统的设计
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。
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。
1-2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。
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。
2-2温度测量电路的设计
原理图：
各元器件介绍：
RV1为170－精度为1％的MF58NTC热敏电阻
R2、R3、R5、R10为10K的普通电阻
C4为1μf的瓷介电容
R4、R6、R7、R11为1K的普通电阻
R8为470K的普通电阻
其工作原理为：
（1）电压跟随器右端输出2.5伏电压为电桥提供稳定的电压。
（2）根据电桥的工作原理，电桥输出的差模电压为U=（2.5*RV1/1K）1/4。
（3）查分运算放大器的增益A=R8/R5=47。
（4）所以RV1与测量电路输出电压U。
的关系为RV1=U。
*43，进而可根据温度和电阻的关系求得温度。
3、AD转换器工作原理
3-1ADC0809简介
本设计中才用型号为ADC0809的A/D转换器.ADC0809对输入模拟量要求：
信号单极性，电压范围是0－5V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。
本电路设计直接采用0-5V的输出电压即可满足电路需求，AD0809芯片图如图2所示：
图2AD0809芯片
（1）ADC0809的转换参数为D=（Vin/5）*255。
故Vin=（D/255）*5。
Vin即测量电路的输出电压。
3-2基于AD0809的数模转换电路
本设计中试验箱内部基于AD0809的模数转换电路图，如图3所示
图3模数转换电路图
如图3所示，实验只有IN0和IN1两个输入端口，输出端口地址取决于片选A/D_CS所接片选端得段地址，片选将于第四章讲述。
ADC0809是8位逐次逼近型A/D转换器。
它由一个8路模拟开关、一个地址锁存译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。
多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。
三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。
4、LED数码管显示电路的设计
4-1LED数码管原理：
LED数码管是由发光二极管作为显示字段的数码型显示器件。
下图为0.5英尺LED数码管的外形和引脚图，其中七只发光二极管分别对应a～g笔段构成“
”字形另一只发光二极管dp作为小数点。
因此这种LED显示器称为七段数码管或八段数码管。
LED数码管
LED数码管按电路中的连接方式可以分为共阴极和共阳极两大类，如上图。
共阳型是将各段发光二极管的正极连在一起，作为公共端COM，公共端COM接高电平，a～g、dp各笔段通过限流电阻接控制端。
某笔段控制端低电平时，该笔段发光，高电平时不发光。
控制这几段笔段发光，就能显示出某个数码或字符。
共阴型是将各数码发光二极管的负极连在一起，作为公共端COM接地，某笔段通过限流电阻接高电平时发光。
LED数码管按其外形尺寸有多种形式，使用较多的是0.5英寸和0.8英寸；按显示颜色也有多种形式，主要有红色和绿色；按亮度强弱可分为高亮和普亮，指通过同样的电流显示亮度不一样，这是因发光二极管的材料不一样而引起的。
LED数码管的使用与发光二极管相同，根据其材料不同正向压降一般为1.5～2V额定电流为10mA，最大电流为40mA。
静态显示时取10mA为宜，动态扫描显示可加大，加大脉冲电流，但一般不超过40mA。
4-2LED数码管编码方式
当LED数码管与单片机相连时，一般将LED数码管的各笔段引脚a、b、…、g、dp按某一顺序接到MCS－51型单片机某一个并行I/O口D0、D1、…、D7，当该I/O口输出某一特定数据时，就能使LED数码管显示出某个字符。
例如要使共阳极LED数码管显示“0”，则a、b、c、d、e、f各笔段引脚为低电平，g和dp为高电平，如下表。
共阳极LED数码管显示数字“0”时各管段编码
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
字段码
显示数
dp
g
f
e
d
c
b
a
1
1
0
0
0
0
0
0
C0H
0
C0H称为共阳极LED数码管显示“0”的字段码，不计小数点的字段码称为七段码，包括小数点的字段称为八段码。
LED数码管编码方式有多种，按小数点计否可分为七段码和八段码；按共阴共阳可分为共阴字段码和共阳字段码，不计小数点的共阴字段码与共阳字段码互为反码；按a、b、…、g、dp编码顺序是高位在前，还是低位在前，又可分为顺序字段码和逆序字段码。
甚至在某些特殊情况下将a、b、…、g、dp顺序打乱编码。
下表为共阴极和共阳极LED数码管几种八段编码表。
共阴极和共阳极LED数码管几种八段编码
共阴顺序小数点暗
共阴逆序小数点暗
共阳顺序
小数点亮
共阳顺序
小数点暗
dpgfedcba
16进制
abcdefgdp
16进制
0
00111111
3FH
11111100
FCH
40H
C0H
1
00000110
06H
01100000
60H
79H
F9H
2
01011011
5BH
11011010
DAH
24H
A4H
3
01001111
4FH
11110010
F2H
30H
B0H
4
01100110
66H
01100110
66H
19H
99H
5
01101101
6DH
10110110
B6H
12H
92H
6
01111101
7DH
10111110
BEH
02H
82H
7
00000111
07H
11100000
E0H
78H
F8H
8
01111111
7FH
11111110
FEH
00H
80H
9
01101111
6FH
11110110
F6H
10H
90H
4-3显示电路的原理图
显示电路原理图
三、电路整体结构设计及软件设计
1、电路整体结构设计
由于本课程设计中，受到WAVE2000实验箱的限制，电路整体结构如下：
2、软件设计
本课程设计采用的为汇编语言。
整体设计思路为：
开始—初始化程序—AD转换—数值转换—数码显示
模数转换子程序流程图如图所示。
数码显示子程序流程图如图所示。
四：
结论
本设计中，是以温度采集及检测为总目标，以AT89C51单片机最小应用系统为总控制中心，辅助设计有温度采样电路、驱动显示单元等。
单片机开发过程是一个非常严谨，复杂，科学，周密和细致，及技术性和综合性都相当高的过程，它要求你必须具备相当扎实的专业基础和理论知识，较强的实践专业操作技能。
能以细致和科学的头脑去考察、分析和解决问题。
同时在设计中必须要有足够的耐心，持之以恒的毅力，坚强的意志以及实事求是，一丝不苟的精神，才能开发出理想的设计出来。
在设计过程中，遇到了许多问题，如设计初始阶段目的不明，思绪混乱，经过认真思考和老师的指导，才使自己思路明确，抓住重点，不懂就问，在规定的时间内系统有序的完成。
温度检测是工业过程控制中一个重要参数，了解到温度检测的重要性，使自己在设计过程中，更加有兴趣和动力，在软件设计方面，遇到了一些实际问题，不过，在老师的指导和同学的帮助下都能一一解决，使自己学到了许多新的知识。
从本设计的资料收集和方案论证到方案设计、修改和最后的完成，得到了老师和同学的指导和帮助，才使本设计顺利完成。
在此表示衷心感谢！
五、参考文献
[1]中国期刊全文数据库:
[2]
[3]
[4]查电子元器件资料:
[5]汪贵平李登峰等编著《新编单片机原理及应用》,机械工业出版社
[6]李隆宝.实用电子器件和电路简明手册[M].北京:
电子工业出版社，1991.
[7]康华光，电子技术基础数字部分（第四版）[M].北京:
高等教育出版社，1987
[8]付家才等主编《单片机控制工程实践技术》,化学工业出版社
六、附页
1、程序清单
/***************writer:
shopping.w******************/
#include
#defineuintunsignedint
#defineucharunsignedchar
ucharcodeLEDData[]=
{
0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f
};
sbitOE=P1^0;
sbitEOC=P1^1;
sbitST=P1^2;
sbitCLK=P1^3;
voidDelayMS（uintms）
{
uchari;
while（ms--）
{
for（i=0;i<120;i++）;
}
}
voidDisplay_Result（uchard）
{
P2=0xf7;
P0=LEDData[d%10];
DelayMS（5）;
P2=0xfb;
P0=LEDData[d%100/10];
DelayMS（5）;
P2=0xfd;
P0=LEDData[d/100];
DelayMS（5）;
}
voidtr（floatRTemp）
{
ucharTEM;
RTemp=RTemp*0.67;
if（RTemp>167）
{TEM=0;
Display_Result（TEM）;}
else
{
if（RTemp<0.4）
{TEM=180;
Display_Result（TEM）;}
else
{
if（RTemp>=0.4&&RTemp<0.9）
{TEM=-71.4*RTemp+207;
Display_Result（TEM）;}
else
{
if（RTemp>=0.9&&RTemp<2.2）
{TEM=-22.8*RTemp+162.8;
Display_Result（TEM）;}
el
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