【正文】 基于 AT89C51 單片機的 簡易多種傳感器信號測試儀設(shè)計 —— AD590 溫度測試儀 摘 要 本課題主要介紹了溫度 測量 的硬件電路的設(shè)計和 相關(guān) 軟件設(shè)計。硬件電路主要包括主控制器，測溫電路和顯示電路等，控制器采用單片機 AT89C51，溫度傳感器采用美國DALLAS 半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 AD590，顯示電路采用 3 位共陽極 LED 數(shù)碼管以動態(tài)掃描法直讀顯示。系統(tǒng)程序主要包括主程序，讀出溫度子程序，溫度轉(zhuǎn)換命令子程序，計算溫度子程序，顯示數(shù)據(jù)子程序等。此外，還介紹了系統(tǒng)的 調(diào)試和性能分析。 關(guān)鍵詞： AD590、 ADC080 AT89C51 Abstract This topic mainly introduces the temperature sensor of hardware circuit design and software design of the system. Hardware circuit include Lord controller, temperature measurement circuit and display circuit by single chip microputer AT89C51, controller, the temperature sensor using the American DALLAS semiconductor pany produces the AD590, show circuit with 3 a total of anode LED digital dynamic scanning tube method to read display. Straight The system includes main program, the program read temperature procedure, the temperature conversion mand subroutine, the calculation of temperature subroutine, display data refresh procedure, etc. In addition, it introduces the system of debugging and performance analysis. Keywords: AD590, ADC0804, AT89C51 目 錄 第一章 緒論 .................................................................. 1 課題背景及意義 .........................................................1 課題應(yīng)用前景 ............................................................ 1 第二章 總體設(shè)計方案 ...................................................... 2 總體設(shè)計框圖 ..........................................................2 總體設(shè)計方案分析 ..................................................... 2 第三章 硬件設(shè)計原理 ...................................................... 3 總原理圖及工作原理分析 ............................................ 3 A D5 90 傳感器檢測電路單元 .............................................3 放大電路 .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... 5 A/ D 轉(zhuǎn)換電路單元 ....................................................... 6 C P U 主控電路單元 ...................................................... 10 顯示電路單元 ............................................................ 14 供電電源單元 ..........................................................15 第四章 軟件設(shè)計分析 ....................................................... 16 系統(tǒng)總流程圖 ............................................................ 16 4 . 2 A / D 轉(zhuǎn)換的啟動及轉(zhuǎn)換結(jié)果獲取 .................................... 19 程序流程分析 ............................................... .............19 第五章 結(jié)語 .................................................................. 21 參考文獻 ....................................................................... 21 致謝詞 ....................................................................... 22 附錄 ... .... . .. ... ... .... ... ... ... .... ... ... ... .... ... ... ... .... ... 23 南昌工程學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計 1 第一章 緒 論 一些傳感器市場比如壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳感器、水平傳感器 .稱重傳感器已表現(xiàn)出成熟市場的特征。流量傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器 .稱重傳感器的市場規(guī)模最大，分別占到整個傳感器市場的 21%、 19%和 14%。傳感器市場的主要增長來自于無線傳感器、 MEMS 傳感器、生物傳感器等新興傳感器。其中，無線傳感器在 20212021 年復(fù)合年增長率預(yù)計會超過 25%。 與傳統(tǒng)的溫度計相比，由于采用了改進型智能溫度傳感器 AD590 作為檢測元件，本數(shù)字溫度計減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的特點。 AD590 溫度計還可以在過限報警、遠距離多點測溫控制等方面進行應(yīng)用開發(fā)，具有很好的發(fā)展前景。 AD590 是一種可組網(wǎng)的高精度數(shù)字式溫度傳感器，由于其具有單總線的獨特優(yōu)點，可以使用戶輕松地組建起傳感器網(wǎng)絡(luò)，并可使多點溫度測量電路變得簡單、可靠 在該論文中，我們通過對單片機和溫度傳感器的設(shè)計，從中學(xué)到了許多有用的東西，其中我們明白了如何去設(shè)計一個產(chǎn)品，首先要有性價比、良好的適應(yīng) 性，其次要知道設(shè)計的關(guān)鍵，最后也懂得了設(shè)計與實際的聯(lián)系 溫度傳感器的應(yīng)用范圍很廣，它不僅廣泛應(yīng)用于日常生活中，而且也大量應(yīng)用于自動化和過程檢測控制系統(tǒng)。 目前，全球的傳感器市場在不斷變化的創(chuàng)新之中呈現(xiàn)出快速增長的趨勢。有關(guān)專家指出，傳感器領(lǐng)域的主要技術(shù)將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上予以延伸和提高，各國將競相加速新一代傳感器的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，競爭也將日益激烈。新技術(shù)的發(fā)展將重新定義未來的傳感器市場，比如無線傳感器、光纖傳感器、智能傳感器和金屬氧化傳感器等新型稱重傳感器的出現(xiàn)與市場份額的擴大。 第二章 總體設(shè)計方案 第二章 總體設(shè)計方案 總體設(shè)計框圖 溫度傳感器采集到的微弱電壓信號經(jīng)過濾波器放大器放大十倍后送入 A／ D 轉(zhuǎn)換器(ADC0804)的輸入端。 ADC0804 將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后傳給 AT89C51．選用 3 個共陽極 8 段數(shù)碼顯示管用于動態(tài)顯示當(dāng)前測量溫度。用單片機 至 驅(qū)動控制段碼，, 至 驅(qū)動三極管實現(xiàn)位選。驅(qū)動器 74LS244 使 LED 八段數(shù)碼管動態(tài)顯示。 圖 總體設(shè)計框圖 總體設(shè) 計方案分析 按功能要求簡易傳感器信號測試儀可以測量溫度，并在 3 位 LED 數(shù)碼管上顯示數(shù)值。測量最小分別率為 ,測量誤差約為 。 按系統(tǒng)功能實際要求，控制系統(tǒng)采用 89C51 單片機， A/D 轉(zhuǎn)換采用 ADC0804。系統(tǒng)除能確保實現(xiàn)要求的功能外，還可以方便地進行壓力測量和 A/D 的轉(zhuǎn)換量的測量、數(shù)碼顯示的功能。 傳感器 放大電路 模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0804 CPU 89C51 3 位數(shù)碼管顯示 南昌工程學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計 第三章 硬件設(shè)計原理 總原理圖及工作原理分析 簡易傳感器信號測試儀信號采集是通過溫度傳感器 AD590 將溫度的變化轉(zhuǎn)換為變化電壓，通過有源濾波器進行濾波放大，得到一 個穩(wěn)定的電壓信號，信號進過 A/D 轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理，最后通過三位數(shù)碼管顯示出來。電路原理圖如圖 所示。 圖 總電路原理圖 AD590 傳感器檢測電路單元 AD590 基本知識 AD590 的主要特性： AD590 是美國模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流傳感器 ,是一種已經(jīng) IC 化的溫度感測器 ,它會將溫度轉(zhuǎn)換為電流。其規(guī)格如下： a、 每增加 1℃ ,它會增加 1μ A輸出電流 b、 可測量范圍 55℃至 150℃ 第三章 硬件設(shè)計原理 c、 供電電壓范圍 +4V 至 +30V第三章 硬件設(shè)計原理 5 AD590 溫度與電流的關(guān)系如下表所示 攝氏溫度 AD590 電流 經(jīng) 10KΩ 電壓 0℃ uA 10℃ uA V 20℃ uA V 30℃ uA V 40℃ uA V 50℃ uA V 60℃ uA V 100℃ uA V 表 AD590 的管腳圖及元件符號如下圖所示： AD590 是電流型溫度傳感器，通過對電流的測量可得到所需要的溫度值。根據(jù)特性分擋，AD590 的后綴以 I， J， K， L， M 表示。 AD590L， AD590M 一般用于精密溫度測量電路，其電路外形如圖 1 所示，它采用金屬殼 3 腳封裝，其中 1 腳為電源正端 V＋； 2 腳為電流輸出端 I0； 3 腳為管殼，一般不用。集成溫 度傳感器的電路符號如圖 2 所示。 AD590 相當(dāng)于一個溫度控制的恒流源，輸出電流大小只與溫度有關(guān)，且與溫度成正比。只需一個精密電阻，就可以將電流（溫度）信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，總的靈敏度系數(shù)通過該電阻設(shè)定。 AD590 的 溫度系數(shù)是 1μ A/K，即溫度每增加 1K，它會增加 1μ A輸出電流。其輸出電流是以絕對溫度零度 273℃為基準(zhǔn)，每增加 1℃，它會增加 1μ A 輸出電流，因此 10℃到 100℃時 AD590 輸出電流為 263μ A 到 373μ A。 ADC0809 的輸入電壓為 05V，所以需要電流 電壓轉(zhuǎn)換電路。 的工作 原理 在被測溫度一定時， AD590 相當(dāng)于一個恒流源，把它和 5～ 30V 的直流電源相連第三章 硬件設(shè)計原理 ，并在輸出端串接一個 1kΩ 的恒值電阻，那么，此電阻上流過的電流將和被測溫度成正比，此時電阻兩端將會有 1mV／ K的電壓信號。 數(shù)字顯示溫度計的設(shè)計 AD590 具有線性優(yōu)良、性能穩(wěn)定、靈敏度高、無需補償、熱容量小、抗干擾能力強、可遠距離測溫且使用方便等優(yōu)點?？蓮V泛應(yīng)用于各種冰箱、空調(diào)器、糧倉、冰庫、工業(yè)儀器配套和各種溫度的測量和控制等領(lǐng)域。 下面給出用 AD590 構(gòu)成數(shù)字顯示溫度計的設(shè)計過程。 在設(shè)計測溫電路時， 首先應(yīng)將電流轉(zhuǎn)換成電壓。由于 AD590 為電流輸出元件，它的溫度每升高 1K，電流就增加 1μA 。當(dāng) AD590 的電流通過一個 10kΩ 的電阻時，這個電阻上的壓降為 10mV，即轉(zhuǎn)換成 10mV／ K，為了使此電阻精確（ 0． 1％），可用一個 9． 6kΩ的電阻與一個 1kΩ 電位器串聯(lián)，然后通過調(diào)節(jié)電位器來獲得精確的 10kΩ 。圖 所示是一個電流／電壓和絕對／攝氏溫標(biāo)的轉(zhuǎn)換電路，其中運算放大器 A1 被接成電壓跟隨器形式，以增加信號的輸入阻抗。而運