1、课程设计说明书 第 I 页一种热敏电阻式传感器的应用设计摘 要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 ，显示分辨率为 0.1 。通过热敏电阻温度传感器、AD 模数转换器、CCLED 显示电路并利用汇编语言编写程序，最终实现温度测量系统。作为微型计算机的一个重要分支，单片机自 20 世纪 70 年代问世以来在工业控制、机电一体化、家电等领域的应用越来越普遍。单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗地、使用方便、价格低廉等一系列优点，目前已经渗入到人们工作和生活的方方面面，本文介绍了一种基于 MC51 单片机的温度测量显示系统的设计，简单地介绍了温度测
2、量显示系统的工作原理与设计方案，并详细的介绍了该系统的程序和硬件连接。该系统的核心为高性能、低成本的单片机 MC8051，它与多种产品兼容，和基于热敏电阻的温度测量电路、A/D 转换器及 LED 显示构成的温度控制系统有着良好的兼容性，系统的稳定性好，可靠性好，成本低，并能通过LED 进行显示，对系统起到实时控制作用。在对整个热敏电阻式传感器进行分析和画出总体电路图后,实验证明应用设计基本上能够符合设计要求！关键词: 热敏电阻， 单片机， A/D 转换器， 温度测量课程设计说明书 第页 目 录1 设计思路 .12 设计原理 .12.1 热敏电阻温度传感器原理 .12.2 A/D 转换器 .12
3、.2.1 A/D 转换器简介 .12.2.2 AD 模数转换器模块电路 .22.3 LED 显示器原理 .32.3.1 LED 数码显示器简介 .32.3.2 数码显示器的控制方式 .42.3.3 数码显示器显示电路 .53 硬件连接及程序设计 .63.1 硬件连接 .63.2 程序设计 .64 总电路 图 .12总结 .13致谢 .14参考文献 .15课程设计说明书 课程设计说明书 第 1 页1 设计思路首先通过热敏电阻将温度信号转换为阻值的变化，再通过温度传感器电路将阻值的变化转换为电压信号的变化。通过 A/D 模数转换器 2将得到的模拟信号转换为数字信号，并将数据存储到单片机存储单元中，
4、通过 LED 显示器 1将存储的数据显示出来。这样就实现了一个完整的温度测温系统。本次课设选用 WAVE2000 实验箱，A/D 转换器选用 ACD0809,所以整体设计如图 1 所示。图 1 整体设计框图2 设计原理2.1 热敏电阻温度传感器原理本设计采用 NTC 热敏电阻 7，温度传感器中采用电桥电路，并利用 CA3241四运算放大将电阻值转换为电压值输出,其原理如图 2 所示。 图 2 温度传感器原理图2.2 A/D 转换器2.2.1 A/D 转换器简介ADC08091由单一+5V 电源供电，片内带有锁存功能的 8 路模拟多路开关，可对 8 路 0V-5V 的输入模拟电压信号分时进行转换
5、，完成一次转换约需 100 微秒。课程设计说明书 第 2 页片内具有多路开关的地址译码器和锁存电路、高阻抗斩波器、稳定的比较器，256R 的电阻 T 型网络和树状电子开关以及逐次逼近寄存器。输出具有 TTL 三态锁存缓冲器，可直接到单片机数据总线上。ADC0809 是 28 脚双列直插式封装。引脚图如图 3 所示。图 3 ADC0809 引脚图IN7IN0模拟量输入通道ALE地址锁存允许信号，对应 ALE 上跳沿， A、B、C 地址状态送入地址锁存器中。STRAT-转换启动信号。 STRAT 上升沿时，复位 ADC0809；STRAT 下降沿时启动芯片，开始进行 A/D 转换；在 A/D 转换
6、期间，STRAT 应保持低电平。有时简写为 ST。A、B、C 地址线。通道端口选择线， A 为低地址，C 为高地址，引脚图中为 ADDA，ADDB 和 ADDC。CLK时钟信号。ADC0809 的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因此有时时钟信号引脚。EOC转换结束信号。EOC=0，正在进行转换；EOC=1，转换结束。D7D0数据输出线。为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连，D0 为最低位，D7 为最高。OE-输出允许信号。用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0。 ，输出数据线呈高阻；OE=1 ，输出转换得到的数据。2.2.2 AD 模数转换器模块电路A
7、/D 转换模块是本次实验中重要的一环，它将温度测量模块的输出电压值转换课程设计说明书 第 3 页为数字量，再进一步输入单片机进行处理。A/D 转换的内部结构设计图如下图所示。实验箱只有 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， 。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
8、输出锁存器取走转换完的数据，转换电路图如图 4 所示。图 4 AD 转换电路图2.3 LED 显示器原理2.3.1 LED 数码显示器简介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 2 个 8 数码管字样了。其原理图如图 5 所示课程设计说明书 第 4 页图 5 LED 数码管原理图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，
9、g 段不亮，即a、b、c、d、e 、f 段加高电平 1，g 段加低电平 0。7 段 LED 显示器显示的数字、字符和对应的字型码如表 1 所示，本设计采用共阴极表 1 LED 显示器显示的数字、字符字型码显示数字 1 2 3 4共阴极字符码 06H 5BH 4FH 66H显示数字 5 6 7 8共阴极字符码 6DH 7DH 07H 7FH显示数字 9 0 A B共阴极字符码 6FH 3FH 77H 7CH显示数字 C D E F共阴极字符码 39H 5EH 79H 71H2.3.2 数码显示器的控制方式（1）静态显示当显示器显示某一个字符时，相应的发光二极管恒定的地导通或截止。例如，7 段 L
10、ED 显示器 6显示数字 0 时，a 、b、c、d、e、 f 段恒定导通，g 段恒定截止。这种显示方式每一位都需要一个 8 位输出口控制。静态显示主要的优点是显示稳定，在发光二极管导通电流一定的情况下显示器的亮度大，系统运行过程中，在需要更新显示内容时，CPU 才去执行显示更新子程序，这样既节约了 CPU 的时间，又提高了 CPU 的工作效率。其不足之处是占用硬件资源较多，每个 LED 数码管需要独占 8 条输出线。随着显示器位数的增加，需要的 I/O 口线也将增加。（2）动态显示当为数较多时，用静态显示所需的 I/O 口太多，不太经济，一般采用动态显示方法，即用扫描的方法一位一位轮流点亮显示
11、器的各个位，对于显示器的每一位来说，每隔一段时间点亮一次，利用人眼的视觉暂留效应可以看到整个动态显示，但必须保证扫描速度足够快，字符才不闪烁。显示器的亮度既与导通电流有关，也与课程设计说明书 第 5 页点亮时间和间隔时间的比值有关。调整电流和时间参数，可以得到亮度较高且较稳定的显示。在动态显示方式中，若显示器的位数不大于 8 位，则控制显示器各位公共极的电位使他们轮流点亮只需一个 I/O 口（称为扫描口） ；传送显示器的各位所显示的段选码也需一个 8 位 I/O 口（称为段数据口） 。由于 8031I/O 口有限，所以本次设计采用动态显示方式。2.3.3 数码显示器显示电路如下图所示，LED
12、数码管位选地址为 0X002H，本课程设计中采用的片选为CS18，因此， LED 数码管位选地址为 09002H。而关于数码管的八段二进制编码存放在 0X004H 中，即 09004H.本课程设计中不使用按键系统 4，其数码管显示电路图如图 5 所示。课程设计说明书 第 6 页图 5 数码管显示电路3 硬件连接及程序设计3.1 硬件连接实验箱 9热敏电阻输出口，接 AD0809 的 IN0 口； AD0809P 片选端接 CS0；数码管接 CS1。3.2 程序设计（1）A/D 转换器流程图如图 6 所示。 课程设计说明书 第 7 页图 6 A/D 转换器流程图（2）LED 显示器流程图如图 7 所示。
