一种基于单片机的ad590温度测量设计与实现

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采用 AT89S51单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。单片机以其功能强、体积孝可靠性高、造价低和开发周期短等优点，单片机对温度的控制问题是-个日常生活中经常会遇到的问题。

1.1温度控制系统方案结合本设计的要求和技术指标，通过对系统大致程序的估计和系统工作速度的估计，考虑价格因素。选定 AT89S51单片机作为系统的主要控制芯片，8位模数转换 AD081M，采用 AD509进行温度采集，温度设定范围为-l0℃-45℃，通过温度采集系统，对温度进行采集并作 A/D转换，再传输给单片机。以空调机为执行器件，通过单片机程序完成对室内温度的控制。

1.2主要任务和所做的工作本论文主要是完成-种低成本、低价格、功能齐全、及温度测量、温度显示、温度控制于-体的单片机温度控制系统的理论设计。包括硬件电路和主要的软件设计。

研究的关键问题是：室温的精确测量；温度采集器AD590温度控制电路设计；单片机与 A/D转换电路、显示电路以及软件设计。

1.3主要任务和所做的工作本论文主要是完成-种低成本、低价格、功能齐全、及温度测量、温度显示、温度控制于-体的单片机温度控制系统的理论设计。包括硬件电路和主要的软件设计。

研究的关键问题是：室温的精确测量；温度采集器 AD59温度控制电路设计；单片机与 MD转换电路、显示电路以及软件设计。

根据本设计所要完成的任务本论文完成了如下工作：1.介绍了研究和设计的背景和意义，调查并综述了当前温度控系统市场的国内外现状，2.提出了符合设计要求的高精度温度控制系统方案，并阐述了其工作原理。

3.完成了硬件电路的设计，它包括温度采集系统电路；包含 AT89S5l单片机，模数转换器 ADC0804等芯片的接口电路；通过AD590实现的温度控制采集电路；键盘接口和 LED显示电路。

4.基本完成了软件部分设计，它包括主程序流程图，MD转换子程序，显示子程序，主程序。

2、系统设计方案2.1系统的主要要求(1)温度设定范围为-IOE～450(：，最小区分温度为 l℃，标定温差小于等于 1℃。

2.2温度传感的选择要求对温度和与温度有关的参量进行检测，应考虑用热电阻传感器。

按照热电阻的性质可分为半导体热电阻和金属热电阻两大类，前者通常称为热敏电阻，后者称为热电阻。

1.方案 1热敏电阻这种电阻是利用对温度敏感的半导体材料制成，其阻值随温度变化有明显的改变。负温度系数热敏电阻器通常是由锰，钴的氧化物烧制成半导体陶瓷制成。其特点是在工作温度范围内电阻阻值随温度的上升而降低∩满足40C- 90C测量范围，但热敏电阻精度、重复性、可靠性较差，不适用于检测小于 1。c的信号；而且线性度很差，不能直接用于A/D转换，应该用硬件或软件对其进行线性化补偿。

2.方案 2温度传感器铂电阻铂热电阻的物理化学性能在高温和氧化性介质中很稳定 ，他能用作工业测温元件，且此元件线性较好。在 0T：～ IO0E时最大非线性偏差小于 O.5C铂热电阻与温度的关系是，RtR0(1AtBtt)；其中Rt是温度为t摄氏度时的电阻；R0是温度为 0C时电阻；t为任意温度值，A、B为温度系数。但其成本太贵，不适合做普通设计。

3.方案3集成温度传感器如常用的AD590。ADS90是电流型温度传感器。这种器件是以电流作为输出量指示温度，其典型的电流温度敏感度是 ItA/K.它是二端器件，使用非常方便，作为-种高阻电流源，他不需要严格考虑传输线上的电压信号损失噪声干扰问题，因此特别适合作为远距测量或控制用。另外，AD590也特别适用于多点温度测量系统，而不必考虑选择开关或 CMOS多路转换开关所引起的附加电阻造成的误差。由于采用了-种独特的电路结构，并利用最新的薄膜电阻激光微调技术校准，使得AD590具有很高的精度。并且应用电路简单，便于设计。

选择方案 3：理由：电路简单稳定可靠，无需调试，与A/D连接方便。

2.3 A/D转换部分模臌转化器是-种将连续的模拟量转化成离散的数字量的-种电路或器件模拟信号转换为数字信号-般需要经过采样保持和量化编码两个过程。针对不同的采样对象，有不同的 A/D转换器 (ADC)可供选择，其中有通用的也有专用的。有些 ADC还包含有其他功能，在选择 ADC器件时需要考虑多种因素，除了关键参数、分辨率和转换速度以外，还应考虑其他因素，如静态与动态精度、数据接口类型、控制接口与定时、采样保持性能、基本要求、校准能力、通道数量、功耗、使用环境要求、封装形式以及与软件有关的问题。ADC按功能划分，可分为直接转换和非直接转换两大类 ，其中非直接转换又有逐次分级转换、积分式转换等类型。

A/D转换器在实际应用时，除了要设计适当的采样保持电路、基准电路和多路模拟开关等电路外，还应根据实际选择的具体芯片进行模拟信号极性转换等的设计。

2.4数字显示部分通常用的LED显示器有7段或 8段 米”字段之分。这种显示器有共阳极和共阴极两种。共阴极 LED显示器的发光二极管的阴极连接在-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，共阳极LED显示器的工作原理也- 样。

1)采用静态显示方式2013·01 中国电子商务 197 2)采用动态显示方式3)采用移位寄存器扩展I/O口2.5键盘输入部分常用的键盘接口分为独立式按键接口和矩阵式键盘接口。

1)方案 1采用 44矩阵键盘输入2)方案 2采用独立式按键接口3、系统硬件设计3.1系统主控电路设计1)时钟电路单片机的时钟信号用来提供单片机片内各种微操作的时间基准，时钟信号通常用两种电路形式得到：内部振荡和外部振荡。MCS-51单片机内部有-个用于构成振荡器的高增益反向放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大电器的输入端和输出端，由于采用内部方式时，电路简单，所得的时钟信号比较稳定，实际使用中常采用这种方式，如图 3-2-1所示在其外接晶体振荡张简称晶振)或陶瓷谐振器就构成了内部振荡方式，片内高增益反向放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器-起可构成-个自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。如图 3-2-1中外接晶体以及电容 c3和c4构成并联谐振电路，它们起稳定振荡频率、快速起振的作用，其值均为30P左右，晶振频率选3MHzo2)复位电路为了初始化单片机内部的某些特殊功能寄存器，必须采用复位的方式，复位后可使 CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初始状态开始正常工作。单片机的复位是靠外电路来实现的，在正常运行情况下，只要 RST引脚上出现两个机器周期时间以上的高电平，即可引起系统复位，但如果 RST引脚上持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。复位后系统将输入/输出(1/o)端口寄存器置为 FFH，堆栈指针 sP置为 07H，SBUF内置为不定值，其余的寄存器全部清0，内部 RAM的状态不受复位的影响，在系统上电时RAM的内容是不定的。

3.2温度采集电路设计ADC0804是逐次逼近型 8位 8通道 A/D模数转换器，它的主要技术指标为：8位分辨率，.4-1/2LSB的转换精度，转换时间典型值为 100US(时钟频率为 640KHZ时)，电源电压为单电源 5V。其引脚中DBO-DB7为8个数字信号输出端，Vcc电源端，GND接地端，vREF为参考电压输入端，CLK为时钟信号输入端。ADC0804的6脚为信号输入端，R7与 c5接地通过ADC0804的 19脚 (CLKR)与4脚 (CLK)向内部电路提供时钟信号。而ADC0804是逐次逼近型 8位MD模数转换器，8位 AID转换器的分辨率为 1/2560.4%。当然，A/D转换器的位数越多，分辨率越高，但成本也愈高。因此在实际电路的设计中选择 A/D转换器也不能-味强调位数。

ADC0804是用 CMOS集成工艺制成的逐次比较型摸数转换芯片。分辨率8位，转换时间 10Or，s，输入电压范围为 5v，增加某些外部电路后，输入模拟电压可为5v。该芯片内有输出数据锁存器，当与计算机连接时，转换电路的输出可以直接连接在 CPU数据总线上，无须附加逻辑接口电路。引脚名称及意义如下：ADC0804的两模拟信号输出端，用以接受单极性、双极性和差摸输入信号。A/D转换器数据输出端，该输出端具有三态特性，能与微机总线相接。AGND：模拟信号地。DGND：数字信号地。CLKIN：外电路提供时钟脉冲输入端。CLKR：内部时钟发生器外接电阻端。

3.3按键输入电路设计每个按键各接-根输入线，-根输入线上的按键工作状态不会影响其他输入线上的工作状态。软件设计采用外部中断相结合的方法来设计，低电平有效。按键直接与A89S51的I/O口线相连接。

4、系统软件设计系统软件由初始化程序、主程序、温度 AD采集子程序、LED显示子程序、及键盘输入子程序构成198 中国电子商务.. 2013·014.1程序代码- 般微机应用系统前向通道中，输入信号均含有个中噪音和干扰，它们来自被测信号源、传感器、外界干扰。为了进行准确的测量和控制，必须消除被测信号中的噪音和干扰，噪音有两大类：-类为周期性的，另-类为不规则随机的 。前者的典型代表为 50HZ的工作干扰。对于这类信号要采用硬件滤波电路能有效地消除影响。后者为随机信号，可采用数字滤波方法予于消除。

4.2温度标度转换算法A/D转换器输出的数码虽然代表参数值的大小，但是并不代表有量纲的参数值，必须转换成有量纲的数值才能进行显示 ，标度转换有线性转换和非线性转换两种，本设计使用的传感器线性好，在测量的量程制内基本能与温度成线性关系。

4.3 A/I)转换子程序设计A/D 转换程序是温度读取的核心 ，AD590将温度值 O-10o℃对应2.732V 3.732V 的电压值送给 ADC0804读取，ADC0804模拟量输入o-5v对应数字量0-0FFH。所以当数字为 8AH(138十进制)时系统温度为0摄氏度。

4.4 LED显示子程序设计因系统需要显示当前温度并要在设置温度时显示设定值，系统将数码管的第-位设定为当前温度与设置温度的标志，第二位和第三位为温度值，第四为温度单位c。当系统按下设置键S1/$2时系统自动跳转到设置界面并在 2s后自动恢复到当前温度显示界面。

4.5制冷制热控制子程序制热制冷控制子程序是完成制冷或制热的控制，当当前值小于设定值时系统开启制热，当前值大于设定值时开启制冷系统程序流程。

4.6输入中断程序4.6.1中断人口按键s1，s2分别接单片机的P3.2，P3-3对应外部输人中断 INT0，INT1。

4.6.2中断子程序中断子程序主要 ，当s1产生下降沿时系统调用中断程序 KB1设置值 WSET加 1。 当 s2产生下降沿时系统调用中断程序 KB2设置值 WSET减 1。

结束语采用 AT89S51单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标 ，从而能够大大提高产品的质量和数量。