基于热敏电阻的数字温度计专业班级：机械1108组内成员：罗良李登宇李海先指导老师：**日期： 2014年6月12日1概述随着以知识经济为特征的信息化时代的到来人们对仪器仪表的认识更加深入，温度作为一个重要的物理量，是工业生产过程中最普遍，最重要的工艺参数之一。

随着工业的不断发展，对温度的测量的要求也越来越高，而且测量的范围也越来越广，对温度的检测技术的要求也越来越高，因此，温度测量及其测量技术的研究也是一个很重要的课题。

目前温度计种类繁多，应用范围也比较广泛，大致可以包括以下几种方法：1)利用物体热胀冷缩原理制成的温度计2)利用热电效应技术制成的温度检测元件3)利用热阻效应技术制成的温度计4)利用热辐射原理制成的高温计5)利用声学原理进行温度测量本系统的温度测量采用的就是热阻效应。

温度测量模块主要为温度测量电桥，当温度发生变化时，电桥失去平衡，从而在电桥输出端有电压输出，但该电压很小。

将输出的微弱电压信号放大，将放大后的信号输入AD转换芯片，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来。

2设计方案2.1设计目的利用51单片机及热敏电阻设计一个温度采集系统，通过学过的单片机和数字电路及面向对象编程等课程的知识设计。

要求的功能是能通过串口将采集的数据在显示窗口显示，采集的温度达一定的精度2.2设计要求使用热敏电阻类的温度传感器件利用其温感效应，将随被测温度变化的电压或电流用单片机采集下来，将被测温度在显示器上显示出来。

3系统的设计及实现3.1系统模块3.1.1 AT89C51AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

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。

管脚说明：VCC：供电电压。

GND：接地。

P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

当P1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/地址的第八位。

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4TTL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口作为第八位地址接收。

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，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：口管脚备选功能P3.0 RXD(串行输入口)P3.1 TXD(串行输出口)P3.2 /INT0(外部中断0)P3.3 /INT1(外部中断1)P3.4 T0(记时器0外部输入)P3.5 T1(记时器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。

ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。

在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE 脉冲。

如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。

此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。

另外，该引脚被略微拉高。

如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

/PSEN：外部程序存储器的选通信号。

在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。

但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器(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，此间内部程序存储器。

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。

3.振荡器特性：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。

石晶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。

4.芯片擦除：整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE 管脚处于低电平10ms 来完成。

在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。

此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。

在闲置模式下，CPU停止工作。

但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。

在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。

3.1.2 ADC0804ADC0804是用CMOS集成工艺制成的逐次比较型模数转换芯片。

分辨率8位，转换时间100μs，输入电压范围为0～5V，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，无需附加逻辑接口电路。

ADC0804芯片管脚如图11.13.1所示引脚名称及意义如下：ADC0804芯片管脚VIN+、VIN-：ADC0804的两模拟信号输出端，用以接收单极性、双极性和差模输入信号。

DB7～DB0：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，与CLKIN端配合可由芯片自身产生时钟脉冲，其频率为1.1/RC。

CS：片选信号输入端，低电平有效，一旦CS有效，表明A/D转换器被选中，可启动工作。

WR：写信号输入，接收微机系统或其它数字系统控制芯片的启动输入端，低电平有效，当CS、WR同时为低电平时，启动转换。

RD:读信号输入，低电平有效，当CS、RD同时为低电平时，可读取转换输出数据。

INTR：转换结束输出信号，低电平有效。

输出低电平表示本次转换已完成。

该信号常作为向微机系统发出的中断请求信号。

在使用时应注意以下几点：1.转换时序ADC0804控制信号的时序图如图所示，由图可见，各控制信号时序关系为：当CS与WR 同为低电平时，A/D转换被启动而在WR上升沿后100μs模数完成转换，转换结果存入数据锁存器，同时INTR自动变为低电平，表示本次转换已结束。

如CS、RD同时来低电平，则数据锁存器三态门打开，数字信号送出，而在RD高电平到来后三态门处于高阻状态。

2.零点和满刻度调节ADC0804的零点无需调整。

其中Vmax是输入电压的最大值，Vmin是输入电压的最小值。

当输入电压与VIN+值相当时，调整VREF/2端电压值是输出码为FEH或FFH。

3.参考电压的调节在使用A/D转换器时，为保证其转换精度，要求输入电压满量程使用，如输入电压动态范围较小，则可调节参考电压VREF，以保证小信号输入时ADC0804芯片8位的转换精度。

4.接地模数、数模转换电路中要特别注意到地线的正确连接，否则干扰很严重，以致影响转换结果的正确性。

A/D、D/A及取样-保持芯片上都提供了独立的模拟地（AGND）和数字地（DGND）的引脚。

在线路设计中，必须将所有的器件的模拟地和数字地分别相连，然后将模拟地与数字地仅在一点上相连接。

地线的正确连接方法。

3.1.3 PT100热敏电阻本题目使用铂热电阻PT100，其阻值会随着温度的变化而改变。

PT后的100即表示它在0℃时阻值为100欧姆，在100℃时它的阻值约为138.5欧姆。

厂家提供有PT100在各温度下电阻值值的分度表，在此可以近似取电阻变化率为 0.385Ω/℃。

向PT100输入稳恒电流，再通过A/D转换后测PT100两端电压，即得到PT100的电阻值，进而算出当前的温度值。

采用2.55mA的电流源对PT100进行供电，然后用运算放大器LM324搭建的同相放大电路将其电压信号放大10倍后输入到AD0804中。

利用电阻变化率0.385Ω/℃的特性，计算出当前温度值。

3.2系统框图和流程图3.2.1系统框图3.2.2流程图3.2.3系统仿真测试4实验程序5总结数字温度计是为了测温而设计开发的。

在单片机技术与热敏电阻的巧妙结合下，可以有效测出温度，并实时数字显示，当温度超过限定值时会及时发出报警，提高了操作的安全性，同时为测量人员提供了方便。

本文设计应用中，主要进行了以下几方面的工作:(1)本文在前半部分详细叙述了利用热敏电阻，组成测温电桥的测温的原理及为何选用PT100，使我更加了解本设计的设计目的及要求。

(2)在了解热阻效应和PT100的工作原理的基础上研究和分析了系统设计方案，并对系统中遇到的不同的场景进行了分析；(3)完成了数字温度计系统的硬件选型和电路设计；(4)完成了系统的软件流程图设计；本文通过对数字温度计系统的设计过程及计算得出如下结论:本系统对有限温度范围内的温度测量具有较高的精度，实现了测量温度显示和超出限定温度报警功能，其主要技术指标达到了系统设计要求；本文关于数字温度计的设计，虽然可以满足广大普通客户的需求，也做了一些尝试性的探索工作，但是还存在很多不完善的地方，仍有许多方面有待进一步深入研究:(１)需要对热敏电阻的线性度和系统电路设计的可靠性进行进一步的研究；(２)本文在系统的精度方面研究非常局限，并没有做到非常精确，这就要求以后在这方面还有更近一步研究。