现代仪器课程设计智能化温度仪器设计Design of Intellecturalized Temperature Instrument 所在学院：机械工程学院所在系所：测控技术与仪器系专业班级：测控学生姓名：学生学号：指导老师：江苏大学测控技术与仪器系2011-12-30智能化温度仪器设计Design of Intellecturalized Temperature Instrument任务指标：实时测量现场温度，测温范围－20℃～50℃，测量精度±0.5℃，仪器采用便携式结构，能显示测量温度，并有非线性补偿与滤波功能。
摘要：本次课程设计采用铂电阻PT100作为传感器测量外界温度。
将铂电阻接入电桥测量现场温度，再经差动放大电路放大成0～5V的电压信号。
然后通过ADC0809将采集到的模拟信号转变数字信号，再将数字信号送入AT89C52单片机通过编程实现非线性补偿与滤波功能，最后经LED显示器显示测量温度。
关键字：铂电阻，温度测量，实时显示。
Abstract: This course is designed with a PT100 platinum resistance temperature sensor outside. Access to bridge the platinum resistance temperature measurement site, and then zoom through the differential amplifier circuit into a voltage signal 0 ~ 5V. Then will be collected ADC0809 analog signals into digital signals and then digital signal into the AT89C52 microcontroller programmed to non-linear compensation and filtering, and finally through the LED display shows the temperature measurement.Keywords: platinum resistance, temperature measurement, real-time display.目录目录 (3)引言 (4)一、总体设计方案 (5)1.1设计方案论证 (5)1.2方案的总体设计框图 (5)二、元件选择与说明 (6)2.1温度传感器 (6)2.2 ADC0809模数转换器 (6)2.3 AT89C52单片机 (7)2.4 运算放大器 (9)2.5 LED数码显示管 (9)2.6 7805稳压管 (10)三.单元电路设计 (11)3.1电源电路 (11)3.2 晶振电路 (11)3.3 上电复位电路 (11)3.4前端信号测量电路 (12)四．总体电路及相关说明 (13)五．软件设计 (14)5.1系统软件设计说明 (14)5.2程序流程及清单 (14)五．课程设计心得体会 (18)六．参考文献 (18)引言随着科技的发展和“信息时代”的到来，作为获取信息的手段——传感器技术得到了显著的进步，其应用领域越来越广泛，对其要求越来越高，需求越来越迫切。
因此，了解并掌握各类传感器的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。
传感器主要用于测量和控制系统，它的性能好坏直接影响系统的性能。
因此，不仅必须掌握各类传感器的结构、原理及其性能指标，还必须懂得传感器经过适当的接口电路调整才能满足信号的处理、显示和控制的要求，而且只有通过对传感器应用实例的原理和智能传感器实例的分析了解，才能将传感器和信息通信与信息处理结合起来，适应传感器的生产、研制、开发和应用。
另一方面，传感器的被测信号来自于各个应用领域，每个领域都为了改革生产力、提高工效和时效，各自都在开发研制适合应用的传感器，于是种类繁多的新型传感器及传感器系统不断涌现。
温度传感器是其中重要的一类传感器。
其发展速度之快，以及其应用之广，并且还有很大潜力。
为了提高对传感器的认识和了解，尤其是对温度传感器的深入研究以及其用法与用途，基于实用、广泛和典型的原则而设计了本系统。
本文利用单片机结合温度传感器技术而开发设计了这一温度测量系统。
文中将传感器理论与单片机实际应用有机结合，详细地讲述了利用热电阻作为温度传感器来测量实时的温度，以及实现热电转换的原理过程。
本设计系统包括温度传感器，信号放大电路，A/D转换模块，数据处理与控制模块，温度显示模块五个部分。
具体设计就是利用铂电阻的温度特性设计温度传感器，将铂电阻接入电桥电路，再经差动放大电路放大成0～5V的电压信号。
采用ADC0809将电压信号转换成数字信号送入单片机AT89C52，单片机进行标度变换，输出相应的温度并送入四位八段数码显示管动态显示。
此外，利用软件实现平均滤波和非线性补偿，以减小测量误差。
一、总体设计方案1.1设计方案论证根据铂电阻PT100的温度特性，将铂电阻接入电桥电路，再把电桥电路输出的微弱的电压信号送到前置放大电路处理，由A/D转换器把模拟电压信号转换成数字信号，并送入单片机中。
单片机接收到该测量数字信号后，调用存放在存储器中的程序对其进行各种智能化处理，如进行非线性补偿、平均滤波、各种进制的转换等，最后得出在允许误差范围内的测量温度值，并由4位LED显示器动态显示测得的温度值。
根据原理，前端电路可以设计成一级放大、二级放大和三级放大。
三、二级放大设计的方法可以将每一级的放大倍数设计成个位数，但是系统随着放大器个数的增加而不稳定。
一级放大器设计方法输出稳定，设计简单，但是放大倍数比较大，可能导致放大饱和。
最终通过搭电路试验确定，采用一级放大系统比较稳定。
1.2方案的总体设计框图二、元件选择与说明2.1温度传感器温度传感器选用线性度较好的铂电阻PT100，将铂电阻接入电桥使用。
铂电阻是将0.05～0.07ｍｍ的铂丝绕在线圈骨架上封装在玻璃或陶瓷管等保护管内构成。
它的电阻Rt与温度t的关系为：Rt=Ro(1+At+Bt2)，式中： Ro系温度为0℃时的电阻值。
A＝3.9684×10－3／℃，B＝－5.847×10－7／℃。
热响应时间是在阶跃温度作用下，热电阻的输出变化值相当于阶跃变化的50％时,所需的时间，用τ0.5来表示。
下表列出了PT100铂电阻的温度和阻值对应关系温度0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 （℃）电阻值（Ω）－20 92.04 91.64 91.24 90.84 90.44 90.04 89.64 89.24 88.84 88.44 －10 98.03 95.63 95.23 94.83 94.43 94.03 93.63 93.24 92.84 92.44 －0 100.00 99.60 99.21 98.81 98.41 98.01 97.62 97.22 96.82 96.42 0 100.00 100.40 100.79 101.19 101.59 101.98 102.38 102.78 103.17 103.57 10 103.96 104.36 104.75 105.15 105.54 105.94 106.33 106.73 107.12 107.52 20 107.91 108.31 108.70 109.10 109.49 109.88 110.28 110.67 111.07 111.46 30 111.85 112.25 112.64 113.03 113.43 113.82 114.21 114.60 115.00 115.39 40 115.78 116.17 116.57 116.96 117.35 117.74 118.13 118.52 118.91 119.31 50 119.70 120.09 120.48 120.87 121.26 121.65 122.04 122.43 122.82 123.21表12.2 ADC0809模数转换器本次设计采用的是ADC0809进行模数转换。
ADC0809（图2）是八位逐次逼近式CMOS单片A/D转换器。
以下介绍各引脚的功能：ADDA,ADDB,ADDC：地址选择信号。
ALE：地址锁存允许信号，高电平有效，上升沿将ADDA,ADDB,ADDC锁存，若ALE一直接高电平，图2则多路模拟开关中的某一路就成为直通方式，一直接通。
START：启动转换信号，高电平有效，上升沿清除A/D转换电路中的逐次逼近寄存器，下降沿启动内部控制逻辑，开始转换。
常将STAR与ALE短接，由同一脉冲信号进行控制。
EOC：转换结束信号，START的下降沿启动转换后，经过一定的延迟，EOC由高变低，在转换结束时，再低变高。
OE：输出允许信号，高电平有效时，使三态缓冲器脱离三态，将转换后的数字量送至外部数据总线（D0～D7）。
Vref+,Vref-：参考电压正端和副端，它们是内部八位A/D转换电路中电阻网络两端所需外加的参考电压端。
D0～D7：外部数据输入总线，与CPU的数据总线相连。
IN0～IN7：模拟电压输入端，根据需要输入电压可以加到一路或若干路，也可以全加，但转换时每次只选择一路进行。
CLOCK：时钟信号输入端Vcc：电源电压输入端，接+5V。
GND：接地端。
2.3 AT89C52单片机本次设计采用的单片机是 AT89C52（图3），其引脚功能如下所述。
P0口:p0口是一组8位漏极开型双向I/O口。
作为输出口时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0写“1”时,可作为高阻抗输入端用。
在访问外部外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。
P1口：P1是一个带内部上拉电阻的的8位双向I/O口，P1的输入缓冲级可驱动四个TTL逻辑门电路。
对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作为输入口。
P1.0和P1.1还可以分别作为定时/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX）。
P2口：P2是一个带内部上拉电阻的的8位双向I/O口，P2的输入缓冲级可驱动四个TTL逻辑门电路。
对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作为输入口。
在访问外部程序存储器或16位地址的数据存储器时，P2口送出高8位地址数据。
在访问8位地址的外部数据存储器时，P2口送出P2锁存器的内容。
P3口：P3口是一组带有拉电阻的8位双向I/O口。
P2的输入缓冲级可驱动四个TTL逻辑门电路。