毕业设计设计题目温度监测显示系统设计系部信息工程系专业电子信息工程班级电子0601学号063001020001姓名宋天诗指导老师王珊珊温度检测显示系统一、设计要求1.以传感器，单片机，数码管等元器件，设计一个温度检测系统，并通过显示器件，显示出温度数据。

2.熟练应用protel99，运用protel99设计温度检测显示系统。

3.理解温度检测系统的原理。

二、总体概要设计本系统是以温度传感器、数码管和单片机为核心元器件建立起来的温度检测显示系统。

通过对单片机和传感器的研究，通过A/D转换器的应用，使本系统实现了温度信号到模拟信号再到数字信号的转换。

设计中还使用了译码器74LS47、数码管、稳压管等元器件。

温度传感器单片机数码管采集后的数据处理后的数据检测温度图1 系统总体框图本设计主要包含温度检测和显示电路两个部分。

1.温度检测部分主要由温度传感器、运算放大器和A/D转换器三部分组成。

温度传感器LM134产生的输入信号由运算放大器ICL7650后，A/D转换器MC14433将运算放大器输出的模拟信号转换成数字信号输入80C51单片机，由于MC14433 的A/D转换结果是动态分时输出的BCD码，Q0～Q3和DS1～DS4 都不是总线式的。

因此，MCS-51 单片机只能通过并行I/O 接口或扩展I/O 接口与其相连。

温度信号检测通道的总增益是由温度传感器、运放和A/D转换器三个环节的增益做决定。

在本设计中，前两个环节的增益是固定的，只用电位器rW作为整个输入通道的增益环节。

这样有利于整个设计的调试。

2.显示电路本设计采用动态扫描输入法，由单片机8051输出数码管段选信号，经译码器驱动器芯片74LS47驱动后数码管发光显示。

三、各单元模块设计与分析1．温度传感器传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

它是实现自动检测和自动控制的首要环节。

LM134是一种新型的硅集成温度传感器,它不同于一般诸如热敏电阻、温差电偶以及半导体PN结等传统的温度传感器。

它是根据下述原理设计而成的,即工作在不同电流密度下的两只相同晶体管,其基、射结的结电压之差△V_(be)与绝对温度T严格成正比。

因而该器件的突出优点是在整个工作温区范围内(-55℃～+125℃)输出电流几乎与被测温度成线性关系,这样,就可省去非线性校正网络,使用简便。

此外,它还具有下列特点: (1)起始电压低(低于1.5V),而器件耐压较高,因而电源电压适用范围宽(在3～40V之间)。

(2)灵敏度高(1μA/K),输出信号幅度大。

一般情况下,不必加中间放大就可直接驱动检测系统,例如双积分型A/D转换器5G14433或ICL7106等。

从而消除了中间环节所引入的误差,提高测温精度。

(3)输出阻抗高,一般大于10M Ω。

所以它相当于一个受温度控制的恒流源,有较强的抗干扰能力,特别适用于长距离测温和控温场合。

由于它的恒流特性,能消除电源电压波动和交流纹波对器件工乍的影响,从而降低了对电源精度的要求。

其输入电流由下式计算：SETSET R T I 227⨯= 式中，SET I 为流进LM134+V 脚的电流值；T 为热力学温度；SET R 为传感器外接电阻值。

图2 温度检测部分温度信号的增益即OUT U --T 曲线的斜率取决于L R /SET R 的比值。

增益可在L R 上进行也可在SET R 上进行。

0w 用以起点补偿电压的调整，其输出电压等于起点温度的信号电压。

补偿电压要求很稳，否则会增大显示误差，故采用有温度补偿的稳压管2DW233供电。

2.运算放大器ICL7650图3 ICL7650运算放大器采用载波稳零运算放大器ICL7650。

ICL7650又称调制式放大器，其输入失调电压为1uV,温漂为0.01uV/°C ，开环增益不小于120dB ，共模抑制比不小于120dB 。

ICL7650所需外接元件少，使用方便。

ICL7650对输入信号电压+U 和-U 作差动放大。

本设计中，+U 为补偿电压，-U 为传感器的温度信号电压。

为了抑制共模信号，使f R /4R =7R /5R ,此时运放的输出电压=f d 0/R R U U =这时运放输出电压与共模信号无关，只与补偿电压和温度信号电压之差成正比。

为了使后面的A/D 转换器得到合适的输入模拟电压，本设计选取Ω==K R R 10021,Ω==K R R 200f 3，故运算放大器ICL7650的差模增益D G =2/1f =R R 。

3.A/D 转换器MC14433图4 MC14433(1) 本系统选用了双积分A/D 转换器MC14433，它精度高，分辨率达1/1999。

MC14433 A/D 转换器由于双积分方法二次积分时间比较长，所以A/D 转换速度慢，但精度可以做得比较高；对周期信号变化的干扰信号积分为零，抗干扰性能也比较好。

(2)MC14433A/D 转换器件简介MC14433 是三位半双积分型的A/D 转换器，具有精度高，抗干扰性能好的优点，其缺点是转换速率低，约1—10 次/秒。

在不要求高速转换的场合，例如，在低速数据采集系统中，被广泛采用。

MC14433采用扫描的方法，输出从0000--1999共2000个数码。

若系统工作范围为0°C-- +100°C ，则A/D 转换速率约为0.05°C/bit 。

(3)引脚（图4）功能说明:图4 MC14433引脚图各引脚的功能如下：电源及共地端VDD ： 主工作电源+5V 。

VEE: 模拟部分的负电源端，接-5V 。

VAG ： 模拟地端。

VSS ： 数字地端。

VR ： 基准电压。

外界电阻及电容端RI ： 积分电阻输入端，VX=2V 时，R1=470Ω；VX=200Mv 时，R1=27K Ω。

C1： 积分电容输入端。

C1 一般为0.1μF 。

C01、C02： 外界补偿电容端，电容取值约0.1μF 。

R1/C1： R1 与C1的公共端。

CLKI 、CLKO ： 外界振荡器时钟调节电阻Rc ，Rc 一般取470 K Ω左右。

转换启动/结束信号端EOC ：转换结束信号输出端，正脉冲有效。

DU ： 启动新的转换，若DU 与EOC 相连，每当A/D 转换结束后，自动启动新的转换。

位选通控制线DS4----DS1： 选择个、十、百、千位，正脉冲有效。

DS1 对应千位，DS4 对应个位。

每个选通脉冲宽度为18 个时钟周期，两个相应脉冲之间间隔为2个时钟周期。

BCD 码输出线Q0---Q3： BCD 码输出线。

其中Q0 为最低位，Q3 为最高位。

当DS2、DS3 和DS4选通期间，输出三位完整的BCD 码数，但在DS1 选通期间，输出端Q0---Q3 除了表示个位的0 或1 外，还表示了转化值的正负极性和欠量程还是过量程。

下图为DS1选通时Q3～Q0表示的结果表1如果输入模拟信号电压的极性是单方向的，则应使MC14433工作在负极性输入下，以增大积分电压的变化频率，提高比较器的分辨率和精度。

为此，本设计的运放ICL7650输出的模拟信号电压，在正常情况下始终是负极性的。

在模拟信号X U 为某一定值时，调节r W 可改变下降沿的斜率，从而改变MC14433输出的数字量，所以r W 是A/D 转换器的增益调节。

4.MC1403MC1403是低压基准芯片。

一般用作8～12bit 的A/D 基准电压等一些需要基本精准的基准电压的场合。

输出电压: 2.5 V ＋/- 25 mV输入电压范围: 4.5 V to 40 V输出电流: 10 MA因为输出是固定的，所以电路很简单。

就是Vin接电源输入，GND接底，Vout加一个0.1uf~1uf 的电容就可以了。

Vout一般用作8～12bit的D/A芯片的基准电压。

MC1403是美国摩托罗拉公司生产的高准确度、低温漂、采用激光修正的带隙基准电压源，型号为5G1403和CH1403。

UI＝＋4.5V～＋15V，UO＝2.500V（典型值），αT可达10×10－6/℃。

为了配8P插座，还专门设置了5个空脚。

其输出电压UO＝Ug0(R3＋R4)/R4＝1.205×2.08＝＋2.5V。

MC1403的输入-输出特性输入电压UI／V10987654.5输出电压UO／V2.50282.50282.5028 图5 MC14032.50282.50282.50282.5027当UI从10V降至4.5V时，UO只变化0.0001V，变化率仅为－0.0018％。

5.单片机8051为了设计此系统，我们采用了80C51 单片机作为控制芯片，在前向通道中是一个非电信号的电量采集过程。

它由传感器采集非电信号，从传感器出来经过功率放大过程，使信号放大，再经过模/数转换成为计算机能识别的数字信号，再送入计算机系统的相应端口。

(1)80C51的单片机结构80C51 是有8 个部件组成，即CPU，时钟电路，数据存储器，并行口（P0～P3）串行口，定时计数器和中断系统，它们均由单一总线连接并被集成在一块半导体芯片上，即组成了单片微型计算机，80C51就是MCS-51系列单片机中的一种。

CPU中央处理器：中央处理器是80C51 的核心，它的功能是产生控制信号，把数据从存储器或输入口送到CPU 或CPU数据写入存储器或送到输出端口。

还可以对数据进行逻辑和算术的运算。

时钟电路：80C51内部有一个频率最大为12MHZ的时钟电路，它为单片机产生时钟序列，需要外接石英晶体做振荡器和微调电容。

内存：内部存储器可分做程序存储器和数据存储器，但在80C51中无片内程序存储器。

定时/计数器：80C51 有两个16 位的定时/计数器，每个定时器/计数器都可以设置成定时的方式和计数的方式，但只能用其中的一个功能，以定时或计数结果对计算机进行控制。

并行I/O口：MCS-51有四个8位的并行I/O口，P0，P1，P2，P3，以实现数据的并行输出。

串行口：它有一个全双工的串行口，它可以实现计算机间或单片机同其它外设之间的通信，该并行口功能较强，可以做为全双工异步通讯的收发器也可以作为同步移位器用。

中断控制系统：80C51 有五个中断源，既外部中断两个，定时计数中断两个，串行中断一个，全部的中断分为高和低的两个输出级。

(2)80C51的引脚图图7图6 80C51引脚图80C51的制作工艺为HMOS，采用40管脚双列直插DIP封装，引脚说明如下：VCC（40引脚）正常运行时提供电源。

VSS（20引脚）接地。

XTAL1（19 引脚）在单片机内部，它是一个反向放大器的输入端，该放大器构成了片内的震荡器，可以提供单片机的时钟信号，该引脚也是可以接外部的晶振的一个引脚，如采用外部振荡器时，对于80C51而言此引脚应该接地。