当前位置：文档库 › 设计正文(模板)

设计正文(模板)

高精度温度检测装置

摘要：为了实现xxxx，采用/提出了一个智能温度检测装置的设计方案，该检测装置通过集成温度传感器温度的变化对应电流的变化，再将电流的变化转换为电压的变化，该电压信号经放大后通过A/D转换器后将模拟信号转化为数字信号。最后将数字信号送入AT89C51单片机，经过软件的控制，在LED上显示输出相应的温度值，温度检测范围是XXX，精度是XXX。并提供了与PC机的串行通信接口，上位机采用VB编程实现了时刻温度检值的监测记录。

关键词：集成温度传感器，温度检测，A/D，AT89C51，LED

Abstract:The change of the temperature in AD590 is the current change in this design ,then convert the change of the current into voltage’s .the signal is amplified, then the anology was transformed into digital signal . Digital signal is transmitted into 89C51, and the results of temperature is displayed in the LED by the control of the software . The system has such advantages as novel circuit design，high measurement accuracy，and good practicality.

Keywords: IC Temperature Sensor, Temperature Measurement, A/ D, AT89C51, LED

注意：本页行间距20磅，中文宋体小四，英文字体为Times New Roman 小四

1 前言 (1)

2 整体方案设计（换页。之前空一行，空行为小四） (2)

2.1方案论证 (2)

2.2方案比较 (3)

3 单元模块设计（换页。之前空一行，空行为小四） (4)

3.1集成温度传感器及放大模块 (4)

3.1.1 AD590介绍 (4)

3.1.2 AD590介绍 (5)

3.2MC14433的工作原理 (6)

3.3单片机模块 (9)

4 软件设计（换页。之前空一行，空行为小四） (10)

5 系统技术指标及精度和误差分析（换页。之前空一行，空行为小四） (11)

6 结论（换页。之前空一行，空行为小四） (12)

7 设计小结（换页。之前空一行，空行为小四） (13)

8 参考文献（换页。之前空一行，空行为小四） (14)

附录1：电路总图（换页。之前空一行，空行为小四） (15)

附录2：软件代码（换页。之前空一行，空行为小四） (16)

(空一行，空行为小四)

1 前言

温度是表征物体冷热程度的物理量，温度传感器是通过物体随温度变化而改变某种特性来间接测量的。不少材料、元件的特性都随温度的变化而变化，所以能作温度传感器的材料相当多。……进入21世纪后，智能温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。

温度测试仪在工业、农业等方面发挥着至关重要的作用。比如农业上的温室大棚、育种，……。

本文针对XXX，在讨论XXX的设计方案的基础上，拟设计一个XXXX系统，包括各模块硬件电路设计和软件设计。

特别注意：只要不是本章最后一页，不允许留空白，若遇到图形放不下的情况，可以通过调整文字填满前页！！！

(空一行，空行为小四)

2 整体方案设计（换页。之前空一行，空行为小四）

Xxx 的整体思路是：利用流过集成温度传感器电流随温度线性变化的关系，将电流的变化转换为电压的变化，即0℃时输出电压为0V 显示在数码管上的数字为000.0。当100℃时输出电压为100mV 通过AD 转换器输出显示在数码管上的数字为100.0。即温度在0℃～100℃时电压的变化就对应于温度的变化。数码管上输出的数字就是对应于所测量的实际温度。

2.1 方案论证

针对XXX ，可以采用两个方案，具体的方案见方案一和方案二。

方案一：XXXX 方案

采用铂电阻温度传感器的电阻与温度的关系是非线性的，用电桥实现温度升高引起的电阻变化对应于电压的变化。经A/D 转换器后，送入锁存器锁存，在经译码器输出后，再在数码管上显示，由于74LS373具有锁存功能就能实现四位的温度显示。由于铂电阻与温度的关系是非线性的，因此输出的结果不能达到我们所要求的精度。

图2.1 测温整体方案一框图

方案二：XXXX 方案

见图2.2.利用集成温度传感器的电流与温度的变化为线性的，我们将电流转换为电压的变化，通过放大电路输出送入A/D 转换器A/D 转换器输出后进入单片机系统，通过软件的控制，将电压对应于温度的数值通过查表的方式得出结果。在LED 上显示出来。

电桥测温电路放大电路 A/D 转换电路

锁存器74LS373

译码器7448 LED 数码显示

图2.2 测温整体方案二框图

2.2 方案比较

由于方案一涉及的电路相对较多，消耗的功率相对较大，而且单片机采集数据更加方便，便于处理，而且单片机已经成为主流产品。单片机在电路上相对比较简单，而且消耗的功率相对较少，调试也较方便，因此设计采用了方案二。

集成温度传感器放大电路 A/D 转换电路

单片机模块

LED 显示模块

(空一行，空行为小四)

3 单元模块设计（换页。之前空一行，空行为小四）

集成温度传感器实际上是一种半导体集成电路，它是利用晶体管的b —e 结压降的不饱和值Vbe 与热力学温度T 和通过。(两级标题之间需要有文字说明)

3.1 集成温度传感器及放大模块

集成温度传感器实际上是一种半导体集成电路，它是利用晶体管的b —e 结压降的不饱和值Vbe 与热力学温度T 和通过发射极电流I 的关系实现对温度的检测：

KIT

Vbe =

㏑I （1）式中，K---波尔兹常数：q －电子电荷绝对值。

集成温度传感器具有线性好，精度适中，灵敏度高，体积小，使用方便等优点，得到广泛的运用。集成温度传感器的输出形式分为电压输出和电流输出两种。电压输出的灵敏度一般位10MV/K ，温度为0℃时输出为0V 。目前，测温元件比较多，如热电偶。热敏电阻，PN 结温度传感器和石英晶体温度传感器等。AD590是一种新型的两端式恒流器件。

3.1.1 AD590介绍

AD590是美国模拟器件公司生产的恒流源式模拟集成温度传感器，它兼有集成恒流源和温度传感器的特点，具有测量温度误差小，动态阻抗高，响应速度快，传输距离远，体积小，微功耗等优点，适合远距离测温，控温，不需要线性校准的特点。

1、流过器件的电流（μA ）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即：

1=T

μA/K （2）

式中：

—流过器件（AD590）的电流，单位为μA ；

T —热力学温度，单位为K 。

2、AD590的测温范围为-55℃～+150℃。

3、AD590的电源电压范围为4V ～30V 。电源电压可在4V~6V 范围变化，电流

变

化1μA ，相当于温度变化1K 。AD590可以承受44V 正向电压和20V 反向电压，因而器件

反接也不会被损坏。

4、输出电阻为710M Ω。

5、精度高。AD590共有I 、J 、K 、L 、M 五档，其中M 档精度最高，在-55℃～+150℃范围内，非线性误差为±0.3℃。

其性能特点：AD590属于采用激光修正的精密集成温度传感器。其内部电路见图3.1所

示。

3.1.2 AD590介绍

1、流过

芯片中的R1和R2是采用激光修正的校准电阻，它能使+25℃下的输出电流恰好微298.2uA 。首先有晶体管VT8和VT11产生与热力学温度成正比的电压信号。，在通过R5,R6把电压信号转换微电流信号，为保证有良好的温度特性，R5,R6的电阻温度系数应非常小，这里采用激光修正的SiCr 薄模电阻，其电阻温度系数低，VT10的集电极电流能够跟随VT9和VT11的集电极电流的变化，使总电流达到额定值。R5和R6也需要在25℃的标准温度下校准。

AD590等效于一个高阻抗的恒流源，其输出阻抗>10M Ω，能大大减小因电源电压波动而产生的测量误差，例如，当电源电压从5V 变化到10V 时，所引起的电流最大变化量仅为1uA ，等价于1℃的测温误差。

AD590的工作电压为+4～30V ，测温范围是-55～+150℃，对应于热力学温度T 每变化1K ，输出电流就变化1uA.其输出电流Io （uA ）与热力学温度T （K ）严格成正比。电流温度系数K1的表达式为：

K1=

K T I 30

=㏑8 （3）

图3.1 XXX

因此，输出电流的微安数就代表着被测量温度的热力学温度值。AD590的电流－温

度（I-T ）特性曲线见图四所示，热力学温标（K ）与摄氏温标（℃）的换算关系如下图3.2所示：

外部存储器电路

JTAG 接口

GPIO 接口

CAN 总线接口

电源电路

RS232串口 RTL8019AS 以太网接口电路

LPC2290 (ARM7TDMI-S)

I 2C 总线

矩阵键盘电路彩色液晶屏

T(℃)=T(K)-273.15 （5）A/D转换器MC14433的输入信号从第三脚输入，输入的是模拟信号，经过A/D转换后，从Q0,Q1,Q2,Q3口输出为BCD码的形式，DS1,DS2,DS3,DS4为选通信号端，决定哪一位输出信号，将输出的信号送入锁存器的输入端口，将选通信号送到锁存器的使能端。来实现数据的锁存，译码后，在数码管上显示。

3.2 MC14433的工作原理

MC14433是美国Motorola公司推出的单片3 1/2位A/D转换器，其中集成了双积分式A/D转换器所有的CMOS模拟电路和数字电路。具有外接元件少，输入阻抗高，功耗低，电源电压范围宽，精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能，只要外接少量的阻

容件即可构成一个完整的A/D转换器，当测量温度传感器的输出电压为0伏时，其对应的温度是0℃；当测量温度传感器的输出电压为1.000伏时，其对应的温度为100℃。在线性范围内传感器变化1℃时，电压的变化为10 mv。测量的电压即可得到测量温度，必须对输出电压A/D转换为BCD码的形式经过译码显示电路，再由数码管显示相应的温度值。

MC14433的芯片图如图3.5和图3.6所示：

其主要功能特性如下：

1、精度：读数的±0.05%±1字

1、模拟电压输入量程：1.999V和199.9mV两档

2、转换速率：2-25次/s

3、输入阻抗：大于1000MΩ

4、电源电压：±4.8V—±8V

5、功耗：8mW（±5V电源电压时，典型值）

6、采用字位动态扫描BCD码输出方式，即千、百、十、个位BCD码分时在Q0—Q3轮流输出，同时在DS1—DS4端输出同步字位选通脉冲，很方便实现LED的动态显示。

7、MC14433最主要的用途是数字电压表，数字温度计等各类数字化仪表及计算机数据采集系统的A/D转换接口。

图3.6 XXXX 图

若需要较高的时钟频率稳定度，则需采用外接石英晶体或LC 电路，见图3.7和图3.8。

分器.积分器的输出波形如下所示,A2接成比较器,主要的功能是完成”0”电平捡出,比较器输出作为内部数字监控电路的一个判别信号。

由于三个运放在工作时不可避免的存在失调电压,因此在转换过程中,还得进行自动调零.在调零操作过程中,还得进行自动调零的工作.在调零的过程时,跟随器和积分器的失调电压存放在补偿电容C0上.而比较器的失调电压用数字心事存放在内部的寄存器中，在转换时．积分输入电压要经C0耦合，由此实现自动调零工作。

一次A/D 转换过程从开始道结束共分为六个阶段，上图中阶段一和阶段三为模拟调零的过程，在这两个阶段中，把跟随器与积分器的输入失调电压存放在电容C0上。这两个阶段

分别占用4000个脉冲周期。阶段二与阶段五为数字调零的过程，在阶段二中，把比较器的失调电压以数字的形式存放在那比锁存器中，在阶段五，则把该数字扣除。因此这两个阶段锁占用的脉冲周期相等，具体时间由比较器的失调电压决定，但最多不超过800个时钟脉冲周期，阶段四与阶段六分别为输入电压V ,和基准电压Vref 进行积分，并在阶段六结束时得到A/D 转换结果，这两个阶段也分别占用4000个脉冲周期。

由上面的分析可以知道，一次A/D 转换周期约需16400个时钟脉冲周期，当时钟脉冲频率为66KHz 时，每秒可进行四次A/D 转换。

上面的逻辑框图中，除了模拟部分外，还包括：（1）三位半十进制计数器――――用来技术0～19999 （2）锁存器――――存放A/D 转换结果

上位机

键盘

温度测试电

路

显示电路（LCD ）

报警电路 AT89C51 单片机

湿度测试电

路

（3）多路开关――――输出多路调制的BCD码Q0~Q3,并输出多路调制选通脉冲信号DS1~DS4。下图显示出转换周期结束标志输出信号EOC和DS信号的时序波形其时序见图3.10：

EOC在每一次A/D转换周期结束时输出一正脉冲。正脉冲宽度为时钟周期的二分之一。DS信号为高电平有效选通，在对应DS2,DS3,DS4选通期间，Q0~Q3输出BCD全位数据，即以8421码方式输出十进制数的0~9，其中DS4对应个位，DS3对应百位，DS2 对应十位，DS1对应千位。在DS1选通期间,Q0~Q3输出千位的0或1及过量程，欠量程和极性标志信号。

EOC

DS1

DS2

DS3

DS4

（最低位）1/2CLK周期

16400个时钟周期

18个时钟周期

2个时钟周期

（最高位）

图3.10 A/D转换器时序模块图

输出形式如表3.1所示：

表4.2 CAN模块的存储器映射

地址范围用途

E003 8000 – 87FF 验收过滤器RAM (2048字节)

E003 C000 – C017 验收过滤器寄存器

E004 0000 – 000B 中央CAN寄存器

E004 4000 – 405F CAN控制器1寄存器

E004 8000 – 805F CAN控制器2寄存器

（1）Q2表示电压极性，Q2=“1”为正极性，反之为负极性。

（2）Q0=“1”表示超量程；Q3=“1”时，说明Vx超出量程范围。当和Q3一起使用时，就可以指示出过量程或欠量程。过量程时，转换结果大于1999，则Q3=0Q0=1；

欠量程时，转换结果小于180，则Q3=1,Q0=1，这些标志信息可用于自动量程切换电路。

（3）逻辑控制――――产生A/D转换六个阶段的节拍，并控制转换结果的输出。若

在双积分放电周期开始前，DU端输出一正脉冲，则本次转换周期的转换结果可送入锁存器输出，否则锁存器保持原来的转换结果。若DU端和EOC端相连，每次转换结果都可以输出。

（4）时钟―――外接一电阻Rc可产生时钟脉冲信号，并经过CP0端输出，当Rc＝470千欧时，Fcp＝66KHz。若使用外部时钟信号时，信号从CPt端输入，该输入端的电压基准为Vee。

（5）溢出―――当输入电压Vx大于转换结果1999时，溢出标志输出信号OR为“0”，平时OR为“1”。

3.3 单片机模块

A/D转换器输出的为四位BCD码，Q0~Q3和DS1~DS4都不是总线式的。因此，单片机只能通过并行I/O接口或扩展I/O口与其相接。还可以通过单片机的P1口直接与其连接。如下图所示.

MC1403为A/D转换器提供基准电压。DU端与EOC端相连，以选择连续转换方式，每次转换结果都送至输出寄存器。EOC是A/D转换结束的输出标志信号。89C51读取A/D

转换结果可以采用中断方式或查询方式。采用中断方式，EOC端与89C51外部输入端INTO INT相连，采用查询方式是EOC端可直接接入89C51的任一I/O口线。

或1

(空一行，空行为小四)

4 软件设计（换页。之前空一行，空行为小四）

1、主程序设计：当A/D 转换器输出的数据送入单片机内部后，单片机就采集数据，将数据采集到内部存储器的存储单元存储，将输入的BCD 码转换为七段码显示。再调用查表子程序送入到LED 上显示。

2、单片机从A/D 转换器读取数据的程序设计：MC14433的DU 端和EOC 端相连后与单片机的INT1端连接，采用连续准还的方式，将每次转换结果都送入输出寄存器，EOC 是转换结束的输出标志信号，单片机采用中断的方式来读取数据。初始化程序开放CPU 中断，允许外部1中断，置外部中断1位边沿触发方式。每次A/D 转换结束，都向CPU 请求中断，PU 相应中断，执行中断服务程序，读取A/D 转换的结果。

3、码的变换程序：单片机读入数据之后，将数据保存在52H 到55H 的单元内，由于读入的数据也即是我们需要显示的数据，因此我们将读入的BCD 码转变成七段显示码。

4、显示程序：将从转换后的十进制数根据选通信号送入相应的LED 上显示，置选通信号在P2.0~P2.3四个口上，当P2.0置“1’时，就选通千位，读取5FH 单元的数据后将结果显示出来，，当P2.1置“1’时，就选通百位，读取5EH 单元的数据后将结果显示出来，，当P2.2置“1’时，就选通十位，读取5DH 单元的数据后将结果显示出来，，当P2.3置“1’时，就选通个位，读取5CH 单元的数据后将结果显示出来。这样来实现LED 的显示。

图3.12 程序整体设计框图

调用查表子程序

调用处理子程序

调用显示子程序

程序开始

系统初始化查询

A/D ？

CPU 执行中断

结束

(空一行，空行为小四)

5 系统技术指标及精度和误差分析（换页。之前空一行，空行为小四）

随着各种高精度传感器的应用与普及，这一技术在科学研究，生产过程等领域中发挥着越来越重要的作用。人类步入信息社会的今天，人们对信息的提取，处理，传输以及综合利用等要求愈加

(空一行，空行为小四)

6 结论（换页。之前空一行，空行为小四）

本文实现了XXXX，达到了XXXX

(空一行，空行为小四)

7 设计小结（换页。之前空一行，空行为小四）

随着各种高精度传感器的应用与普及，这一技术在科学研究，生产过程等领域中发挥

着越来越重要的作用………………………

(空一行，空行为小四)

8 参考文献（换页。之前空一行，空行为小四）

[1] 万福君、潘松峰.单片微机原理系统设计与应用（第二版）[M]. 合肥：中国科学技术大学出版社，

2001.

[2] 胡汉才.单片机原理及其接口技术[M]. 北京：清华大学出版社，2004.

[3] 蔡美琴、张为民.MCS-51 系列单片机系统及其应用（第二版）[M]. 北京：高等教育出版社，2004.

[4] 杨振江、杜铁军.流行单片机实用子程序及应用实例[M].西安电子科技大学出版社，2002.

[5] 张培仁.基于 C 语言编程 MCS-51 单片机原理与应用[M]. 北京：清华大学出版社，2003.

[6] 李群林.基于多路传感器的温湿度检测系统[J]. 中国仪器仪表，2006（11），38—40

[7] 孙环.基于SHT11单片集成传感器温湿度检测模块设计[J]. 国外电子测量技术，2006（6），43—48

[8] 沙占友.集成化智能传感器原理与应用[M].北京:电子工业出版社,2004:119-127.

[9] 孟臣、李敏、李爱传. I2C总线数字式温湿度传感器SHT11及其在单片机系统的应用[J].国外电子

元器件,2004(3):50-54

[10] 刘迎春、叶湘滨.现代新型传感器原理与应用[M]. 北京：国防工业出版社，1998.

[11] 何希才.传感器及其应用电路[M]. 北京：电子工业出版社，2001.

[12] 沙占友.智能化集成温度传感器原理与应用[M]. 北京：机械工业出版社，2002.

[13] 赵继文.传感器与应用电路设计[M]. 北京：科学出版社，2002.

[14] 丁镇生.传感器及传感技术应用[M]. 北京：电子工业出版社，1998.

[15] 张洪润、刘秀英、张亚凡等.单片机应用设计200例[M]．北京：航空航天大学出版社，2006.

[16] Nordic VLSI ASA. nRF24E1 and nRF24E2 RF layouts[P]. Application Note, ordercode:

200503-nAN24-0.2003.

(空一行，空行为小四)

附录1：电路总图（换页。之前空一行，空行为小四）

Title

Number Revision

Size B Date:13-Mar-2006Sheet of File:

C:\Documents and Settings\Administrator\桌面\测温.DDB

Drawn By:EA/VP 31

X119X218RESET 9RD 17WR 16

INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P27

PSEN

29ALE/P 30TXD 11RXD 10U?8051

V REF 2VX 3R IN 4R,C IN 5 C IN 6CO17CO28

DU 9CLKI

10CLKO

EOC 14OR 15DS416DS317DS218DS119Q020Q121Q222Q323X?MC14433DW (24)

R134K

R527K

R4100K R22k

92K

A D 581

AD590

LF355

+15V

POT2

+5V

M C 1403

0.1uF

300K

470K a b f c g d e VCC 1234567a b c d e f g 8

a b f c g d e VCC 1234567a b c d e f g 8

+5V

12M

22pF

+5V

-15v

a b f c g d e VCC 1234567a b c d e f g 8

dp 9

(空一行，空行为小四)

附录2：软件代码（换页。之前空一行，空行为小四）ORG 0000H

AJMP MAIN

ORG 0013H

LJMP PINT1

ORG 0030H

MAIN: MOV R0,#0FFH

MOV A,#00H

AAA: MOV @R0,A

DJNZ R0,AAA

MOV SP,#60H

INIT1: MOV IE,#84H

SETB IT1

XLASH: NOP

LCALL TICHANG

LCALL XIANSH

LJMP XLASH

PINT1: M OV A,P1

JNB Acc.4,PINT1

JB Acc.0,CCC

JB Acc.2PL2

PL2: JB Acc.3PL3

MOV 55H,#0

AJMP PL4

PL3: MOV A,P1

JNB Acc.5,PL4

ANL A,#0FH

MOV 54H,A

PL5: MOV A,P1

JNB Acc.6,PL5

ANL A,#OFH

MOV 53H,A

PL6: MOV A,P1

JNB Acc.7,PL6

ANL A,#0FH

MOV 52H,A

LJMP CCC

CCC: RETI ……