基于51单片机的热敏电阻数字温度计设想

摘  要
温度计量是计量学的一个重要分支，它在百姓经济各范畴中占有重要的职位。人们的平常生活、工农业消耗和科学尝试等很多方面都与温度丈量有着很是密切的关系。
本文在查阅、分析了现有的几种分歧的测温道理，分析肯定了热敏电阻测温，并对基于热敏电阻pt100的数字温度计的设想停止了深化会商和研讨。该系统分为测温模块、信号放大模块、A/D转换模块和控制显现模块，并分袂对其停止计分别析，终极肯定数字温度计系统的系统构架和设想计划；在硬件电路中，具体论述了各模块电路的工作道理，分析了以AT89C51单片机为主控单元的系统硬件和软件设想，并对该系统停止误差分析，使我们对于系统的各类性能有了进一步熟悉。
本文用protues停止仿真，采用at89c51单片机作为处置的焦点部分；用pt100作为温度传感器，把收集到的温度经放大后送到adc0804停止A/D转换，经过at89c51单片机处置后送到显现器，显现器将显现收集的温度。

关键字：at89c51单片机，热敏电阻pt100，数码显现，protues

目 录

摘  要..................................................................................................................................... 1
第一章  绪 言......................................................................................................................... 4
第一节 课题布景.............................................................................................................. 4
第二节 国内外研讨的展开及现状..................................................................................... 5
一、温度传感器的的概述及展开示状........................................................................ 5
二、传感器检测技术概述及展开示状........................................................................ 6
三、数据收集技术概述及展开示状............................................................................ 8
第三节 本课题研讨的内容................................................................................................ 8
第二章  系统的硬件设想........................................................................................................ 9
第一节 整体设想计划....................................................................................................... 9
第二节 单片机.................................................................................................................. 9
一、AT89C51简介..................................................................................................... 9
二、管脚说明........................................................................................................... 10
三、振荡器特征：................................................................................................... 12
四、芯片擦除：....................................................................................................... 12
第三节 温度传感模块..................................................................................................... 12
一、PT100先容....................................................................................................... 12
二、PT100测温道理................................................................................................ 13
第四节 模数转换模块..................................................................................................... 13
一、A/D转换概念：................................................................................................ 13
二、分辨率概念：................................................................................................... 14
三、ADC0804引脚功用:.......................................................................................... 14
四、ADC0804工作进程........................................................................................... 15
五、 A/D转换电路设想........................................................................................... 17
第五节 放大模块............................................................................................................ 18
一、Lm324简介....................................................................................................... 18
二、Lm324放大电路设想........................................................................................ 19
第六节 数码管显现模块................................................................................................. 19
一、LED显现道理................................................................................................... 19
二、LED显现器的显现方式.................................................................................... 21
第三章 法式设想................................................................................................................... 23
第一节 法式流程图......................................................................................................... 23
第二节 法式设想............................................................................................................ 24
一、函数声明和管脚界说......................................................................................... 24
二、启动AD转换子法式......................................................................................... 25
三、数据处置函数................................................................................................... 26
四、显现函数........................................................................................................... 27
五、按时器初始化................................................................................................... 28
六、主函数.............................................................................................................. 28
第四章 Proteus仿真............................................................................................................... 29

第一节 用Proteus 设想仿真电路图................................................................................ 29
第二节Proteus仿真操纵.................................................................................................. 29
第三节 Proteus仿真........................................................................................................ 31
参考文献................................................................................................................................ 33
附录 1 字温度计设想电路道理图.......................................................................................... 34
附录2  源法式...................................................................................................................... 35
致  谢................................................................................................................................... 40

第一章  绪 言

第一节 课题布景

二十一世纪是人类周全进入信息电子化的时代，随着人类探知范畴和空间的拓展，使得人们需要获得的电子信息品种日益增加，需要信息传递的速度加速，信息处置才能增强，因此要求与此相对应的信息收集技术——传感技术必须跟上信息化展开的需要。它是人类探知自然界信息的触觉，为人们熟悉和控制响应的工具供给条件和按照。作为现代信息技术的三大焦点技术之一的传感技术，将是二十一世纪天下列国在高新技术展开方面争取韵一个重要范畴。
在信息化社会，几近没有任何一种技术的展开和利用可以离得开传感器和信号探测技术的支撑。生活在信息时代的人们，绝大部分的平常生活与信息资本的开辟、收集、传送和处置都息息相关。传感器技术是一项现今天下使人注视标迅猛展开起来的高技术之一，也是今世科学技术展开的一个重要标识表记标帜。可以说传感器是新技术反动和信息社会的重要技术根抵，是现代科技的开路先锋，它与通讯技术、计较机技术组成信息财富的三大支柱之一。传感器技术是丈量技术、半导体技术、计较机技术、信息处置技术、微电子学、声学、邃密机械、材料科学等众多科学相互穿插的综合性高新科技技术麋集型前沿技术之一，普遍利用于航天、航空、国防科研、信息财富、机械、电力、能源、交通、冶金、石油、修建、邮电、生物、医学、情况庇护、灾难猜测防备、农业、机械人、家电等各个范畴，可以说几近渗透到人类活动的各个范畴。
温度是一个和人们生活情况有着密切关系的物理量，也是一种在消耗、科研、生活中需要丈量和控制的重要物理量，是国际单元制七个底子量之一。其丈量控制一般利用林林总总形状的温度传感器。我国普遍利用于气象、环保、纺织、生化等行业德各个方面，此外农业、食品、木料、煤炭等对温度传感器的需求也在不竭增加。金属铂的电阻值随温度变化而变化底子成线形关系，而且具有很好的重现性和稳定性，丈量精度高，是今朝公认制造热电阻的最好材料。操纵铂的此种物理特征制成的传感器称为铂电阻温度传感器，铂电阻温度传感器精度高，稳定性好，利用温度范围广，是中高温区(-200—650℃最常用的一种温度检测器，不但普遍利用于产业测温及各类尝试仪器仪表等范畴，而且被制成各类标准温度计(涵盖国家和天下基准温度)供计量和校准利用。
第二节 国内外研讨的展开及现状

一、温度传感器的的概述及展开示状

二十一世纪是人类周全进入信息电子化的时代，作为现代信息技术的三大焦点技术之一的传感技术，将是二十一世纪天下列国在高新技术展开方面争取的一个重要范畴，其水平高低是权衡一个国家科技展开水平的重要标识表记标帜之二。传感器财富也是国内外公认的具有展开前途的高技术财富，它以其技术含量高、经济效益好、渗透才能强、市场远景广等特点为众人注视。八十年月以来，西方国家不竭将此列为重点展开高新技术。变化开放二十多年来，我国建立了“传感技术国家重点尝试室"、“微米／纳米国家重点尝试室’’、“国祖传感技术工程中心’’等研讨开辟基地；在“九五”国家重点科技攻关项目中，传感器技术研讨获得了51个品种86个规格的新产物，2000年总产量跨越13亿只，品种规格已有近6000种；同时全国已有1688家企奇迹单元处置传感器的研制、消耗和利用，其中处置MEMS(微电子与微机械的连系)研制消耗的已有50多家。今朝全行业正在履行“十一五”计划，MEMS等5项新型传感器已列入研讨开辟的重点。2004年上半年，产物产销量继续增加，估量到“十一五”期末，敏感元器件与传感器年总产量可望到达20亿只，销售总额将达约120亿元，从而初步组成了电子制造业中的经济增加点。
传感器作为信息技术的前沿尖端产物，特别是温度传感器被普遍用于工农业消耗、科学研讨和生活等范畴，数目高居各类传感器之首。进入二十一世纪后，温度传感器正朝着高精度、多功用、总线标准化、高牢靠性及安好性、开辟虚拟传感器和收集传感器、研制单片测温系统等高科技的标的目标敏捷展开。同时多种高精度、高分辨力的温度传感器已在相继推出与研制。由美国DALLAS半导体公司新研制的DSl624型高分辨力智能温度传感器，能输出13位二进制数据，其分辨力高达0．03125℃，测温精度为正负0．2℃。转换时候分袂仅为27us。．今朝，国际上一些著名的IC厂家已初步研制单片测温系统，它是在芯片上集成一个系统或子系统，其集成度将高达108—109元件／片，这将给IC财富及IC利用带来划时代的进步。
近百年来，温度传感器的展开大致履历了以下三个阶段：1．传统的分立式温度传感器(含敏感元件)；2．模仿集成温度传感器／控制器；3．智能温度传感器。今朝，国际上新型温度传感器正从模仿式向数字式、由集成化向智能化、收集化的标的目标展开。智能温度传感器(亦称数字温度传感器)是在二十一世纪九十年月中期闯世的。它是微电子技术、计较机技术和自动测试技术的结晶。今朝，国际上已开辟出多种智能温度传感器系列产物。智能温度传感器内部都包括温度传感器、A／D转换器、信号处置器、存储器(或寄存器)和接口电路。有的产物还带多路挑选器、中心控制器、随机存取存储器和只读存储器。智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各类微控制器；而且它是在硬件的根抵上经过软件来实现测试功用的，其智能化水平也取决于软件的开辟水平。进入二十一世纪后智能温度传感器正朝着高精度、多功用、总线标准化、高牢靠性及安好性、‘开辟基于传感器硬件和计较机平台、并经过软件开辟而成的，操纵软件可完成传感器的标定及校准，以实现最好性能目标的虚拟传感器和包括数字传感器、收集接口和处置单元的收集传感器、研制单片测温系统等高科技的标的目标敏捷展开”
二、传感器检测技术概述及展开示状

产业装备在制造进程及整机性能测试中离不开各类机械量和多少量，有些产业装备在运转中还要经常对多种物理量停止检测或监视，现实消耗、生活和科学尝试中还会碰到化学量、生物量(包含医学)，而一切这一切，从信号工程的角度来看，都需要经过传感器，将其转换成电信号(近代还可以转换成光信号)，尔后再停止信号的传输、处置、存储、显现、控制从信息的角度看，这些信号连同声音和图像信息都是信息的泉源，所以传感器和检测仪表、丈量仪表是信息科学技术的三部分(信息获得、信息传输、信息处置)中的重要部分。
在现代产业装备中，传感器和检测仪表是不成或缺的一部分的来由，还可由以下两方面来看：传统的产业装备如在其上增加了需要的传感器，装备邃密丈量部件，则其功用和精度可以进步，便于用户操纵和保护，安好品级也可以进步，装备可以增值；产业装备作为自动化系统的控制工具或作为自动化系统的一部分，必须能与自动化系统的三部分相兼容或供给接口，使之集成为一个有机的整体，不管是单机自动化或作为大型自动化安装的一部分，都使该产业装备的用处扩大。
综上所述，作为产业装备自己增加传感器和检测仪表、丈量仪表或供给接口，是传统装备更新换代的需要条件。近年来，传感器正处于传统型向新型传感器转型的展开阶段。新型传感器的特点是微型化、数字化、智能化、多功用化、系统化、收集化，它不但促进了传统财富的革新，而且可致使建立新型产业，是二十一世纪新的经济增加点。微型化是建立在微电子机械系统(MEMS)技术根抵上的，今朝已成功利用在硅器件上组成硅压力传感器(如EJX变送器)。微电子机械加工技术，包含微机械加工技术、表面微机械加工技术、LIGA技术(X光深层光刻、微电铸和微复制技术)、激光微加工技术和徽型封装技术等。MEMS的展开，把传感器的微型化、智能化、多功用化和牢靠性水平进步到了新的高度。传感器的检测仪表，在微电子技术根抵上，内置微处置器，或把微传感器和微处置器及相关集成电路(运算放大器、A/D或D/A、存贮器、收集通讯接口电路)等封装在一路完成了数字化、智能化、收集化、系统化、收集化。今朝主如果指采用多种现场总线和以太网(互联网)，这要按各行业的特点，挑选其中的一种或多种，近年内最风行的有FF、Profibus、CAN、Lonworks、AS—imerbus、TCP／IP。除MEMS外，新型传感器的展开还有赖于新型敏感材料、敏感元件和纳米技术，如新一代光纤传感器、超导传感器、焦平面摆设红外探测器、生物传感器、纳米传感器、新型盆子传感器、微型陀螺、收集化传感器、智能传感器、模糊传感器、多功用传感器等。多传感器数据融合技术正在组成热门，它组成于20世纪80年月，它分歧于一般信号处置，也分歧于单个或多个传感器的监测和丈量，而是对基于多个传感器丈量功效根抵上的更高条理的综合决议进程。有鉴于传感器技术的微型化、智能化水平进步，在信息获得根抵上，多种功用进一步集成以致于融合，这是必定的趋向。多传感器数据融合技术也促进了传感器技术的展开。多传感器数据融合的界说概括为：把散布在分歧位置的多个同类或分歧类传感器所供给的部分数据资本加以综合，采用计较机技术对其停止分析，消除多传感器信息之间能够存在的冗余和冲突，加以互补，下降其不肯定性，获得对被测工具的分歧性诠释与描写，从而进步系统决议、计划、反应的快速性和正确性，使系统获得更充实的信息。其信息融合在分歧信息条理上显现，包含数据层融合、特征层融合、决议层融合。由于它比单一传感器信息有以下优点，即容错性、互补性、实时性、经济性，所以慢慢推行利用。利用范畴除军事外，还适用于自动化技术、机械人、陆地监视、地震不雅观察、修建、空中交通管束、医学诊断、遥感技术等方面。
三、数据收集技术概述及展开示状

信息社会的展开，在很洪流平上取决于信息与信号处置技术的先辈性。数字信号处置技术的显现改变了信息与信号处置技术的全部容貌，而数据收集作为数字信号处置的必不成少的前期工作在全部数字系统中起到关键性、甚至决议性的感化，其利用已经深化到信号处置的各个范畴中。数据收集技术(Data Acquisition)是信息科学的一个重要分支，它研讨信息数据的收集、存贮、处置以及控制等作业。将被测工具的各类参量检测收集后，转换成数字信号送到计较机停止存储、分析和处置，这一进程称为“数据收集”。响应的系统称为数据收集系统。按照系统机关的分歧，数据收集控制系统可分为集合式数据收集系统和散布式数据收集系统，前者的特点是现场停止数据收集、处置与控制，上位机与被测工具的位置较进，时实性强，适用于上位机与被测工具间隔较短目标收集，速度要求较高的场所。后者对被测装备停止数据收集并转换成数字信号，经过现场总线上传至上位机，经上位机停止处置后，对现场装备停止控制，适用于对多个现场装备停止远程监控与保护的场所。数据收集系统的使命：收集传感器输出的模仿信号并转换成计较性能识此外数字信号，然后送入计较机，按照分歧的需要由计较机停止响应的计较和处置，得出所需的数据。与此同时，将计较获得的数据停止显现或打印，以便实现对某些物理量的监视，其中一部分数据还将被消耗进程中的计较机控制系统用来控制某些物理量。数据收集系统大多采用单片机作为微处置器，以此来丈量各类参数的巨细，并将丈量值经过串口授输到上位机。采用这类设想，系统制造简单、本钱低。本文就先容了一种以MSP430单片机为焦点的数据收集系统，Pt膜温度传感器的参数经过电路转换后成为可丈量的参数，传给上位机完成Pt膜温度传感器性能参数的丈量。
第三节 本课题研讨的内容

1、经过查阅国内外相关文献材料，了解数字温度计的展开过程，对数字温度计的现状，技术水和蔼展开趋向有一个初步的熟悉和了解；
2、研讨温度传感器的理论道理和展开利用；
3、研讨温度的收集进程，将微小的模仿信号停止放大，及其经过单片机处置事后怎样将温度显现出来；
4、研讨由于温度与电阻值的非线性变更，采用怎样的校正电路停止校正。

第二章  系统的硬件设想

第一节 整体设想计划

利用铂热电阻PT100，其阻值会随着温度的变化而改变。PT后的100即暗示它在0℃时阻值为100欧姆，在100℃时它的阻值约为138.5欧姆。厂家供给有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，再经过A/D转换后测PT100两头电压，即获得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停止供电，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25倍后输入到AD0804中。操纵电阻变化率0.385Ω/℃的特征，计较出当前温度值。
温度计电路设想整体设想方框图如图2-1所示。


图2-1  电路设想整体设想方框图
第二节 单片机

一、AT89C51简介

AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处置器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以频频擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与产业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
二、管脚说明

如图2-2为AT89C51引脚图,各引脚功用说明以下:


图2-2  AT89C51引脚图
VCC: 电源
GND: 地
P0 口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当拜候内部法式和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这类形式下，P0具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在法式校验时，输出指令字节。法式校验时，需要内部上拉电阻。                  
P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输进口利用。作为输入利用时，被内部拉低的引脚由于内部电阻的缘由，将输出电流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分袂作按时器/计数器2的内部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX）。
P2口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输进口利用。作为输入利用时，被内部拉低的引脚由于内部电阻的缘由，将输出电流（IIL）。在拜候内部法式存储器或用16位地址读取内部数据存储器（例如履行MOVX @DPTR）时，P2口送出高八位地址。在这类利用中，P2口利用很强的内部上拉发送1。在利用8位地址（如MOVX @RI）拜候内部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。
P3口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O 口，对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输进口利用。作为输入利用时，被内部拉低的引脚由于内部电阻的缘由，将输出电流（IIL）。P3口亦作为AT89C51特别功用（第二功用）利用，如表2-1所示。
表2-1 AT89C51引脚号第二功用

P3.0	RXD（串行输入）
P3.1	TXD（串行输出）
P3.2	INT0（内部中断0）
P3.3	INT0（内部中断0）
P3.4	T0（按时器0内部输入）
P3.5	T1（按时器1内部输入）
P3.6	WR（内部数据存储器写选通）
P3.7	RD（内部数据存储器读选通）

RST:复位输入，晶振工作时，RST脚延续2个机械周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST 脚输出69个晶振周期的高电平。特别寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功用无效。DISRTO默许状态下，复位高电平有用。
ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是拜候内部法式存储器时，锁存低8 位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE以晶振六分之一的牢固频次输出脉冲，可用来作为内部按时器或时钟利用。但是，出格夸大，在每次拜候内部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。假如需要，经过将地址为8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操纵将无效。这一位置“1”，ALE 仅在履行MOVX 或MOVC指令时有用。否则，ALE将被微小拉高。这个ALE使能标识表记标帜位（地址为8EH的SFR的第0位）的设备对微控制器处于内部履行形式下无效。
三、振荡器特征：

XTAL1和XTAL2分袂为反向放大器的输入和输出。该反向放大器设置为片内振荡器时，石晶振荡和陶瓷振荡都可采用。采用内部时钟源驱动器件时，由于内部时钟信号是经过一个2分频触发器后作为内部时钟信号的，所以对内部时钟信号的占空比没有特别要求，但最小高电平延续时候和最大的低电平延续时候应合适产物技术条件的要求。
四、芯片擦除：

全部PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可经过正确的控制信号组合，并连结ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操纵中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被频频编程之前，该操纵必须被履行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频次的条件下静态逻辑，支撑两种软件可选的掉电形式。在闲置形式下，CPU停止工作。但RAM，按时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电形式下，保存RAM的内容而且解冻振荡器，避免所用其他芯片功用，直到下一个硬件复位为止。
仿真图：


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法式运转图：


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材料包含：


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