温度测量显示电路设计

...设计内容与设计要求设计内容：以设计为主完成一个温度范围为0-500C的温度测量显示电路的设计与制作。1、主要设计内容：（1）系统原理框图设计与分析（包括传感器的选择与确定）；（2）系统方案设计、比较及选定（给出两种以上的方案比较）；（3）系统原理图设计（包含测量电路、放大电路、A/D转换及显示电路等）；（4）确定原理图中元器件参数（给出测量电路、放大电路计算公式与数据）；2、运用protel软件绘出系统原理电路图（鼓励能完成印刷电路板图的绘制）。设计要求：1）确定并分析系统设计要求；2）进行系统的方案设计；3）要绘制原理框图，绘制原理电路4）要有必要的计算及元件选择说明5）如果采用单片机，必需绘制软件流程图6）写说明书7）答辩所设计的方案能满足题目要求并实现相应的功能，所编写的设计说明书应语句通顺，用词准确，层次清楚，条理分明，重点突出。...主要设计条件1、Protel软件。2、参考文献若干。说明书格式1.课程设计说明书封面。2.课程设计任务书。3.说明书目录。4.正文5.总结。6.参考文献。7.附录。8.课程设计评分表。正文部分包括（概述、总体设计、硬件电路设计及调试等）...进度安排第1周：星期一上午：布置课题任务，课题内容介绍。星期一下午：仔细阅读设计任务书，明确设计任务与要求，收集设计资料。星期二～星期五：阅读相关资料，设计方案确定，相关元器件选型。第2周：星期一～星期二：电路设计。星期三～星期四：编写设计说明书,准备答辩。星期五：答辩。参考文献[1]张国雄等编，测控电路，机械工业出版社，2001.8[2]赵负图主编，现代传感器集成电路，人民邮电出版社，2000.1[3]刘征宇主编，线性放大器应用手册，福建科学技术出版社，2005.1[4]蔡锦福等编，运算放大器原理与应用，科学出版社，2005.7[5]黄继昌等编，实用单元电路及其应用[M].人民邮电出社，2002...目录...第1章系统原理框图设计1.1设计内容以设计为主完成一个温度范围为0-500C的温度测量显示电路的设计与制作。1、主要设计内容：（1）系统原理框图设计与分析（包括传感器的选择与确定）；（2）系统方案设计、比较及选定（给出两种以上的方案比较）；（3）系统原理图设计（包含测量电路、放大电路、A/D转换及显示电路等）；（4）确定原理图中元器件参数（给出测量电路、放大电路计算公式与数据）；2、运用protel软件绘出系统原理电路图（鼓励能完成印刷电路板图的绘制）。1.2原理框图设计设计以测量显示部分电路为主，以单片机系统为核心，对单点的温度进行实时测量检测。并采用温度传感器DS18B20、op07作为信号放大器、ADC0809作为A/D转换部件，对于温度信号的采集具有大范围、高精度的特点。在功能、性能、可操作性等方面都有较大的提升，具有更高的性价比。本系统由温度传感器DS18B20、AT89C52、LED数码管显示电路、软件构成。DS18B20输出表示摄氏温度的数字量，然后用51单片机进行数据处理、译码、显示、报警等。系统框图如图1.2.1所示：...温度传感器DS18B20如图1.2.1系统框图第2章方案论证及确定2.1系统方案的确定方案1：采用单片机测量并控制温度。此方案硬件电路简单，但是需设计复杂的软件电路。该方案为ICL7107A/D转换&译码方案。常见A/D转换器的转换方式有非积分式和积分式两类，如逐次逼近比较式A/D转换、斜坡电压式A/D转换等属于非积分式，其特点是转换速度快，但抗干扰能力差。电压反馈型V-F变换、双积分式A/D转换则属于积分式，其特点是抗干扰能力强、测量精度高，但转换速度低。工作方框图如图2.1.1所示：图2.1.1工作方框图温度传感器DS18B20AT89C5251单片机LED数码管数字量编码蜂鸣器报警红外遥控调节设置温限AD590温度传感器同向放大器ICL7107A/D转换&译码显示模块LCD液晶显示温度电压电压编码...方案2：该方案以AT89C52为控制器，采用DS18B20温度传感器检测温度信号，利用红外遥控设置温度测量的上下限数值，并通过LED数码管显示。工作方框图如图2.1.2所示：图2.1.2工作方框图经过综合研究分析，考虑整个设计和成本，方案2成本低，测量温度方便简单，故此次数字温度计课程设计选取方案2。2.2显示器方案的确定方案1：采用LCD液晶显示。液晶显示器是一种被动式的显示器，即液晶本身并不发光，而是利用液晶经过处理后能改变光线通过方向的特性，而达到白底黑字或黑底白字显示的目的。LCD液晶的像素单元是整合在同一块液晶版当中分隔出来的小方格。通过数码控制这些极小的方格进行显像。但其造价昂贵，不适合经费有限的学生使用。方案2：采用LED数码管显示。LED数码显示中每一个像素单元就是一个发光二极管，如果是单色，一般是红色发光二级管。如果是彩色，一般是三个三原色小二极管组成的一个大二级管。这些二级管组成的矩阵由数码控制实时显示文字或者图像，造价相对低廉，而且也能达到要显示的效果。经过综合研究分析，考虑整个设计和成本，方案2成本低。2.3传感器方案的确定温度传感器：利用物质各种物理性质随温度变化的规律把温度转换为温度传感器DS18B20AT89C5251单片机LED数码管红外遥控数字量编码...电量的传感器。这些呈现规律性变化的物理性质主要有体。温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。方案1：采用热电偶。热电偶有多种类型，它们覆盖非常宽的温度范围。它们的特点是：低灵敏度、低稳定性、中等精度、响应速度慢、高温下容易老化和有漂移，以及非线性。另外，热电偶需要外部参考端。该设计不能使用热电偶作为温度传感器。方案2：采用集成温度电流传感器。如AD590，它的测温范围为-50oC~+150oC，满刻度范围误差为±0.3oC，工作电压范围4~30V。AD590温度传感器是一种已经IC化的温度传感器,它会将温度转换为电流。AD590不能直接置于水中。这种传感器的价格比校昂贵。方案3：采用DS18B20数字温度传感器。该产品采用美国DALLAS公司生产的DS18B20可组网数字温度传感器芯片封装而成，具有耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面拥有很大优势，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。经过上述三种方案的论证比较，综合考虑成本、性能等因素，最终选取方案3。第3章系统硬件电路分析3.1AT89C52简介AT89C52是一8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机（MCU）。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ATMEL的AT89C52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。其管脚图如图3.1。...图3.1AT89C52管脚图3.2DS18B20传感器原理3.2.1DS18B20简介DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚TO－92小体积封装形式；温度测量范围为－55℃～＋125℃,可编程为9位～12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625℃，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出；其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生；多个DS18B20可以并联到3根或2根线上，CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。以上特点使DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统。3.2.2DS18B20的内部结构DS18B20内部结构主要由4部分组成：64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DQ为数字信号输入／输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端。ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码，每个DS18B20的...64位序列号均不相同。64位ROM的排的循环冗余校验码（CRC=X8＋X5＋X4＋1）。ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。DS18B20内部结构如图3.2.2.1所示。图3.2.2.1DS18B20内部结构图3.2.2.2DS18B20的管脚排列DS18B20的管脚功能描述：64位ROM和单线接口存储器与控制逻辑温度传感器高温触发器TH低温触发器TL配置寄存器高速缓存8位CRC发生器供电方式选择DQ...3.2.3DS18B20测温原理DS18B20低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1，高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入。当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将-55℃所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。此外，用斜率累加器补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值。3.3LED数码管LED数码管是由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。led数码管常用段数一般为7段有的另加一个小数点，还有一种是类似于3位“+1”型。位数有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等....，led数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类，了解LED的这些特性，对编程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。。颜色有红，绿，蓝，黄等几种。led数码管广泛...用于仪表，时钟，车站，家电等场合。选用时要注意产品尺寸颜色，功耗，亮度，波长等。图3.3.1LED数码管第4章系统原理图设计4.1A/D转换电路的设计AD转换器将模拟电压信号转化为数字信号，通过加法器、比较器、与非门接连成十进制译码器通过LED数字译码显示器显示。如图4.1.1。电路说明：（1）、AD转换的高4位输出到比较器（U12）的A0~A3，低4位放到比较器（U13）的A0~A3。（2）、十六进制计数器（U8）输出端QA～QD接到比较器（U12）的B0~B3，十六进制计数器（U4）输出端QA～QD接到比较器（U13）的B0~B3，低位的十六进制计数器（U4）经过与门接脉冲XFG2。（3）、十进制计数器U9、U10、U11按从低位到高位连接，低位经过与门接与十六进制计数器（U4）接的脉冲XFG2。（4）、通过两个比较器之后，当B大于A的时候，通过与门和非门的组合输出一个低电平，把脉冲截止，停止计数。...（5）、所得的数就是十六进制转换成的十进制数。（6）、脉冲XFG3控制十进制计数器U17,当计数器输出都为高电平时通过或非门得到一个高电平，控制十进制计数器U9、U10、U11和十六进制计数器U4、U8，同时清零，重复计数。图4.1.1A/D转换电路4.2放大电路的设计对信号放大，使用了低价格、高精度的仪器放大器OP07，它运用方便，是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路，可以通过外接电阻方便的进行各种增益的调整。其增益计算公式为：(1)由于A/D检测到的模