孔令强的毕业论文(3)

2018-12-17 13:11

基于单片机的电子温度计设计

端口0是一个8位宽的开路汲极(Open Drain)双向输出入端口,共有8个位,P0.0表示位0,P0.1表示位1,依此类推。 (10)PORT2(P2.0~P2.7):

端口1也是具有内部提升电路的双向I/O端口,其输出缓冲器可以推动4个LS TTL负载,同样地若将端口1的输出设为高电平,便是由此端口来输入数据。 (11)PORT1(P1.0~P1.7):

端口2是具有内部提升电路的双向I/O端口,每一个引脚可以推动4个LS的TTL负载,若将端口2的输出设为高电平时,此端口便能当成输入端口来使用。 (12)PORT3(P3.0~P3.7):

端口3也具有内部提升电路的双向I/O端口,其输出缓冲器可以推动4个TTL负载,同时还多工具有其他的额外特殊功能。

(13)RST:复位输入。当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

(14)ALE/PROG:当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。 (15)/PSEN:外部程序存储器的选通信号。

(16)/EA/VPP:当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。

(17)XTAL1:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 (18)XTAL2:来自反向振荡器的输出。

AT89S52为 ATMEL 所生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K在系统可编程Flsah存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造,与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。我们本次设计都将围绕AT89S52单片机,来实现所有基本功能。

基于单片机的电子温度计设计

3.2 铂电阻模块设计和信号调理分析 3.2.1 PT100温度传感器

图3-3 铂电阻PT100

本设计用到的电阻式温度传感器是铂电阻PT100,主要运用它来实现测温功能。PT100温度感测器是一种以白金(pt)做成的电阻式温度检测器,属于正电阻系数,其电阻阻值与温度的关系可以近似用下式表示:

在0~650℃范围内,Rt =R0 (1+At+Bt2)。

在-200~0℃范围内,Rt =R0 (1+At+Bt2+C(t-100)t3)。

式中A、B、C 为常数,A=3.96847×10-3,B=-5.847×10-7,C=-4.22×10-12。

PT100温度传感器的测量范围广(-200℃~+650℃),偏差小,响应时间短,还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点,所以本设计采用PT100作为温度传感器。

图3-4 PT100铂电阻RT曲线

PT100 是电阻式温度传感器,测温的本质其实是测量传感器的电阻,通常是将电阻的变化转换成电压或电流等模拟信号,然后再将模拟信号转换成数字信号,再由处理器换算出相应温度。本系统采用惠斯顿电桥,电桥的四个电阻中三个是恒定的,另一个用PT100 热电阻,当PT100电阻值变化时,测试端产生一个电势差,理论上由此电势差换算出温度。但是实际上由于PT100测温时会产生非线性误差,我们这里用查表法通过计算得到的铂电阻在该温度下的电阻与表中的数据相对比,得出温度信息。

基于单片机的电子温度计设计

3.2.2信号调理电路

信号调理电路的作用是将来自于现场传感器的信号变换成前向通道中A/D转换器能识别的信号,由于本设计温度传感器是热电阻PT100,因此调理电路完成的就是如何将与温度有关的电阻信号变换成能被A/D转换器接受的电压信号。

在大多数PT100测温场合中,信号的获取电路通常分为两种,一种是非平衡电桥,另一种是利用恒流源给PT100一个恒定的电流,通过测量铂电阻两端电压获得信号,在设计中我们使用的是比较常用的非平衡电桥电路。如图:

图3-5非平衡电桥电路

电桥电路中,供电电压为了放大电路的稳定考虑选用电源电压,实际测得为5.5V。桥臂电阻为R7=R8=3.26K、R12=96.8欧,通过计算,PT100在0摄氏度时通过的电流为1.6mA,符合PT100电流<5mA。

基于单片机的电子温度计设计

3.3 1602显示模块分析设计

3.3.1 1602字符型液晶显示模块简介

本系统显示内容简单,所以显示模块使用的是操作方便简单的1602液晶模块,液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富等特点,现在字符型液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的信息显示器件了。1602可以显示2行16个字符,有8位数据总线D0-D7,和RS、R/W、EN三个控制端口,工作电压为5V,并且带有字符对比度调节和背光。

图3-6 1602字符型液晶显示器

设计用到的1602字符型LCD有16条引脚线。每条引脚都有其特定的功能,功能如下表:

表3-1 1602型LCM接口各引脚功能表

引 脚 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

符号 VSS VDD V0 RS R/W E DB0 DB1 DB2 DB3 功能说明 电源地 +5V逻辑电源 液晶驱动电源(用于调节对比度) 寄存器选择(=1:数据;=0指令) 读写操作选择(=1:读;=0:写) 使能信号 数据总线(最低位LSB) 底4位三态、 双向数据总线 1位 底4位三态、 双向数据总线 2位 底4位三态、 双向数据总线 3位 8

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DB4 DB5 DB6 DB7 BLA BLK 高4位三态、 双向数据总线 4位 高4位三态、 双向数据总线 5位 高4位三态、 双向数据总线 6位 数据总线 (最高位MSB) 背光电源正极(通常为+5V,并串联一个电位器,可调节亮度) 背光电源地线 3.3.2 1602液晶显示屏的指令和操作

1602液晶显示屏有其自己的一套指令集,该指令集简单易用,应用时,单片机将相应的数据或指令通过数据引脚与控制引脚输入到1602字符液晶中,以此来控制液晶显示要显示的内容。单片机与1602字符液晶通信要遵守1602液晶的操作时序。

1602液晶的基本操作:

表3-2 1602液晶的基本操作表

读状态 输入 RS=L,R/W=H,E=H 输出 D0—D7=状态字 写指令 输入 RS=L,R/W=L,D0—D7=指令码,E=高输出 无 脉冲 读数据 输入 RS=H,R/W=H,E=H 输出 D0—D7=数据 写数据 输入 RS=H,R/W=L,D0—D7=数据,E=高脉输出 无 冲

另外1602液晶模块LCM显示的数字和字母部分的码值,刚好与ASCII码表的数字和字母相同,所以当我们需要显示数字和字母时,只要通过程序把要显示的地址发送想要显示的字符的ASCII就可以在相应位置显示出想要显示的字符。

1602液晶显示模块要想实现显示功能,还需要把它与单片机相连。1602液晶与单片机连接十分简单,数据口通过上拉电阻直接与单片机的P0口连接,控制线RS、R/W、E分别连接到P2.4、P2.5、P2.6。具体电路如下图:


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