基于单片机的电子温度计设计
图 3- 7 1602液晶显示模块连接电路表
3.4 A/D转换模块设计和A/D转换电路设计 3.4.1 A/D转换器
由于本设计的对象是模拟量温度，要使计算机或数字仪表能识别、处理这些信号，必须首先将模拟信号转换成数字信号；这样，就需要一种能在模拟信号与数字信号之间起桥梁作用的电路--模数转换器。
将模拟信号转换成数字信号的电路，称为模数转换器（简称A/D转换器或ADC,Analog to Digital Converter）。信号数字化是对原始信号进行数字近似，它需要用一个时钟和一个模数转换器来实现。时钟决定信号波形的采样速度和模数转换器的变换速率。 3.4.2 TLC549功能分析
TLC549是 TI公司生产的一种低价位、高性能的8位 A/D转换器，共有八个引脚。它能方便地采用三线串行接口方式与各种微处理器连接，构成各种经济适用的测控应用系统。
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图3-8 A/D转换器TLC549
TLC549内部集成了时钟电路，无需外部提供工作时钟信号，且I/O CLOCK与内部时钟
分开工作，不相影响。TLC549与外界采用串行口通信，这使控制器可以很方便的对其控制。TLC549控制方法简单，具体操作与时序如下：
图3-9 TLC549时序图
当/CS变为低电平后， TLC549芯片被选中， 同时前次转换结果的最高有效位MSB （A7）自 DATA OUT 端输出，接着要求自 I/O CLOCK 端输入8个外部时钟信号，前7个 I/O CLOCK信号的作用，是配合 TLC549 输出前次转换结果的 A6-A0 位，并为本次转换做准备：在第4个 I/O CLOCK 信号由高至低的跳变之后，片内采样/保持电路对输入模拟量采样开始，第8个 I/O CLOCK 信号的下降沿使片内采样/保持电路进入保持状态并启动 A/D开始转换。转换时间为 36 个系统时钟周期，最大为 17us。直到 A/D转换完成前的这段时间内，TLC549 的控制逻辑要求：或者/CS保持高电平，或者 I/O CLOCK 时钟端保持36个系统时钟周期的低电平。由此可见，在自 TLC549的 I/O CLOCK 端输入8个外部时钟信号期间需要完成以下工作：读入前次A/D转换结果；对本次转换的输入模拟信号采样并保持；启动本次 A/D转换开始。
TLC549无需外部工作时钟输入，这使其外部引脚减少，从而使外部电路简化。本系统采用了软件滤波法，需要多次快速采样，而TLC549工作频率高，适合高速率的采样场合，且其转换精度高，连接电路简单，非常适合在本系统中应用。连接电路如下：
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图3-10 A/D转换模块电路
3.5电源模块电路的设计
由于本系统为信号处理系统，且使用惠更斯电桥取得电压信号，所以要求电源有一定的稳定性，另外本系统工作电流低，所以选择采用单片机系统比较常用的电源电路芯片78xx系列稳压电源芯片。
本系统采用了LM358放大器组成了差动信号放大器，出于对放大倍数稳定的要求，放大电路采用双电源供电，所以电源使用了7805和7905各一片，市电220V经变压器变压，再经过整流桥与滤波电容变为直流电压，然后经过稳压电源芯片稳压输出+5V、-5V与GND。如下图：
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图3-11 电源电路 3.6 信号放大电路的设计
由于前面选择了非平衡电桥电路，其输出的是一个差动电压，所以我们采用LM358运算放大器构成差分放大电路来放大信号电压。LM358中集成了两个运算放大器，通过外接电阻，来实现需要的放大倍数。LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，但考虑到实际运 用时放大器倍数稳定的要求，这里我们采用双电源供电。差动放大电路如图：
图3-12 信号放大电路
R13/R15=R14/R9=35。其放大倍数为35倍。
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4 程序设计与分析
核心器件和电路已经具备了，但是没有与之相应的软件设计，元器件本身不能实现任何功能，所以下面将介绍软件设计，并分析本次设计的工作原理。
总体方案的设计主要是根据被控对象的任务及工艺要求而确定的。本系统是51单片机在系统检测方面的应用，测温系统应用测温元件将温度信息转换为相应的电压信号，信号经过放大、A/D转换，将载有温度信息的电压信号转换成单片机可以处理的数字信号并输入到单片机中通过单片机程序的数学计算，计算出温度信息，并显示。实时时钟电路的实时时钟信号输入到单片机中，通过单片机输入到显示模块。系统最后通过显示模块可以直观的显示当前时间，温度，方便读取信息。 4.1 系统软件流程分析
单片机系统的软件编写在整个设计系统中占有要地位，在单片机信号采集系统中，所有工作过程都是由单片机系统的程序来控制的，采集到的信号也需要程序对其作相应的处理。在单片机测量控制系统中，大体上可分为数据处理、过程控制两大类型。数据处理包括：数据的采集、数字滤波、标度变换等。过程控制程序主要是使单片机按一定的方法进行计算，然后再输出，以便达到测量控制目的。
软件设计主要是控制对温度进行采集，显示操作，按键操作，对时间的设置和修改。因此，整个软件可分为温度采集子程序、时钟读取程序、按键子程序、显示子程序、及系统主程序。
整个时序流程图如下：
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