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本文介紹了一種溫度傳感器選用LM35、單片機選用AT89C52的溫度測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)的溫度測量范圍為0～99℃，可以精確到一位小數(shù)，可適用于工業(yè)場合及日常生活中。 1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 本測溫系統(tǒng)由溫度傳感器電路、信號放大電路、A／D轉(zhuǎn)換電路、單片機系統(tǒng)、溫度顯示系統(tǒng)構(gòu)成。其基本工作原理：溫度傳感器電路將測量到的溫度信號轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出到信號放大電路，與溫度值對應的電壓信號經(jīng)放大后輸出至A／D轉(zhuǎn)換電路，把電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送給單片機系統(tǒng)，單片機系統(tǒng)根據(jù)顯示需要對數(shù)字量進行處理，再送溫度顯示系統(tǒng)進行顯示。 |
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2 硬件電路設(shè)計
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2.1 溫度傳感器電路 溫度傳感器采用的是NS公司生產(chǎn)的LM35，他具有很高的工作精度和較寬的線性工作范圍，他的輸出電壓與攝氏溫度線性成比例，且無需外部校準或微調(diào)，可以提供±1／4℃的常用的室溫精度。
LM35的輸出電壓與攝氏溫度的線形關(guān)系可用下面公式表示，0℃時輸出為0 V，每升高1℃，輸出電壓增加10 mV。其電源供應模式有單電源與正負雙電源兩種，其接法如圖3與圖4所示。正負雙電源的供電模式可提供負溫度的測量，單電源模式在25℃下電流約為50 mA，非常省電。本系統(tǒng)采用的是單電源模式。
2.2 信號放大電路
由于溫度傳感器LM35輸出的電壓范圍為0～0.99 V，雖然該電壓范圍在A／D轉(zhuǎn)換器的輸入允許電壓范圍內(nèi)，但該電壓信號較弱，如果不進行放大直接進行A／D轉(zhuǎn)換則會導致轉(zhuǎn)換成的數(shù)字量太小、精度低。系統(tǒng)中選用通用型放大器μA741對LM35輸出的電壓信號進行幅度放大，還可對其進行阻抗匹配、波形變換、噪聲抑制等處理。系統(tǒng)采取同相輸入，電壓放大倍數(shù)為5倍，電路圖如圖5所示。
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2.3 A／D轉(zhuǎn)換電路 A／D轉(zhuǎn)換電路選用8位AD轉(zhuǎn)換器ADC0809。ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A／D轉(zhuǎn)換器，可處理8路模擬量輸入，且有三態(tài)輸出能力。圖5中運算放大器的輸出電壓V，送入ADC0809的模擬通道IN0。單片機AT89C52控制ADC0809的開始轉(zhuǎn)換、延時等待A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束以及讀出轉(zhuǎn)換好的8位數(shù)字量至單片機進行處理。
2.4 單片機系統(tǒng)
單片機選用的是ATMEL公司的AT89C52，主要完成對A／D轉(zhuǎn)換電路的控制、對轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量的處理以及對顯示模塊的控制，并且為ADC0809提供工作時鐘。同時AT89C52外接鎖存器74LS373，對AT89C52的P0口的地址信號進行鎖存。74LS373的Q2，Q1，Q0接ADC0809的C，B，A，實現(xiàn)對模擬通道的選擇。AT89C52的晶振選擇3 MHz，則其ALE引腳的輸出頻率為0.5 MHz，小于ADC0809的時鐘頻率最高值640 kHz，正好為其提供工作時鐘。其具體連接電路如圖2所示，單片機的晶振電路及復位電路較簡單，圖中未給出。
2.5 溫度顯示系統(tǒng)
該溫度顯示系統(tǒng)較為簡單，由可編程并行輸入輸出芯片8255A的A，B，C端口外接3個8段LED顯示器來實現(xiàn)。AT89C52的P2.6為8255提供片選信號，74LS373的Q7，Q6接8255的A1，A0，可得到8255的A，B，C及控制口的地址為BF3FH，BF7FH，BFBFH，BFFFH。AT89C52處理好的溫度數(shù)據(jù)輸出至8255，并由AT89C52對8255編程控制其A，B，C端口輸出高電平或低電平，以便從8段LED顯示器顯示實際溫度。8段LED顯示器選用共陽極，8255的A，B，C端口與8段LED顯示器之間接限流電阻，圖2中只畫出了PA口，PB，PC口的接法類似。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
系統(tǒng)的軟件部分用51匯編語言編程，采用模塊化結(jié)構(gòu)，主要由A／D轉(zhuǎn)換模塊、單片機內(nèi)部數(shù)據(jù)處理模塊、溫度顯示模塊等3部分構(gòu)成，便于修改和維護。
3.1 A／D轉(zhuǎn)換模塊
根據(jù)測量系統(tǒng)要求不同以及單片機的忙閑程度，通常可采用3種軟件編程方式：程序查詢方式，延時方式和中斷方式。本系統(tǒng)采用延時方式。延時程序?qū)嶋H上是無條件傳送I／O方式，當向A／D轉(zhuǎn)換器發(fā)出啟動命令后，即進行軟件延時，延時時間稍大于進行一次A／D轉(zhuǎn)換所需要的時間，之后打開A／D轉(zhuǎn)換器的輸出緩沖器讀數(shù)即為轉(zhuǎn)換好的數(shù)字量。A／D轉(zhuǎn)換時間為64個時鐘周期，因為系統(tǒng)中ADC0809的工作時鐘為500 kHz，故A／D轉(zhuǎn)換時間為128 μs，延時時間可大致選擇160μs。程序段如下：
為了使采樣數(shù)據(jù)更穩(wěn)定可靠，系統(tǒng)還采用了8次采樣平均值的方法以消除干擾。 3.2 單片機內(nèi)部數(shù)據(jù)處理模塊
系統(tǒng)通過ADC0809轉(zhuǎn)換的數(shù)字量是與實際溫度成正比的數(shù)字量，但系統(tǒng)最后顯示的是實際溫度值，因此需要對數(shù)據(jù)進行處理再通過8255輸出到LED顯示。
設(shè)所測溫度值為T，A／D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量為X，則有：
VOUT=0.01 V／℃×T℃
VOUT為LM35的輸出電壓，即運放μA741的輸入電壓，μA741的輸出電壓用V1表示。因為μA741的放大倍數(shù)為5，則有：
V1=5×VOUT=0.05×T
根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置，溫度傳感器輸出電壓0～5 V對應于轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量0～255，則有： 0.05T／5=X／255
可以近似寫為： 0.05T／5=X／256
這樣除以256可通過把被除數(shù)右移8位來實現(xiàn)，編程較簡單。由此可以得出X和T的關(guān)系：
T=100×X／256
程序段如下：
3.3 溫度顯示模塊 單片機處理好的溫度數(shù)據(jù)通過8255的3個端口輸出到3個LED上顯示，8255的A，B，C口的工作方式均設(shè)置為方式0，輸出。編程時只需分別從40H，41H，42H單元取數(shù)據(jù)送A，B，C口輸出即可。
4 結(jié) 語
該測溫系統(tǒng)經(jīng)過多次測試，工作穩(wěn)定可靠，體積小、集成度高、靈敏度高、響應時間短、抗干擾能力強等特點。此外該系統(tǒng)成本低廉，器件均為常規(guī)元件，有很高的工程價值。如稍加改動，該系統(tǒng)可以很方便地擴展為集溫度測量、控制為一體的產(chǎn)品，具有一定工程應用價值。如對該系統(tǒng)進一步擴展，還可以實現(xiàn)利用USB協(xié)議標準與PC機進行數(shù)據(jù)通信，能夠把監(jiān)測到的溫度值保存到PC機中。
本文來源：現(xiàn)代電子技術(shù) 作者：青島科技大學 信息學院 王景景
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