燕山大学
课程设计说明书
题目：热敏电阻测温显示系统
学院（系）：电气工程学院
年级专业： 09级检测一班
学号： 0901********
学生姓名：路研研
指导教师：孟宗
教师职称：副教授
日29 月 5 年 2012 燕山大学课程设计说明书
燕山大学课程设计（论文）任务书
院（系）：电气工程学院基层教学单位：仪器科学与工程系
说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。
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2012 年6 月29 日
目录
第一章摘要 (3)
第二章总体设计 (4)
2.1 理论分析 (4)
2.2 过程分析 (4)
第三章硬件电路设计 (5)
3.1 传感器电路模块 (5)
3.2 A/D变换电路模块 (9)
3.3 八段数码管显示 (12)
3.4 8051芯片介绍 (15)
3.5 电源电路 (16)
第四章压力传感器实验数据采集、显示及程序 (16)
4.1 数据采集及显示 (17)
4.2 程序设计 .................................. 错误！未定义书签。
第五章心得体会 (20)
参考文献资料 (21)
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第一章摘要
随着以知识经济为特征的信息化时代的到来人们对仪器仪表的认识更加深入，温度作为一个重要的物理量，是工业生产过程中最普遍，最重要的工艺参数之一。随着工业的不断发展，对温度的测量的要求也越来越高，而且测量的范围也越来越广，对温度的检测技术的要求也越来越高，因此，温度测量及其测量技术的研究也是一个很重要的课题。
目前温度计按测使用的温度计种类繁多，应用范围也比较广泛，大致可以包括以下几种方法：
1 利用物体热胀冷缩原理制成的温度计
2 利用热电效应技术制成的温度检测元件
3 利用热阻效应技术制成的温度计
4 利用热辐射原理制成的高温计
5 利用声学原理进行温度测量
本系统的温度测量采用的就是热阻效应。测温电桥的主要部分是热敏电阻。
热敏电阻的主要特点是：①灵敏度较高，其电阻温度系数要比金属大10～100倍以上，能检测出10-6℃的温度变化；②工作温度范围宽，常温器件适用于-55℃～315℃，高温器件适用温度高于315℃（目前最高可达到2000℃），低温器件适用于-273℃～55℃；③体积小，能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生物体内血管的温度；④使用方便，电阻值可在0.1～100kΩ间任意选择；⑤易加工成复杂的形状，可大批量生产；⑥稳定性好、过载能力强。
温度是表征物体冷热程度的物理量，常见的温度传感器有热电阻传感器、热敏电阻传感器、热电偶温度传感器、集成温度传感器。热敏电阻本身是一个利用其电阻值随温度变化而变化的
温度传感元件，而且其灵敏度高、体积小、使用方便、结构简单等优
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点，因此利用热敏电阻制成的温度计广泛应用于航空、医学、工业及家用电器等方面做测温、控制、温度补偿、流速测量、液面指示等。采用以单片机为核心的热敏电阻温度计能很容易地减小上述影响，并且读数方便，精确度高，更显数字化。
本设计采用全桥测量电路，使系统产生的误差更小，输出的数据更精确。而运算放大电路的作用就是把传感器输出的微弱的模拟信号进行一定倍数的放大，以满足A/D转换器对输入信号电平的进行各种转换处理的要求。ADC0809 的A/D转换作用是把模拟信号转变成数字信号，进行模数转换，然后把数字信号输送到显示电路中去，由六位（本实验采用四位）八段数码管显示出测量结果。
关键字：温度传感器热敏电阻 A/D数模转换数码管动态显示
第二章总体设计
2.1 理论分析
温度测量模块主要为温度测量电桥，当温度发生变化时，电桥失去平衡，从而在电桥输出端有电压输出，但该电压很小。经过集成放大器放大，将放大后的信号输入AD转换芯片，进行A/D 转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来。
显测单信AD
示转温号
片
换模
放
系模
机大块
块统
↑
电源系统框图11 图—图2.1.1 系统硬件原理图如图1—1
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2.2 过程分析
该温度传感器系统硬件原理图如图1—1所示，由热电阻传感器测的外界温度，经过信号放大，然后送给模数转换，将原有的模拟信号转换为可以贝单片机识别和运算的数字信号，然后在通过软件编程通过显示电路显示出来当前所测得的温度。
它的各部分电路说明如下：
（1）.测温模块：
该部分电路主要使用测温电桥，当温度变化时，电桥处于不平衡状态，从而输出不平衡电压，为测温的基础。
(2).信号处理部分：
该部分电路包括电压信号的放大和AD转换，实现模数变换，以及硬件滤波。
(3)单片机部分：
本实验采用8051单片机，其工作在最小模式下，主要任务有：控制AD0809进行模数转换、形成必要的时序、进行数据计算以及控制数码管显示。
(4).电源电路部分：
该部分电路负责将输入的9V~12V直流电，分别转换为稳定的9V、5V、-9V直流电，给传感器，放大电路，单片机，AD0809等供电。
(5).显示电路：
显示电路的作用是将测量的温度利用动态数码管实时显示出来。
第三章硬件电路设计
3.1传感器电路模块
1 测温电桥及信号放大电路
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测温电桥及信号放大电路图3.1.1
上图是一个比较常用的温度测量电路，大致分为电源，电阻电桥，运放，输出部分。电LM324为中纹波，U1BR6为分压电路，C1主要滤除VCCR4，R6，C1，U1B组成，R4，源由运算放大器，工作于电压跟随器方式，其特点是具有高输入阻抗低输出阻抗，为后级电使电桥R13R13及热敏电阻组成，通过调节R2，R3，桥提供较稳定的电流。电桥由R1，，，R9平衡，当温度发生变化时，热敏电阻变化，电桥产生电压差。运放电路由R7，R8主要用于防止输出负电压，保护可以调节输出电压幅值。D1及U1A组成，调节R14R10 A/D电路。后级
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图3.1.2 测温电桥
如上图所示，热敏电阻RT和RA1，RB1，RC1，以及可变电阻R2组成一个测温电桥，在温度为20度时，调节R2使电桥达到平衡。当温度升高时，热敏电阻的阻值变大，电桥失去平衡，电桥输出的不平衡电压，经过滤波后，输入运算放大器，进行放大处理。
3.电桥的分析
图3.1.3 电桥原理图
(1)电桥输出电压：
Uo?Uab?Uad?I1R1?IR2112RR41?)U(I RRR?R? =1234（2）电桥平衡条件：
RR?RR4312共22 页第页
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当各桥臂发生微小变化时，电桥失去平衡，其输出为：)R????R)(RR?R)(??R)-(R(R?43121324?U
O)R????RR?R??RR?R)(R(U 43112234I??，又电桥开始平衡，即一般R< ??R?RR?R?R?R??321124U???U??? IO2)R?RRR(RR??142123 实际使用中，为了简化桥路设计，同时也为了得到电桥的最大灵敏度，往往取桥臂 电阻相等。放大电路4.分析它是一为压力传感器的微弱电压输出的放大电路。如图3.2.3，最后经过放大部分，R05100023??A?936R为值电压放大其个差分放大电路,放大倍数后的为,那么2R?250R?'O?U O O R9R U和温度T有一定的线性关系，因为A/D 转换器的最大输入电,OOI压为5v,因此对应A/D输出的电压，与热敏电阻感知的外界温度具有一定的线性关系。 共22 页第页
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