摘要
电子温度计是日常生活中最普遍的电子产品之一,常用的转换元件有热电阻、热敏电阻、热电偶等,通常我们将这些转换元件通过非电量转化电量的检测方法，结合电量和温度之间的关系,我们可以计算出其温度值。在本课题中将介绍一种利用电阻电桥失衡输出的电压转换温度的设计。在设计中,利用AT89Ｓ系列单片机作为控制器，计算铂电阻（PT100）电量与温度的转换，并在LED显示温度。
关键词:AT８9S52 AＤC0832
Abstraｃt
Ｅｌectroｎic ｔｈermomｅｔer iｓin ｄaily liｆeｔhe mｏsｔcommon onｅof elｅctrｏnicｐrｏducｔs, and thｅcoｍｍoｎinterfaｃe ｅlement ｈaveｈe ａt ｒesistａｎce,tｈｅrmal resistanｃｅ, thermocouple，etc., usuaｌly we ｗill these inteｒface eleｍｅnt thrｏｕgh the noｎ-electriciｔy iｎto ｅｌectｒiciｔy d ｅtｅｃtｉon meｔhｏｄs, cｏmｂiｎed ｗｉth powｅr aｎd tｈe relationshiｐbetｗｅen the ｔemperａturｅ, we can ｃａlｃulate the teｍperatｕre value. In tｈis tｏpicｗiｌl introducｅa kind ｏf makｅｕse of the reｓｉsｔａｎce ｂr ｉｄgeｕnｂalanced ouｔｐｕt voltaｇe tｒaｎｓitｉon tｅmｐｅrature design. In the dｅsign,ｔｈe uｓe of AT89S seriｅｓｍicroconｔroｌlｅｒas tｈe contｒｏlｌｅr, ｃａlｃulａtｉoｎof plａtinｕm ｒesiｓｔaｎce（PT１０0) powe ｒand ｔemｐeratｕreｃonveｒsiｏｎ, and inｔhｅLＥＤdｉsplay ｔeｍperature.
?Ｋeyword:AT89Ｓ52 ＡDC0832
1.引言....................................................................................................................... 错误!未定义书签。２.设计任务及要求?错误!未定义书签。
３.单臂电桥测温原理及铂电阻?错误!未定义书签。
3．1直流电桥平衡原理?3
3.２铂电阻的特性?错误!未定义书签。
3.３由铂电阻构成的单臂电桥....................................................................... 错误!未定义书签。4方案设计和选择?错误!未定义书签。
４.１系统结构框图......................................................................................... 错误!未定义书签。
4.2方案设计与确定?错误!未定义书签。
5电路图、元器件介绍以及参数计算 (6)
5.1测量电路?错误!未定义书签。
5.２信号调理电路?错误!未定义书签。
5．3模数转换电路......................................................................................... 错误!未定义书签。
5．4单片机及外围电路?错误!未定义书签。
5.5显示电路................................................................................................. 错误!未定义书签。６软件设计.......................................................................................................... 错误!未定义书签。
6.1ADＣ的启动与输入 ............................................................................... 错误!未定义书签。
6.２软件修正误差........................................................................................... 错误!未定义书签。7整体组装及调试................................................................................................... 错误!未定义书签。
7.1仿真............................................................................................................ 错误!未定义书签。
７.2硬件组合及相关数?错误!未定义书签。
7.３误差分析?错误!未定义书签。
7.4调试?错误!未定义书签。
８总结体会.............................................................................................................. 错误!未定义书签。附录:?错误!未定义书签。
参考资料:?错误!未定义书签。
整体原理图...................................................................................................... 错误!未定义书签。
程序.................................................................................................................. 错误!未定义书签。
1.引言
当今,铂电阻广泛应用于医疗、电机、工业、温度计算、卫星、气象、阻值计算等高精温度设备，应用范围非常之广泛。日常生活中,温度已经成为人们必须知晓的一个物理量。温度的高低密切关系着生活中的每一个角落。温度传感器成为常用的传感器之一，为知晓生活中温度的高低提供了极大的便利。
2.设计任务及要求
基于热电阻的温度测量仪器的设计
设计任务与要求：
1. 理解电阻测温的原理;
2. 理解数模转换器的原理以及与M ＣU 的接口方法；
3. 理解显示器与MCU 的接口方法;
4. 编程实现温度的测量及显示;
５． 温度的确定方法建议不采用查表法,采用传感器的关系表达式；
6 测量温度范围：０~20０℃。
3.单臂电桥测温原理及铂电阻
３.1直流电桥平衡原理
近年来，低漂移集成运算放大器的发展,直流电桥
得到了广泛的应用。如图3－1所示，Ｕ为电源电压,R
１、R2、Ｒ3、Ｒ４电阻。初始状态1324R R R R =,则电
桥输出的电压或电流为零。此时电桥处于平衡状态。
因此1324R R R R =为电桥的条件。当其中任意一个电阻
的阻值改变时,0U 变化,其输出电压为
图3.1 平衡电桥 ()()
132401234R R R R U U R R R R -=?++
３．２铂电阻的特性
本次设计使用Ｐｔ100电阻，所以这里将只介绍Pt10０电阻的特性。
pt １00是铂热电阻,它的阻值会随着温度的变化而改变。ＰＴ后的100即表示它在0℃时阻值为100欧姆，在100℃时它的阻值约为138.5欧姆。它的工作原理:当ＰＴ100在0摄氏度的时候他的阻值为10０欧姆,它的阻值会随着温度上升而成近似匀速的增长。但他们之间的关系并不是简单的正比的关系，而更应该趋近于一条抛物线。
由于我们本次设计涉及到的温度范围：0～200℃。故阻值和温度之间的关系可以用下式近似表示
()201t R R At Bt =++
等式中,0R 、t R 分别为0℃和ｔ℃的电阻值。
33.9684710/A -=?℃ ，72B 5.84710/-=-?℃
Pt １00在正常工作下其电流最大max I 5mA ≤
3.3由铂电阻构成的单臂电桥
如图3-1所示,当2R 为铂电阻时（铂电阻的介绍将在第四节中介绍）。由于外界温度的影响下,铂电阻的阻值改变，导致平衡电桥失衡,从而0U 输出。
3202
134R R U U R R R R ??=-? ?++?? 因此，我们利用铂电阻的电阻随温度变化而产生电桥输出电压，并利用铂电阻的特性，从而实现由非电量转换成电量的测量。
４方案设计和选择
4.1系统结构框图
??图4.1
4.2方案设计与确定
方案一：使用运算放大器做求差，直接求出并放大输出电压,后进入A/D转换器，转换后进入单片机进行运算。
方案二:亦使用运算放大器，与方案一不同的是,方案一使用单路电压输入进入A/D 转换器,而方案二则采用电桥两路的电压,经过调理电路，输入A/D转换器，由单片机进行求差处理。
方案分析,两者的原理都是利用电桥失衡后的输出电压进行求差运算,以此获得铂电阻阻值和变化电压之间的关系。不同的是，方案一采用的是硬件求差，而方案二采用的是软件求差。相对后者来说,前者经过求差电路，单一的输出电压值，直接由单片机进行温度变化较后者使用软件求差的精度更高。由于两路电压都在时刻小幅变化，对于软件求差而言，微小的变化，导致求得的小数点后值不同,从而影响整个温度检测精度。
本次设计，由于希望通过编程上对误差的修正来保证温度准确度，故采取了方案二。 ５电路图、元器件介绍以及参数计算
5．1测量电路
5.１．1 原理图
图５.1.1
如图５.1．1所示,使用U =５V 的直流电输入，当5R （铂电阻）的温度变化时阻值随之改变，1V 的电势产生变化,而2V 的电势则不变。
5．1.2 元件选择
只考虑电阻的初始平衡,和Pt10０的最大电流。故选取２个1Ｋ电阻和1个5０0Ω电位器。故最大电流()2t I=U/R +R =4.5mA 满足Pt 电阻的要求。
5.２信号调理电路
5.2.1原理图
图5.2.１
由于两路的信号调理电路及选取电阻是相同，所以只给出一路的信号调理电路。第一级运放为一个电压跟随器为了降低输出阻抗，增加电压稳定性。第二级运放为一个正向电压放大器，由于输出电压较小,为了使A/Ｄ转换器正常工作，故需要放大后进A／D
5.２.2 高精度运算放大器ＯＰ０7介绍
Op07芯片是一种低噪声,非斩波稳零的
双极性（双电源供电）运算放大器集成电路。
由于OP０７具有非常低的输入失调电压(对
于OP07A最大为25μV),所以OＰ07在很多
应用场合不需要额外的调零措施。OP0７同
时具有输入偏置电流低(O Ｐ0７A 为±2ｎA ）和开环增益高(对于O Ｐ07Ａ为300V/ｍV)的特 ? 图5.2．２? 点,这种低失调、高开环增益的特性使得O Ｐ07特别适用于高增益的测量设备和放 大传感器的微弱信号等方面。
５.2.3 元件选择及参数设置
通过运算，可知电桥的输出电压1V 和2V 仅为0．45Ｖ（理想状态电桥平衡下)。由于热电
阻1℃的变化导致1Ω一下的电阻变化，如此电压的变化量也不会太大，这样会增加我们对测量的难度和不准确度。为此，为了解决微小信号变化的输出，采取了使用OP07运放的正向放大电路，放大电压，增益如下
()121A /v R R R =+
由于设计选择的ADC083２最大输入电压为5V ,故在第二级运放后的输出电压必须小于5V 。选择1R =12K ，2R =2４K,故可得A v ＝3,最大输出电压max 2.2V V ≤。
5.３模数转换电路
5．3.1 原理图
图5.3．1
5.３.２ADC083２选用及芯片介绍
由于ADC083２的连接和使用的简易,故为了降低电路的复杂度,采用了ADC０83２作为本次设计模数部分。
ADC０８３2 是美国国家半导体公司生产的一种8 位分辨率、双通道Ａ/D转换芯片。由于它体积小，兼容性,性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎,其目前已经有很高的普及率。
?芯片接口说明:
CＳ＿片选使能,低电平芯片使能。
ＣH0 模拟输入通道０，或作为IN+/-使用。
CH１模拟输入通道1，或作为IN+／－使
用。
GND芯片参考0 电位(地）。
DＩ数据信号输入，选择通道控制。
DO 数据信号输出,转换数据输出。图５.3．2 AＤC０８32封装
CLK芯片时钟输入。
Vcc/REF 电源输入及参考电压输入(复用)。
5.4 单片机及外围电路
５.4.１原理图
图5．４.1 单片机及外围电路
5．4．2 AＴ89S51资料及选用
现在市面上的单片机种类繁多,由于本次电路不需要负责的运算能力与速度,故选用最普遍的AＴ系列单片机。
AＴ89S５1是一个低功耗,高性能
CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP（Ｉn
－ｓｙstem ｐrogｒａｍｍaｂlｅ)的可反复
擦写1０00次的Ｆlash只读程序存储器，器件
采用ＡTMEL公司的高密度、非易失性存储技
术制造,兼容标准MCS－５1指令系统及8０C5１引脚结构，芯片内图5．４.2