目錄摘要1、設計背景
2、設計要求
3、方案比較及元器件選擇
3.1測量部分方案比較
3.2數模轉換晶元的方案選擇
4、系統整體硬體設計方案
4.1系統工作原理概述
4.2 感測器及放大電路
4.3 a/d轉換電路
4.4 微控制器at89c51
4.5 報警電路
4.6 解碼電路
4.7 led顯示電路
5、程式控制
5.1 介紹
5.2 總程式流程圖
5.3 程式
致謝詞參考文獻
摘要溫度採集系統的開發在很大意義上提高了生產生活的需要，是工業生產和自動控制中最常見的工藝引數之一，方便了生產中對溫度的控制，有效的提高了生產質量。外圍電路比較簡單雜，測量精度較高，分辨力高，使用方便。溫度檢測是現代檢測技術的重要組成部分，在保證產品質量、節約能源和安全生產等方面起著關鍵的作用。
本次課程設計正是為了完成溫度採集而設計的，可以說與人們的日常生活是息息相關的，具有很大的現實意義。本文介紹了以at89s51微控制器為核心的溫度控制器的設計，在該設計中採用高精度的溫度感測器lm35d對溫度進行實時精確測量，用超低溫漂移高精度運算放大器op07將溫度-電壓訊號進行放大，再送入12位的ad574a進行a\d轉換，從而實現自動檢測，實時顯示及越限報警。
關鍵字：at80s51、溫度感測器lm35d、模數轉換器ad574a
1、設計背景
現代工業設計及日常生活中溫度控制都起著重要的作用，早期的溫度控制主要用於工廠時間生產中，能起到實時採集溫度資料，提高生產效率，產品質量之用。隨著人們生活質量的提高，現代社會中的溫度控制不僅應用在工廠生產方面也應用於酒店，廠房以及家庭生活中，在有些應用中，如高精度的生產廠房，對溫度的要求及其嚴格，溫度的變化極有可能對生產的產品造成極大的影響。因此，這就需要一種能夠及時檢測溫度變化以及溫度變化的裝置，提供溫度資料值，使人們對溫度的變化做及時的調整，溫度控制器可根據人們不同的應用環境自行設定該環境的溫度值，及時反映生產，生活中溫度變化時人們能及時看到溫度變化的第一手資料，提示人們溫度變化情況，協助人們能及時的調整，起到溫度報警作用，使溫度控制更好的服務於社會生產、生活。
2、設計要求
（1）溫度測量範圍：0—1000c
（2）具有超出上下限報警功能
（3）精度：0.10c
（4）利用數碼管顯示溫度值
3、方案比較及元器件選擇
（1）測量部分方案比較
方案一：採用熱敏電阻，可滿足0--100℃的測量範圍，但熱敏電阻精度，重複性，可靠性都比較差，對於檢測小於0.1℃的溫度訊號是不適用的。
方案二：採用電流型溫度感測器ad590。ad590具有較高精度和重複性（重複性優於0.
1℃）其良好的非線性可以保證優於0.2℃的測量精度，利用其重複性較好的特點，通過非線性補償，可以達到+0.2℃測量精度。
ad590 流靈敏度1ua/k。它是二端器件，具有很寬的工作電源電壓範圍和很高的輸入阻抗。作為一種高阻電流源，對於它不需要考慮傳輸線上的電壓訊號損失和雜訊干擾的問題，因此特別適合做遠距離測量或控制應用。
出於同樣的道理，ad590也特別適用於多點溫度測量系統，而不必考慮選擇開關或cmos多路轉換開關所引入的附加電阻造成的誤差。由於採用了一種獨特的電路結構，並利用最新的薄膜雷射微調技術作最後的定標，因此ad590具有很高的精度。
但是，由於ad590採集到的訊號是電流訊號，在將資料傳給adc0804前還要先把電流訊號轉變成電壓訊號，因此，用ad590來檢測、採集室溫的電路比較複雜。而且，在高精度測溫電路中，必須考慮ad590的輸出電流不被分流影響。
方案三，採用電壓型溫度感測器lm35d。lm35d是精密積體電路溫度感測器，它的輸出電壓與攝氏溫度線性成比例， lm35d無需外部校準或微調來提供±0.2℃的常用的室溫精度， 因為線性極好，所以程式設計時易於實現。
因此，選用此方案。
（2）數模轉換晶元的方案選擇
常用的a/d轉換晶元有adc0809、adc0804、adc0808等，由於測溫精度要求是0.1℃，有考慮到測量干擾和資料處理誤差，則溫度感測器和ad轉換器的精度更高才能保證精度的實現。這個精度是0.
1℃，故溫度感測器能夠區分0.1℃，而對於ad轉換器，由於測量範圍是0—100度，以0.1度作為響應的ad區分度要求，則ad需要區分（100-0）/0.
1=1000個數字量，顯然需要10位以上的ad轉換器，為此，選用高精度的12位模數轉換器ad574a。
4、系統整體硬體設計方案
（1）系統工作原理概述
根據課題設計要求可知該系統需要利用電壓型溫度感測器採集室溫並產生10mv/℃的電壓訊號，將放大後的訊號送給轉換器進行轉換，通過微控制器設定上
下限報警溫度並顯示轉換後的室溫，具體流程圖如圖2：
圖2 系統流程圖
在溫度測量電路中採用方案三，使用線性成比例（10mv/℃）的電壓型溫度感測器，之後，將採集到的微弱電壓訊號經過整個硬體與軟體系統放大100倍後的電壓訊號使其顯示就是室溫。首先，使採集到的電壓訊號經過放大電路中的放大器op07放大十倍後送入ad574的輸入端，a/d轉換器將模擬訊號轉換為數碼訊號後傳給at89s51。該系統以at89s51微控制器為核心，通過微控制器程式設計可以實現高溫（100℃）、低溫（0℃）報警的控制，將擴大500倍的訊號縮小5倍，至此已將輸入的微弱電壓訊號放大了100倍，現在的電壓值便是室溫值。。
用該方法對0--50℃範圍的溫度測量時，測量誤差+0.2℃。採用mcs－51系列微控制器作為核心監控器對外界溫度進行測量。
這樣，既可以降低對溫度感測器和放大電路的要求，從而降低成本，又可以針對不同外部環境或不同通道對溫度顯示及報警設定進行靈活修改。
（2）感測器及放大電路
1．電壓型溫度感測器lm35d
lm35系列是精密積體電路溫度感測器，它們的輸出電壓與攝氏溫度線性成比例,因而 lm35有優於用開爾文標準的線性溫度感測器，lm35無需外部校準或微調來提供±1/4℃的常用的室溫精度。
lm35特性如下：
直接用攝氏溫度校準；線性+10.0mv/℃比例因數；保證0.5℃精度（在+25℃時）；-55～+150℃額定範圍；適用於遙控裝置；因晶體片微調而低費用；工作在4～30v；小於60μa漏洩電流；較低自熱，在靜止空氣中0.
08℃；只有±1/4℃非線性值；低阻抗輸出，1ma負載時0.1ω。
lm35d的工作電壓為4v～20v，故可直接用溫控電路的電源，但要加乙個隔離二極體及平滑電容c。lm35d測溫範圍0℃～100℃，輸出電壓直接與攝氏溫度成比例，靈敏度為10mv/℃。輸出電壓接2v直流電壓擋數字萬用表，可讀出解析度為0.
1℃的溫度讀數。如表上讀數為287mv，即溫度為28.7℃。
整合溫度感測器lm35d是把測溫感測器與放大電路做在乙個矽片上，形成乙個整合溫度感測器，它的外形與封裝如下圖（見圖3）。
lm35d是一種輸出電壓與攝氏溫度成正比例的溫度感測器，其靈敏度為10mv/℃；工作溫度範圍為0℃-100℃；工作電壓為4-30v；精度為±0.1℃。最大線性誤差為±0.
5℃；靜態電流為80ua。該器件如塑封三極體（to-92）。該溫度感測器最大的特點是是使用時無需外圍元件，也無需除錯和較正（標定）。
lm35d的輸出端經過75的電阻和1uf的電容可使採集到的與溫度成比例（10mv/℃）的電壓訊號更加穩定，它的輸出經過放大器送給ad574a。
2．放大電路
圖5 系統的放大電路部分
如圖5，為系統的放大電路部分，電壓型溫度感測器lm35d是一種輸出電壓與攝氏溫度成正比例的溫度感測器，其靈敏度為10mv/℃，如果室溫為26℃，那麼經lm35d採集室溫後得到的電壓訊號為0.26 v，我們需要將此訊號在整個硬體系統和軟體系統中放大100倍，之後將其送入驅動電路，即可在led數碼管上顯示室溫，達到目的。這裡這個電壓訊號太微弱，不利於處理，容易產生誤差且不穩定。
lm35d的輸出端經過75的電阻和1uf的電容可使採集到的與溫度成比例（10mv/℃）的電壓訊號更加穩定；在放大電路中，取r6為1k是因為好計算放大倍數，r5用20k的滑動變阻器使這個0.26 v的微弱電壓訊號在0--20的放大倍數範圍內可調，在此,將其放大10倍，因此需要將r5調至10k，這樣經放大器op07放大後的6腳輸出就為放大十倍的電壓訊號2.6v。
（3）a/d轉換電路
1．a/d轉換器
測量和控制（如工業現場控制、資料採集與分析）是微控制器系統乙個非常重要的應用領域。其典型的應用模式是通過感測器採集現場的微弱訊號引數，經過資料處理後再通過a/d模數轉換送至微控制器系統進行各種工業調節和控制。在微控制器應用系統中，a/d模數轉換起著非常重要的作用，要將感測器採集的微弱訊號經前向通道準確地反映出來，除小訊號放大外，a/d轉換器的選擇、佈線和cpu板設計都可能影響a/d轉換的精度。
a/d轉換器的選擇:a/d轉換器的位數與乙個應用系統前向通道中被測量物件的精度有關。一般情況下，由於客觀條件的影響，電路設計中a/d轉換器的解析度要高於被測量物件的訊號最低解析度。
目前廣泛使用的a/d轉換器種類繁多，從
介面協議上又分為序列和並行兩種方式。序列介面的a/d轉換器占用較少的cpu i/o資源，主要採用的協議有spi和i2c等方式，程式設計較並行介面略顯繁瑣，典型的晶元有ti公司tlc2543\1543等等。並行介面的a/d晶元目前仍占多數，流行的有adc0804、adc0809 、ad574等等。
本系統主要是使用ad574來完成模擬訊號向數碼訊號轉變的。下面就來介紹a/d 轉換晶元的硬體設計方法。
轉換電路
圖6 a/d轉換電路
圖6中，ad574a是一種高效能的12位逐次逼進式a/d轉換器，它同adc0809一樣是常用的a/d轉換器，轉換時間為25μs，線性誤差為±1/2lsb，內部有時鐘脈衝源和基準電壓源，單通道單極性或雙極性電壓輸入，採用28腳雙立直插式封裝。 ad574a由12位a/d轉換器，控制邏輯，三態輸出鎖存緩衝器，10v基準電壓源四部分構成，其引腳中db0—db11為12個數碼訊號輸出端。
adc0804的6腳為訊號輸入端，r3與c3接地通過adc0804的19腳（clkr）與4腳（clk）向內部電路提供時鐘訊號。而adc0804 是逐次逼近型8位a/d模數轉換器，8位a/d轉換器的解析度為1/256=0.4%。
當然， a/d轉換器的位數越多，解析度越高，但成本也愈高。因此在實際電路的設計中選擇a/d轉換器也不能一味強調位數。
在這個轉換電路中，ad574起著兩個作用，一是將模擬量轉換為二進位制的數字量，二是將此輸入訊號在放大電路放大10倍後再放大50倍。
經ad574轉換後的二進位制數碼訊號通過db0---db11端傳給微控制器的p0口，供後面程式設計控制，使其縮小5倍，顯示室溫。為adc0804的片選訊號，低電平有效。、分別為寫、讀端，將其與微控制器的寫、讀端相連。
intr端為中斷，當其為高電平時表示轉換完成，之後，送中斷訊號給微控制器，等待微控制器發出訊號接收轉換好的資料。
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