数字显示温度计教学课题的设计

2012-08-23汪小会

电气电子教学学报 2012年5期

汪小会

(解放军电子工程学院，安徽合肥 230037)

数字显示温度计是直接用十进制数字来显示测试点温度的装置，可用于日常温度监测和某些工业生产过程温度的测试。本文介绍一个基于热敏电阻PT100数字显示温度计的实现方案［1］。该温度计设计以“模拟电子线路”、“数字逻辑电路”和“51单片机原理与应用”课程内容为切入点，涉及到热敏电阻、运算放大器、模/数转换器、51单片机和动态显示数码管等功能器件的基本原理和应用方法。设计方案在Proteus上仿真，仿真成功后烧写单片机，进行0℃和100℃两个温度点实际调试。

1 数字温度计原理及系统框架

工程上的温度测量使用较多的阻性温度测量器件，本文采用金属铂制成的标准测温热电阻PT100作为温度传感器件。PT100对温度有较好的线性度，即在工作范围内(-50℃ ～+500℃)单位温度的变化导致其电阻变化均为等值，用合适的电路将电阻的变化再转换成模拟电压的变化，然后将模拟电压转换成数字信号，经51单片机控制后，产生相应的数码管显示信号。

本温度计由传感器PT100模拟电压形成与调理电路、模拟/数字转换电路、51单片机控制电路和数码显示电路组成，如图1所示。温度计由两部分组成:①硬件电路;②软件程序。控制的核心芯片采用 AT89C51［2］。

图1 数字显示温度计框图

2 电路设计方案

2.1 PT100电阻和模拟电压形成与调理电路

如图2所示，将热敏电阻RT1(PT100)与一个电阻R2(如10kΩ)串联，PT100上产生的温感电压就与其阻值成正比。该电压通过R3和R5送至差分放大器TL062的2脚。为了使PT100在0℃时差分放大器输出电压为0V，再安置一条10kΩ电阻R1和可变电阻RV1串联的支路。RV1上的电压通过R4，送至TL062的3脚。调节RV1便可使在0℃时，让TL062的输出电压达到0V。由于差分放大器输出的信号很小，还需输出级进行放大。

图2 模拟电压形成与调理电路图

2.2 模/数转换电路

模/数转换由芯片ADC0808实现［3］。如将图1中输出的模拟温感信号作为ADC0808的IN3通道信号，并将其通道选择地址线ADD C、ADD B和ADD A设置为011，地址锁存ALE接高电平。来自51单片机的ADC启动信号(正脉冲)接START端，时钟脉冲接CLOCK端，输出允许接OE端。ADC转换结束标志信号EOC送至51单片机P3.1端，数字输出信号OUT1～OUT8送至其P1.0－P1.7口存储并处理产生数字显示信号。其电路见图3。

图3 模拟/数字转换电路

2.3 单片机控制与显示电路

51单片机上电后，在P3.2端产生ADC启动信号，其后在 P3.3端依次产生正脉冲作为 ADC的CLOCK，并检测来自ADC的EOC端是否为高电平，即一次模/数转换是否完成。如完成则对ADC的OE置1，存储 ADC传送来的数字信号(OUT1～OUT8)，51单片机将数字信号分出百位、十位、个位数字，再根据数字值查出动态显示数码管的字段码信号和字选信号，传送至动态显示数码管的字段控制端和字选控制端，并保持一段时间(2.5ms～5ms)。完成这过程后再次进行了下一次转换，如此循环。图4所用数码管是四位动态显示数码管，左边三个数码管分别用于显示测量温度值百、十、个位数字，最右边数码管用于显示温度摄氏度单位“C”。图4中没有标示的管脚码，可按参考文献［2］所述连接。

图4 单片机控制与显示电路图

2.4 Proteus建立的系统完整的电路

书面设计完成后，在Proteus上画出如下所示的电路图(图5)，然后在Keil(51单片机编译软件)中编写程序，生成HEX文件后回到Proteus中，给单片机加载生成的HEX文件，运行仿真。仿真开始后调试过程:设置RT1为0℃，调整RV1使数码管显示000C;再设置RT1为100℃，调整RV2使数码管显示100C。这样就完成了仿真调试，随后随意设置RT1几个不同的温度数值，观察数码管显示的数值是否与设置值一致，如正常就进行实际电路安装及调试工作［4］。