《工程测试技术课程设计》报告

         学 部:机械与电子信息学部

姓 名:                      

班 级:       机械四班      

学 号:      2500090402    

指导老师：               

成绩：                      

20##年1月1日

         

半导体温度传感器设计

一、设计目的：

l  通过本课程的设计，使学生更进一步了解有关温度传感器的工作原理、加工工艺相关知识。

l       B、综上所述合运用其它先修课程的理论和实践知识，制定设计方案，确定温度传感器的型号等参数，掌握温度的检测方法。

l       C、通过本课程设计，使学生掌握模拟信号获取、传输、处理及检测的一般方法。

l       D、通过本课程设计，学生学会应用温度传感器组成一个简单测量系统，提高学生的动手能力。

l       E、通过计算、分析、绘图，能运用标准，规范，手册和查阅有关资料等，培养仪表设计的基本技能，为毕业设计奠定良好的基础。

二、设计要求和内容：

参考下面的，利用半导体温度传感器AD590和单片机技术设计制作一个显示室温的数字温度传感器，测量误差为正负一度，四位LED数码管显示。

设计内容包括：

v  详细了解AD590温度传感器的工作原理，工作特性等。

v  设计合理的信号调解电路。

v  用单片机各AD芯片进行信号的采样等相关处理，要有pro tel 画的硬件接线原理图、利用C语言在单片机开发软件中编写相关程序，并对单片机关的程序作详细解释。

v  列出制作该装置的元器件，制作实验板，并调试运行成功。

三、  设计过程分析：

1. 器件选用：

晶振瓷片电容C1，C2 RAD-0.3,30PF、复位电容C3 RAD-0.3,10UF、铝电解电容C4，50V1000UF、铝电解电容 C8，C9，C13，35V1000UF、聚脂电容C5，C7，C10，C11，C12，C14，ct104,104、铝电解电容C6、铝电解电容C16，C18，2.2UF、铝电解电容C13，C15，35V100UF、铝电解电容C17，1UF、220V插座带   1m接受线，LN（PE）POWER-CZ、整流桥D1，D2，2W10、稳压管D3，LM336-2.5V、共阳LED数码管DS1-DS4，DIP10、4芯片5.08接插件JP1，JP4，JP5，4-5.08ZUO、复位电阴，10%，R1，AXIAL-0.4,10K、

限流电阴，10%，R2-R14 ，510，复位开关S1，SPST-2，SW-PB、变压器，AC8V-GND;AC15GND-AC15T1、

DIP40，单片机座、单片机U1，AT89S52、DIP20，741S373座，DIP28，ADC0809座、ADC0809U3、DIP14，74LS02座、74LS02U4，DIP-14/D19.7 74AC02PC、铁壳的，买散热片，以膈供DC5V电机用U5、7815U6、7815U7、AD590，温度传感器U8、DIP8，放大器座、DIP8，MAX6225座、MAX6225U10、调整信号可变电阻VR2 102、调整信号可变电阻VR2 202、调整信号可变电阻VR2 103、晶振，ale六份频为666KHZ Y1、实验板Z1，Z2、铜螺柱四个、导线若干。

2.设计原理：

测温电路原理：

传感器前端信号调理如下图所示

测量范围为室温，这里定为0到80度。0度时，A点输出电压为273.2mv；80度时，A点的界出现电压为（273.2+80）mv。调整B点电压为273.2mv,这样就可以得到差分电压信号V_AB与温度的头系为1mv/℃.经过传感器前端调整后的信号V_AB要经过放大能够被单片采样。图中LM336提供2.5v参考电压源。

   采用通用MCS-51单片机和ADC0809芯片进行数据采样、处理。采样为0~5V的标准信号，对应采样结果为0~255.满足设计要求，信号数据在测量系统中流程变化如下表1-1所示

   假定放大后信号数据取值范围为0~2V；单片机接入通道参考电压为2.5V，故0~2.5V的信号相应地被转换为0~255这256个数据；单片机显示温度数据等于单片机采样结果乘上80后再除去204。

   这里要求出差分电压信号Vab放大成为与采样为0~2V的标准信号的增益。

                       G =2000/80=25

       我们选用的放大器AD620芯片作为我们的放大器。引脚如图

当T=0时，V₀=0V；档T=80时，V₀=2V；及灵敏度为25mv/。

温度数据采集和处理

 ADC0809的参数电压为,单片机从ADC0809上采样的接口数据N还原为要显示的温度数据T的计算式子

               

通过接口电路可知：p0口直接与ADC0809的数据线相连接，p0口的低三位通过锁存器

74LS373连接到ADDA、ADDC,锁存器的锁存信号是89C52的CLK管脚，给ADC0809提供666KHz的时钟信号。

P2.7口作为读写口的选通地址。片外A/D转换通道的地址为7FF8H～7FFFH。在软件编制时，令p2.7（A15）=0，A0、A1、A2给出被选择的模拟通道地址，执行一条输出指令，就产生一个正脉冲，锁存通道地址和启动A/D转换；执行一条输出指令，读取A/D转换结果。

可采用延时等待AD转换结束方式，分别对8个通道模拟信号轮流采样一次，并依次大结果存放在数据存储器。

也可以采用8051的中断方式的接口来编写程序（ADC0809的E0C接8051的INT0），此时可以将0809作为外扩的并行I/0口，由p2.7口和WP口脉冲同时有效来启动A/D转换，

通道选择端A、B、C分别与地址线A0、A1、A2相连。其端口地址分别为7FF8H～7FFFH/。A/D转换结束信号E0C经反相后，接80C51的外部中断管脚。

3. 焊接过程：

1、分析电路图；将图上要注意的地方和没有标明的地方做好标记，对需要接线的芯片线脚做好注释。

2.合理安置各电子器件于电路板；既要求精美，更要求准确，便于布线焊接，能看清线路，便于后期检查；

3.焊接各电子器件；按照电路图依次焊接各器件，做到准确和不遗漏任何一个器件。

4.焊接完成后检查；看是否有遗漏，调节电阻到合适大小并测量，测试能否显示温度。

四、思考题：

1.该系统的测量误差与哪些因素有关？

答：其误差主要来自半导体器件本身，半导体器件输出与温度呈非线性关系，而且稳定性不够，另外测量电流会引起传感器自身发热对温度的测量也有一定影响。

2.显然，上述系统制作步骤没有对系统最后显示结果进行校正，假定有一恒温控制箱，应该怎样进行校正，程序要修改哪些？

答：

五、课程设计小结

对于按照电路图来焊接电路的一个设计，本身就是十分简单的，但是其间还是会有一些问题会随之暴露出来，首先就是有部分芯片的线脚没有在电路图中予以标明导致按电路图焊接完整后无法显示示数，为了解决这个问题需要上网查询或者向同学和老师请教。

还有接线过多会导致出现接线杂乱及影响其他导线的焊接，甚至有焊接错误的情况出现，解决这个问题的唯一办法恐怕只有花费更多时间慢慢检查了。

在检查线路的过程中，发现大部分问题都是由于粗心造成的，发现试验无法成功时检查到与非门芯片的电压没有焊接上去，导致无示数显示。

通过此次的实践，学会了如何根据电路图正确的焊接电路板，学会了如何安全高效的使用电烙铁。这对我们是一次将理论应用到实践中的机会，锻炼了同学们的实践能力、动手能力，对将来的发展有一定的帮助。

 

第二篇：温度传感器 课程设计报告

单片机控制ADC0809模数转换及显示的设计

【摘要】传感器的作用是将不易检测的非电量信号转换为易于检测的电信号，如电压、电流、电荷等，为了实现系统自动化和智能化，就需要有中央处理器对外界信号进行分析并作出相应的处理，而CPU属于数字系统，只能用于处理数字信号，这就需要将模拟信号转换成数字信号来处理，因此，信号采集与处理系统的设计与研究有着十分重要的意义。

【关键词】模数转换 CPU

【Abstract】The function of the sensor is to convert unelectronic signal to electronic signal which is easy to be tested, such as voltage\current\charge. To realize automation and intelligent of the system , there is necessity that CPU need to analyze the outer signal and response to it, but CPU is digital system, and it can only process the digital signal directly, so we must convert the analog signal to digital signal firstly. It is important to design and study the sample and process system.

 【Keywords】the converting of analog to digital  CPU

一、设计目的

1.学习操作数字电路设计实验开发系统，掌握数据采集工作原理及应用。

2.掌握proteus和单片机C语言设计方法。

3.学习掌握单片机设计的全过程。

二、设计内容

本课程设计是利用51单片机设计一个数据采集系统，并用4位数码管显示输入的电压。选用ADC0809芯片作为AD转换电路，设计中把输入的电压量转换成数字量进行显示。

设计具体要求如下：

1. 在proteus中绘制电路原理图；

2. 熟练掌握单片机C语言，编写控制程序；

3. 利用proteus仿真所编写的程序，模拟验证所编写的模块功能；

4. 整理设计内容，编写设计说明书。 

三、设计方案（包括器件选择、工作流程框图）

本课程设计的基本要求就是用单片机控制ADC0809的模拟采集并将采集的电压值显示在四位数码管上，为了使设计功能更加完善，如总体方案框图所示，可以为最小系统添加按键模块，因为ADC0809模数转换器有八路模拟采集通道，为了充分利用系统资源，可以通过添加按键模块来控制采集通道，实现多路通道分时采集。同时，在实际工程中，比如自动化、智能化控制系统中，往往需要有根据外界输入的情况对其作出智能化反馈，使系统实现良好的人机交互。该设计实现当输入电压大于或者小于一定范围的时候，LED灯点亮。

图 1 系统设计总体方案框图

1、AT89C51单片机简介

本课程设计的要求比较简单，所以可以选择使用比较简单的MCS-51系列的AT89C51单片机即可。

其特点如下： 

图 2 AT89C51 引脚图

l  8位CPU，即CPU一次可以处理8为数据。

l  布尔代数处理能力，具有位寻址能力。

l  128B内部数据存储器，21个专用寄存器。

l  两个16为可编程定时器/计数器

l  32个（4×8位）双向可独立寻址的I/O接口。

l  一个全双工UART（异步串行通信接口）。

l  5个中断源，两级中断优先级控制器。

l  时钟电路，外部晶振和起振电容可产生1.2～12MHZ的时钟频率。

l  外部程序存储器寻址空间为64KB，外部数据存储器寻址空间为64KB。

l  单一+5V电源供电，双列直插式40引脚DIP封装。

l  和MCS-51系列产品指令兼容；

l  6个中断源。

l  低功耗掉电和待机模式。

重要引脚介绍：

表 1 单片机部分引脚功能

2、ADC0809模数转换器简介

   本数据采集系统采用单片机作为处理器，单片机所处理和传输的都是不连续的数字信号，而实际中遇到的大多数都是连续变化的模拟量，模拟量经传感器转换为电信号后，需要模/数转换将其变成数字信号才能输入到数字系统中进行处理与控制，因此，把模拟量转换成数字量的输出的接口电路，即A/D 转换就是实现信号转换的桥梁。

图 2 ADC0809引脚图

    目前，有多种类型的A/D转换器，如并行比较型、逐次逼近型、积分型等。本设计采用逐次逼近型ADC0809转化器，该类型模数转换器转换精度高、速度快、价格适中，是目前种类最多、应用最广的模数转换器。如ADC0809内部结构图，此模数转换器由比较器、D/A转化器、寄存器、时钟发生器以及控制逻辑电路组成。

    ADC0809 就是一种CMOS单片逐次逼近式A/D转换器，其内部结构如图所示。该芯片由8路模拟开关、地址所存于与译码器、比较器、8位开关树型D/A转换器、逐次逼近寄存器、三态输出锁存器等电路组成，因此，ADC0809可处理8路模拟量输入，且有三态输出能力。该器件既可以与各种微处理器相连，也可以单独工作，其输出与TTL电平兼容。

具体特点如下：

l  分辨率为8位。

l  电压输入型。

l  误差为±LSB，无漏码。

l  转换时间为100us。

l  很容易与微处理器连接。

l  单一电源+5V供电，此时模拟通道输入的量程为0～5V。

l  无需零位与满量程调整。

l  带有锁存控制逻辑的8通道多路转换多路开关。

l  可使用5V电压作为基准电压。

l  内部带有锁存器的三态数据输出。

图 3 ADC0809内部结构图

表 2 ADC0809各脚功能

ADC0809的工作过程：

首先，输入3位地址C、B、A的值，如通道选择方式所示，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中，此地址经选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近型寄存器复位。下降沿启动A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A/D

转换完成，EOC变高，只是A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用中断申请，当OE输入高电平时输出三态门打开，转化结果的数据量输出到数据总线上。

   转换数据的传送A/D转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理，数据传送的关键问题是如何确定A/D 转换的完成，因为只有确认完成后，才能进行数据的传送。有定时传送方式、查询方式、和中断方式，本设计功能较为单一，对CPU使用效率没有特殊要求,我们可以采用查询方式,查询EOC是否为1。

图 1 通道选择方式

图 2 ADC0809工作时序图

五、硬件电路设计

六、软件程序设计

七、设计结果

八、设计结论

九、参考文献

十、原理图附件和程序