简易数字温度计设计

篇一：简易数字温度计的设计

赣南师院 物理与电子信息学院 数字电路课程设计报告书

姓名： 班级：

时间： 2011

年 6 月10 日

1

数字温度计的设计

一、 总体方案的选择

1.

拟定系统方案框图

（1） 方案一：

本方案采用AD590单片集成两段式敢问电流源温度传感器对温度进行采集，采集的电压经过放大电路将信号放大，然后经过3.5位A/D转换器转换成数字信号，在进行模拟/数字信号转换的同时, 还可直接驱动LED显示器,将温度显示出来。系统方框图如下：

图1.1 系统方案框图

（2） 方案二：

使用数字传感器采集温度信号，然后将被测温度变化的电压或电流采集过来放大适当的倍数，进行A/D转换后，将转换后的数字进行编码，然后再经过译码器通过七段数字显示器将被测温度显示出来。

图1.2系统方案框图

（3） 方案三：

使用温度频率转变电路，根据温度与频率的线性关系先将温度转变为

频率，将转换的频率输入频率计中，频率计电路中通过放大整形电路、主门电路、计数器、锁存器、七段译码输出，在七段显示器中将频率显示出来，显示的频率即为对应的温度值。

2

温度转为频率路

图1.3系统方案框图

2. 方案的分析和比较

方案一中的模数转换器ICL7107集A/D转换和译码器于一体，可以直接驱动数码管，不仅省去了译码器的接线，使电路精简了不少，而且成本也不是很高。ICL7107只需要很少的外部元件就可以精确测量0到200mv电压，AD590可以将温度线性转换成电压输出。而方案二经过A/D转换后，需要先经过编码器再经过译码器才能将数字显示出来。方案三只经过温度频率转换就可把温度用相应的频率显示出来，成本较低，可操作性较强。

比较上述三个方案，方案三明显优越于前两个方案，它用热敏电阻采集温度信号，用NE555将温度转化为频率输入频率计中，用CD40110驱动数码管直接实现数字信号的显示，实现数字温度计的设计；省去了另加编码器和译码器的设计，所以线路更简单、直观； 即采用方案三。

二、 单元电路的设计

通过热敏电阻对温度进行采集，通过温度与频率近乎线性关系，以此来确定输出频率与其对应的温度，不同的温度对应不同的频率值，故我们可以通过频率值的改变来判断温度值，再由数码管表示出来。

2.1温度转变为频率电路

在由NE555组成的多谐振荡器中，电容C的充电时间T1和放电时间

T2各为

T1=(R1?R2)Cln

VCC?VT?

V?VT?

0?VT?CC

?RCln

2 T2?R1Cln1

0?VT?

=?R1?R2?Cln2

3

故电路的振荡周期为

T?T1?T2??R2?2R1?Cln2 振荡频率为

f?

1T?

1

(R2?2R1)Cln2

通过改变R和C的参数可以改变振荡频率。温度的改变可以改变热敏电阻R2的阻值，而R2的改变又可直接导致振荡频率f的变化，即可通过频率的变化来反映温度的变动。

在室温下（设室温为30度）可测得负温度系数的热敏电阻的阻值为10K，取电容C为1uF,则由以上公式得2R1?

1fCln2

?R2，得R1?19.2，则取R1为20K。

温度转换为频率如下图所示：

5_VIRTer

图1.4 温度转换为频率

2.2频率显示电路

数字式频率计由放大整形电路、振荡电路、控制电路、和由主门电路、计数器电路、所存器电路、译码显示组成的译码显示电路。 1.放大整形电路的设计

此电路由三极管和几个74LS00与非门组成，其作用是为了把被测信号放大,然后整形为与其同频率的方波。电路如图2所示。

4

图2 放大整形电路

2震荡电路

此电路由一个555芯片、两个电阻和两个电容组成。电路如图3所示。由于低电平T1= R1 Cln2高电平T2=（R1+R2）Cln2，高电平T2=（R1+R2）Cln2可以通过改变R1与R2来改变T1，T2的值，为了使电路发出一个合适的震荡信号，可以令C=100uf， R1=1KΩ，R2可以用一个5.1 KΩ的电阻和一个10K的可变电阻来代替。电路如下所示：

D1

图3 震荡电路

3译码显示电路

5

篇二：简易数字温度计的设计与制作[1]

简易数字温度计的设计与制作

作者：郇玉龙 赵宁 www.protel2004.com 收集整理

摘 要：单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛，温度则是人们日常生活中常常需要测量和控制的一个量。本文作者采用AT89C51单片机和温度传感器AD590从硬件和软件两方面介绍了一款简易数字温度计的设计过程， 并对硬件原理图和程序流程图作了简洁的描述。

关键词：单片机AT89C51；温度传感器AD590；数字温度计；模数转换；数码显示

1.前言

随着单片机技术的不断发展，单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛，温度传感器AD590具有线性优良、性能稳定、灵敏度高、抗干扰能力强、使用方便等优点，广泛应用于冰箱、空调器、粮仓等日常生活中温度的测量和控制。传统的温度计有反应速度慢、读数麻烦、测量精度不高、误差大等缺点，本文作者利用集成温度传感器AD590设计并制作了一款基于AT89C51的4位数码管显示的数字温度计，其电路简单，软硬件结构模块化，易于实现。

2.系统功能原理及硬件组成

该数字温度计利用AD590集成温度传感器及其接口电路完成温度的测量并转换成模拟电压信号，经由模数转换器ADC0804转换成单片机能够处理的数字信号，然后送到单片机AT89C51中进行处理变换，最后将温度值显示在D4、D3、D

2、D1共４位七段码LED显示器上。

系统以AT89C51单片机为控制核心，加上AD590测温电路、ADC模数转换电路、4位温度数据显示电路以及外围电源、时钟电路等组成。系统组成框图如图1所示。

图1 系统组成框图

2.1 AT89C51单片机

Atmel公司的生产的AT89C51单片机是一种低功耗/低电压、高性能的8位单片机，内部除CPU外，还包括128字节RAM，4个8位并行I/O口，5个中断优先级，2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器，片内集成4K字节可改变程序Flash存储器，具有低功耗，速度快，程序擦写方便等优点，完全满足本系统设计需要。

单片机P0口作为ADC0804转换数据的输入端，P2.0接ADC0804的INTR端检测数据转换是否结束。P1.0～P1.3的输出信号接到译码器7447上作为数码管的显示，P1.4～P1.7则作为４个数码管的位选信号控制。P3口有特殊的功能，P3.6用于控制ADC0804的启动，P3.7用于控制读取ADC0804的转换结果。

2.2 AD590温度传感器

AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。AD590测温范围为－55℃～＋150℃，满足人们日常生产和生活中的温度范围。AD590电源电压可在4V～6V范围变化，可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。AD590产生的电流与绝对温度成正比，它有非常好的线性输出性能，温度每增加1℃，其电流增加1μA。

AD590温度与电流的关系如下表所示：

为了提高精度，扩大测量范围，在A/D转换前还要将信号加以放大并进行零点迁移，因而一个高稳定性的、高精度的放大电路是必须的。当温度变化时，AD590会产生电流变化，当AD590的电流通过一个10kΩ的电阻时，这个电阻上的压降为10mV，即转换成10mV／K，为了使此10kΩ电阻精确，可用一个9kΩ的电阻与一个2kΩ的电位器串联，然后通过调节电位器来获得精确的10kΩ。运算放大器A1被接成电压跟随器形式，以增加信号的输入阻抗，由运放A2减去2.732做零位调整（即把绝对）温度转成摄氏温度，最后由运放A3反相并放大５倍输送给A/D转换器。具体硬件连接图如图2所示。

图2 AD590温度采集及模数转换电路

2.3 ADC0804模数转换器

AD590测温电路输出的电压信号为模拟信号，要进行数码显示，还需将此信号转换成数字信号。为此我们通过A/D转换器ADC0804将输入的模拟值转换成数字值，经AT89C51单片机处理后输出到P1以控制温度显示电路。

ADC0804是用CMOS集成工艺制成的逐次比较型摸数转换芯片，分辨率8位，转换时间100μs，输入电压范围为0～5V，增加某些外部电路后，输入模拟电压可为5V。该芯片内有输出数据锁存器，当与计算机连接时，转换电路的输出可以直接连接在CPU数据总线上，无须附加逻辑接口电路。具体硬件连接图如图2所示。

2.4 七段码LED温度显示电路

由发光二极管组成的七段码LED显示器是单片机应用产品中最常用的廉价输出设备，用于显示各种数字和字符。该数字温度计的温度显示由4位七段码LED显示器组成，单片机以并行通信方式从P1.0～P1.7口输出段码和控制信号，通过7447 TTL BCD译码器译码，用4个共阳极LED动态显示温度的各个数位。具体硬件连接图如图3所示。

图3 温度显示及单片机时钟、复位电路

3.系统软件设计与编程

该数字温度计软件部分用MCS-51汇编语言编程实现，采用模块化程序设计思想，将软件划分成若干单元，主要包括主程序、十进制数据转换及调整子程序、LED数码显示子程序和延时子程序等。本系统具体汇编源程序见后附。

3.1 系统主程序

在主程序中，系统上电自动复位以后首先设置堆栈，然后启动ADC0804，开始转换AD590测温电路输入的电信号，待数据转换结束后读入到累加器A，然后进行十进制数据转换调整，输出给显示电路。主程序流程图如图4所示。

篇三：基于单片机的简易数字温度计的设计

基于单片机的简易数字温度计的设计

张逊

摘要 本文介绍了一种基于单片机的简易数字温度计的设计。该设计主要由三个模块组成：温度采集模块，数据处理模块及显示模块。温度采集主要由温度传感器DS18B20来完成，它负责把采集到的模拟量转换为相应的数字量在传送到数据处理模块。数据处理则由芯片STC89C52RC来完成，其负责把DS18B20传送来的数字量经过一定的数据处理，产生相应的显示码送到显示模块进行显示；此外,它还控制着芯片DS18B20相互通讯。

该系统的数字温度计电路简单，所用的元件较少，成本低，且测量精度和可

靠性较高。此数字温度计可以测量得温度范围—55~+125℃并通过一个四位一体的

7段数码管显示出来。 关键词 单片机；数字温度计；温度传感器；STC89C52RC；DS18B20

Based on single chip simple digital

thermometer design

ZhangXun

Abstract This paper introduces a kind of based on single chip simple digital thermometer design. This design mainly consists of three modules: temperature acquisition module, data processing module and display module. Temperature acquisition is mainly composed of temperature sensor DS18B20 to complete, it is responsible for the collection of the analog conversion to the corresponding digital quantity in the transfer to the data processing

module. Data processing by the chip STC89C52RC to complete, which is responsible for the DS18B20 transfer to the digital quantity in the course of data processing, produce the corresponding display code to display module display; In addition, it also control the chip DS18B20 mutual communication.

The system of the digital thermometer circuit is simple, the element used less, low cost, and high measuring accuracy and reliability. The digital thermometer can measure temperature range - 55 ~ + 125 ℃ and through a quaternity seven period of digital tube display .

Keywords Single-chip microcontroller; Digital thermometer; Temperature sensor; AT89C51; DS18b20

目 录

1 引言 ................................................................ 1

2 设计总体方案 ....................................................... 2

2.1设计要求 ............................................................................................................ 3

2.2 设计思路 ........................................................................................................... 4

2.3 设计方案 ........................................................................................................... 5

3 硬件电路设计 ....................................................... 6

3.1 温度采集模块 ................................................................................................. 3

3.2 单片机系统 ..................................................................................................... 9

3.3 复位电路和时钟电路 ................................................................................... 16

3.4 数码管显示系统设计 ................................................................................... 18

3.5 总体电路设计 ............................................................................................... 21

4 程序设计 .......................................................... 14

4.1 程序设计总方案 ........................................................................................... 23

4.2 系统子程序设计 ........................................................................................... 23

5面包电路的搭建 ..................................................... 25

5.1 硬件的调试 ..................................................................................................... 25

5.2 显示结果分析 ............................................................................................... 18 6实物的制作……………………………………………………………………...……19

结 论 ................................................................ 37

参考文献............................................................. 38

附录 程序代码 ....................................................... 22

致谢 ................................................................. 39

篇四：简易数字温度计设计报告

24V交流单相在线式不间断电源

摘要：本文设计了一款输出24V交流单相在线式不间断电源。设计中采用正弦波单相逆变电源控制芯片U3990F6-50作为主控芯片；采用Boost升压电路对输入电压升压，使逆变之前的电压维持在40V以上，使电压和负载调整率大大提高了；采用恒压恒流的形式对蓄电池进行充电；电路具有过流保护，电池欠压报警及保护等功能。而逆变部分采用驱动芯片IR2110进行全桥逆变，采用U3990F6完成SPWM的调制，后级输出采用电流互感器进行采样反馈，形成双重反馈环节，增加了电源的稳定性。 关键词：单相正弦波逆变DC-DCDC-ACSPWM

1.系统方案设计 1.1引言

在很多领域里需要安全的低压供电电源，可以通过变压器将市电转换成用户所需要的安全电压，但有时会出现市电中断的情况。为了能不间断提供电能，这种电源是非常必要的。

1.2 总体设计方案

1.2.1方案论证与比较

(1) DC-DC变换器的方案论证与选择

方案一：推挽式DC-DC变换器。推挽电路由是两不同极性、相同参数的功率BJT管或MOSFET管组成，以推挽方式存在于电路中。电路工作时，两只对称的功率开关管每次只有一个导通，所以导通损耗小效率高。

方案二：Boost升压式DC-DC变换器。开关的开通和关断受外部PWM信号控制，通过改变PWM控制信号的占空比可以相应实现输出电压的变化。该电路采取直接直流升压，电路结构较为简单，损耗较小，效率较高。

方案比较：方案一和方案二都适用于升压电路，但Boost升压电路结构简单，易于实现，且效率很高。所以采用方案二。 (2) DC-AC变换器的方案论证与选择

方案一：半桥式DC-AC变换器。半桥电路只在500W或更低输出功率场合下使用，但同时它具有抗不平衡能力而得到广泛应用。半桥式拓扑结构原理图如图1.2.3所示。

方案二：全桥DC-AC变换器。全桥电路中互为对角的两个开关同时导通，而同一侧 半桥上下两开关交替导通，将直流电压成幅值为Vin的交流电压，加在变压器一次侧。改变开关的占空比，也就改变了输出电压Vout。全桥式电路如图1.2.4所示。 方案比较：方案一和方案二都可以作为DC-AC变换器的逆变桥，在获得同样的输出电压的时候，全桥的供电电压可以比半桥的供电电压低一半。而且，半桥电路选取的电容量通常较大，使得成本上升。所以出于上述考虑，决定采用方案二。 1.2.2 系统组成

本设计的原理框图如图1 所示，该电源由变压器、AC/DC 切换电路、蓄电池充电电路、Boost 升压电路、SPWM 单元、驱动电路、逆变单元、逆变电流检测电路、输出电压检测电路和辅助电源电路等组成。

图1系统结构图

2.主要单元硬件模块设计

2.1输入整流滤波与AC/DC切换电路 2.2Boost升压电路

要保证交流输出幅度维持在24V，逆变之前的直流电压至少为24×1.4=33.6V，但蓄电池工作电压下限为29V，如果逆变前的电压不做处理，会使电压调整率降到很低。所以本设计在输入滤波和逆变之间加入一级Boost升压电路。图3是Boost升压电路，主控芯片采用UC3843，Q是开关管，L是储能电感，终端电阻对升压电路的输出电压进行采样。

图3 Boost升压电路

2.3 DC/AC逆变电路

DC/AC逆变电路如图4所示。逆变部分采用H桥式逆变电路的结构，Q为逆变桥的4个功率开关管；L是滤波电感；T是逆变输出电压采样变压器，变压整流后的信号送到采样信号AV_CK，AV_CK送到SPWM控制芯片的逆变输出电压反馈引脚，由芯片对逆变输出电压实现稳压、调压。

2.4 SPWM控制与驱动电路

为了减小UPS输出的正弦波失真度，同时还能提高电路的稳定性，本设计决定采

用专用的SPWM芯片U3990F6-50。驱动电路方面采用专用芯片IR2111。

图4 DC/AC逆变电路

U3990F6-50Hz是数字化设计的纯正弦波单相逆变电源主控芯片，它不仅可以输出高精度的SPWM正弦脉冲序列，还可以实现稳压、保护、空载时自动休眠等功能，从而可以提供一个性能优良的逆变系统。而高压悬浮驱动器IR2111是具有两个输出的桥臂MOSFET栅极驱动器集成电路，具有快速完整的保护功能，因而可提高控制系统的可靠性，缩小控制板的尺寸。

SPWM控制与驱动电路如图5所示。

图5 SPWM控制与驱动电路

2.5蓄电池充电电路

本设计采用的蓄电池为3节12V串联的形式，蓄电池型号为NP-13-12，充电电压为13.5~13.8V时不受限制，充电电压为14.4~15.0V时最大为250mA，充电器的输出采用恒压恒流的形式。蓄电池充电电路如图6所示。本电路采用反激式变换器拓扑结构，输出采用恒压恒流的形式，图中U4是主控制芯片UC3843；Q8是开关管；T2是主功率变压器；D7、C30和R28组成RC吸收回路；R29、R30和R32对出电压进行采样；U6是误差比较器，内部基准为2.5V；光耦合器U5起到信号传递与电气隔离的作用；U7、U8、R33~R36、C35和C36组成恒流控制电路，R36的大小决定了输出恒流的大小。

图6蓄电池充电电路

2.6辅助电源设计

本设计的需要一个两路输出的辅助电源，两路输出共地，输入输出不要求隔离。因为反激式电源输出功率一般在150W以下，本设计的辅助电源就采用反激式的电源拓扑结构。辅助电源电路如图7所示。控制电路结构与蓄电池充电电路控制结构相似，只不过这里反馈没有光耦隔离。电源输出设为12V，12V再经过稳压

器LM7805得到5V电压，12V给Boost升压电路和逆变桥驱动电路供电，5V给SPWM控制电路供电。

图7辅助电源电路

3.系统调试

在交流供电U1=36VAC和直流供电U3=36VDC两种情况下,输出电压U2=24.04V,频率为

电压调整率的测试数据和结果如表2所示：

篇五：数字温度计设计报告

课程设计报告

设计题目： 数字温度计

学 院： 电子工程学院

专 业： 信息对抗技术

班 级： 020732班

学 号： 02073113

姓 名： 王健

电子邮件： leoly@163.com

日 期： 2010 年 12 月

成 绩：

指导教师： 崔艳鹏

引言

随着电子技术的不断发展，我们能应用到的电子产品也越来越多。而生活中我们用的很多电子产品都越来越轻巧，价格也越来越便宜．利用电子芯片实现的东西也越来越来越多，比如数字温度计。当然，非电子产品的常用温度计也很便宜。此次课设论文所介绍的是自己动手制作的一个高精度数字温度计。本次课设不但丰富了课余生活，还从实践中学到并了很多新知识，并从中巩固了以前的知识。

用Protel 99软件来设计制作电路板——PCB(Printed circuit Bound)。在PCB上，布置一系列的芯片、电阻、电容等元件，通过PCB上的导线相连，构成电路，一起实现一定的功能。电路通过连接器或者插槽进行输入/输出，有时还有显示部分（如发光二极管LED、.数码显示器等）。可以说，PCB是一块连接板，它的主要目的是为元件提供连接，为整个电路提供输入输出端口和显示，电气连接通性是PCB最重要的特性之一。PCB在各种电子设备中有如下功能：（1）提供集成电路等各种电子元件固定、装配的机械支撑。（2）实现集成电路等各种电子元件之间的布线和电气连接或电绝缘，提供所要的电气特性。（3）为电动装配提供阻焊徒刑，为元器件插装、检查、维修提供识别符和图形。

做本课题的所用到的知识是我们学过的模拟电子电路以及数字逻辑电路等，当然还用到了刚刚学过不久的单片机知识。本次课设是把理论和实践结合起来，这不但可以锻炼自己的动手能力，而且还可以加深对数字逻辑电路和模拟电子电路的学习和理解。同时也激起了我学好单片机的斗志。为了全面清晰的表达，本论文用图文并茂的方式，尽可能详细的地介绍此次设计的全过程。

1． 设计务任和要求

1.1、基本范围-20℃——100℃

1.2、精度误差小于0.5℃

1.3、LED 数码直读显示

1.4、可以任意设定温度的上下限报警功能

2. 系统总体方案及硬件设计

2.1数字温度计设计方案论证

2.1.1方案一

由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，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，这种设计需要用到A/D 转换电路，其中还涉及到电阻与温度的对应值的计算，感温电路比较麻烦。而且在对采集的信号进行放大时容易受温度的影响从而出现较大的偏差。

2.1.2 方案二

考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容易想到的，所以可以采用一只温度传感器DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，电路简单，精度高，软硬件都以实现，而且使用单片机的接口便于系统的再扩展，满足设计要求。

从以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，费用较低，可靠性高，软件设计也比较简单，故采用了方案二。

2.2系统总体设计

温度计电路设计总体设计方框图如图2.1所示，控制器采用单片机STC89C52，温度传感器采用DS18B20，用4位LED 数码管以串口传送数据实现温度显示。

图2.1

有了总体设计方案后，下面就是原理图的制作了。原理图如下图2.2及图2.3示。

为了降低绘制PCB是的麻烦度，特意将数码管电路与主控制电路分开画，最后两者是用导线连接。数码管位选接P20—P23，段选接P0口。

图2.2数码管电路

图2.3单片机控制电路

2.3模块简介

系统由单片机最小系统、显示电路、按键、温度传感器等组成。

2.3.1 主控制器

单片机STC89C52 具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。晶振采用12MHZ。复位电路采用上电加按钮复位。

图2.4晶振电路 图2.5复位电路

2.3.2 显示电路

显示电路采用4 位共阴极LED 数码管，P0 口由上拉电阻提高驱动能力，作为段码输出并作为数码管的驱动。P2 口的低四位作为数码管的位选端。采用动态扫描的方式显示。

2.3.3温度传感器

DS18B20 温度传感器是美国DALLAS 半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现９～１２位的数字值读数方式。DS18B20 的性能特点如下：

1、独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；

2、多个DS18B20 可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能

3、无须外部器件；

4、可通过数据线供电，电压范围为3.0~5.5Ｖ；

5、零待机功耗；

6、温度以９或１２位数字；

7、用户可定义报警设置；

8、报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；

9、负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作；

DS18B20 可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时DS18B20 的1 脚接地，2 脚作为信号线，3 脚接电源。

为保证在有效的DS18B20 时钟周期内提供足够的电流，可用一个MOSFET 管来完成对总线的上拉。当DS18B20 处于写存储器操作和温度A/D 转换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为10us。采用寄生电源供电方式时VDD 端接地。由于单线制只有一根线，因此发送接口必须是三态的。

图2.6温度传感器与单片机的连接

2.3.4报警温度调整按键

本系统设计三个按键，采用查询方式，一个用于选择切换设置报警温度和当前温度，另外两个分别用于设置报警温度的加和减。均采用软件消抖。

字数作文