单片机课程设计热敏电阻测温显示系统(2)

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2.2 过程分析

该温度传感器系统硬件原理图如图1—1所示，由热电阻传感器测得外界温度，经过信号放大，然后送给模数转换，将原有的模拟信号转换为可以被单片机识别和运算的数字信号，然后再通过软件编程由显示电路显示出来当前所测得的温度。 它的各部分电路说明如下： （1）.测温模块：

该部分电路主要使用测温电桥，当温度变化时，电桥处于不平衡状态，从而输出不平衡电压，为测温的基础。 (2).信号处理部分：

该部分电路包括电压信号的放大和AD转换，实现模数变换，以及硬件滤波。 (3)单片机部分：

本实验采用8051单片机，其工作在最小模式下，主要任务有：控制AD0809进行模数转换、形成必要的时序、进行数据计算以及控制数码管显示。 (4).电源电路部分：

该部分电路负责将输入的9V~12V直流电，分别转换为稳定的9V、5V、-9V直流电，给传感器，放大电路，单片机，AD0809等供电。 (5).显示电路：

显示电路的作用是将测量的温度利用动态数码管实时显示出来。

第三章 硬件电路设计

3.1传感器电路模块

1 测温电桥及信号放大电路

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图3.1.1 测温电桥及信号放大电路

上图是一个比较常用的温度测量电路，大致分为电源，电阻电桥，运放，输出部分。电源由R4，R6，C1，U1B组成，R4，R6为分压电路，C1主要滤除VCC中纹波，U1B为LM324运算放大器，工作于电压跟随器方式，其特点是具有高输入阻抗低输出阻抗，为后级电桥提供较稳定的电流。电桥由R1，R2，R3，R13及热敏电阻组成，通过调节R13使电桥平衡，当温度发生变化时，热敏电阻变化，电桥产生电压差。运放电路由R7，R8，R9，R10及U1A组成，调节R14可以调节输出电压幅值。D1主要用于防止输出负电压，保护后级A/D电路。

2.测温电桥

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图3.1.2 测温电桥

如上图所示，热敏电阻RT和RA1，RB1，RC1，以及可变电阻R2组成一个测温电桥，在温度为20度时，调节R2使电桥达到平衡。当温度升高时，热敏电阻的阻值变大，电桥失去平衡，电桥输出的不平衡电压，经过滤波后，输入运算放大器，进行放大处理。 3.电桥的分析

图3.1.3 电桥原理图

(1)电桥输出电压：

Uo?Uab?Uad?I11R11?I2R2

R1R4?)UIR?R2R3?R4 =1

(（2）电桥平衡条件：

R1R3?R2R4

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当各桥臂发生微小变化时，电桥失去平衡，其输出为：

UO?

(R1??R1)(R3??R3)-(R2??R2)(R4??R4)(R1??R1R2??R2)(R3??R3R4??R4)UI

一般?R很小，即?R<

R1R3?R2R4

??R1?R2?R3?R4?R1R2UO???R?R?R?R??(R?R)2UI234?12?1

实际使用中，为了简化桥路设计，同时也为了得到电桥的最大灵敏度，往往取桥臂电阻相等。 4.放大电路

最后经过放大部分，如图3.2.3，为压力传感器的微弱电压输出的放大电路。分析它是一

A?个差分放大电路,其放大倍数为

'UO?R31000250??R2369,那么放大后的电压值为

250?RO?RORO和温度T有一定的线性关系，9ROUI,因为A/D转换器的最大输入电

压为5v,因此对应A/D输出的电压，与热敏电阻感知的外界温度具有一定的线性关系。

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图4.1.3放大电路

3.2 A/D变换电路模块

ADC0809是M美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换，是目前国内应用最广泛的8位通用A/D芯片。 1主要特性：

（1）8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位 （2）具有转换启停控制端

（3）转换时间为100us(时钟为640kHZ时），130us(时钟为500KHZ时）

（4）它由单一+5V电源供电，片内带有锁存功能的8路模拟多路开关，ADC0809可对0V—5V的双极性模拟信号进行转换。

（5），引脚图如图4.2.1 所示。各引脚功能说明如下：

2?1?2?8：8位数字量输出引脚，由最低引脚到最高引脚。

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