汪小會

(解放軍電子工程學(xué)院，安徽合肥 230037)

數(shù)字顯示溫度計是直接用十進(jìn)制數(shù)字來顯示測試點溫度的裝置，可用于日常溫度監(jiān)測和某些工業(yè)生產(chǎn)過程溫度的測試。本文介紹一個基于熱敏電阻PT100數(shù)字顯示溫度計的實現(xiàn)方案［1］。該溫度計設(shè)計以“模擬電子線路”、“數(shù)字邏輯電路”和“51單片機(jī)原理與應(yīng)用”課程內(nèi)容為切入點，涉及到熱敏電阻、運(yùn)算放大器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、51單片機(jī)和動態(tài)顯示數(shù)碼管等功能器件的基本原理和應(yīng)用方法。設(shè)計方案在Proteus上仿真，仿真成功后燒寫單片機(jī)，進(jìn)行0℃和100℃兩個溫度點實際調(diào)試。

1 數(shù)字溫度計原理及系統(tǒng)框架

工程上的溫度測量使用較多的阻性溫度測量器件，本文采用金屬鉑制成的標(biāo)準(zhǔn)測溫?zé)犭娮鑀T100作為溫度傳感器件。PT100對溫度有較好的線性度，即在工作范圍內(nèi)(-50℃ ～+500℃)單位溫度的變化導(dǎo)致其電阻變化均為等值，用合適的電路將電阻的變化再轉(zhuǎn)換成模擬電壓的變化，然后將模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，經(jīng)51單片機(jī)控制后，產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)碼管顯示信號。

本溫度計由傳感器PT100模擬電壓形成與調(diào)理電路、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路、51單片機(jī)控制電路和數(shù)碼顯示電路組成，如圖1所示。溫度計由兩部分組成:①硬件電路;②軟件程序?？刂频暮诵男酒捎?AT89C51［2］。

圖1 數(shù)字顯示溫度計框圖

2 電路設(shè)計方案

2.1 PT100電阻和模擬電壓形成與調(diào)理電路

如圖2所示，將熱敏電阻RT1(PT100)與一個電阻R2(如10kΩ)串聯(lián)，PT100上產(chǎn)生的溫感電壓就與其阻值成正比。該電壓通過R3和R5送至差分放大器TL062的2腳。為了使PT100在0℃時差分放大器輸出電壓為0V，再安置一條10kΩ電阻R1和可變電阻RV1串聯(lián)的支路。RV1上的電壓通過R4，送至TL062的3腳。調(diào)節(jié)RV1便可使在0℃時，讓TL062的輸出電壓達(dá)到0V。由于差分放大器輸出的信號很小，還需輸出級進(jìn)行放大。

圖2 模擬電壓形成與調(diào)理電路圖

2.2 模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路

模/數(shù)轉(zhuǎn)換由芯片ADC0808實現(xiàn)［3］。如將圖1中輸出的模擬溫感信號作為ADC0808的IN3通道信號，并將其通道選擇地址線ADD C、ADD B和ADD A設(shè)置為011，地址鎖存ALE接高電平。來自51單片機(jī)的ADC啟動信號(正脈沖)接START端，時鐘脈沖接CLOCK端，輸出允許接OE端。ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志信號EOC送至51單片機(jī)P3.1端，數(shù)字輸出信號OUT1～OUT8送至其P1.0－P1.7口存儲并處理產(chǎn)生數(shù)字顯示信號。其電路見圖3。

圖3 模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路

2.3 單片機(jī)控制與顯示電路

51單片機(jī)上電后，在P3.2端產(chǎn)生ADC啟動信號，其后在 P3.3端依次產(chǎn)生正脈沖作為 ADC的CLOCK，并檢測來自ADC的EOC端是否為高電平，即一次模/數(shù)轉(zhuǎn)換是否完成。如完成則對ADC的OE置1，存儲 ADC傳送來的數(shù)字信號(OUT1～OUT8)，51單片機(jī)將數(shù)字信號分出百位、十位、個位數(shù)字，再根據(jù)數(shù)字值查出動態(tài)顯示數(shù)碼管的字段碼信號和字選信號，傳送至動態(tài)顯示數(shù)碼管的字段控制端和字選控制端，并保持一段時間(2.5ms～5ms)。完成這過程后再次進(jìn)行了下一次轉(zhuǎn)換，如此循環(huán)。圖4所用數(shù)碼管是四位動態(tài)顯示數(shù)碼管，左邊三個數(shù)碼管分別用于顯示測量溫度值百、十、個位數(shù)字，最右邊數(shù)碼管用于顯示溫度攝氏度單位“C”。圖4中沒有標(biāo)示的管腳碼，可按參考文獻(xiàn)［2］所述連接。

圖4 單片機(jī)控制與顯示電路圖

2.4 Proteus建立的系統(tǒng)完整的電路

書面設(shè)計完成后，在Proteus上畫出如下所示的電路圖(圖5)，然后在Keil(51單片機(jī)編譯軟件)中編寫程序，生成HEX文件后回到Proteus中，給單片機(jī)加載生成的HEX文件，運(yùn)行仿真。仿真開始后調(diào)試過程:設(shè)置RT1為0℃，調(diào)整RV1使數(shù)碼管顯示000C;再設(shè)置RT1為100℃，調(diào)整RV2使數(shù)碼管顯示100C。這樣就完成了仿真調(diào)試，隨后隨意設(shè)置RT1幾個不同的溫度數(shù)值，觀察數(shù)碼管顯示的數(shù)值是否與設(shè)置值一致，如正常就進(jìn)行實際電路安裝及調(diào)試工作［4］。

圖5 在Proteus上建立的電路圖

3 結(jié)語

本課題是筆者多年從事電子技術(shù)綜合實驗教學(xué)課題中一個典型代表。其綜合知識范圍廣，程序設(shè)計思想新穎，將其作為實驗教學(xué)課題十分現(xiàn)實。本課題設(shè)計是從電子技術(shù)知識綜合應(yīng)用角度出發(fā)來實現(xiàn)的，對學(xué)生的分析問題和解決問題能力的提高很有實用價值。

［1］ 楊 剛，周 群.電子系統(tǒng)設(shè)計與實踐［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2005

［2］ 夏繼強(qiáng)，沈德金.單片機(jī)實驗與實踐教程［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2004

［3］ 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)［M］.北京:高等教育出版社，2006

［4］ 中國集成電路大全［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2000