2022年基于单片机的精密温度计的设计.docx

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1、精品学习资源基于单片机地精密温度计地设计电子信息科学与技术专业同学：陈喜指导老师：黄顺摘要: 为了满意物理试验室对温度测量地高精度和智能化地要求，研制了一种基于单片机 STC12C5608 和模数转换芯片AD7705 地高精度数字温度计 .该温度计以 STC12C5608 为主控芯片，利用铂电阻温度传感器PT100 感应温度， AD7705进行数字量转化 ,通过串行接口 SPI 把数据传入到主控芯片，经处理后地温度在液晶显示屏LCD12864 上显示 .软件部分采纳了均值法滤波和插值法进行非线性较准，提高了测量地精度，优化了硬件电路.该温度计设计新奇、功能强大、结构简洁.测量范畴为 -50 +

2、150，测量精度为 0.01 .关键词：数字温度计；单片机STC12C5608 ；AD7705 ；高精度1 引言随着电子仪器地不断更新改进，数字温度计在测温领域得到广泛地运用，特别是在物理试验室 .物理试验室中使用地数字温度计大多采纳铂电阻热传感器，它有较广地测温范畴1. 但是大部分地数字温度计测温精度不高，不能满意某些物理试验地测温要求 .本文设计地数字温度计使用地是 AD7705 ，它是一款比较典型地高性能 16 位-A/D 转换芯片，具有极高地辨论率 2. 该温度在硬件和软件上使用多种方法削减非线性误差，使之获得更高地精度 .2 设计原理该数字温度计使用 PT100 铂电阻热传感器感应温

3、度，由单片机掌握地 AD7705 进行数模转换，并将数字量传入单片机，单片机接收数字量后进行处理，最终将温度显示 .结合按键和单片机地智能掌握，该数字温度计可以实现对温度测量、保持和定标功能 .基本框图如图 1 所示 .电源部分传感器部分AD 转换部分掌握部分显示部分按键部分图 1 基本框图欢迎下载精品学习资源3 硬件设计3.1 电源部分由于该系统需要稳固地5V 电源，因此设计时必需采纳能满意电压、电流和稳固性要求地电源 .该电源采纳三端集成稳压器LM7805. 它仅有输入端、输出端及公共端3 个引脚， 其内部设有过流爱护、过热爱护及调整管安全爱护电路，由于所需外接元件少，使用方便、牢靠，因此

4、可作为稳压电源.如图 2 所示.欢迎下载精品学习资源1 Vin17805+5Vout 3欢迎下载精品学习资源V+ 32GND2欢迎下载精品学习资源4V-图 2 电源结构图3.2 温度传感器部分热敏电阻地阻值和温度呈正比关系，设计人员只需将已知电流流过该电阻就可以得到与温度成正比地输出电压.依据已知地电阻 -温度关系，就可以运算出被测温度值.电阻值随温度地变化称为“电阻地温度系数”，绝大多数金属材料地温度系数都是正数，而且很多纯金属材料地温度系数在肯定温度范畴内保持恒定3. 所以，热敏电阻是一种稳固地高精度、并具有线性响应地温度检测器.详细应用中选用哪一种金属材料铂、铜、镍等 取决于被测温度范畴

5、 .铂金属地长期稳固性、可重复操作性、快速响应及较宽地工作温度范畴等特性使其能够适合多种应用 .因此，铂电阻热敏电阻是温度测量中最稳固地标准器件.铂电阻传感通常对铂电阻采纳两线或三线测量地方法，无法完全去除引线电阻地影响，因此本设计中采纳四线测量法，去除引线电阻地影响4.3.3 AD 转换部分欢迎下载精品学习资源AD转换部分地连线如图3 所示 .AD7705芯片需要一个独立地晶PT100AD7705REF192+5V欢迎下载精品学习资源振，可为1M 或 2.4567M ，此设计使+5VIN1- IN1+RET CSREF+ REF -DOUTSP+5V欢迎下载精品学习资源用地是 2.4576M

6、. 使用外部地晶振可提CLKOCLKIDIN VDD欢迎下载精品学习资源供 模 数 转 换 更 精 准 地 同 步 信 号5.AD7705为双基准，负基准接地，SCLK GND欢迎下载精品学习资源正基准为 REF192 供应 2.5V 电压 .图 3 AD 转换部分图3.4 单片机掌握及显示电路单片机与各模块地连线如图4 所示 .单片机地复位电路为RC 复位 .使用 22.1184MHz 地晶振 6. 单片机与 AD7705 是使用 SPI 串行通信，使用端口少，速率较快.AD7705 地串行时钟频率可接受到10M.AD7705为 SPI 从器件， DRDY引脚接入到到片机地外中断0 地引欢迎

7、下载精品学习资源脚，每转换完一次数就会触发外中断0，进而读取数据转换好地数据7.本设计使用地液晶屏12232.12232 有串行接口和并行接口，为了节约I/O 口，本设计使用地是串行接口，占用3 个 I/O 口.通过模拟串行时序来掌握显示内容，同时12232 带有中文字库，可显示汉字 .欢迎下载精品学习资源+51 RSTSTC12C5616+5VCC 20AD7705欢迎下载精品学习资源DRDY2 RxD 3 TxD4 XTAL25 XTAL16 INT0SCLK19MISO18MOSI17SS 1615DRDYSCLK DOUT DIN12232欢迎下载精品学习资源S17S28S3910P3

8、.3 P3.4 P3.5 GNDP1.2 14P1.1 13P1.0 1211CS SID SCLK欢迎下载精品学习资源图 4 单片掌握部分4 软件设计主程序地主要功能是完成单片机在上电复位以后地初始化，对单片机中断地初始化、温度模块和显示模块地初始化及工作.温度模块地初始化主要是对AD7705初始化操作，即设置输出更新率、放大增益和输入通道等. 然后进入大循环扫描按键和显示，每采集完25个数据进行一次数据处理，并得到温度值显示.假如处理后地数据不在指定范畴内，就重新初始化 AD7705, 转变增益 8. 主程序流程图如图5 所示 .开头初始化显示和中断初始化AD7705扫描按键否25 个数据

9、是否接收完是处理数据软件滤波，算出电压值，用均值法查表得出对应温度否电压值是否在范畴内是显示温度欢迎下载精品学习资源图 5 主程程序流程图本设计采纳线性插值法进行软件校正.铂丝热电阻地电阻值X 与温度值 Y 呈非线性关系，对曲线按肯定精度要求，把X 轴分成如干段，按折线法做线性变换，并将分段基点Xi 、 Yi 值标出，制成表格 .分段越多，精度越精确.由于各段用直线代替曲线，因此很简洁求出 X 值所对应地 Y 值9. 设 X 在 Xi 和 Xi-1之间，就线性插值公式为：欢迎下载精品学习资源YYiX iYi 1XX i 11欢迎下载精品学习资源由公式（ 1）就能得到相应地输入温度值Y.测量温度

10、范畴定为-50.C+150.C ，在对测量数据地处理上，采纳插值法解决PT100 地非线性问题，同时协作数值滤波等软件处理,使整个系统满意辨论率0.01.C、误差为 0.02.C 地设计要求 .为了削减铂电阻传感器地测量误差，我们对一些传感器进行了实际参数测试分析，发现同型号、同规格铂电阻地参数一样性较差，但单个铂电阻地参数特别稳固10. 因此只有定标后地温度计才可以确认它所输出地信号是精确地.本温度计可通过两个按键设置任意定 标值 .5 数据测试5.1 测试方法将各个部分电路连接起来，先不插AD7705芯片和单片机芯片，待测试完各供电电压端和基准电压工作正常后，再插入芯片整机测试.5.2 测

11、量仪器数字储备示波器 TDS1012-100M ，数字万用表 DT9205A ，精度为 0.01地 0 50和50 100两种温度计 .5.3 测试数据该温度计地量程为-50 150，读数精度为0.01，实际使用精度为0.01地精密水银温度计作检验标准 .校准时以水银温度30 80，每隔一度较准一次，如图6 所示.由数据可得知，此温度计能达到设计地精度要求.欢迎下载精品学习资源图 6 测量结果图6 终止语该系统实现了高效率和高精度地信号采集，具有很强地抗干扰才能 .本系统使用地均值滤波和插值法处理非线性问题地方法，在试验室条件下均达到很好地成效 .此温度计已经用于物理学专业地热学试验中，性能稳

12、固，测温较果好 .【参考文献】1 凤超然 ,陈百年 .实行水银温度计定点和限量生产地建议J. 劳动爱护 ,1989,9:2-3.2 徐天龙 ,李长城 .传感器和检测外表地现状及进展趋势分析J. 民营科技 ,2021,12:13-14.3 吴慎将 ,李党娟 ,刘瑞.高精度简易数字温度计地设计J. 信息技术 ,2021,12:115-118.4 胡文旭 .铂电阻精密测温讨论 J. 陕西师范高校学报自然科学报 ,2000,284:59-62.5 陈勇钢 ,吴伯农 .AD7705 高精度数据采集地实现J. 国外电子测量技术,2006,1:38-40. 6 周学军 .基于 AT89C2051 地数字温度

13、计设计 J. 测控技术 ,2021,10:164-165.7 李 海 玲 , 王航 宇 . 基 于 AT89C51&DS18B20地 数 字 温 度 设 计 J. 国 外 电 子 元 器件,2021,11: 82-84.8 周兴华 .手把手教你学单片机 M. 北京 :北京航空航天高校出版社,2007,227-250.9 权双燕 ,曹阳.插值法地应用与讨论 J.运算机与信息技术,2007,36:412-414.10 曹珍贯 .在单片机中用插值法实现线性给器J.工矿自动化 ,2005,6:44-45.Design of High Precision Digital Thermometer Base

14、d on SCM STC12C5608Department of Physics and Electronic InformationScience： ChenXiTutor ： HuangshunAbstract:To meet the requirement ofhigh precisionand intelligentizedoftemperature measurement in the physical laboratory. a high precision digital thermometer was designed,whichis based on sigle chip S

15、TC12C5608and analog-digitalconverter chip AD7705.STC12C5608is used as a main control chip, platinum resistance PT100 - a temperature sensor is used to measure the temperature and AD7705 is used as a AD converter. The data is transferred to the main-control chip through the serial communicationinterf

16、ace. The temperature after processed by SCM was displayed on the liquid crystal display LCD12864.In the software part,the average filtering method and interpolation method were adopted to improve themeasurement precision and optimize the hardware circuit.The thermometerwas ofnoveltypowerfuland withsimplestructure.The欢迎下载精品学习资源temperature between - 50 C and 150 C can be measured and its measurement precision is up to0.01 C.Keywords: digital thermometer ； SCM STC12C5608 ； AD7705 ； high precision欢迎下载