基于PT100的数字温度计的设计课程设计报告及源代码下载

ID:186130 · 发表于 2017-4-4 22:02

自己做的PT100温度计课设包含论文与源代码供大家参考！

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基于PT100的数字温度计的设计.zip (1.19 MB, 下载次数: 450)

以下是本报告的部分内容预览：
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学生姓名			班级学号
专业		测控技术与仪器	课程设计题目	基于PT100热电阻的温度检测系统的设计
评语	组长签字：
成绩
日期	201 年月日

课程设计任务书

学院	自动化与电气工程学院		专业		测控技术与仪器
学生姓名			班级学号
课程设计题目	基于热电阻的温度检测系统的设计
实践教学要求与任务: 1、熟悉所确定的题目，从问题需求、程序结构、难点及关键技术等方面进行分析, 形成系统的设计方案； 2、根据方案设计硬件电路； 3、软件编程并调试； 4、完成课程设计报告，打印程序，给出运行结果。工作计划与进度安排: 第 18 周（12 月 28 日-12 月 31 日）：根据设计要求和内容查阅参考文献或资料，提出设计方案，进行原理设计。第 20 周（1 月 11 日-1 月 15 日）：根据设计方案，完善设计，并进行硬件及软件调试，测试，撰写课程设计报告，答辩。
指导教师： 201 年月日		专业负责人： 201 年月日		学院教学副院长： 201 年月日

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

2系统总体设计方案.................................................................................2

2.1方案设计.......................................................................................2

2.2工作原理.......................................................................................2

3系统硬件设计.........................................................................................3

3.1铂热电阻简介...............................................................................4

3.2运算放大器 LM324简介...........................................................5

3.3ADC0804芯片简介.....................................................................6

3.4控制电路......................................................................................7

3.5显示电路.....................................................................................10

4系统软件设计........................................................................................11

4.1软件介绍.....................................................................................11

4.2程序流程图.................................................................................13

5元件清单...............................................................................................14

6系统调试与测试结果...........................................................................14

7测量结果分析.......................................................................................15

7.1结果分析.....................................................................................15

7.2误差分析.....................................................................................16

8总结........................................................................................................19

1引言

在工农业生产中，温度检测及其控制占有举足轻重的地位，随着现代信息技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现，能够独立工作的温度检测和显示系统已经应用于诸多领域。要达到较高的测量精度需要很好的解决引线误差补偿问题、多点测量切换误差问题和放大电路零点漂移误差等问题，使温度检测复杂化。模拟信号在长距离传输过程中，抗电磁干扰时令设计者伤脑筋的问题，对于多点温度检测的场合，各被检测点到监测装置之间引线距离往往不同，此外，各感元件参数的不一致，这些都是造成误差的原因，并且难以完全清除。

单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，成为自动化和各个测控领域中必不可少且广泛应用的器件，尤其在日常生活中也发挥越来越大的作用。采用单片机对温度采集进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控数据的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。

由于科学技术的飞速发展，特别是微电子加工技术，计算机技术及信息处理技术的发展，人们对信息资源的需求日益增长，作为提供信息的传感技术及传感器愈来愈引起人们的重视，而综合各种技术的传感器技术也进入到一个飞速的发展阶段。要及时正确地获取各种信息，解决工程、生产及科研中遇到的各种具体的检查问题，就必须合理选择和善于应用各种传感器及传感技术。如最简单的温度的测量，有热电偶、光纤温度传感器等等。但是，热电阻是开发早、种类多、发展较成熟的感元器。热电阻由半导体陶瓷材料组成，利用的原理是温度引起电阻变化。热电阻器是感元件的一类,按照温度系数不同分为正温度系数热电阻器和负温度系数热电阻器。热电阻器的典型特点是对温度感，不同的温度下表现出不同的电阻值。正温度系数热电阻器在温度越高时电阻值越大，负温度系数热电阻器在温度越高时电阻值越低，它们同属于半导体器件。随着半导体技术的不断发展，热电阻作为一种新型感温元件应用越来越广泛。他具有体积小、灵度高、重量轻、热惯性小、寿命长以及价格便宜等优点,最重要的是作为温度传感器的热电阻的灵度非常高，这是其他测温传感器所不能比拟的。

本课题基于热电阻的以上优点，并利用单片机和放大器等元器件，在 protus

和 keil 软件环境下，对热电阻的测温系统进行仿真。

2系统总体设计方案

2.1方案设计

使用热电阻 pt100 温度传感器利用其感温效应，热电阻随环境温度的变化而变化，在电路图中将电阻值的变化转换成电压的变化，再将电压值作为输入信号输入至 AD 转换器中进行模拟信号到数字信号的转换，其输出端接单片机，向单片机内写入源程序，将被测温度在显示器上显示出来：测量温度范围−50℃～110℃。

精度误为 1℃。

2.2工作原理

本题目使用铂热电阻 PT100，其阻值会随着温度的变化而改变。PT 后的 100 即表示它在 0℃时阻值为 100 欧姆，在 100℃时它的阻值约为 138.5 欧姆。厂家提供有 PT100 在各温度下电阻值值的分度表，在此可以近似取电阻变化率为

0.385Ω/℃。向 PT100 输入稳恒电流，再通过 A/D 转换后测 PT100 两端电压，即得到 PT100 的电阻值，进而算出当前的温度值。

采用 2.55mA 的电流源对 PT100 进行供电，然后用运算放大器 LM324 搭建的

同相放大电路将其电压信号放大 10 倍后输入到 AD0804 中。利用电阻变化率

0.385Ω/℃的特性，计算出当前温度值。测温系统如图 2 所示：

图 2 温度检测系统

如图 2 所示，热电阻 RT 和 RA1，RB1 和 RC1，可以改变电阻 R2 组成一个测温点桥，在温度为 20 度时，调节 R2 使点桥达到平衡。当温度升高时，热电阻的阻值变大，电桥失去平衡，电桥输出不平衡的电压，经过滤波后，输入运算放大器，进行放大处理。

3系统硬件设计

系统硬件连接图如图 3 所示：

图 3 系统硬件连接图

现对各部分硬件进行介绍。

3.1铂热电阻简介

pt100 是铂热电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变。PT 后的 100 即表示它在 0℃时阻值为 100 欧姆，在 100℃时它的阻值约为138.5 欧姆。它的工业原理：当 PT100 在 0℃的时候他的阻值为 100 欧姆，它的的阻值会随着温度上升它的阻值是成匀速增涨的。

式中，A=0.00390802；B=-0.000000580；C=0.0000000000042735。可见 Pt100 在常温 0~100℃之间变化时线性度非常好，其阻值表达式可近似简化为：RPt=100

（1+At），当温度变化 1 ℃，Pt100 阻值近似变化 0.39 欧。

图 4 Pt100 的分度表（0℃~100℃）

图 5 电阻温度曲线图

3.2运算放大器 LM324简介

LM324 系列器件带有差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到 3.0V 或者高到 32V 的电源下，静态电流为 MC1741 的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。每一组运算放大器可用图 1 所示的符号来表示，它有 5 个引出脚，其中“+”、“-” 为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端 Vo 的信号与该输入端的位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端 Vo 的信号与该输入端的相位相同。如图 6 所示：

图 6 LM324 引脚图

图 7 是 LM324 运算放大器的工作原理图，同相交流放大器的特点是输入阻抗

高。其中 R1、R2 组成 1/2V+分压电路，通过 R3 对运放进行偏置。电路的电压

放大倍数 Av 也仅由外接电阻决定：Av=1+Rf/R4，电路输入电阻为 R3。R4 的阻值范围为几千欧姆到十几千欧姆。

图 7 LM324 原理图

3.3ADC0804芯片简介

ADC0804 是用 CMOS 集成工艺制成的逐次比较型模数转换芯片。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，无需附加逻辑接口电路。ADC0804 芯片管脚如图 8 所示引脚名称及意义如下：

图 8 ADC0804 管脚图

VIN+、VIN-：ADC0804 的两模拟信号输出端，用以接收单极性、双极性和

差模输入信号。

D7～D0：A/D 转换器数据输出端，该输出端具有三态特性，能与微机总线相接。

AGND：模拟信号地。 DGND:数字信号地。 CLKIN:外电路提供时钟脉冲输入端。

CLKR:内部时钟发生器外接电阻端，与 CLKIN 端配合可由芯片自身产生时钟脉冲，其频率为 1.1/RC。

CS：片选信号输入端，低电平有效，一旦 CS 有效，表明 A/D 转换器被选中，可启动工作。

WR：写信号输入，接收微机系统或其它数字系统控制芯片的启动输入端，低电平有效，当 CS、WR 同时为低电平时，启动转换。

RD:读信号输入，低电平有效，当 CS、RD 同时为低电平时，可读取转换输出数据。

INTR：转换结束输出信号，低电平有效。输出低电平表示本次转换已完成。该信号常作为向微机系统发出的中断请求信号。

3.4控制电路

AT89C51 是一种带 4K 字节 FLASH 存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能 CMOS8 位微处理器，俗称单片机。AT89C2051 是一种带 2K 字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 1000 次。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器，AT89C2051 是它的一种精简版本。AT89C51 单片机为很多嵌入式

控制系统提供了一种灵活性高并且价廉的方案。AT89C51 引脚图如图 9 所示：

VCC：供电电压。 GND：接地。

图 9 AT89C51 管脚图

P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。当

P0 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0 外部必须接上拉电阻。

P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程和校验时，P1 口作为低八位地址接收。

P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。 P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3 口：P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL

门电流。当 P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如表 1 所示：

表 1 P3 口第二功能表

P3 口密位

第二功能

功能

P3.0

P3.1

P3.2

P3.3

P3.4

P3.5

P3.6

P3.7

RXDTXDINT0

INT1

T0

T1

WRRD

串行输入口串行输出口外部中断 0外部中断 1

计时器 0 外部输入计时器 1 外部输入外部数据存储器

写选通

外部数据存储器读选通

RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电

平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的

低位字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。如想禁止ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。此时， ALE 只有在执行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。

PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN 信号将不出现。

EA/VPP：当/EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），

不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时，/EA 将内部锁定为 RESET；当

/EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源（VPP）。

XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。

晶振电路如图 10 所示：

图10 晶振电路

3.5显示电路

本课程采用 MPX4-DCC 作为显示器。该显示器由四个八段数码管组成，如图 10 所示，该显示器是共阴极显示器，A、B、C、D、E、F、DP 与 P0 口相连，

1、2、3、4 与 P0 口的 P0~P3 相连。所以，当显示器开始工作时，必须向 P0 口写 0。通过控制数码显示管的位选，来实现显示温度的目的。

图 11 MPX4-DCC

4系统软件设计

4.1软件介绍

1.Proteus 软件

Proteus 是世界上著名的 EDA 工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到 PCB 设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB 设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持 8051 、 HC11 、 PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086 和 MSP430 等。

Proteus 软件是英国 Lab Center Electronics 公司出版的 EDA 工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它 EDA 工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前比较好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教

学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。

在 PROTEUS 绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件：*.HEX，可以在 PROTEUS 的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。

PROTEUS 不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程形象化。前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则是实物演示实验难以达到的效果。

它的元器件、连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能，例：元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改、软件调试、运行结果等。

课程设计、毕业设计是学生走向就业的重要实践环节。由于 PROTEUS 提供了实验室无法相比的大量的元器件库，提供了修改电路设计的灵活性、提供了实验室在数量、质量上难以相比的虚拟仪器、仪表，因而也提供了培养学生实践精神、创造精神的平台

使用 Proteus 软件进行单片机系统仿真设计，是虚拟仿真技术和计算机多媒体技术相结合的综合运用，有利于培养学生的电路设计能力及仿真软件的操作能力。实践证明，在使用 Proteus 进行系统仿真开发成功之后再进行实际制作，能极大提高单片机系统设计效率。因此，Proteus 有较高的推广利用价值。

2.Keil 软件

Keil C51 是美国 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容单片机 C 语言软件开发系统，与汇编相比，C 语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil 提供了包括 C 编译器、宏汇编、链接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境

（μVision）将这些部分组合在一起。

KeilμVision2 是美国 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容单片机 C 语言软件开发系统，使用接近于传统 C 语言的语法来开发，与汇编相比，C 语言易学易用,而且大大的提高了工作效率和项目开发周期,他还能嵌入汇编，可以在关键的位置嵌入。Keil C51 标准 C 编译器为 8051 微控制器的软件开发提供了 C 语言环境,同时保留了汇编代码高效,快速的特点。C51 编译器的功能不断增强，使你可以更加贴近 CPU 本身，及其它的衍生产品。C51 已被完全集成到μVision2

的集成开发环境中，这个集成开发环境包含：编译器，汇编器，实时操作系统，

项目管理器，调试器。μVision2 IDE 可为它们提供单一而灵活的开发环境。

4.2程序流程图主程序流程图如图 12 所示：

5元件清单

所用元件如表 2 所示：

表 2 元件清单

名称	规格	数量
普通电容	16pF	2 个
晶振	12MHZ	1 个
ADC0809 芯片		1 片
AT89C51 芯片		1 片
运算放大器	LM324	1 个
电阻	16K	1 个
电阻	10K	4 个
电阻	90K	1 个
电容	20PF	1 个
恒流源	2.55mA	1 个
热电阻	PT100	1 个
信号发生器	100u16V	1 个
显示器	MPX4-CC	1 个
电压表	-10V-10V	1 个

6系统调试与测试结果

调节热电阻的“↓”和“↑”，观察显示器的示数找到环境温度与示数之间的线性关系，不断调整程序使环境温度与示数相对应。

在这一环节，示数与温度本来就是呈线性的，寻找示数与温度之间的关系，即找到示数与环境温度相差多少。在原理上，显示器上的实数是指经 AD 转换后的电压值，并非环境温度，所以，示数与环境温度必相差一定的值，只要找到这个值，并在程序中稍加改动，显示器上显示的数就可以看作是所测的环境温度了。

7测量结果分析

7.1结果分析

当环境温度大于零℃时，测量结果如图 13 所示：

图13 温度大于零℃

当环境温度小于 0℃时，测量结果如图 14 所示：

图14 温度小于 0℃

7.2误差分析

由于 ADC0804 为八位 AD 转换器，精度不高，而且 PT100 的阻值与温度并非纯线性关系，所以，本系统必然存在一定的误差。下面对本系统的误差进行分析。

图15 环境温度-26℃，测量温度-26℃

图16 环境温度-16℃，测量温度-18℃

图17 环境温度 0℃，测量温度 0℃

图18 环境温度 10℃，测量温度 10℃

图19 环境温度 36℃，测量温度 36℃

图20 环境温度 54℃，测量温度 56℃

图21 环境温度 66℃，测量温度 66℃

图22 环境温度 75℃，测量温度 74℃

由图 15—图 22 可知，本系统的最大误差为±2℃，由于本系统的测量范围为-50℃—+110℃，所以，本系统的线性误差为±0.0125。

8总结

数字温度计是为了测温而设计开发的。在单片机技术与热电阻的巧妙结合下，可以有效测出温度，并实时数字显示。

该系统虽然设计比较简单，但是对所学的知识应用的很多，对锻炼实际能力有很大的帮助。在查找资料和设计的过程中，对热电阻传感器、基本的测控输入通道、基本的信号调理电路有了比较深刻的认识。由于时间有限，并受 ADC0832 的精度限制，目前只能测量室内的基本温度，再加上 PT100 的线性只存在与理想状况下，实际操作中会产生一定的误差，以至于不能达到更高的精度，有待提高。

参考文献：

【1】黄贤武，郑筱霞.传感器原理与应用.第二版.北京：高等教育出版社

【2】梁福平.传感器检测原理及技术.武汉：华中科技大学出版社

【3】康华光.电子技术基础（模拟部分）.第五版.武汉：华中科技大学出版

源程序：

#include<reg52.h>
#include<intrins.h>
sbit rd=P2^1;
sbit wr=P2^2;
sbit led=P2^3;
bit f=0;
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
uint bai,shi,ge,a,n;
uchar v;
signed char x;
uchar code table[]=
{0x3f,0x06,0x5b,0x4f,
0x66,0x6d,0x7d,0x07,
0x7f,0x6f,0x77,0x7c,
0x39,0x5e,0x79,0x71};
uchar code table1[]=
{0xbf,0x86,0xdb,0xcf,
0xe6,0xed,0xfd,0x87,
0xef,0xdf,0xe7,0xec,
0xb9,0xde,0xe9,0xe1};
void delay(uint);
void display(uint);
void main()
{
while(1)
{
wr=0;
_nop_();
wr=1;
display(x);
rd=0;
_nop_();
v=P1;
if(v>=133)
{
x=(v-133)*2;
f=0;
}
else
{
x=(133-v)*2;
f=1;
}
rd=1;
}
}
void delay(uint x)
{
uint i,j;
for(i=x;i>0;i--)
for(j=110;j>0;j--);
}
void display(uint x)
{
bai=x/100;
shi=x%100/10;
ge=x%100%10;
if(f==1)
{
P0=0x7e;
P3=0x40;
delay(5);
P3=0x00;
…………限于本文篇幅余下代码请从51黑下载附件…………

复制代码

ID:1 · 发表于 2017-6-21 21:30

好资料，51黑有你更精彩!!!

ID:215193 · 发表于 2017-6-28 12:09

楼主，仿真不能运行啊，是不是程序没发完

ID:236932 · 发表于 2017-11-18 00:30

拿走了学习学习

ID:273298 · 发表于 2018-1-8 17:08

好东西，拿来学习

ID:273453 · 发表于 2018-1-11 16:47

大佬，照着一摸一样做的，DA转换部分没用，怎么办用，

ID:239426 · 发表于 2018-10-10 23:46

好资料，学习学习

ID:507090 · 发表于 2019-4-8 16:09

好资料，正需要这个

ID:569061 · 发表于 2019-6-21 19:05

好东西，向楼主学习一下

ID:421308 · 发表于 2019-7-16 11:13

拿走了学习

ID:732776 · 发表于 2020-4-20 17:06

好资料用到了，下载学习

ID:765525 · 发表于 2020-6-1 19:36

刚刚好用到，这真的是好资料

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