基于LM35的温度测量电路

基于LM35的温度测量系统王景景(青岛科技大学信息学院山东青岛266061)本文介绍了一种温度传感器选用LM35、单片机选用AT89C52的温度测量系统。

该系统的温度测量范围为0～99℃，可以精确到一位小数，可适用于工业场合及日常生活中。

1 系统结构本测温系统由温度传感器电路、信号放大电路、A／D转换电路、单片机系统、温度显示系统构成。

其基本工作原理：温度传感器电路将测量到的温度信号转换成电压信号输出到信号放大电路，与温度值对应的电压信号经放大后输出至A／D转换电路，把电压信号转换成数字量送给单片机系统，单片机系统根据显示需要对数字量进行处理，再送温度显示系统进行显示。

2 硬件电路设计2.1 温度传感器电路温度传感器采用的是NS公司生产的LM35，他具有很高的工作精度和较宽的线性工作范围，他的输出电压与摄氏温度线性成比例，且无需外部校准或微调，可以提供±1／4℃的常用的室温精度。

LM35的输出电压与摄氏温度的线形关系可用下面公式表示，0℃时输出为0 V，每升高1℃，输出电压增加10 mV。

其电源供应模式有单电源与正负双电源两种，其接法如图3与图4所示。

正负双电源的供电模式可提供负温度的测量，单电源模式在25℃下电流约为50 mA，非常省电。

本系统采用的是单电源模式。

2.2 信号放大电路由于温度传感器LM35输出的电压范围为0～0.99 V，虽然该电压范围在A／D转换器的输入允许电压范围内，但该电压信号较弱，如果不进行放大直接进行A／D转换则会导致转换成的数字量太小、精度低。

系统中选用通用型放大器μA741对LM35输出的电压信号进行幅度放大，还可对其进行阻抗匹配、波形变换、噪声抑制等处理。

系统采取同相输入，电压放大倍数为5倍，电路图如图5所示。

2.3 A／D转换电路A／D转换电路选用8位AD转换器ADC0809。

ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A／D转换器，可处理8路模拟量输入，且有三态输出能力。

图5中运算放大器的输出电压V，送入ADC0809的模拟通道IN0。

单片机AT89C52控制ADC0809的开始转换、延时等待A／D转换结束以及读出转换好的8位数字量至单片机进行处理。

2.4 单片机系统单片机选用的是ATMEL公司的AT89C52，主要完成对A／D转换电路的控制、对转换后的数字量的处理以及对显示模块的控制，并且为ADC0809提供工作时钟。

同时AT89C52外接锁存器74LS373，对AT89C52的P0口的地址信号进行锁存。

74LS373的Q2，Q1，Q0接ADC0809的C，B，A，实现对模拟通道的选择。

AT89C52的晶振选择3 MHz，则其ALE引脚的输出频率为0.5 MHz，小于ADC0809的时钟频率最高值640 kHz，正好为其提供工作时钟。

其具体连接电路如图2所示，单片机的晶振电路及复位电路较简单，图中未给出。

2.5 温度显示系统该温度显示系统较为简单，由可编程并行输入输出芯片8255A的A，B，C端口外接3个8段LED显示器来实现。

AT89C52的P2.6为8255提供片选信号，74LS373的Q7，Q6接8255的A1，A0，可得到8255的A，B，C及控制口的地址为BF3FH，BF7FH，BFBFH，BFFFH。

AT89C52处理好的温度数据输出至8255，并由AT89C52对8255编程控制其A，B，C端口输出高电平或低电平，以便从8段LED显示器显示实际温度。

8段LED显示器选用共阳极，8255的A，B，C端口与8段LED显示器之间接限流电阻，图2中只画出了PA口，PB，PC口的接法类似。

3 系统软件设计系统的软件部分用51汇编语言编程，采用模块化结构，主要由A／D转换模块、单片机内部数据处理模块、温度显示模块等3部分构成，便于修改和维护。

3.1 A／D转换模块根据测量系统要求不同以及单片机的忙闲程度，通常可采用3种软件编程方式：程序查询方式，延时方式和中断方式。

本系统采用延时方式。

延时程序实际上是无条件传送I／O方式，当向A／D转换器发出启动命令后，即进行软件延时，延时时间稍大于进行一次A／D转换所需要的时间，之后打开A／D转换器的输出缓冲器读数即为转换好的数字量。

A／D转换时间为64个时钟周期，因为系统中ADC0809的工作时钟为500 kHz，故A／D转换时间为128 μs，延时时间可大致选择160μs。

程序段如下：为了使采样数据更稳定可靠，系统还采用了8次采样平均值的方法以消除干扰。

3.2 单片机内部数据处理模块系统通过ADC0809转换的数字量是与实际温度成正比的数字量，但系统最后显示的是实际温度值，因此需要对数据进行处理再通过8255输出到LED显示。

设所测温度值为T，A／D转换后的数字量为X，则有：VOUT=0.01 V／℃×T℃VOUT为LM35的输出电压，即运放μA741的输入电压，μA741的输出电压用V1表示。

因为μA741的放大倍数为5，则有：V1=5×VOUT=0.05×T根据系统设置，温度传感器输出电压0～5 V对应于转换后的数字量0～255，则有：0.05T／5=X／255可以近似写为：0.05T／5=X／256这样除以256可通过把被除数右移8位来实现，编程较简单。

由此可以得出X和T的关系：T=100×X／256程序段如下：3.3 温度显示模块单片机处理好的温度数据通过8255的3个端口输出到3个LED上显示，8255的A，B，C口的工作方式均设置为方式0，输出。

编程时只需分别从40H，41H，42H单元取数据送A，B，C口输出即可。

4 结语该测温系统经过多次测试，工作稳定可靠，体积小、集成度高、灵敏度高、响应时间短、抗干扰能力强等特点。

此外该系统成本低廉，器件均为常规元件，有很高的工程价值。

如稍加改动，该系统可以很方便地扩展为集温度测量、控制为一体的产品，具有一定工程应用价值。

如对该系统进一步扩展，还可以实现利用USB协议标准与PC机进行数据通信，能够把监测到的温度值保存到PC机中。

lm35温度传感器中文资料温度传感器LM35LM35 是由National Semiconductor 所生产的温度传感器，其输出电压与摄氏温标呈线性关系，转换公式如式，0 时输出为0V，每升高1℃，输出电压增加10mV。

LM35 有多种不同封装型式，外观如图所示。

在常温下，LM35 不需要额外的校准处理即可达到±1/4℃的准确率。

其电源供应模式有单电源与正负双电源两种，其接脚如图所示，正负双电源的供电模式可提供负温度的量测；两种接法的静止电流-温度关系如图所示，在静止温度中自热效应低(0.08℃)，单电源模式在25℃下静止电流约50μA，工作电压较宽，可在4—20V的供电电压范围内正常工作非常省电。

TO-92封装引脚图 SO-8 IC式封装引脚图TO-46金属罐形封装引脚图 TO-220 塑料封装引脚图单电源模式正负双电源模式供电电压35V到-0.2V输出电压6V至-1.0V输出电流10mA指定工作温度范围LM35A -55℃ to +150℃LM35C, LM35CA -40℃ to +110℃LM35D 0℃ to +100℃封装形式与型号关系TO-46金属罐形封装引脚图LM35H,LM35AH,LM35CH,LM35CAH,LM35DH TO-220 塑料封装引脚图LM35DTTO-92封装引脚图LM35CZ,LM35CAZ LM35DZSO-8 IC式封装引脚图LM35DMElectrical Characteristics电气特性(注 1, 6）Parameter 参数Conditions条件LM35A LM35CAUnits(Max.)单位Typical典型TestedLimit测试极限(注4)DesignLimit设计极限(注5)Typical典型TestedLimit测试极限(注4)DesignLimit设计极限(注5)Accuracy 精度（注7 ）TA=+25℃ ±0.2 ±0.5 -±0.2 ±0.5 -℃ TA=−10℃ ±0.3 --±0.3 -±1.0 ℃ TA=TMAX ±0.4 ±1.0 -±0.4 ±1.0 -℃ TA=TMIN ±0.4 ±1.0 -±0.4 -±1.5 ℃Nonlinearity非线性(注8)TMIN≤TA≤TMAX ±0.18 -±0.35 ±0.15 -±0.3 ℃Sensor Gain传感器增益(Average Slope)平均斜TMIN≤TA≤TMAX +10.0 +9.9, -+10.0 -+9.9mV/℃ --+10.1 ---+10.1率Load Regulation 负载调节(注3) 0≤IL≤1mA TA=+25℃ ±0.4 ±1.0 - ±0.4 ±1.0 - mV/mA TMIN≤TA≤TMAX ±0.5 -±3.0 ±0.5 -±3.0 mV/mALineRegulation 线路调整（ 注3) TA=+25℃±0.01 ±0.05±0.01 ±0.05 -mV/V4V≤VS≤30V ±0.02 - ±0.1 ±0.02 ±0.1 mV/V QuiescentCurrent 静态电流(注9)VS=+5V, +25℃ 56 67 -5667 - μA VS=+5V 105-131 91 -114 μA VS=+30V, +25℃ 56.2 6856.2 68-μAVS=+30V 105.5 133 91.5 -116 μAChange of Quiescent Current 变化静态电流 (注3) 4V≤VS≤30V,+25℃0.21.0 - 0.21.0 -μA4V≤VS≤30V 0.5 -2.0 0.5 2.0 μATemperature Coefficient of Quiescent Current 静态电流/温度系数-+0.39 -+0.5 +0.39 -+0.5 μA/℃Minimum Temperature forRated Accuracy 最低温度 额定精度In circuit ofFigure 1,IL=0+1.5 -+2.0 +1.5 -+2.0 ℃Long Term Stability 长期稳定性T J=TMAX,for 1000 hours±0.08 -- ±0.08 - - ℃Electrical Characteristics 电气特性(注 1, 6）Parameter 参数 Conditions 条件LM35LM35C, LM35DUnits (Max)单位Typical 典型Tested Limit 测试 极限 (注4) DesignLimit 设计 极限 (注5)Typical 典型 Tested Limit 测试 极限 (注4) Design Limit 设计 极限 (注5)Accuracy,精度 LM35, LM35C (注7)TA=+25℃ ±0.4 ±1.0 - ±0.4 ±1.0 - ℃TA=−10℃ ±0.5 - -±0.5 - ±1.5 ℃ TA=TMAX ±0.8 ±1.5 -±0.8 -±1.5 ℃ TA=TMIN ±0.8 -±1.5 ±0.8 -±2.0 ℃Accuracy, 精度 LM35D (注7) TA=+25℃ -±0.6 ±1.5 -℃TA=TMAX ±0.9 - ±2.0 ℃ TA=TMIN±0.9 -±2.0 ℃ Nonlinearity 非线性(注8) T MIN≤TA≤TMAX ±0.3 -±0.5 ±0.2 -±0.5 ℃ Sensor Gain 传感器增益(Average Slope) 平均斜率T MIN≤TA≤TMAX +10.0 +9.8, -+10.0 - +9.8, mV/℃-+10.2 ---+10.2Load Regulation 负载调节(注3) 0≤IL≤1mA TA=+25℃ ±0.4 ±2.0 -±0.4 ±2.0 -mV/mA T MIN≤TA≤TMAX ±0.5 -±5.0±0.5 -±5.0 mV/mALine Regulation 线路调整(注3) TA=+25℃ ±0.01 ±0.1 -±0.01 ±0.1 -mV/V 4V≤VS≤30V ±0.02 -±0.2 ±0.02 -±0.2 mV/VQuiescent Current 静态电流(注9) VS=+5V, +25℃ 56 80 -56 80 -μA VS=+5V 105 -158 91 -138 μA VS=+30V, +25℃ 56.2 82 -56.2 82 -μA VS=+30V 105.5 -161 91.5 -141 μAChange of Quiescent Current 变化静态电流(注3) 4V≤VS≤30V,+25℃0.2 2.0 -0.2 2.0 -μA 4V≤VS≤30V 0.5 - 3.0 0.5 - 3.0 μATemperatureCoefficient ofQuiescentCurrent 静态电流温度系数-+0.39 -+0.7 +0.39 -+0.7 μA/℃ MinimumTemperature for Rated Accuracy 最低温度额定精度In circuit ofFigure 1,IL=0+1.5 -+2.0 +1.5 -+2.0 ℃Long Term Stability 长期稳定性T J=TMAX, for1000 hours±0.08 --±0.08 --℃注1: Unless otherwise 注d, these specifications apply: −55℃≤TJ≤+150℃ for the LM35 and LM35A; −40°≤TJ≤+110℃ for the LM35C and LM35CA; and0°≤TJ≤+100℃ for the LM35D. VS=+5Vdc and ILOAD=50 μA, in the circuit of Figure 2. These specifications also apply from +2℃ to TMAX in the circuit of Figure 1. Specifications in boldface apply over the full rated temperature range.注2:Thermal resistance of the TO-46 package is 400℃/W, junction to ambient, and 24℃/W junction to case. Thermal resistance of the TO-92 package is180℃/W junction to ambi ent. Thermal resistance of the small outline molded package is 220℃/W junction to ambient. Thermal resistance of the TO-220 packageis 90℃/W junction to ambient. For additional thermal resistance information see table in the Applications section.注3: Regulation is measured at constant junction temperature, using pulse testing with a low duty cycle. Changes in output due to heating effects can becomputed by multiplying the internal dissipation by the thermal resistance.注4: Tested Limits are guaranteed and 100% tested in production.注5: Design Limits are guaranteed (but not 100% production tested) over the indicatedtemperature and supply voltage ranges. These limits are not used tocalculate outgoing quality levels.注6: Specifications in boldface apply over the full rated temperature range.注7:Accuracy is defined as the error between the output voltage and 10mv/℃ times the device’s case temperature, at specified conditions of voltage, current,and temperature (expressed in ℃).注8: Nonlinearity is defined as the deviation of the output-voltage-versus-temperature curve from the best-fit straight line, over the device’s rated temperaturerange.注9: Quiescent current is defined in the circuit of Figure 1.注10: Absolute Maximum Ratings indicate limits beyond which damage to the device may occur. DC and AC electrical specifications do not apply when operatingthe device beyond its rated operating conditions. See 注1.注11: Human body model, 100 pF discharged through a 1.5kW resistor.注12: See AN-450 “Surface Mounting Methods and Their Effect on Product Reliability” or the section titled “Surface Mount” found in a current NationalSemiconductor Linear Data Book for other methods of soldering surface mount devices单电源模式电流-温度关系正负双电源模式LM35 温度控制器应用电路图两线远程温度传感器电路（接地传感器）4-20 mA 电流源 (0℃ to +100℃)温度数字转换器（串行输出）（128摄氏度满量程）。