自動檢測技術(shù)課程設(shè)計基于單片機的溫度自動檢測儀表設(shè)計

1、 自動檢測技術(shù) 基于單片機的溫度自動檢測儀表設(shè)計 指導(dǎo)老師：王* 學(xué)號：201224* 姓名：* 班級：交控2班1. 設(shè)計要求（1）自動完成溫度測量，溫度自動完成溫度測量，溫度測量范圍通過鍵盤設(shè)定（如1060），檢測精度為±0.5。（2）要求將ad590采集的模擬溫度信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，傳輸?shù)絾纹瑱C，用3位共陰極led顯示結(jié)果，小數(shù)點后顯示一位。（3）超上、下限需要報警。2. 系統(tǒng)的硬件要求（1） 給出系統(tǒng)總體方案設(shè)計和系統(tǒng)組成框圖?？傮w設(shè)計 功能：溫度自動檢測儀表測溫范圍在55125，誤差在±0.5以內(nèi)。溫度測量間隔時間選擇12s, 通過鍵盤擴展（行列式或獨立式按鍵），有

2、溫度上下限值及溫度報警功能。在數(shù)字式溫度計的制作中主要以51單片機來控制，用溫度傳感器ad590檢測外界的溫度，軟件的顯示子程序用四位一體數(shù)碼管顯示出來，精確到1位小數(shù)點，在超出測溫范圍時，進行報警功能。在焊接電路時要預(yù)留電源線，外接單片機at89s51調(diào)試設(shè)計要求。 系統(tǒng)框圖：（2） 完成單片機的選型（需要考慮成本），介紹其主要特點，給出單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計。選型：mcs-51單片機是美國inte公司于1980年推出的產(chǎn)品，與mcs-48單片機相比，它的結(jié)構(gòu)更先進，功能更強，在原來的基礎(chǔ)上增加了更多的電路單元和指令,指令數(shù)達111條，mcs-51單片機可以算是相當成功的產(chǎn)品，一直到現(xiàn)在，

3、mcs-51系列或其兼容的單片機仍是應(yīng)用的主流產(chǎn)品，各高校及專業(yè)學(xué)校的培訓(xùn)教材仍與mcs-51單片機作為代表進行理論基礎(chǔ)學(xué)習(xí)。簡介：單片微型計算機簡稱單片機，即把組成微型計算機的各個功能部件，如中央處理器、隨機存儲器、只讀存儲器、i/o接口電路、定時器/計數(shù)器以及串行通信接口等集成在一塊芯片上，構(gòu)成一個完整的微型計算機。由于單片機主要面對的是測控對象，突出的是控制功能，所以它從功能和形態(tài)上來說都是應(yīng)測控功能領(lǐng)域應(yīng)用的要求而誕生的。隨著單片機技術(shù)的發(fā)展，它在芯片內(nèi)集成了許多面對測控對象的接口電路，如adc、dac、高速i/o口、脈沖寬度調(diào)制器、監(jiān)視定時器等，這些接口電路已經(jīng)突破了微型計算機傳統(tǒng)的

4、體系結(jié)構(gòu)，所以單片機也成為微型控制。51單片機是對目前所有兼容intel 8031指令系統(tǒng)的單片機的統(tǒng)稱。該系列單片機的始祖是intel的8031單片機，后來隨著flash rom技術(shù)的發(fā)展，8031單片機取得了長足的進展，成為目前應(yīng)用最廣泛的8位單片機之一，其代表型號是atmel公司的at89系列，它廣泛應(yīng)用于工業(yè)測控系統(tǒng)之中。目前很多公司都有51系列的兼容機型推出，在目前乃至今后很長的一段時間內(nèi)將占有大量市場。主要特點：·8位cpu·4kbytes 程序存儲器(rom)·128bytes的數(shù)據(jù)存儲器(ram)·32條i/o口線·111條指令

5、，大部分為單字節(jié)指令·21個專用寄存器·2個可編程定時/計數(shù)器·5個中斷源，2個優(yōu)先級·一個全雙工串行通信口·外部數(shù)據(jù)存儲器尋址空間為64kb·外部程序存儲器尋址空間為64kb·邏輯操作位尋址功能·雙列直插40pindip封裝·單一+5v電源供電最小應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計：主控制器單片機at89s51具有低電壓和小體積等特點，兩個端口剛好滿足系統(tǒng)的設(shè)計需要很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計使用。其中時鐘振蕩電路使用了石英晶體振蕩器，接18、19腳，配置了相應(yīng)的晶振、電容，提供單片機脈沖信號，使單片機能正常的工作。 31腳

6、的ea引腳則接到正電源端，使用片內(nèi)程序存儲器。單片機要正常運行，必須具備一定的硬件條件，其中最主要的就是三個基本條件：1.電源正常；2.時鐘正常；3.復(fù)位正常。at89s51單片機構(gòu)成的最小系統(tǒng)（僅驅(qū)動1個發(fā)光二極管）的電路，在at89s51單片機的40個引腳中：電源引腳2根，晶振引腳2根，控制引腳4根，可編程輸入輸出引腳32根。1、工作電源：電源是單片機工作的動力源泉，對應(yīng)的接線方法為：40腳（vcc）電源引腳，工作時接+5v電源，20腳（gnd）為接地線。2、時鐘電路：時鐘電路為單片機產(chǎn)生時序脈沖，單片機所有運算與控制過程都是在統(tǒng)一的時序脈沖的驅(qū)動下的進行的，同樣，如果單片機的時鐘電路停止

7、工作（晶振停振），那么單片機也就停止運行了。當采用內(nèi)部時鐘時，連接方法如下圖所示，在晶振引腳xtal1（19腳）和xtal2（18腳）引腳之間接入一個晶振，兩個引腳對地分別再接入一個電容即可產(chǎn)生所需的時鐘信號，電容的容量一般在幾十皮法，如30pf。3、接著我們給單片機加一個指示燈。我們在單片機p1.7（8腳）上接一個發(fā)光二極管，這樣就可以用來做單片機驅(qū)動發(fā)光二極管的簡單實驗了，圖中發(fā)光二極管負極對單片機引腳p1.7之間串接了一個560歐姆的限流電阻，防止發(fā)光二極管和單片機的引腳p1.7因為電流過大燒壞，使發(fā)光二極管和單片機都工作在安全狀態(tài)。4、控制引腳ea接法。ea/vpp（31腳）為內(nèi)外程序

8、存儲器選擇控制引腳，當ea為低電位時，單片機從外部程序存儲器取指令；當ea接高電平時，單片機從內(nèi)部程序存儲器取指令。at89s51單片機內(nèi)部有4kb可反復(fù)擦寫1000次以上的程序存儲器，因此我們把ea接到+5v高電平，讓單片機運行內(nèi)部的程序，我們就可以通過反復(fù)燒寫來驗證我們的程序了。5、復(fù)位電路：在復(fù)位引腳（9腳）腳持續(xù)出現(xiàn)24個振蕩器脈沖周期（即2個機器周期）的高電平信號將使單片機復(fù)位。如下圖所示電容c和電阻r構(gòu)成了單片機上電自動復(fù)位電路，復(fù)位后，單片機從0000h單元開始執(zhí)行程序，并初始化一些專用寄存器為復(fù)位狀態(tài)值，受影響的專用寄存器如下表所示：寄存器狀態(tài)寄存器狀態(tài)pc0000htcon0

9、0hacc00htl000hpsw00hth000hsp07htl100hdptr0000hth100hp0 - p3ffhscon00hipxxx00000hsbuf不確定ie0xx00000hpcon0xxx0000htmod00h  （3）系統(tǒng)各功能模塊設(shè)計溫度傳感器采樣以及信號放大處理（給出ad590放大處理后電壓與溫度關(guān)系列表），顯示模塊，鍵盤輸入模塊、報警模塊設(shè)計。（1） 溫度傳感器采樣以及信號放大處理測溫電路則主要采用了型號為ad590測溫傳感器。ad590是ad公司利用pn結(jié)構(gòu)正向電流與溫度的關(guān)系制成的電流輸出型兩端溫度傳感器。ad590是美國模擬器件公司生

10、產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。它的主要特性如下：  1、 流過器件的電流（ma）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開爾文）度數(shù)，即：式中： 流過器件（ad590）的電流，單位為ma； t熱力學(xué)溫度，單位為k。 2、ad590的測溫范圍為-55+150。  3、 ad590的電源電壓范圍為4v30v。電源電壓可在4v6v范圍變化，電流 變化1ma，相當于溫度變化1k。ad590可以承受44v正向電壓和20v反向電壓，因而器件反接也不會被損壞。 4、輸出電阻為710mw。  5、精度高。ad59

11、0共有i、j、k、l、m五檔，其中m檔精度最高，在-55+150范圍內(nèi)，非線性誤差為±0.3。 ad590放大處理后電壓與溫度關(guān)系列表ad590的輸出電流i=（273+t）a（t為攝氏溫度），因此測量的電壓v為（273+t）a×10k=（2.73+t/100）v。攝氏溫度輸出電流（a）輸出電壓（v）-102632.6302732.73102832.83202932.93303033.03403133.13503233.23603333.33703433.43803533.53903633.631003733.731103833.831203933.93（2） 顯示

12、模塊顯示驅(qū)動與顯示電路采用了三位共陰led數(shù)碼管，用三極管做驅(qū)動。用輪詢的方法，送第一位顯示數(shù)據(jù)時，給第一位通電，送第二位顯示數(shù)據(jù)時，給第二位通電，送第三位顯示數(shù)據(jù)時，給第三位通電。（3） 鍵盤輸入模塊按鍵1和按鍵2用來設(shè)定溫度的上限，分別是加和減，按鍵3和按鍵4是用來設(shè)定溫度的下限，同樣分別是加和減，按鍵用來表示確認。抖動時間的長短由按鍵的機械特性決定，一般為5ms10ms。這是一個很重要的時間參數(shù)，在很多場合都要用到。按鍵穩(wěn)定閉合時間的長短則是由操作人員的按鍵動作決定的，一般為零點幾秒至數(shù)秒。鍵抖動會引起一次按鍵被誤讀多次。為確保cpu對鍵的一次閉合僅作一次處理，必須去除鍵抖動。在鍵閉合穩(wěn)

13、定時讀取鍵的狀態(tài)，并且必須判別到鍵釋放穩(wěn)定后再作處理。如果按鍵較多，常用軟件方法去抖，即檢測出鍵閉合后執(zhí)行一個延時程序，5ms10ms的延時，讓前沿抖動消失后再一次檢測鍵的狀態(tài)，如果仍保持閉合狀態(tài)電平，則確認為真正有鍵按下。當檢測到按鍵釋放后，也要給5ms10ms的延時，待后沿抖動消失后才能轉(zhuǎn)入該鍵的處理程序。（4） 報警模塊設(shè)計當傳感器測試的溫度超過測量范圍（自己手動設(shè)置的溫度上限或者下限），單片機buzz引腳輸出高電平，觸使三極管導(dǎo)通，蜂鳴器導(dǎo)電鳴叫報警。3.系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)主模塊，采樣處理模塊、數(shù)據(jù)處理模塊（標度變換等）、鍵盤輸入模塊、led數(shù)碼顯示模塊，上、下限報警模塊。要求給出程序流程圖。（1） 系統(tǒng)主模塊主程序的主要功能是負責溫度的實時顯示、讀出并處理 ad590 的測量溫度。主模塊程序圖（2） 采樣處理模塊讀出溫度子程序采樣處理模塊的主要功能是讀出 ram 中的 9 字節(jié)。在讀出