(完整word版)基于單片機(jī)溫度測量裝置的設(shè)計.

1、目錄1引言 .42方案設(shè)計 .53單元電路設(shè)計 .64系統(tǒng)軟件設(shè)計.125課程設(shè)計總結(jié).146電路總原理圖 .157電路仿真 .168參考文獻(xiàn) .179程序附錄 .181 引言在人類的生活環(huán)境中， 溫度扮演著極其重要的角色。 溫度是工業(yè)生產(chǎn)中常見的工藝參數(shù)之一， 任何物理變化和化學(xué)反應(yīng)過程都與溫度密相關(guān)， 因此溫度控制是生產(chǎn)自動化的重要任務(wù)。 隨著社會的發(fā)展， 科技的進(jìn)步， 以及測溫儀器在各個領(lǐng)域的應(yīng)用， 智能化是現(xiàn)代溫度控制系統(tǒng)發(fā)展的主流方向。 特別是近幾年來， 溫度控制系統(tǒng)早已應(yīng)用到人們生活的各個方面， 但溫度控制一直是一個未開發(fā)的領(lǐng)域， 卻又與人們息息相關(guān)的一個世紀(jì)問題。 針對這種實(shí)際情

2、況， 設(shè)計一個溫度測量系統(tǒng)具有廣泛的應(yīng)用前景與意義。在本設(shè)計中選用AT89C5加單片機(jī)作為主控制器件，采用熱電阻作為測溫元件， 通過數(shù)碼顯示管并行傳送數(shù)據(jù)， 實(shí)現(xiàn)溫度顯示。 本設(shè)計的內(nèi)容主要分為兩部分， 一是對系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計， 包括溫度采集電路和顯示電路； 二是對系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計，應(yīng)用C語言實(shí)現(xiàn)溫度的采集與顯示。最終完成了數(shù)字溫度計的總體設(shè)計。其系統(tǒng)構(gòu)成簡單，信號采集效果好，數(shù)據(jù)處理速度快，便于實(shí)際檢測使用。2方案設(shè)計基于單片機(jī)的溫度測量裝置方框圖:2.1 電路總體說明2.1.1 溫度的測量用PT-100的熱電阻來測量溫度。因?yàn)殡S著溫度的變化阻 值也發(fā)生變化。2.1.2 運(yùn)算放大電路是可

3、以把信號放大。2.1.3 A/D轉(zhuǎn)化是將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量。2.1.4 選用AT89C51的單片機(jī)來控制溫度的變化。2.1.5 在選用數(shù)碼管將溫度顯示的數(shù)碼管上面。3 單元電路設(shè)計3.1 溫度測量電路圖一為熱電阻的三線制測溫電路， 可以消除和減小引線電阻的影響。 如圖一，熱電阻的三根導(dǎo)線接到測溫電橋， 其中兩根引線的內(nèi)阻分別串入測量電橋相鄰兩臂的電阻上。 引線的長度變化不影響電橋的平衡， 所以可以避免因連接導(dǎo)線電阻受環(huán)境影響而引起的測量誤差。我們采用 pt-100 的熱敏電阻，阻值會隨著溫度的變化而變化，測溫的精度在 1 度左右。Pt-100的工作原理：當(dāng)PT100在0攝氏度的時候他的阻值為1

4、00歐姆，它的阻值會隨著溫度上升而成近似勻速的增長。 但他們之間的關(guān)系并不是簡單的正比的關(guān)系，而更應(yīng)該趨近于一條拋物線。鉑電阻的阻值隨溫度的變化而變化的計算公式：-200t0 Rt=R01+At+Bt*t+C(t-100)t*t*t( 1)00t850 C Rt=R0 (1+At+Bt2)(2)Rt為t C時的電阻值，R0為0c時的阻值。公式中的A,B,系數(shù)為實(shí)驗(yàn)測定。這 里給出標(biāo)準(zhǔn)的DIN IEC751 系數(shù)： A=3.9083E-3、 B=-5.775E-7 、 C=-4.183E-12根據(jù)韋達(dá)公式求得阻值大于等于 100 歐姆的 Rt - t 的換算公式：0 t850 C t=(sqrt

5、(A*R0)A2-4*B*R0*(R0-Rt)-A*R0)/2/B/R0PT100 溫度感測器是一種以白金(Pt) 作成的電阻式溫度檢測器, 屬于正電阻系數(shù)，其電阻和溫度變化的關(guān)系式如下： R=Ro(1+a T)其中a =0.00392,Ro為100 Q (在0c的電阻值),T為攝氏溫度因此白金作成的電阻式溫度檢測器，又稱 為 PT100。金屬熱電阻的電阻值和溫度一般可以用以下的近似關(guān)系式表示，即Rt=Rt01+a (t-t0 )式中， Rt 為溫度 t 時的阻值； Rt0 為溫度 t0 (通常 t0=0 )時對應(yīng)電阻值；a為溫度系數(shù)。半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值和溫度關(guān)系為Rt=AeB/t中Rt為溫

6、度為t時的阻值；A、B取決于半導(dǎo)體材料的結(jié)構(gòu)的常數(shù)。圖2 熱電阻測溫電路3.2 運(yùn)算放大電路因?yàn)橥ㄟ^PT-100熱電阻測的溫度的信號很小，所以我們采用具有一定抗共 模抗干擾能力的減法差動放大器電路，所以我們才有LM244這個四運(yùn)算放大器。減法差動放大電路只對U有放大作用。從圖中可以看到U1、U2兩個同相運(yùn)放電路構(gòu)成輸入級，在與差分放大器U3串聯(lián)組成三運(yùn)放差分防大電路。電路中有關(guān)電阻保持嚴(yán)格對稱，具有以下幾個優(yōu) 點(diǎn)：(1)U1和U2提高了差模信號與共模信號之比，即提高了信噪比；(2)在保證有關(guān)電阻嚴(yán)格對稱的條件下，各電阻阻值的誤差對該電路的共模 抑制比KCMRR有影響；因?yàn)殡娐分?3)電路對共模

7、信號幾乎沒有放大作用，共模電壓增益接近零R1=R2 R3=R4 R5=R6 ,放大倍數(shù)是:Avd=U0/Ui1-Ui2=- (Rp+2Rj /Rp*(R5/R3)通常，第一級增益要盡量高，第二級增益一般為 12倍，這里第一級選擇 100倍，第二級為1倍。則取R3=R4=R5=R6=10K,要求匹配性好，一般用金屬膜 精密電阻，阻值可在10KQ 幾百KQ間選擇。則Avd=(RP+2R1)/RP先定 RP,通常在 1KQ 10KQ內(nèi)，這里取 RP= 1KQ,則可由上式求得 R1=99RP/2=49.5取標(biāo)稱值51KQ。通常RS1和RS2不要超過 RP/2,這里選 RS仁RS2= 510,用于保護(hù)運(yùn)

8、放輸入級。 A1和A2應(yīng)選用低溫飄、高 KCMRR 運(yùn)放，性能一致性要好。3.3 A/D轉(zhuǎn)化A/D轉(zhuǎn)換的目標(biāo)是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，在本次課程設(shè)計中，選用 ADC0804 ADC0804一款8位、單通道、低價格 A/D轉(zhuǎn)換器，主要特點(diǎn)是：模 數(shù)轉(zhuǎn)換時間大約100us；方便TTL或CMO瓢準(zhǔn)接口；可以滿足差分電壓輸入； 具有參考電壓輸入端；內(nèi)含時鐘發(fā)生器；單電源工作時(05) V輸入電壓范圍 是05V;不需要調(diào)零等等。1 .轉(zhuǎn)換時序ADC0804空制信號的時序圖如圖所示，由圖可見，各控制信號時序關(guān)系為：當(dāng)CS與WRW為低電平時，A/D轉(zhuǎn)換被啟動而在 WRt升7&后100 pS模數(shù)完成轉(zhuǎn) 換，轉(zhuǎn)換

9、結(jié)果存入數(shù)據(jù)鎖存器，同時INTR自動變?yōu)榈碗娖剑硎颈敬无D(zhuǎn)換已結(jié) 束。如CS RD同時來低電平，則數(shù)據(jù)鎖存器三態(tài)門打開，數(shù)字信號送出，而在 RD高電平到來后三態(tài)門處于高阻狀態(tài)。2 .零點(diǎn)和滿刻度調(diào)節(jié)ADC0804勺零點(diǎn)無需調(diào)整。其中 Vmax是輸入電壓白最大值，Vmin是輸入電 壓的最小值。當(dāng)輸入電壓與VIN+相當(dāng)時，調(diào)整VREF/2端電壓值是輸出碼為FEH 或FFH3 .參考電壓的調(diào)節(jié)在使用A/D轉(zhuǎn)換器時，為保證其轉(zhuǎn)換精度，要求輸入電壓滿量程使用，如輸 入電壓動態(tài)范圍較小，則可調(diào)節(jié)參考電壓VREF以保證小信號輸入時 ADC0804芯片8位的轉(zhuǎn)換精度。4 .接地模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路中要特別注意到

10、地線的正確連接，否則干擾很嚴(yán)重，以致影響轉(zhuǎn)換結(jié)果的正確性。A/D、D/A及取樣-保持芯片上都提供了獨(dú)立的模擬地(AGND和數(shù)字地(DGND的弓唧。在線路設(shè)計中，必須將所有的器件的模擬地 和數(shù)字地分別相連，然后將模擬地與數(shù)字地僅在一點(diǎn)上相連接。地線的正確連接 方法。轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)應(yīng)及時傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問題是如何確認(rèn)A/D轉(zhuǎn)換的完成，因?yàn)橹挥写_認(rèn)完成后才能傳送。模擬轉(zhuǎn)換電壓范圍：0+5V,即0&Vin0+5M分辨率：8位，即分辨率為1/2 8=1/256,轉(zhuǎn)換值介于0255之間。放大倍 數(shù)在ADC0804勺精度之間。由于設(shè)計誤差要求為1C, 1C對應(yīng)的輸入

11、電壓為(1/100) *5=0.05V, 8位 A/D轉(zhuǎn)換芯片的分辨率為 1/256*5V=19.53mV轉(zhuǎn)換精度-它是A/D轉(zhuǎn)換器的最大量化誤差和模擬精度的共同體現(xiàn)。8位轉(zhuǎn)換器的最大量化誤差為9.765mV ( 80mV0.5=9.765mV,)全量程的相對誤差為0.19% (9.765mV/5Vx 100% 放大倍數(shù)滿足 A/D轉(zhuǎn)換精度P3STALJE EAP2 4M12Pl碗？PSQjRn 口F3.1/iTXDP12PSZffTDP1 3P3.1IMT1* 4Pi JSP35.H-1陋aPi .7P37.RLI圖4 A/D轉(zhuǎn)換電路5 .4單片機(jī)單片機(jī)在啟動運(yùn)行時都需要復(fù)位，使CPUS系統(tǒng)

12、中的其他部件都處于一個確 定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。MCS-52單片機(jī)有一個復(fù)位引腳RST采 用施密特觸發(fā)輸入。單片機(jī)的復(fù)位方式可由手動復(fù)位方式完成。AT89C52II片機(jī)內(nèi)部有一個高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。引腳XTAL2 和XTAL1分別是此放大器的輸出端和輸入端。作為反饋器件的片外晶體諧振器與 該放大器一起構(gòu)成一個自激振蕩器。電容C2和C1和外接晶體諧振器一起構(gòu)成并 聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。雖然對外接電容的值沒有非常嚴(yán)格的要 求，但震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性會由 電容的大小影響。所以，此電路系統(tǒng)的晶體振蕩器的值為12MHz電容

13、的種類應(yīng)盡量選擇陶瓷電容，電容值大概 30 pF。在電路板焊接時，電容和晶體振蕩器應(yīng) 盡可能安裝得靠近單片機(jī)芯片，這樣做是為了減少寄生電容，更好地保證震蕩器 可靠穩(wěn)定地工作。6 .5數(shù)碼顯示電路這是顯示電路，我們使用的是 LM020L這個LED顯示管，這個顯示管一共是 16個引腳。第1腳：GN師電源地第2腳：VCC 5V電源正極第3腳：V0為液 晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比 度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度）。第 4腳：RS為寄存器選擇，高電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時選擇指令寄存 器。第5腳：RW曲讀寫信號線，高

14、電平（1）時進(jìn)行讀操作，低電平（0）時進(jìn)行寫操作。第6腳：E（或EN圃為使能（enable）端,高電平（1） 時讀取信息，負(fù)跳變時執(zhí)行指令。第 714腳：DO- D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。第 1516腳：空腳或背燈電源。15腳背光正極，16腳背光負(fù)極。當(dāng)我們要讀數(shù)據(jù)：輸入 RS=1, RW= 1 E*脈沖。輸出：DO-D7為數(shù)據(jù)。通 過單片機(jī)將數(shù)據(jù)發(fā)送我們通過數(shù)碼顯示管來顯示我們此時的溫度。（1）主要性能：與MCS-52單片機(jī)產(chǎn)品兼容、8K字節(jié)的在系統(tǒng)可編程Flash存儲器、一千次 的擦寫周期、全靜態(tài)操作：0Hz24MHz三級加密程序存儲器、三十二個可編程 I/O 口線、三個16位定時器/計數(shù)器以

15、及八個中斷源、全雙工 UARW行通道、 低功耗空閑和掉電模式、掉電后中斷可喚醒、看門狗定時器、雙數(shù)據(jù)指針、掉電標(biāo)識符。(2)功能特性：AT89C52g一種低功率消耗、性能較高 CMOS般微控制器，具備8K在系統(tǒng) 可編程Flash存儲器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器高技術(shù)制作，可 以與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳全部兼容片上。Flash能夠允許程序存儲器在系 統(tǒng)可編程執(zhí)行，亦適合于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPUffi在系 統(tǒng)可編程Flash ,使得AT89C5到眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案PO.0/AD0 P0.1/AD1 P02/AD2P0.3/A

16、D3P0.4/AD4P0.5/AD5 P0.S/ADS P07/AD7P2.0/A8P2.VA9LCD1”一LM02dL 圖6數(shù)碼顯示電路P2.2/A104系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 主程序設(shè)計主程序既把以上各子程序串連成一個整體， 使整個程序循環(huán)運(yùn)行。主程序一 直調(diào)用顯示電路，若溫度改變，則會進(jìn)入以下的主程序部分執(zhí)行相應(yīng)的 A/D轉(zhuǎn)換 操作并作出相應(yīng)的處理。通過轉(zhuǎn)換后，顯示的值也會同時發(fā)生改變。 之后再返回 到程序始端，如此反復(fù)運(yùn)行，就構(gòu)成了程序的整體。開始)圖圖7主程序流程圖4.2 A/D轉(zhuǎn)換子程序設(shè)計這次課程設(shè)計采用的是ADC0804每一個時鐘信號下降沿開始，輸出一位數(shù) 據(jù)，直到8位數(shù)據(jù)全部輸完

17、為止，輸出的順序是從最高位到最低位。A/D轉(zhuǎn)換子程序的工作原理：開啟A/D轉(zhuǎn)換芯片，將A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果送進(jìn)位C,然后左移A寄 存器，直到8位數(shù)全部送到A寄存器，關(guān)閉A/D轉(zhuǎn)換，最后將A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果存儲 到30H單元.啟動啦轉(zhuǎn)換8法加如轉(zhuǎn)推菇果送A 4關(guān)閉他轉(zhuǎn)投圖8 A/D轉(zhuǎn)化程序流程圖4.2顯示子程序的設(shè)計RET將AD轉(zhuǎn)換的結(jié)果送A寄存器，將100送B寄存器，然后A除以B,得到的 商存到百位存儲單元。再將 B寄存器里的數(shù)送A寄存器，把10送B寄存器，再 A除以B,得到的商存十位存儲單元，余數(shù)存?zhèn)€位單元。5 課程設(shè)計總結(jié)通過此次課程設(shè)計， 使我更加扎實(shí)的掌握了有關(guān)單片機(jī)方面的知識， 在設(shè)計過程中雖

18、然遇到了一些問題， 但經(jīng)過一次又一次的思考， 一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在， 也暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經(jīng)驗(yàn)不足。 實(shí)踐出真知，通過親自動手制作，使我們掌握的知識不再是紙上談兵。過而能改，善莫大焉。在課程設(shè)計過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟， 不斷提高。 最終這次課程設(shè)計終于順利完成了， 在設(shè)計中遇到了很多問題， 最后在老師的指導(dǎo)下， 終于游逆而解。 在今后社會的發(fā)展和學(xué)習(xí)實(shí)踐過程中， 一定要不懈努力， 不能遇到問題就想到要退縮， 一定要不厭其煩的發(fā)現(xiàn)問題所在，然后一一進(jìn)行解決，只有這樣，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荊斬棘，而不是知難而退，那樣永遠(yuǎn)不

19、可能收獲成功，收獲喜悅，也永遠(yuǎn)不可能得到社會及他人對你的認(rèn)可!回顧起此課程設(shè)計，至今我仍感慨頗多，從理論到實(shí)踐，在這段日子里，可以說得是苦多于甜， 但是可以學(xué)到很多很多的東西， 不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識， 而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。 通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的， 只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的， 只有把所學(xué)的理論知識與實(shí)踐相結(jié)合起來， 從理論中得出結(jié)論， 才能真正為社會服務(wù)， 從而提高自己的實(shí)際動手能力和獨(dú)立思考的能力。6電路總原理圖5-E蕓 LIJ THhEn-i岑 u 匚連：2521.1333 s u Ts:p蛋J工一Etfts*-.s.口2S匍I

20、PHN一苦 D髻 7REFQ CLHRLnD-ESP4EHI3fe3 Fl.IJnEi區(qū).一言9 耳星苫 3 1 P2咨后 S5W1 3 正號4 R2IN15s.53 3.i- s2M432 3 83二記l-l五3.5UD5 3.58 37百7stose PS官 32k B.竽Tl s首 s里156 s新圖10總電路圖8參考文獻(xiàn)我們將設(shè)計號的程序通過 Keli寫入，編譯，然后通過Proteus這個軟件來進(jìn)行仿真示意。我們能很清楚的從仿真來看我們的原理圖和程序?qū)Σ粚?。RF1R5 卜：S;/ T - -s- - WXTAL2FEATSSHIJ-王一 u. 壬 .七3 u.11_SI 網(wǎng)WRIPKW

21、 司 口言 RRLG2 LW20L一 54WCs.l 31S2旨 3S.I3.1 3君 TSB s.i 己濕生 1 m 一 PH望史 is簍 百皂SJMW SB 3e圖 sJJJfr SB ,百 3百 3T.SIrctEszO13M 4sftK. b M喇 月AE:口 口口口口1張鑫.單片機(jī)原理及應(yīng)用（第2版）M.電子工業(yè)出版社，2010年.2張毅剛.單片機(jī)原理與應(yīng)用設(shè)計M.電子工業(yè)出版社，2008年.3胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)學(xué)習(xí)輔導(dǎo)與實(shí)踐教程M.清華大學(xué)出版 社，2010年.4張義和.例說51單片機(jī)（C語言版）M.人民郵電出版社，2008年.5張培仁等.基于C語言編程MCS-51單片

22、機(jī)原理與應(yīng)用M9程序附錄#includeat89X52.hsbit LCD_RS =P2A0;sbit LCD_RW =P2A1；sbit LCD_E =P2A2;sbit ADC_CS =P2A3;sbit ADC_WR =P3A6;sbit ADC_RD =P3A7;#define LCD_DATA P0unsigned char LcdBuf110=;unsigned char code Bmp0018=0x06,0x09,0x09,0x06,0x00,0x00,0x00,0x00, 0x06,0x09,0x10,0x10,0x10,0x09,0x06,0x00;void dellay(

23、unsigned int h)while(h-); /0.01MSvoid WriteDataLcd(unsigned char wdata)LCD_DATA=wdata;LCD_RS=1;LCD_RW=0;LCD_E=0;dellay(1000);LCD_E=1;void WriteCommandLcd(unsigned char wdata)LCD_DATA=wdata;LCD_RS=0;LCD_RW=0;LCD_E=0;dellay(1000);LCD_E=1;void lcd_init(void)LCD_DATA=0;WriteCommandLcd(0x38);dellay(1000)

24、;WriteCommandLcd(0x38);dellay(1000);WriteCommandLcd(0x01);WriteCommandLcd(0x0c);void display_xy(unsigned char x,unsigned char y)if(y=1)x+=0x40;x+=0x80;WriteCommandLcd(x);void display_string(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char *s)display_xy(x,y);while(*s)WriteDataLcd(*s);s+;void Write_CGRAM(unsigned