智能儀器儀表課程設(shè)計(jì)

1、摘 要隨著時(shí)代的進(jìn)步和發(fā)展，智能儀表已經(jīng)普及到我們生活、工作、科研、各個(gè)領(lǐng)域，已經(jīng)成為一種比較成熟的技術(shù), 本文主要介紹了一個(gè)基于89C51單片機(jī)的溫度報(bào)警系統(tǒng)，軟件編程以及各模塊系統(tǒng)流程進(jìn)行了詳盡分析，對(duì)各部分的電路也一一進(jìn)行了介紹,該系統(tǒng)可以方便的實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)溫度采集和模數(shù)轉(zhuǎn)換，并可根據(jù)需要任意設(shè)定上下限報(bào)警溫度，它使用起來(lái)相當(dāng)方便，具有精度高、量程寬、靈敏度高、體積小、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，適合于我們?nèi)粘Ｉ詈凸?、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的溫度測(cè)量，也可以當(dāng)作溫度處理模塊嵌入其它系統(tǒng)中，作為其他主系統(tǒng)的輔助擴(kuò)展。AT89C51與ADC0808結(jié)合實(shí)現(xiàn)最簡(jiǎn)溫度報(bào)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，適合于惡劣環(huán)境下

2、進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，有廣泛的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：溫度報(bào)警；ADC0808；AT89C51目錄1 智能儀器儀表的簡(jiǎn)介21.1智能儀器儀表簡(jiǎn)介21.2智能儀器儀表的作用31.3本課題的背景和意義42 系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介42.1 芯片簡(jiǎn)介42.2 設(shè)計(jì)要求52.3 設(shè)計(jì)方案論證52.4 硬件設(shè)計(jì)電路53 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)63.1控制模塊63.2顯示電路73.3轉(zhuǎn)換模塊73.4報(bào)警模塊83.5系統(tǒng)總體電路圖84 設(shè)計(jì)語(yǔ)言及軟件介紹104.1 keil語(yǔ)言介紹104.2 Proteus軟件介紹104.3 keil與proteus聯(lián)調(diào)與仿真實(shí)現(xiàn)115 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)125.1 程序設(shè)計(jì)思路125.2源程序135.3 調(diào)試

3、及仿真186 結(jié) 論197 參考文獻(xiàn)191 智能儀器儀表的簡(jiǎn)介1.1智能儀器儀表簡(jiǎn)介儀器儀表（英文：instrumentation）儀器儀表是用以檢出、測(cè)量、觀察、計(jì)算各種物理量、物質(zhì)成分、物性參數(shù)等的器具或設(shè)備。真空檢漏儀、壓力表、測(cè)長(zhǎng)儀、顯微鏡、乘法器等均屬于儀器儀表。廣義來(lái)說(shuō)，儀器儀表也可具有自動(dòng)控制、報(bào)警、信號(hào)傳遞和數(shù)據(jù)處理等功能，例如用于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制中的氣動(dòng)調(diào)節(jié)儀表，和電動(dòng)調(diào)節(jié)儀表，以及集散型儀表控制系統(tǒng)也皆屬于儀器儀表。1.2智能儀器儀表的作用隨著科技的不斷發(fā)展，現(xiàn)代社會(huì)對(duì)各種信息參數(shù)的準(zhǔn)確度和精確度的要求都有了幾何級(jí)的增長(zhǎng)，而如何準(zhǔn)確而又迅速的獲得這些參數(shù)就需要受制于現(xiàn)代

4、信息基礎(chǔ)的發(fā)展水平。在三大信息信息采集(即傳感器技術(shù))、信息傳輸(通信技術(shù))和信息處理(計(jì)算機(jī)技術(shù))中，傳感器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，尤其是溫度傳感器技術(shù)，在我國(guó)各領(lǐng)域已經(jīng)引用的非常廣泛，可以說(shuō)是滲透到社會(huì)的每一個(gè)領(lǐng)域，人民的生活與環(huán)境的溫度息息相關(guān)，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中需要實(shí)時(shí)測(cè)量溫度，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也離不開(kāi)溫度的測(cè)量，因此研究溫度的測(cè)量方法和裝置具有重要的意義。測(cè)量溫度的關(guān)鍵是溫度傳感器，溫度傳感器的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段：傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器模擬集成溫度傳感器智能集成溫度傳感器。在當(dāng)今信息化時(shí)代展過(guò)程中，各種信息的感知、采集、轉(zhuǎn)換、傳輸和處理的功能器件已經(jīng)成為各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中不可缺少的重要

5、技術(shù)工具。傳感器是信息采集系統(tǒng)的首要部件，是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化測(cè)量和自動(dòng)控制的主要環(huán)節(jié)，是現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的源頭，又是信息社會(huì)賴以存在和發(fā)展的物質(zhì)與技術(shù)基礎(chǔ)?？梢?jiàn)理解和撐握傳感器的知識(shí)與技術(shù)有著其極重要的意義。傳感器知識(shí)面廣，如果在實(shí)踐技能的鍛煉上下功夫，單憑課堂理論課學(xué)習(xí)，勢(shì)必出現(xiàn)理論與實(shí)踐脫節(jié)的局面。任隨書(shū)本上把單片機(jī)技術(shù)介紹得多么重要、多么實(shí)用多么好用，同學(xué)們?nèi)匀粫?huì)感到那只是空中樓閣，離自己十分遙遠(yuǎn)，或者會(huì)感到對(duì)它失去興趣，或者會(huì)感到它高深莫測(cè)無(wú)從下手，這些情況都會(huì)令課堂教學(xué)的效果大打折扣。本次設(shè)計(jì)的目的就是讓我們?cè)诶碚搶W(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，通過(guò)完成一個(gè)傳感品器件的設(shè)計(jì)，使我們學(xué)生不但能夠?qū)⒄n堂上學(xué)到的理論

6、知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來(lái)，而且能夠?qū)﹄娮与娐?、電子元器件、印制電路板等方面的知識(shí)進(jìn)一步加深認(rèn)識(shí)，同時(shí)在軟件編程、排版調(diào)試、焊接技術(shù)、相關(guān)儀器設(shè)備的使用技能等方面得到較全面的鍛煉和提高。1.3本課題的背景和意義 本設(shè)計(jì)主要是應(yīng)用proteus軟件和嵌入式C語(yǔ)言編程工具，結(jié)合單片機(jī)原理及應(yīng)用。危機(jī)原理與接口技術(shù)等專業(yè)課程，強(qiáng)化和鞏固專業(yè)理論基礎(chǔ)，掌握Proteus仿真的技巧和嵌入式C語(yǔ)言編程工具，提高單片機(jī)開(kāi)發(fā)能力，并為嵌入式開(kāi)發(fā)打下基礎(chǔ)。2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介2.1 芯片簡(jiǎn)介 本設(shè)計(jì)選擇采用AT89C51單片機(jī)為核心。AT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，3

7、2個(gè)I/O口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)震蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但震蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。2.2 設(shè)計(jì)要求 用可調(diào)電阻調(diào)節(jié)電壓值作為模擬溫度的輸入量，當(dāng)溫度低于30時(shí)，發(fā)出長(zhǎng)嘀報(bào)警聲和光報(bào)警，當(dāng)溫度高于60時(shí)，發(fā)出短嘀報(bào)警聲和光報(bào)警。測(cè)量的溫度范圍在099。2.3 設(shè)計(jì)方案論證根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，選擇ADC0808作為本系統(tǒng)的模

8、數(shù)轉(zhuǎn)換器，選擇單片機(jī)AT89C51為測(cè)控系統(tǒng)的核心來(lái)完成數(shù)據(jù)采集、處理、顯示等功能。該系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路如下：ADC0808模數(shù)轉(zhuǎn)換器把模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量即溫度，發(fā)送到AT89C51單片機(jī)上，經(jīng)過(guò)51單片機(jī)處理，將把溫度在顯示電路上顯示，當(dāng)溫度高于60時(shí)，發(fā)出短嘀報(bào)警聲和光報(bào)警。測(cè)量的溫度范圍在099。 按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的要求，確定系統(tǒng)由4個(gè)模塊組成：顯示模塊、控制模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、報(bào)警模塊。本課題以是89C51單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)的一種數(shù)字溫度控制系統(tǒng)，系統(tǒng)整體硬件電路包括，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，溫度顯示電路，單片機(jī)主板電路等組成。2.4 硬件設(shè)計(jì)電路溫度報(bào)警器設(shè)計(jì)電路圖如圖2.4所示,控制器使用單

9、片機(jī)AT89C51,模數(shù)轉(zhuǎn)換器選ADC0808,用LED實(shí)現(xiàn)溫度顯示。a) 把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的P1.0P1.7與“動(dòng)態(tài)數(shù)碼顯示”區(qū)域中的ABCDEFGH端口用8芯排線連接。b) 把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的P2.0P2.7與“動(dòng)態(tài)數(shù)碼顯示”區(qū)域中的S1S2S3S4S5S6S7S8端口用8芯排線連接。c) 把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的P3.0與“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊”區(qū)域中的ST端子用導(dǎo)線相連接。d) 把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的P3.1與“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊”區(qū)域中的OE端子用導(dǎo)線相連接。e) 把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的P3.2與“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊”區(qū)域中的EOC端子用導(dǎo)線相連接。f) 把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的P3.3

10、與“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊”區(qū)域中的CLK端子用導(dǎo)線相連接。g) 把“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊”區(qū)域中的A2A1A0端子用導(dǎo)線連接到“電源模塊”區(qū)域中的GND端子上。h) 把“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊”區(qū)域中的IN0端子用導(dǎo)線連接到“三路可調(diào)電壓模塊”區(qū)域中的VR1端子上。i) 把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的P0.0P0.7用8芯排線連接到“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊”區(qū)域中的D0D1D2D3D4D5D6D7端子上。j) 把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的P3.6、P3.7用導(dǎo)線分別連接到“八路發(fā)光二極管指示模塊”區(qū)域中的L1、L2上。k) 把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的P3.5用導(dǎo)線連接到“音頻放大模塊”區(qū)域中的SPK IN端口上。l) 把“音頻放大模塊“區(qū)域

11、中的SPK OUT插入音頻喇叭。 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1控制模塊圖3-1 AT89C51引腳圖3.2顯示電路如圖所示：圖3-2顯示路3.3轉(zhuǎn)換模塊圖3-3 ADC0808原理圖3.4報(bào)警模塊 圖3-4 報(bào)警模塊3.5系統(tǒng)總體電路圖 溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)原理圖如圖3-7所示,控制器使用單片機(jī)AT89C51,轉(zhuǎn)換模塊使用ADC0808,用LED實(shí)現(xiàn)溫度顯示。 圖3-5系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖4 設(shè)計(jì)語(yǔ)言及軟件介紹4.1 keil語(yǔ)言介紹 Keil C51是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系 統(tǒng)，與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)。因而易學(xué)易用

12、。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試等在內(nèi)的完整開(kāi)發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境uVision將這些部分組合在一起。運(yùn)行Keil軟件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。4.2 Proteus軟件介紹 Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)，與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、A

13、VR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。具有智能原理圖設(shè)計(jì)，完善的電路仿真功能，單片機(jī)協(xié)同仿真功能，實(shí)用的PCB設(shè)計(jì)平臺(tái)等功能。Proteus的資源豐富，Proteus可提供的仿真元器件資源：仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件，有30多個(gè)元件庫(kù)。Proteus提供了比較豐富的測(cè)試信號(hào)用于電路測(cè)試這些測(cè)試包括模擬信號(hào)和測(cè)試信號(hào)。在PROTEUS繪制好原理圖后，調(diào)入已編譯好的目標(biāo)代碼文件：*.HEX，可以在PROTEUS的原理圖中看到模擬的實(shí)物運(yùn)行狀態(tài)

14、和過(guò)程。課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)生走向就業(yè)的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。由于PROTEUS提供了實(shí)驗(yàn)室無(wú)法相比的大量的元器件庫(kù)，提供了修改電路設(shè)計(jì)的靈活性、提供了實(shí)驗(yàn)室在數(shù)量、質(zhì)量上難以相比的虛擬儀器、儀表，因而也提供了培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐精神、創(chuàng)造精神的平臺(tái)。廣泛應(yīng)用到教學(xué)，技能考評(píng)，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)等眾多領(lǐng)域。 Proteus ISIS的工作界面是一種標(biāo)準(zhǔn)的Windows界面，包括：標(biāo)題欄、主菜單、標(biāo)準(zhǔn)工具欄、繪圖工具欄、狀態(tài)欄、對(duì)象選擇按鈕、預(yù)覽對(duì)象方位控制按鈕、仿真進(jìn)程控制按鈕、預(yù)覽窗口、對(duì)象選擇器窗口、圖形編輯窗口。 4.3 keil與proteus聯(lián)調(diào)與仿真實(shí)現(xiàn) 雙擊圖標(biāo)進(jìn)入keil uVision2編程環(huán)境，輸

15、入程序。返回桌面雙擊圖標(biāo)進(jìn)入Proteus仿真環(huán)境。點(diǎn)擊左上角選項(xiàng)P后根據(jù)設(shè)計(jì)的電路圖調(diào)出所需元件畫(huà)好硬件原理圖如圖所示。然后按照4.1節(jié)所寫(xiě)步驟設(shè)置keil和proteus的工作環(huán)境。實(shí)現(xiàn)keil和proteus的聯(lián)調(diào)。 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5.1 程序設(shè)計(jì)思路主程序框圖開(kāi) 始設(shè)定溫度上下限顯示當(dāng)前溫度判斷當(dāng)前溫度值是否為300C？YNNY溫度<30？ Y燈亮，發(fā)出短嘀報(bào)警燈亮，發(fā)出長(zhǎng)嘀報(bào)警結(jié)束5.2源程序#include <AT89C51.H>unsigned char code dispbitcode=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7, 0xef,0xdf,0xbf,

16、0x7f;unsigned char code dispcode=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66, 0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00;unsigned char dispbuf8=10,10,10,10,10,10,0,0;unsigned char dispcount;unsigned char getdata;unsigned int temp;unsigned char i;sbit ST=P30;sbit OE=P31;sbit EOC=P32;sbit CLK=P33;sbit LED1=P36;sbit LED2=P37;sbit SPK

17、=P35;bit lowflag;bit highflag;unsigned int cnta;unsigned int cntb;bit alarmflag;void main(void) ST=0; OE=0; TMOD=0x12; TH0=0x216; TL0=0x216; TH1=(65536-4000)/256; TL1=(65536-4000)%256; TR1=1; TR0=1; ET0=1; ET1=1; EA=1; ST=1; ST=0; while(1) if(lowflag=1) &&(highflag=0) LED1=0; LED2=1; else if

18、(highflag=1) && (lowflag=0) LED1=1; LED2=0; else LED1=1; LED2=1; void t0(void) interrupt 1 using 0 CLK=CLK;void t1(void) interrupt 3 using 0 TH1=(65536-500)/256; TL1=(65536-500)%256; if(EOC=1) OE=1; getdata=P0; OE=0; temp=getdata*25; temp=temp/64; dispbuf6=temp/10; dispbuf7=temp%10; if(getda

19、ta<77) lowflag=1; highflag=0; else if(getdata>153) lowflag=0; highflag=1; else lowflag=0; highflag=0; ST=1; ST=0; P2=0xff; P1=dispcodedispbufdispcount; P2=dispbitcodedispcount; dispcount+; if(dispcount=8) dispcount=0; if(lowflag=1) && (highflag=0) cnta+; if(cnta=800) cnta=0; alarmflag=alarmflag; if(alarmflag=1) SPK=SPK; else if(lowflag=0) &