最新智能型温度监测仪课程设计.docx

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最新智能型温度监测仪课程设计

开封大学

《智能仪器原理及应用》

课程设计

学生姓名：

王明霞

学号：

2011061745

学院：

电子电气工程学院

专业：

应用电子技术

班级：

（11）应电班

题目：

智能型温度测量仪

指导教师：

董卫军

职称：

教师

截止日期：

2013.11.25~2013.12.1

2013年11月27日

智能型温度测量仪

一、设计目的

智能仪器是一种典型的微处理器应用系统，它是计算机技术、现代测量技术和大规模集成电路相结合的产物，无论是在测量速度、精确度、灵敏度、自动化程度，还是在性价比等方面，都是传统仪器不可比拟的。

通过对本次的课程设计来使同学们掌握如何去选择元器件来适应不同的电路的设计，从而对更多的元件功能及性能有更多的了解。

更重要的是培养学生基于单片机应用系统的分析和设计能力和专业知识综合应用能力，同时提高学生分析问题和解决问题的能力以及实际动手能力，为日后工作奠定良好的基础。

二、设计任务和设计要求

⑴．功能要求

①．配合温度传感器，实现温度的测量；

②．具有开机自检、自动调零功能；

③．具有克服随机误差的数字滤波功能；

④.使用220V/50Hz交流电源，设置电源开关、电源指示灯和电源保护功能。

⑵．主要技术指标

①．测量温度范围：

0～150℃

②．测量误差：

≤1%

⑥．显示方式：

4位LED数码管显示被测温度值。

三、总体方案论证与选择

方案一：

AD590传感器→转换器→ADC0809→AT89C51→四位数码管显示

方案二:

热电阻温度传感器→转换器→ADC0809→AT89C51→四位数码管显示

方案三：

DS18B20→转换器→ADC0809→AT89C51→四位数码管显示

这三种方案的不同之处主要是传感器的不同：

方案一中的传感器是一种已经IC化的温度感测器，它会将温度转换为电流。

它的测温范围为-55℃～+150℃，而且精度高；方案二中的传感器是利用导体的电阻随温度变化的特性制成的测温元件。

其主要的特点为精度高、测量范围大、测温范围是-200℃~600℃；方案三的传感器为单总线技术，MAXIM公司的2种温度传感器一个为频率输出，一个为周期输出，其本质均为数字输出，但这类器件的最大缺点是测温的范围太窄，一般只有-55～+125℃，而且温度的测量精度都不高，好的才±0.5℃,一般有±2℃左右。

总体比较选择方案一。

系统组成方框图：

四、硬件设计与选择

AD590传感器

工作原理：

在被测温度一定时，AD590相当于一个恒流源，把它和5～30V的直流电源相连，并在输出端串接一个10kΩ的恒值电阻，那么，此电阻上流过的电流将和被测温度成正比，此时电阻两端将会有10mV／K的电压信号。

除此之外，AD590具有测温不需要参考点、抗干扰能力强、互换性能好等特点。

特性：

1、测温范围- 55℃~+l50℃；

 2、线性电流输出lA／K； 

3、线性度好，满刻度范围为±0.3℃； 

4、电源电压范围4~30 V，当电源电压在5~10V之间，电压稳定度为l％时，所产生的误差只有±0.01℃； 

5、功率损耗低。

电路图及特性曲线：

设计测温电路时应先将电流转换成电压。

由于AD590为电流输出元件，它的温度每升高1K，电流就增加1μA。

当AD590的电流通过一个10kΩ的电阻时，这个电阻上的压降为10mV，即转换成10mV／K，为了使此电阻精确（0．1％），可用一个9．6kΩ的电阻与一个1kΩ电位器串联，然后通过调节电位器来获得精确的10kΩ。

上图所示是一个电流／电压和绝对／摄氏温标的转换电路，其中运算放大器A1被接成电压跟随器形式，以增加信号的输入阻抗。

而运放A2的作用是把绝对温标转换成摄氏温标，给A2的同相输入端输入一个恒定的电压（如1．235V），然后将此电压放大到2．73V。

这样，A1与A2输出端之间的电压即为转换成的摄氏温标。

将AD590放入0℃的冰水混合溶液中，A1同相输入端的电压应为2．73V，同样使A2的输出电压也为2．73V，因此A1与A2两输出端之间的电压：

2．73－2．73＝0V即对应于0℃。

AD590传感器的特性曲线

2、ADC0809简介

工作原理：

ADC0809能够输出8位二进制数字量，具有8位的分辨率。

即分辨率:

8位分辨率=1/256=0.39%FS

它还是逐次比较型的A/D转换集成芯片，片内有8路模拟开关，可对8路模拟电压量实现分式转换。

典型转换时间为100us。

片内带有三态输出缓冲器，可直接与单片机的数据总线相连。

ADC0809的时钟信号CLK由单片机的地址锁存允许信号ALE提供，若单片机晶振频率为12MHz，则ALE信号经分频输出为500kHz，满足CLK信号低于640kHz的要求。

当P2.7和／WR同时有效时，以线选方式启动A/D转换，同时使0809的ALE有效。

IN0～IN7的地址为7FF8H～7FFFH，在这里只需要一路转换，故将ADDC～ADDA均接地，只选中IN0，进行转换。

当P2.7和／RD信号同时有效时，OE有效，输出缓冲器打开，单片机接收转换数据。

电路图及相关介绍:

ADC0809引脚图模拟通道地址码

ADC0809内部结构图

引脚功能：

1、IN0～IN7：

8路模拟通道信号输入，通过模拟开关实现8路模拟输入信号分时选通。

2、ADDC，ADDB和ADDA：

模拟通道选择，编码000～111分别选中IN0～IN7。

3、ALE:

地址锁存信号，其上升沿锁存ADDC，ADDB，ADDA的信号，译码后控制模拟开关，接通8路模拟输入中相应的一路。

4、CLK：

输入时钟，为A/D转换器提供转换的时钟信号，典型工作频率为64kHz。

5、START：

A/D转换启动信号，正脉冲启动ADDC～ADDA选中的一路模拟信号开始转换。

6、OE：

输出允许信号，高电平时打开三态输出缓冲器。

使转换后的数字量从D0～D7脚输出。

7、EOC：

转换结束信号，启动转换后，EOC变为低电平，转换完成后变为高电平。

8、Vcc:

+5V电源。

9、GND:

接地。

10、VREF（+）和VREF（-）：

基准电压输入，用于决定输入模拟电压的范围。

三种与单片机连接方式：

①延时方式：

EOC悬空，启动转换后，延时100us后读入转换结果。

②查询方式：

EOC接单片机端口线，查得EOC变高，读入转换结果，作为查询信号。

③中断方式：

EOC经非门接单片机的中断请求端，转换结束作为中断请求信号向单片机提出中断申请，在中断服务中读入转换结果。

直接存取：

高速转换时，把转换的数据经过DMA接口直接传输到主存储器。

3、AT89C51

单片机选择：

AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，。

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且价廉的方案。

特性：

内含4KB的FLASH存储器，擦写次数1000次； 

内含28字节的RAM； 

具有32根可编程I/O线； 

具有2个16位可编程定时器； 

具有6个中断源、5个中断矢量、2级优先权的中断结构； 

具有1个全双工的可编程串行通信接口； 

具有一个数据指针DPTR; 

两种低功耗工作模式，即空闲模式和掉电模式； 

具有可编程的3级程序锁定定位；

工作原理及电路图：

各引脚功能：

·P08位、漏极开路的双向I/O口。

·P1 8位、准双向I/O口，具有内部上拉电阻。

·P2  8位、准双向I/O口，具有内部上拉电阻。

·P3  8位、准双向I/O口，具有内部上拉电阻。

·RST 复位输入信号，高电平有效。

在振荡器稳定工作时，在RST脚施加两个机器周期以上的高电平，将器件复位。

·EA/VPP外部程序存储器访问允许信号EA. 

·PSEN 片外程序存储器读选通信号PSEN，低电平有效。

·ALE/PROG低字节锁存信号ALE.在系统扩展时，ALE的下降沿将P0口输出的低8位地址锁存在外接的地址锁存器中，以实现低字节地址和数据的分时传送。

·XTAL1 片内振荡器反向放大器和时钟发生线路的输入端。

使用片内振荡器时，连接外部石英晶体和微调电容。

·XTAL2 片内振荡器反相放大器的输出端。

当使用片内振荡器时，外接石英晶体和微调电容。

单片机控制的主电路包括：

（1）系统时钟电路；

（2）系统复位电路；（3）显示电路；（4）对ADC0809转换电路的控制电路四部分组成。

其硬件系统框图如图所示。

时钟电路:

AT89C51单片机内部有一个高增益的反相放大器，其输入端为芯片引脚xtal1，输出端为芯片引脚xtal2，将xtal1和xtal2与外部的石英晶体及两个电容连接起来构成一个石英晶体振荡器。

复位电路：

单片机复位后各并行接口P0~P3口输出高电平，堆栈指针SP为07H，其他特殊功能存储器和程序计数器PC均被清零。

4、四位显示数码管

工作原理：

共阳极数码管的8个发光二极管的阳极（二极管正端）连接在一起，通常，公共阳极接高电平（一般接电源），其它管脚接段驱动电路输出端。

当某段驱动电路的输出端为低电平时，则该端所连接的字段导通并点亮，根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。

共阴极数码管的8个发光二极管的阴极（二极管负端）连接在一起，通常，公共阴极接低电平（一般接地），其它管脚接段驱动电路输出端，当某段驱动电路的输出端为高电平时，则该端所连接的字段导通并点亮，根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。

五、软件设计

设计简单说明：

进行微机测量控制系统设计时，除了系统硬件设计外，大量的工作就是如何根据每个测量对象的实际需要设计应用程序。

软件设计主要是对温度进行采集、显示,通过按键操作，进行时间的设置与修改。

因此，整个软件可分为温度采集子程序、时钟读取程序、按键子程序、显示子程序、及系统主程序。

系统总流程图主函数流程图

温度转换程序流程图：

显示流程图：

整个系统程序：

SLING EQU 30H

SYI EQU 31H 

SER EQU 32H 

SSAN EQU 33H 

SSI EQU 34H 

SWU EQU 35H 

SLIU EQU 36H 

SQI EQU 37H 

ST BIT P3.0 

OE BIT P3.1 

EOC BIT P3.2 

ORG 0000H 

LJMP START 

ORG 000BH 

LJMP T0X 

ORG 0300H 

START:

MOV SP,#60H       

MOV TL0,#18H       

MOV TH0,#63H      

 MOV TMOD,#0      

 MOV TCON,#0       

SETB TR0       

SETB ET0       

SETB EA      

MOV 20H,#0      

MOV 21H,#0     

 MOV 22H,#0     

 MOV 23H,#0      

MOV SYI,#0      

MOV SER,#0     

 MOV SSAN,#0      

MOV SSI,#0      

MOV SWU,#0      

MOV SLIU,#0      

MOV SQI,#0      

MOV R1,#0      

CLR P3.4 

LP0:

 MOV R2,#08H      

MOV R7,#4 

 MOV R0,#20H     

XIANSHI:

MOV A,R2         

MOV P2,A 

 CJNE R0,#21H,ZHUAN         

MOV A,@R0  

MOV DPTR,#TAB1         

MOVC A,@A+DPTR         

MOV P1,A         

AJMP JIXU ZHUAN:

MOV A,@R0 

 MOV DPTR,#TAB        

 MOVC A,@A+DPTR         

MOV P1,A 

JIXU:

   ACALL D1         

INC R0         

MOV A,R2RR A 

 MOV R2,A 

DJNZ R7,XIANSHI 

AJMP LP0 

TAB:

DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DHDB 7DH,07H,7FH,6FH 

TAB1:

DB 0BFH,86H,0DBH,0CFH,0E6H,0EDH,0FDH DB 87H,0FFH,0EFH 

D1:

  MOV R5,#02H 

DL:

  MOV R6,#0FFH 

DL1:

DJNZ R6,DL1    

 DJNZ R5,DL     

RET 

T0X:

NOP            

 MOV TL0,#18H     

MOV TH0,#63H     

PUSH ACC     

PUSH PSW     

INC R1 

CJNE R1,#10,LOOP1  

CLR ST 

SETB  ST     

CLR   ST 

ADSC:

JNB     

EOC , ADSC     

 SETB OE 

 MOV SLING,P0    

CLR OE        

MOV A,SLING 

 CJNE A,#14H,BBAO 

 AJMP BT BBAO:

JC BT    

AJMP CT BT:

SETB P3.4 

AJMP ET 

CT:

CJNE A,#64H,BAOJ

 AJMP DT 

BAOJ:

JC ET 

DT:

SETB P3.4 

ET:

MOV B,#100    

DIV AB    

MOV SYI,A    

MOV A,B    

MOV B,#10    

DIV AB    

MOV SER,A    

MOV SSAN,B 

MOV A,SSAN    

MOV B,#5    

MUL AB 

 MOV SSAN,A  把个位数乘以5放回33H。

 MOV B,#10    

DIV AB 

MOV SWU,A   

MOV SSAN,B   

AJMP XXZ 

LOOP1:

AJMP LOOP    

XXZ:

MOV A,SER    

MOV B,#5    

MUL AB 

MOV SER,A  把十位数乘以5放回32H。

MOV B,#10    DIV AB 

MOV SLIU,A 

MOV SER,B       

MOV A,SWU    ADD A,SER 

MOV SER,A 

MOV A,SYI    

MOV B,#5    

MUL AB 

MOV SYI,A  

MOV B,#10    

DIV AB 

 MOV SSI,A   

 MOV SYI,B 

 MOV A,SLIU    

ADD A,SYI 

 MOV SYI,A 

 MOV 20H,SSAN    

MOV 21H,SER    

MOV 22H,SYI 

MOV 23H,SSI

 LOOP:

POP PSW      

POP ACC      

RETI      

END

总原理图：

六、设计总结

通过本次设计，我重新翻阅了单片机课本，回顾了原有的知识，体会到了单片机知识是我们生活中必不可少的一种科技知识，当然对智能仪器课程的知识有了更深刻的了解。

这次的温度测量仪设置可能有缺陷，也有优点，比如说在选择温度传感器时很有成就感，自我感觉很符合测温的要求能够减小误差，但是在选择转换器和单片机时有阻碍的，这都是在课本上查阅的，因为自己了解的也不多，比如不能顺利的出现数字，这也和自己编写的程序有关。

总之在这次的实践中明白了很多，也知道了自己的不足，今后会更加的努力在社会中运用自己所学的知识。

七、参考文献

《智能化仪器原理及应用》曹建平西安电子科技大学出版社

《智能仪器设计基础》李弘清华大学出版社

《智能仪器原理及实训教程》刘秋艳北京师范大学出版

《单片机原理与接口技术》李朝青北京航空航天大学出版社

《单片机原理与应用》李建忠西安电子科技大学出版社