智能型温度测量仪.doc

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1、开封大学课程设计报告书课程：智能仪器 设计题目：智能型温度测量仪院系：电子电气工程学院 专 业：电子信息工程与技术班级：10电子2班 姓 名：马帅孔学号： 指导老师：董卫军目录一、 设计目的.2二、 设计题目.2三、 设计功能要求.2四、 主要技术指标.2五、 采用方案.2六、 方案论证.2七、 硬件选择与设计.31、AD590传感器.32、电路设计.43、ADC0809 .54、89C52 .65、数码管.106、供电电源电路12八、软件设计分析1、电路原理图.122、系统总流程图.133、温度转换程序流程图.134、主函数流程图.145、显示流程图.14九、总结1、设计总结.152、参考文

2、献.15附录15一、设计的目的 本课程是电子信息工程技术专业的专业基本能力训练课程，其目的是通过本课程设计，使学生掌握智能仪器的一般设计方法，熟悉系统硬件和软件的一般开发环境和开发流程，为设计和开发智能仪器打下坚实的基础。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、设计题目： 智能型温度测量仪的设计三、设计功能要求 配合温度传感器，实现温度的测量； 具有开机自检、自动调零功能； 具有克服随机误差的数字滤波功能； . 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。四

3、、主要技术指标 测量温度范围：-50150 测量误差：1% 显示方式：4位LED数码管显示被测温度值。 CPU 89C51 ADC0809五、采用方案 传感器电路设计4位数码管显示转换电路 六、方案论证 1.传感器的选择 方案一：采用热电阻温度传感器。热电阻是利用导体的电阻随温度变化的特性制成的测温元件。现应用较多的有铂、铜、镍等热电阻。其主要的特点为精度高、测量范围大、便于远距离测量。铂的物理、化学性能极稳定，耐氧化能力强，易提纯，复制性好，工业性好，电阻率较高，因此，铂电阻用于工业检测中高精密测温和温度标准。缺点是价格贵，温度系数小，受到磁场影响大，在还原介质中易被玷污变脆。按IEC标准测

4、温范围-200650，百度电阻比W（100）=1.3850时，R0为100和10，其允许的测量误差A级为（0.15+0.002|t|），B级为（0.3+0.005|t|）。铜电阻的温度系数比铂电阻大，价格低，也易于提纯和加工；但其电阻率小，在腐蚀性介质中使用稳定性差。在工业中用于-50180测温。方案二：采用AD590温度传感器。它是一种已经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。其中M档精度最高，在-55+150范围内，非线性误差为0.3。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。AD590最重要的特性是：度每增加

5、1，它会增加1A输出电流。AD590的接口电路十分简单，不需要外围温度补偿和线性处理电路，便安装调试。比较方案一和二，方案二更适合本设计的温度测量仪。七、硬件选择与设计1. AD590传感器（1）AD590的主要特性： AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流传感器,是一种已经IC化的温度感测器,它会将温度转换为电流。其规格如下： a、 每增加1,它会增加1A输出电流b、 可测量范围-55至150c、 供电电压范围+4V至+30VAD590温度与电流的关系如下表所示摄氏温度AD590电流经10K电压0273.2 uA2.732V10283.2 uA2.832 V20293.2 u

6、A2.932 V30303.2 uA3.032 V40313.2 uA3.132 V50323.2 uA3.232 V60333.2 uA3.332 V100373.2 uA3.732 V表1AD590的管脚图及元件符号如下图所示：AD590是电流型温度传感器，通过对电流的测量可得到所需要的温度值。根据特性分挡，AD590的后缀以I，J，K，L，M表示。AD590L，AD590M一般用于精密温度测量电路，其电路外形如图1所示，它采用金属壳3脚封装，其中1脚为电源正端V；2脚为电流输出端I0；3脚为管壳，一般不用。集成温度传感器的电路符号如图2所示。(2)AD590的工作原理 在被测温度一定时，

7、AD590相当于一个恒流源，把它和530V的直流电源相连，并在输出端串接一个10k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10mVK的电压信号。 AD590具有线性优良、性能稳定、灵敏度高、无需补偿、热容量小、抗干扰能力强、可远距离测温且使用方便等优点。可广泛应用于各种冰箱、空调器、粮仓、冰库、工业仪器配套和各种温度的测量和控制等领域。2.电路设计 AD590相当于一个温度控制的恒流源，输出电流大小只与温度有关，且与温度成正比。只需一个精密电阻，就可以将电流（温度）信号转化为电压信号，总的灵敏度系数通过该电阻设定。AD590的温度系数是1A/K，即温度每增加1

8、K，它会增加1A输出电流。其输出电流是以绝对温度零度-273为基准，每增加1，它会增加1A输出电流，因此 -10到100时AD590输出电流为263A到373A。ADC0809的输入电压为0-5V，所以需要电流-电压转换电路。 用AD590构成数字显示温度计的设计过程如下： 在设计测温电路时，首先应将电流转换成电压。由于AD590为电流输出元件，它的温度每升高1K，电流就增加1A。当AD590的电流通过一个10k的电阻时，这个电阻上的压降为10mV，即转换成10mVK，为了使此电阻精确（01），可用一个96k的电阻与一个1k电位器串联，然后通过调节电位器来获得精确的10k。图5所示是一个电流电

9、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1235V），然后将此电压放大到273V。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273V，同样使A2的输出电压也为273V，因此A1与A2两输出端之间的电压：2732730V即对应于0。 图3电路 3.ADC0809ADC0809是逐次逼近型8位A/D转换器，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

10、态输出缓冲器，可直接与单片机的数据总线相连。 ADC0809的引脚如图8所示。 图4 ADC0809管脚图 由图可见，ADC0809由8位模拟开关、8位逐次逼近式A/D转换器、地址锁存器、控制与时序电路及输出锁存器组成。 IN0IN7：8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。 ADDC，ADDB和ADDA：模拟通道选择，编码000111分别选中IN0IN7。 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。 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。 START：

11、A/D转换启动信号，正脉冲启动ADDCADDA选中的一路模拟信号开始转换。 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D0D7脚输出。 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。根据读入转换结果的方式，此信号可有3种方式与单片机相连。 延时方式：EOC悬空，启动转换后，延时100us后读入转换结果。 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。 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。 VREF（+）和VREF（-）：基准电压输入，

12、用于决定输入模拟电压的范围。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。IN0IN7的地址为7FF8H7FFFH，在这里只需要一路转换，故将ADDCADDA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。4. 89C52 (1) 89C52简介AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压 ，高性能CMOS 8位单片机，片内

13、含4k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器(RAM )，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机能应用许多高性价比的场合，可灵活应用于各种控制领域。 图5 89C52封装图89C52的主要参数 a.主要特性： 4K字节可编程闪烁存储器； 寿命：1000写/擦循环； 数据保留时间：10年 全静态工作：0Hz-24Hz，三级程序存储器锁定，128*8位内部RAM，32可编程I/O线，两个16位定时器/计数器，5个中断

14、源，可编程串行通道，低功耗的闲置和掉电模式，片内振荡器和时钟电路b.管脚说明： VCC：供电电压。GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部

15、上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双

16、向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示。P3口管脚 （备选功能）P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当

17、振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由

18、外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 /PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时， /EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。c.振荡器特性：XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶

19、瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。d.芯片擦除整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻

20、结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。 (2)单片机电路设计(1)89C52的复位电路：如图6所示。图6 AT89C52复位电路原理图(2)89C52的时钟电路：AT89C52的+5V电源由40脚引入，第20脚接地，第18脚和第19脚间由12MHz的晶振及两个30pF的无极性电路组成一个时钟振荡电路，如图7所示。图7 AT89C52时钟电路原理图5.数码管（1）数码管结构 数码管由8个发光二极管（以下简称字段）构成，通过不同的组合可用来显示数字0 9、字符A F、H、L、P、R、U、Y、符号“-”及小数点“.”。数码管的外型结构如图图8外型结构（2）数码管工作原理 共阳极数码

21、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。此时，要求段驱动电路能吸收额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。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。此时，要求段驱动电路能提供额定的段导通电流

22、，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。图9数码LED显示电路 6.供电电源电路本设计中采用了5V电源供电。 图3.7 供电电源电路八 软件设计分析1、电路原理图图10总原理图2 系统总流程图 图11（2）温度转换程序流程图图12（3）主函数流程图图13 （4）显示流程图 图14九、总结 此次课程设计历时一周，通过再读课本、查阅相关资料书和相关网站浏览，终于完成了对智能型温度测试仪的设计。经历了这次紧张而又充实的设计我学到了很多知识，从刚开始的朦朦胧胧、对智能仪器不太了解，到现在对其有了初步的了解，自己真是感慨万千。通过此次设计，我终于明白只有多练习实践，才能将理论和实际结合起

23、来，提高自己的动手能力。只有将理论与实践紧密地结合起来才能更好地将这门课运用到生产中、社会中。我现在对“活到老，学到老”这句话，有了进一步的了解。由于时间比较仓促，此次课程设计存在许多的不足，相信在以后的设计中，我会努力做的更好！参考文献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智能仪器原理，设计及调试 季建华等 华东理工大学出版社单片机应用系统设计应用 何立民主编 北京航空航天大学出版社 智能化仪器原理及应用 曹建平 西安电子科技大学出版社 智能仪器原理与设计 赵新民 哈尔滨工业大学出版社智能仪器原理及应用 赵茂泰 电子工业出版社现代

24、科学仪器 中国分析测试协会主办自动化仪表 中国仪器仪表学会 上海工业自动化仪表研究所主办仪器仪表学报 中国仪器仪表学会主办仪器仪表网 （http:/www.china_）仪器商城网 （http:/）附录元器件表AT89C52芯片一个A/D590一个LED84S 晶振1个(12M)电解电容2个（10uF）电容2个（30p）滑阻2个（最大阻值9.6K）电阻10个（最大阻值1K)A/D转换器0809三极管4个放大器2个排阻1个（0.1K）C语言源程序#include unsigned char code dispbitcode= 0xfe,0xfd,0xfb,0xf7, 0xef,0xdf,0xbf

25、,0x7f;unsigned char code dispcode=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66, 0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00;unsigned char dispbuf8=10,10,10,10,10,0,0,0;unsigned char dispcount;sbit EOC=P20;sbit OE=P21;sbit ST=P22;unsigned char channel=0x00;unsigned char getdata;void main(void) TMOD=0x01; TH0=(65536-4000)/256; TL0=(65

26、536-4000)%256; TR0=1; ET0=1; EA=1;P3=channel;while(1) ST=0; ST=1; ST=0; while(EOC=0); OE=1; getdata=P0; OE=0; dispbuf2=getdata/100; getdata=getdata%10; dispbuf1=getdata/10; dispbuf0=getdata%10;void t0(void) interrupt 1 using 0 TH0=(65536-4000)/256; TL0=(65536-4000)%256; P1=dispcodedispbufdispcount; P2=dispbitcodedispcount; dispcount+; if(dispcount=8) dispcount=0;