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基于STC89C51单片机智能测温仪表课程设计.doc

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太原理工大学单片机原理及应用智能测温仪表学号:07100537专业:自动化班级:0702姓名:王晓晖目录摘要2一、国内外温度检测技术的发展动向3二、设计要求4三、设计原理4四、设计内容44.1硬件电路的设计54.1.1主控芯片STC89C51的接口连接54.1.2电源电路54.1.3LED显示电路64.1.4AD转换器TLC1549的电路连接64.1.5DA转换器TLC5615的电路连接84.1.6I2C接口存储器24C02和蜂鸣器的电路连接104。

1.7420mA电流输出电路104.1.8功率输出电路114.1.9热电阻CU50信号调理电路114.2软件电路的设计124.2.1主程序134.2.2读写程序134.2.3报警程序164.2.4数字滤波174.2.5标度变换174.2.6非线性矫正184.2.7比例控制算法194.2.8按键处理程序204.2.9数据扫描程序22五、总结23六、参考文献24摘要温度是日常生活、工业、医学、环境保护、化工、石油等领域最常遇到的一个物理量,也是工业控制中主要的被控制参数之一,对温度的测量与控制在现代工业中

随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一,单片机广泛地用于各种仪器仪表,使仪器仪表智能化,并可以提高测量的自动化程度和精度,简化仪器仪表的硬件结构,提高其性能价格比。它所给人带来的方便也是不可否定的,其中数字温度计就是一个典型的例子,但人们对它的要求越来越高,要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手,一切向着数字化控制,智能化控制方向发展。本课程设计基于CU50传感器和STC89C51单片机的智能测温仪表。智能测温仪表电路主要由STC89C51单片机、按钮、数码管、LED显示、串行通信接口、电源、ADC、E2PROM等电路组成,其以51单片机为核心控制部件。

利用CU50阻值随温度变化的特点,将其和其他三个电阻构成非平衡电桥,因而,温度的变化可转化成电桥输出微弱电压信号的变化,电压信号经集成运放电路放大后送到A/D转换器,将模拟信号变换成数字信号。单片机根据输入量和设定量进行运算,将结果送到数码管显示,完成对温度的测量。主要介绍了温度的自动测量,包括温度传感器、单片机接口及其应用软件的设计,大体分为以下几大部分:介绍了国内外温度检测技术和软件电路和硬件电路的设计,并且分析了温度检测技术的未来发展方向;根据实际使用要求设计了相应的单片机硬件系统,该系统能够实现数据采集、数据处理、温度值的在线显示以及时钟电路的时间显示对该温度仪表的未来发展进行了展望。

关键词:温度测量多功能智能化单片机一、国内外温度检测技术的发展动向随着工业生产效率的不断提高,自动化水平与范围也不断扩大,因而对温度检测技术的要求也愈来愈高,一般可以归纳以下几方面。(1)扩展检测范围。现在工业上通用的温度检测范围为一200^30000C,而今后要求能测量超高温与超低温。尤其是液化气体的极低温度检测更为迫切,如IOK以下的温度检测是当前重点研究课题。(2)扩大测温对象。温度检测技术将会由点测温发展到线、面,甚至立体的测量。应用范围己经从工业领域延伸到环境保护、家用电器、汽车工业及航天工业领域。(3)发展新型产品。利用老的检测技术生产出适应于不同场合、不同工况要求的新型产品。

以满足于用户需要。同时利用新的检测技术制造出新的产品。(4)适应特殊环境的测温。在许多场合中的温度检测器有特殊要求,例如防爆、防硫、耐磨等性能要求;又如移动物体和高速旋转物体的测温、钢水的连续测温、火焰温度检测等。(5)显示数字化。温度仪表向数字化方向发展。其最大优点是直观、无度数误差、分辨率高、测量误差小,因而有广阔的销售市场。(6)标定自动化。应用计算机技术,快速、准确、自动地标定温度检测器。根据上述要求,国内外温度仪表制造商将向以下几方面发展。(1)继续生产量大面广的传统温度检测元件,如:热电偶、热电阻、热敏电阻等。(2)加强新原理、新材料、新工艺的开发。如近来己开发的炭化硅薄膜热敏电阻温度检测器。

厚膜、薄膜铂电阻温度检测器,硅单晶热敏电阻温度检测器等。(3)向智能化、集成化、适用化方向发展。新产品不仅要具有检测功能,又要具有判断和指令等多功能,采用微机向智能化方向发展。随着国内外工业的日益发展,温度检测技术也有了不断的进步,目前的温度检测使用的温度计种类繁多,应用范围也较广泛,大致包括以下几种方法:(1)利用物体热胀冷缩原理制成的温度计。(2)利用热电效应技术制成的温度检测元件。利用此技术制成的温度检测元件主要是热电偶。(3)利用热阻效应技术制成的温度计。用此技术制成的温度计大致可分成以下几种:电阻测温元件、导体测温元件、陶瓷热敏元件。二、设计要求实现8位数码管显示(4位显示测量值。

4位显示设定值),4输入按钮(功能选择、数码管选择、数字增加、数字减少),可设定上下限报警,蜂鸣器报警。适配Cu50热电阻,测温范围为0℃~130℃。采用比例控制、并用晶闸管脉宽调制驱动1000W电加热器(电源电压为AC220V),还可以输出与温度成正比的4~40mA电流远传到其他仪表。三、设计原理根据系统的设计要求,本方案采用单片机系统为核心,采用热电阻CU50作为温度传感器采集温度信号,经信号放大器放大后,送到A/D转换芯片,经单片机检测处理温度信号,通过存储器对温度数据进行存储,并通过8位数码管对温度进行显示,还可以通过功率驱动电路用单片机驱动具有交流220V电压的电阻性负载,如果需要输出与温度成正比的4~40mA电流。

则需要D/A转换芯片将单片机处理的数字信号变成模拟信号。原理设计方框图如下:原理设计方框图四、设计内容主要由硬件电路和软件电路两部分,其中硬件电路由电源电路、主控芯片STC89C51的接口连接、数码LED显示电路、I2C接口存储器和蜂鸣器的电路连接、AD和DA转换电路等等。软件设计主要包括主程序、报警程序、数据扫描程序和按键处理程序。4.1硬件电路的设计由题目的设计要求可知,本设计主要采用STC89C51单片机为主芯片,再加上电源电路、LED显示电路,AD和DA转换、蜂鸣器、420mA电流输出电路、功率输出电路、热电阻CU50信号调理电路组成。4.1.1主控芯片STC89C51的接口连接单片机采用11。

059MHz的时钟,单片机的P0口作为I/O使用时,需要外接上拉电阻,在本系统中,上拉电阻的阻值为1KΩ4.1.2电源电路电路电源输入是220VAC输入,输出为为+12V和+5V电压。4.1.3LED显示电路为了节省I/O空间,本系统采用两个8D锁存器74HC373分时锁存段码和位码,锁存器74HC373的功能为:OE是输出使能控制,OE=1时,输出高阻,OE=1时,输出等于锁存器输出;LE为锁存控制端,LE=1时,锁存器输出与输入相同,LE=0时,锁存器锁存输入信号。两排各4个数码管显示,分别显示测量值与设定值。数码LED显示电路4.1.4AD转换器TLC1549的电路连接在我们所测控的信号中均是连续变化的物理量。

通常需要用计算机对这些信号进行处理,则需要将其转换成数字量,A/D转换器就是为了将连续变化的模拟量转换成计算机能接受的数字量。(1)概述TLC1549系列是美国德州仪器公司生产的具有串行控制、连续逐次逼近型的模数转换器,TLC1549能以串行方式送给单片机,由于TLC1549采用CMOS工艺,内部具有自动采样保持、可按比例量程校准转换范围、抗噪声干扰功能,它采用两个差分基准电压高阻输入和一个三态输出构成三线接口,其中三态输出分别为片选(CS低电平有效),输入/输出时钟(I/OCLOCK),数据输出(DATAOUT)。而且开关电容设计使在满刻度时总误差最大仅为1LSB(4.8mV),因此可广泛应用于模拟量和数字量的转换电路。

(2)TLC1549的引脚功能及其详细参数TLC1549在工作温度范围内的极限参数电源电压范围:0.5V~6.5V;125℃输入电压范围:0.3V~VCC+0.3V;输出电压范围:0.3~VCC+0.3V;正基准电压:VCC+0.1V;负基准电压:0.1V;峰值输入电流:+20mA;峰值总输入电流:30mA;工作温度范围:TLC1549M为55℃~125℃,TLC1549C为0℃~70℃,TLC1549I为40℃~85℃。引脚功能REF+、REF引脚:正负参考电压引脚;ANALOGIN:模拟电压输入端;I/OCLK:时钟引脚;DOUT:数据输出引脚。

:片选信号(3)主要时序图根据TLC1549的功能结构和工作时序,其工作过程可分为3个阶段:模拟量采样、模拟量转换和数字量传输。详细的时序图如下由时序图可以知:最大转换时间,全部时钟数据。(4)TLC1549的接线由于STC89C51不具有ADC,因此扩展了10位ADC芯片TLC1549,其每个ADC输出数字代表4mV,TLC1549与单片机的P1.0、P1.1、P1.2引脚连接,JADC连接器用于输入模拟信号。TL431构成TLC1549的参考电压,电位器RPA1可以精确调整TLC1549的正参考电压REF+,参考电压REF+为4.096,负参考电压REF接地线,模拟电压输入端接热电阻Cu50信号调理电路的输出电压。

如下所示:4.1.5DA转换器TLC5615的电路连接TLC5615是一个串行10位DAC芯片,性能比早期电流型输出的DAC要好。只需要通过3根串行总线就可以完成10位数据的串行输入,易于和工业标准的微处理器或微控制器(单片机/DSP)进行接口,适用于数字失调与增益调整以及工业控制场合。其内部框图如下:(1)其主要特点如下:单5V电源工作3线串行接口高阻抗基准输入端(见上框图)DAC输出的最大电压为2倍基准输入电压上电时内部自动复位微功耗,最大功耗为1.75Mw转换速率快,更新率为1.21MHz(2)主要引脚功能参数如下:DIN:串行数据输入端;DOUT

SCLK:串行时钟输入端;AGND:模拟地;REFIN:参考电压输入端;:芯片选择端,低电平有效;OUT:DAC模拟电压输出端;VDD:正电源端。(3)主要时序图TLC5615的时序图(4)STC89C51单片机与TLC5615之间的接线图TLC5615采用+5V模拟电压作为参考电压,通过电位器RPD1可以精确调整参考电压,单片机的引脚P1.3、P1.4、和P1.5和TLC5615连接,JDAC连接器用于输出模拟信号,DAC输出电压范围可达0.25V~4.75V。4.1.6I2C接口存储器24C02和蜂鸣器的电路连接24C02系列E2PROM芯片地址的固定部分为1010。

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