【正文】 在軟件的設(shè)計(jì)上將分為系統(tǒng)的初始化，溫度的采集， RS485 通信傳輸，溫度的顯示，溫度上限以及下限的報(bào)警等模塊來(lái)組成。主要實(shí)現(xiàn) 8路溫度的巡檢。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 第 1 章 緒論 本章將會(huì)主要對(duì)溫度顯示， RS485 通信原理， PT100 溫度傳感器等及其系統(tǒng)的總設(shè)計(jì)方案進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單大致的介紹。 基本原理 本系統(tǒng)由單片機(jī)、溫度采集、按鍵、顯示、報(bào)警、數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔糠纸M成。其中 AT89S52單片機(jī)為系統(tǒng)核心，主要完成對(duì)溫度數(shù)據(jù)的采集和處理，控制系統(tǒng)的工作，協(xié)調(diào)串行通信向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)信息。本系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì) 8路溫度的檢測(cè)和顯示，可預(yù)設(shè)各路溫度的上、下限值，設(shè)置定點(diǎn)和巡回檢測(cè)方式及報(bào)警功能。 測(cè)溫的模擬電路是把當(dāng)前 PT100 熱電阻傳感器的電阻值，經(jīng)過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換器把模擬電壓轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)后傳給單片機(jī) AT89S52，單片機(jī)再根據(jù)處理?yè)Q算把測(cè)量得的溫度傳感器的電阻值轉(zhuǎn)換為溫度值，并將數(shù)據(jù)送出到顯示屏上進(jìn)行顯示。 傳感器部分 鉑電阻的特點(diǎn)是精度高， 穩(wěn)定性好， 性能可靠。鉑在氧化性氣 氛中，甚至 在高溫下的物理、化學(xué)性質(zhì)都非常穩(wěn)定。 因此鉑被公認(rèn)為是目前制造熱 電阻 材料。鉑電阻主要 為標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度計(jì)使用，也常被用在工業(yè)測(cè)量中 。 鉑電阻的阻值溫度之間的關(guān)系 ： 在 0～ 850℃范圍內(nèi)可用下式表示， 20 (1 )t t tR R A B? ? ? （ 1— 1） 在 200～ 0℃范圍內(nèi)則用下式表示， 230 [1 ( 10 0) ]t t tR R A B C t? ? ? ? ? （ 1— 2） 式中 Rt溫 度為 t℃ 時(shí)的鉑電阻的阻值； R0溫度為 0℃ 時(shí)的鉑電阻的阻值； A、 B、 C 為常數(shù)， 3= 84 7 10A ? /℃； 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 7B= 10??/℃； 12C= 10??/℃； 對(duì)滿足上述關(guān)系的熱電阻，其溫度系數(shù)約為 103℃。 PT100 是鉑熱電阻，它的阻值跟溫度的變化成正比。 PT100 的阻值與溫度變化關(guān)系為：當(dāng) PT100 溫度為 0℃時(shí)它的阻值為 100 歐姆，在 100℃時(shí)它的阻值約為 歐姆。當(dāng) PT100 在 0 攝氏度的時(shí)候他的阻值為 100 歐姆，它的阻值會(huì)隨著溫度上升而成勻速增長(zhǎng)的。 主控制部分 設(shè)計(jì)采用 Pt100 模擬溫度傳感器采集數(shù)據(jù)，單片機(jī)通電后， Pt100 由于溫度變化，引起電阻發(fā)生變化，進(jìn)而橋式測(cè)溫電路的電壓值發(fā)生變化，經(jīng)過(guò)差分放大、A／ D 轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī) ,單片機(jī)始終等待 A／ D 轉(zhuǎn)換值的到來(lái) 。 此方案采用 AT89S52 型號(hào)的八位單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)軟件編程的自由度大，可通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)各種各樣的算術(shù)算法和邏輯控制。而且體積小，硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，安裝方便，高性能。 AT89S52 是 一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。 8k 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線， 看門(mén)狗定時(shí)器 ， 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ，一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工 串行口 ， 片內(nèi)晶振及 時(shí)鐘電路 。另外， AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作， 支持 2 種 軟件 可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， CPU 停 止工作，允許 RAM、 定時(shí)器 /計(jì)數(shù) 器 、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)， 單片機(jī) 一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 AD 轉(zhuǎn)換模塊 ADC0809 簡(jiǎn)介 ADC0809 是 8位逐次逼近式 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 。其內(nèi)部有一個(gè) 8通道多路開(kāi)關(guān)，它可以根據(jù) 地址碼 鎖存 譯碼 后的信號(hào)，只選通 8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。 ADC0809 是 CMOS 單片型逐次逼近式 A/D轉(zhuǎn)換器 ，內(nèi)部結(jié)構(gòu)由 8路西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 模擬開(kāi)關(guān)、 地址鎖存 與 譯碼器 、 比較器 、 8位開(kāi)關(guān)樹(shù)型 A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、邏輯控制和定時(shí)電路組成 。故可實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的 8 路 溫度的轉(zhuǎn)換要求。 ADC0809 原理 首先輸入 3 位地址，并使 ALE=1，將地址存入 地址鎖存器 中。此地址經(jīng) 譯碼選通 8路模擬輸入之一到 比較器 。 START 上升沿將逐次逼近 寄存器 復(fù)位。下降沿啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換，之后 EOC 輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到 A/D 轉(zhuǎn)換完成， EOC 變?yōu)楦唠娖?，指?A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入 鎖存器 ，這個(gè)信號(hào)可用作中 斷申請(qǐng)。當(dāng) OE 輸入高電平時(shí)，輸出三態(tài)門(mén)打開(kāi)，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到 數(shù)據(jù)總線 上。 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(shí)傳送給 單片機(jī) 進(jìn)行處理。 數(shù)據(jù)傳送 的關(guān)鍵問(wèn)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，才能進(jìn)行傳送。為此可采用下述三種方式。 （ 1）定時(shí)傳送方式 對(duì)于一種 A/D 轉(zhuǎn)換器 來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)換時(shí)間作為一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是已知的和固定的。例如ADC0809 轉(zhuǎn)換時(shí)間為 128μs ，相當(dāng)于 6MHz 的 MCS51 單片機(jī)共 64 個(gè) 機(jī)器周期 ?？蓳?jù)此設(shè)計(jì)一個(gè)延時(shí) 子程序 ， A/D 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)后即調(diào)用此子程序，延遲時(shí)間一到，轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完成了，接著就可進(jìn)行 數(shù)據(jù)傳送 。 （ 2）查詢方式 A/D 轉(zhuǎn)換芯片由表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài) 信號(hào)，例如 ADC0809 的 EOC端。因此可以用查詢方式，測(cè)試 EOC 的狀態(tài)，即可確認(rèn)轉(zhuǎn)換是否完成，并接著進(jìn)行 數(shù)據(jù)傳送 。 （ 3） 中斷方式 把表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)（ EOC）作為 中斷請(qǐng)求 信號(hào)，以中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 不管使用上述哪種方式，只要一旦確定轉(zhuǎn)換完成，即可通過(guò)指令進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。首先送出口地址并以信號(hào)有效時(shí) ， OE 信號(hào)即有效，把轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送上 數(shù)據(jù)總線 ，供單片機(jī)接 收。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 485 通信模塊 RS485 由于傳輸速率高 , 傳輸距離遠(yuǎn) , 故本系統(tǒng)采用 RS485 標(biāo)準(zhǔn)。但由于微機(jī)標(biāo)準(zhǔn)配置通常只提供 RS232C 串行端口 , 因此需要使用 RS232C / RS485 通信接口進(jìn)行轉(zhuǎn)接。 通過(guò) RS232/RS485 轉(zhuǎn)換電路將 PC 機(jī)串口 RS232 信號(hào)轉(zhuǎn)換成 RS485信號(hào) 。 RS485 采用差分傳輸方式 , 可以有效地提高共?？垢蓴_能力 , 最高傳輸速率可達(dá) 1200 Kb /s。 RS485 的特性包括： （ 1） RS485 的電氣特性：邏輯 “1” 以兩線間的 電壓 差為 +（ 2— 6） V 表示；邏輯 “0” 以兩線間的電壓差為 （ 2— 6） V 表示。接口信號(hào)電平比 RS232C降低了，就不易損壞接口電路的芯片， 且該電平與 TTL 電平兼容，可方便與 TTL 電路連接。 （ 2） RS485 的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為 10Mbps 。 （ 3） RS485 接口強(qiáng)，即抗 噪聲干擾 性好。 （ 4） RS485 接口的最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為 4000 英尺，實(shí)際上可達(dá) 3000 米 (理論上的數(shù)據(jù)，在實(shí)際操作中，極限距離僅達(dá) 1200 米左右 )。 系統(tǒng)方案 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu) 該設(shè)計(jì)需要完成對(duì) 8 路溫度的檢測(cè)。通過(guò)一些硬件及其配套的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)RS485 通信功能的 8路溫度檢測(cè)功能。其經(jīng)過(guò) PT100 對(duì)溫度采集， ADC0809 進(jìn)行AD 轉(zhuǎn) 換， LCD 溫度數(shù)據(jù)的顯示，傳輸?shù)冗^(guò)程。其系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖如下圖 1所示 。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 A T 8 9 S 5 2控 制 報(bào) 警數(shù) 據(jù) 通 信溫 度 采 集 A D 轉(zhuǎn) 換按 鍵 處 理 液 晶 顯 示 圖 1— 1 系統(tǒng)原理模塊 軟件介紹 （ 1） 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。 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)試器等在內(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（ μ Vision）將這些部分組合在一起。運(yùn)行 Keil 軟件需要 WIN9 NT、 WIN20WINXP 等操作系統(tǒng)。如果你使用 C語(yǔ)言編程，那么 Keil 幾乎就是你的不二之 選。 Keil C5 的 優(yōu) 點(diǎn)如下： a. Keil C51 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。 ， 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。用過(guò)匯編語(yǔ)言后再使用 C來(lái)開(kāi)發(fā)，體會(huì)更加深刻。 （ 2） 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 805 HC1 AVR、 ARM、 808PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33 和 MSP430 等， 2020 年又增加了 Cortex 和 DSP西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 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 。 功能是： 1．原理布圖 2． PCB 自動(dòng)或人工布線 3． SPICE電路仿真 。 系統(tǒng)測(cè)試 為了驗(yàn)證系統(tǒng)的可靠性，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)完畢后就需要對(duì)各功能模塊進(jìn)行測(cè)試。首先在 Keil 上面對(duì)編寫(xiě)的程序進(jìn)行編譯檢測(cè)錯(cuò)誤，根據(jù) Proteus 的仿真原理圖進(jìn)行軟件的仿真。其次 進(jìn)行硬件測(cè)試，上電前仔細(xì)檢查各元器件是否正確焊接在電路板上，硬件測(cè)試完畢后，將生成的 HEX 文件載入到單片機(jī)中；最后進(jìn)行系統(tǒng)總體調(diào)試，驗(yàn)證系統(tǒng)功能。 章節(jié)安排 本論文共分為五章。第 1章是緒論，主要闡述了設(shè)計(jì)中的一些基本原理和系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)。 第 2章 是硬件設(shè)計(jì)，主要介紹簡(jiǎn)單的原理圖，及其硬件功能模塊的實(shí)現(xiàn)。 第 3章是軟件設(shè)計(jì)，詳細(xì)闡述各個(gè)模塊軟件設(shè)計(jì)，及其各個(gè)子程序的流程介紹，實(shí)現(xiàn)方式等 。第 4章是調(diào)試與分析，通過(guò)測(cè)試程序，驗(yàn)證各模塊的功能，并對(duì)調(diào)試過(guò)程中產(chǎn)生的問(wèn)題進(jìn)行分析與總結(jié)。第 5章是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的結(jié)論與展望，在這一章中，結(jié)論對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)果作了簡(jiǎn)單的總結(jié)，展望則根據(jù)系統(tǒng)中存在的不足提出了一些相應(yīng)的改進(jìn)的方法。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 第 2 章 硬件設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)過(guò)程中，將系統(tǒng)功能分為硬件和軟件兩部分來(lái)分別實(shí)現(xiàn)。本章詳細(xì)介紹了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件部分在電路實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中的硬 件原理圖及其選擇的主要器件。 總體設(shè)計(jì) 根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，硬件方面需要完成如下設(shè)計(jì)：以單片機(jī) AT89S52 為核心部件， Pt100 溫度的采集 , 基于 ADC0809 的數(shù)模轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)通信，控制報(bào)警， 按鍵設(shè)計(jì)，溫度顯示等 ,其整體設(shè)計(jì)框圖如圖 21所示。 A / D轉(zhuǎn) 換 模 塊單 片 機(jī)控 制R S 4 8 5電 路按 鍵 處 理模 塊聲 光 報(bào) 警模 塊液 晶 顯 示模 塊溫 度 采 集 P T 1 0 0 1 溫 度 采 集 P T 1 0 0 2 溫 度 采 集 P T 1 0 0 3 溫 度 采 集 P T 1 0 0 4溫 度 采 集 P T 1 0 0 5 溫 度 采 集 P T 1 0 0 6溫 度 采 集 P T 1 0 0 7 溫 度 采 集 P T 1 0 0 8R S 2 3 2電 路P C 通 信 圖 21 硬件總體設(shè)計(jì)框圖 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 其中，各個(gè)模塊的功能如表 21 所示 。 表 2— 1 各模塊功能 部件 功能 測(cè)量 PT100 采集溫度值 A/D 轉(zhuǎn)換 ADC0809 對(duì)采樣的值進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換 數(shù)據(jù)通信 RS485 使得該系統(tǒng)具有通信功能 控制報(bào)警 蜂鳴器 在溫度低于上限或者高于上限時(shí) 驅(qū)動(dòng)報(bào)警 按鍵模塊 通過(guò)按鍵設(shè)置上下限進(jìn)行確認(rèn) 顯示模塊 采用液晶顯示屏對(duì)數(shù)值進(jìn)行顯示 單片機(jī)控制 整個(gè)系統(tǒng)的核心控制處 系統(tǒng)性能特點(diǎn)及工作原理： 本系統(tǒng)由單片機(jī)、溫度采集、按鍵、顯示、報(bào)警、數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔糠纸M成。 Pt100由于溫度變化，