【正文】 都由純金屬材料制成，目前應(yīng)用最多的是鉑和銅，現(xiàn)在已開始采用鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。目前熱電阻的引線主要有三種方式： 二線制 、 三線制 、 四線制 ，如下圖所示： BARt 圖 (a) 兩線制 CBARt 圖 (b) 三線制 DBARtC 圖 (c) 四 線制 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 第 10 頁 共 40 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 兩線制： 在熱電阻的兩端各連接一根導(dǎo)線來引出電阻信號(hào)的方式叫二線制，如圖 (a)所示。 四線制 : 在熱電阻的根部兩端各連接兩根導(dǎo)線的方式稱為四線制，如圖(c)所示，其中兩根引線為熱電阻提供恒定電流 I，把 R轉(zhuǎn)換成 電壓 信號(hào) U，再通過另兩根引線把 U引至 二次儀表 。 鉑具有電阻溫度系數(shù)大，感應(yīng)靈敏；電阻率高，元件尺寸??；電阻值隨溫度變化而變化基本呈線性關(guān)系；在測(cè)溫范圍內(nèi)，物理、化學(xué)性能穩(wěn)定，長期復(fù)現(xiàn)性好，測(cè)量精度高，是目前公認(rèn)制造熱電阻的最好材料。其溫度電阻特性是： 當(dāng) 200℃ t0℃ 23t0R = R [ 1 + A t + B t + C ( t 1 0 0 ) t ] (22) 當(dāng) 0℃ t850℃ ]CtBtAt[1RR 320t ???? (23) Rt 為在 t℃ 時(shí)的電阻值， R0為在 0℃ 時(shí)的電阻值。 HCS12X系列單片機(jī)是 Freescale 公司于 2020年推出的 HCS12系列增強(qiáng)型產(chǎn)品，基于 S12 CPU內(nèi)核，可 以達(dá)到 25MHz的 HCS12的 25倍性能。 HCS08 微控制器簡介 MC9S12XS128是 16位單片機(jī)，由 16位中央處理單元（ CPU12X）、 128KB程序Flash(Plash)、 8KB RAM、 8KB數(shù)據(jù) Flash(Dlash)組成片內(nèi)存儲(chǔ)器。若要提高系統(tǒng)的運(yùn)行速率，則可以通過內(nèi)部的鎖相環(huán) (PLL)技術(shù)來提高系統(tǒng)的總線時(shí)鐘頻率 。 看門狗 看門狗 ,又叫 watchdog timer,是一個(gè)定時(shí)器電路 , 一般有一個(gè)輸入 ,叫喂狗 ,一個(gè)輸出到 MCU 的 RST 端 ,MCU 正常工作的時(shí)候 ,每隔一端時(shí)間輸出一個(gè)信號(hào)到喂狗端 ,給 WDT 清零 ,如果超過規(guī)定的時(shí)間不喂狗 (一般在程序跑飛時(shí) ),WDT 定時(shí)超過 ,就回給出一個(gè)復(fù)位信號(hào)到 RST 使 MCU 復(fù)位 ,防止 MCU 死機(jī) 使程序運(yùn)行的更加穩(wěn)定，可以在程序溢出的情況下重啟，不會(huì)因?yàn)橥饨绲母蓴_（靜電、電磁干擾等）而死機(jī)。中斷系統(tǒng)的應(yīng)用大大提高了計(jì)算機(jī)效率。MC9S12XS128 基本上每個(gè)模塊都帶了中斷，本系統(tǒng)用到 SCI 中斷（串口中斷） 。而要知道串口是否有數(shù)據(jù)可收、數(shù)據(jù)是否發(fā)送出去等，需要有 SCI 狀態(tài)寄存器。發(fā)送時(shí)，程序員通過判定狀態(tài)寄存器的相應(yīng)位，了解是否可以發(fā)送一個(gè)新的數(shù)據(jù)。在實(shí)際使用中，這個(gè)信號(hào)可能使溫度、濕度、壓力等的物理量經(jīng)過傳感器和相應(yīng)的信號(hào)調(diào)理電路轉(zhuǎn)化而來的。對(duì)于 A/D 轉(zhuǎn)換器而言，其轉(zhuǎn)換精度是一個(gè)重要的指標(biāo)，它是指數(shù)字量變化一個(gè)最小量時(shí)模擬量對(duì)應(yīng)的變化量，也就是我們常說的采樣位數(shù)。一般 MCU 中完成一次采樣要花費(fèi) 15— 20 個(gè)指令周期。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 第 14 頁 共 40 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 對(duì)于本設(shè)計(jì)中使用的 MC9S12XS128 單片機(jī)而言，它包含 16 路 8 位、 10 位和 12 位可選的 A/D 轉(zhuǎn)換模塊通道，還有 4 個(gè)用來與外部信號(hào)同步進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換的外部觸發(fā)轉(zhuǎn)換通道 ETRIG3ETRIG0，觸發(fā)方式（電平觸發(fā)和邊沿觸發(fā)）可以自行設(shè)定。在 CW 環(huán)境下可以編制并調(diào)試 XS128 MCU的匯編語言、 C 語言和 C++語言程序。圖 為 的使用界面。該軟件將 項(xiàng)目管理方式 、原理圖和 PCB 圖的雙向 同步技術(shù) 、多通道設(shè)計(jì)、拓樸自動(dòng)布線以及 電路仿真 等技術(shù)結(jié)合在一起，為電路設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)大的支持。 2 、提供了混合電路仿真功能，為設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)原理圖電路中某些功能模塊的正確與否提供了方便。原理圖中的 ERC （電氣法則檢查）工具和 PCB 的 DRC （設(shè)計(jì)規(guī)則檢查）工具能幫助設(shè)計(jì)者更快地查出和改正錯(cuò)誤。從任何標(biāo)準(zhǔn)來說， VB 都是世界上使用人數(shù)最多的語言，它源自于 BASIC編程語言。首先，其操作界面上有各種窗口界面，包括操作提示窗口和數(shù)據(jù)顯示窗口。打開上位機(jī)之后，首先點(diǎn)擊“開啟”按鈕，此時(shí)操作提示窗口會(huì)顯示：“您好，歡迎使用溫度檢測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)正在連接中 ......請(qǐng)稍后”，當(dāng)系統(tǒng)正常連接之后，會(huì)提醒：“系統(tǒng)連接正?！薄．?dāng)點(diǎn)擊“關(guān)閉”后，系統(tǒng)將中斷與下位機(jī)（單片機(jī)）的通信，并且，操作提示窗口還會(huì)顯示：“系統(tǒng)已關(guān)閉，謝謝使用”。 圖 為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框圖 溫度采集系統(tǒng)的基本原理 溫度 測(cè)量 系統(tǒng)由上位機(jī)軟件系統(tǒng)、測(cè)溫探頭組成，測(cè)溫探頭通過 Pt1000 鉑電阻采集現(xiàn)場(chǎng)溫度信號(hào)， 并且通過串口線實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與上位機(jī)的數(shù)據(jù)傳送 ， 把探頭檢測(cè)到的溫度變化信號(hào)在上位機(jī)上實(shí)時(shí)顯示和記錄下來。 測(cè)溫探頭主要模塊 測(cè)溫探頭的硬件模塊 測(cè)溫探頭 硬 件部分由熱電阻外殼、電源模塊、 恒壓源 模塊、溫度信號(hào) 放大 處理模塊、 AD 采樣 電路 、 RS232 通訊模塊、單片機(jī) MC9S12XS128 最小系統(tǒng)。 。它負(fù)責(zé)接收溫度信息，并對(duì)這些信息進(jìn)行處理。 圖 上位機(jī)與測(cè)溫探頭通訊示意圖 RS232 是現(xiàn)在主流的串行通信接口之一 ，由于出現(xiàn)的較早，還是存在一些不足， 接口使用一根信號(hào)線和一 根信號(hào)返回線而構(gòu)成共地的傳輸形式，這種共地傳輸容易產(chǎn)生共模干擾，所以抗 噪聲干擾 性弱 。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 第 18 頁 共 40 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第三章 溫度 測(cè)量 系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 溫度 測(cè)量 系統(tǒng)概述 溫度 測(cè)量 系統(tǒng)由上位機(jī)軟件系統(tǒng)、測(cè)溫探頭組成。當(dāng)點(diǎn)擊“波形顯示”之后，上位機(jī)界面的左邊會(huì)實(shí)時(shí)顯示溫度的變化波形。在上位機(jī)界面的右側(cè)有一系列按鈕，分別是“開啟”、“創(chuàng)建表格”、“記錄數(shù)據(jù)”、“停止記錄”、“波形顯示”、“停止顯示”、“關(guān)閉”和“退出”。程序員可以輕松的使用 VB 提供的組件快速建立一個(gè)應(yīng)用程序。 7 、提供了全新的 FPGA 設(shè)計(jì)的功能，這好似以前的版本所沒有提供的功能。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 第 16 頁 共 40 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 4 、提供了層次原理圖設(shè)計(jì)方法，支持 “ 自上向下 ” 的設(shè)計(jì)思想，使大型電路設(shè)計(jì)的工作組開發(fā)方式成為可能。 圖 是 Protel DXP 2020 的部分操作 界面 。 之前 比較流行的 Protel 9 Protel 99 SE，就是它的前期版本。 其中編輯器、編譯器、連接器和調(diào)試器對(duì)應(yīng)開發(fā)過程的四個(gè)主要階段，其他模塊可以用來支持代碼瀏覽和構(gòu)造控制，工程管理器控制整個(gè)過程。 開發(fā)環(huán)境介紹 CodeWarrior Development Studio（開發(fā)工作室） 簡稱 CW 環(huán)境是 Freescale公司開發(fā)的面向 Freescale MCU 與 DSP 嵌入式應(yīng)用的商業(yè)軟件工具，其功能強(qiáng)大，是 Freescale 向用戶推薦的產(chǎn)品。其中最常用的濾波算法有中值濾波和均值濾波。設(shè)采樣位數(shù)為 N，模擬電壓量為 V，則最小的采樣精度為 VN*21/ 。 A/D 轉(zhuǎn)換器中有積分型和逐次逼進(jìn)型的轉(zhuǎn)換器，其中積分型的 A/D 轉(zhuǎn)換器的精度高，但是轉(zhuǎn)換速率低。接收時(shí)，數(shù)據(jù)一位一位地從接收引腳RxD 進(jìn)入 “接收移位寄存器 ”，當(dāng)收到一個(gè)完成字節(jié)時(shí)， MCU 會(huì)自動(dòng)將數(shù)據(jù)送入“SCI數(shù)據(jù)寄存器 ”，并將狀態(tài)寄存器的相應(yīng)位改變，供程序員判定并取出數(shù)據(jù) MC9S12XS128 含有兩個(gè) SCI 串口通訊模塊 ,本系統(tǒng)利用 SCI 串口通訊發(fā)送模塊將溫度信息發(fā)送給上位機(jī) ,通過 SCI串口通訊接收模塊響應(yīng)上位機(jī)的各種操作 。而 SCI 數(shù)據(jù)寄存器存放要發(fā)送 的數(shù)據(jù)，也存放接受的數(shù)據(jù)，這并不沖突，因?yàn)榘l(fā)送與接收的實(shí)際工作是通過 “發(fā)送移位寄存器 ”和 “接收以為寄存器 ”完成的。為了設(shè)置 串口通訊的 波特率， SCI 應(yīng)具有波特率寄存器。計(jì)算機(jī)的中斷系統(tǒng)能夠加強(qiáng)CPU 對(duì)多任務(wù)事件的處理能力。 當(dāng)某種內(nèi)部或外部的事件發(fā)生時(shí)，中斷系統(tǒng)將迫使 CPU 暫停當(dāng)前執(zhí)行的程序轉(zhuǎn)而去進(jìn)行中斷事件的處理，等到中斷事件處理完畢后，又返回?cái)帱c(diǎn)處繼續(xù)執(zhí)行?？偩€時(shí)鐘用作片上外圍設(shè)備的同步，它決定了指令執(zhí)行的速度。 時(shí)鐘模塊 MC9S12XS128 單片機(jī)中有兩個(gè)不同的時(shí)鐘，即外部晶振時(shí)鐘、總線時(shí)鐘 。 S12X系列單片機(jī)目前又有幾個(gè)子系列： MC9S12XA系列、 MC9S12XB系列、 MC9S12XD系列、MC9S12XE系列、 MC9S12XF系列、 MC9S12XH系列和 MC9S12XS系列。 MC9S12XS128單片機(jī) Freescale 公司的 16位單片機(jī)主要分為 HC12 、 HCS1 HCS12X三個(gè)系列。 以鉑電阻作為溫度原件進(jìn)行測(cè)溫的關(guān)鍵是要能夠準(zhǔn)確的測(cè)量出鉑電阻傳感器的 電阻值。 四線制是當(dāng)測(cè)量電阻數(shù)值很小時(shí)，測(cè)試線的電阻可能引入明顯誤差，四線測(cè)量用兩條附加測(cè)試線提供恒定電流，另兩條測(cè)試線測(cè)量未知電阻的電壓降，在電壓表輸入阻抗足夠高的條件下，電流幾乎不流過電壓表，這樣就可以精確測(cè)量未知電阻上的壓降，通過計(jì)算得出電阻值 。 三線制 ： 在熱電阻的根部 的一端連接一根引線，另一端連接兩根引線的方式稱為三線制， 如圖 (b)所示， 這種方式通常與電橋配套使用，可以較好的消除引線電阻的影響，是工業(yè)過程控制中的最常用的。 熱電阻 接線 熱電阻是把溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻值變化的一次元件，通常需要 把電阻信號(hào)通過引線傳遞到計(jì)算機(jī)控制裝置或者其它一次儀表上。其中骨架用陶瓷，引線采用鉑鈀合金。 熱電阻的組成結(jié)構(gòu) 金屬熱電阻的感溫 元件 有石英套管十字骨架結(jié)構(gòu)，麻花骨架結(jié)構(gòu)得桿式結(jié)構(gòu)等。 研究內(nèi)容 本設(shè)計(jì)以飛思卡爾 MC9S12XS128