【正文】 p microputer as a machine acquisition under various measurement signal and data, through serial munication information transmission to the upper machine willPC, by a PC global management.This course design uses keil software piler language C source code. After the missioning, loaded into the single chip microputer, and simulation plete intelligent instrument the core design.Keyword: STC89C51 singlechip microputer, A/D converter, platinum of resistance, EPROM, intelligent instrument, digital temperature thermometer第一章 設(shè)計(jì)目的及原理:題目要求：27. 試設(shè)計(jì)智能儀表實(shí)現(xiàn)智能數(shù)字顯示儀表。 By way of microputer choose the analog switch will each input channel one signal into programcontrolled gain amplifier, enlarge the signal after the A/D converter converted into the pulse signal into the single chip microputer after。此外，智能儀器還可以與PC機(jī)組成分布式測控系統(tǒng)，由單片機(jī)作為下位機(jī)采集各種測量信號與數(shù)據(jù)，通過串行通信將信息傳輸給上位機(jī)——PC機(jī)，由PC機(jī)進(jìn)行全局管理。本次設(shè)計(jì)使用PT100熱電阻。它的出現(xiàn)，極大地擴(kuò)充了傳統(tǒng)儀器的應(yīng)用范圍。智能儀器憑借其體積小、功能強(qiáng)、功耗低等優(yōu)勢，迅速地在家用電器、科研單位和工業(yè)企業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。目前的智能溫度傳感器(亦稱數(shù)字溫度傳感器)是在20世紀(jì)90年代中期問世的，它是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動測試技術(shù)(ATE)的結(jié)晶，特點(diǎn)是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器(MCU)。 本次課程設(shè)計(jì)采用keil編譯軟件編寫C語言源代碼。 Single chip set by the instrument according to the initial corresponding data operation and treatment (such as nonlinear correction etc.)。要求8位數(shù)碼管顯示（4位顯示測量值，4位顯示設(shè)定值），4輸入按鈕（功能選擇、數(shù)碼管選擇、數(shù)字增加、數(shù)字減少），可設(shè)定上下限報警（蜂鳴器報警）。智能儀器課程設(shè)計(jì)是智能儀器課程教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，根據(jù)設(shè)計(jì)智能儀表產(chǎn)品的課程改革目的，特選擇一些小型智能儀表產(chǎn)品作為課設(shè)題目，滿足教學(xué)需求。通過課程學(xué)習(xí)熟悉單片機(jī)內(nèi)部資源，學(xué)會ADC、SPI接口、定時器、中斷、串口、I/O引腳等模塊的編程。在畫PCB前應(yīng)該購買元件，因?yàn)橛辛嗽胖婪庋b尺寸，本次設(shè)計(jì)只到元件商店測量實(shí)際元件尺寸后，使用Protel99SE畫封裝圖。：PT100是溫度敏感元件，由于溫度不同，它的電阻值不同變化。其系統(tǒng)框圖如圖1所示,它通過Pt100熱電阻傳感器獲取繞組溫度值,經(jīng)信號調(diào)理電路處理后直接送入控制器的A/D轉(zhuǎn)換輸入端。該單片機(jī)具有如下資源：（1）一個8位算術(shù)邏輯單元（CPU）。（5）5個中斷源，具有兩個中斷優(yōu)先級。（9）開放總線接口，P0口分時作為8位數(shù)據(jù)總線與8位地址總線，P2口作為地址總線高8位。SP：棧指針寄存器B：用于乘除等操作的寄存器，常保存運(yùn)算的第2操作數(shù)。PC+1：程序計(jì)數(shù)器加1處理模塊。WDT：看門狗。編程邏輯：控制ISP操作。 Pt100溫度測量接口技術(shù)：下圖為Pt100電阻外觀：圖4 Pt100電阻（1）鉑金屬熱電阻簡介鉑金屬電阻精度高，穩(wěn)定性好，具有一定的非線性，溫度越高電阻變化率越小；最常用鉑電阻按照0℃時的電阻值分為R0=10Ω、R0=100Ω和R0=1000Ω等幾種，稱為PtPt100、Pt1000；鉑電阻阻值與溫度之間的關(guān)系呈非線性,即Rt = R0 ( I +αt +βt2 ) (t在0～630℃之間) 式中: Rt是鉑熱電阻的電阻值，單位為Ω。；B 級R0=100177。若RT分度表沒該溫度下的電阻值，通過線性內(nèi)插法，大概估算溫度值。鉑熱電阻是一種精確、靈敏、穩(wěn)定的溫度傳感器。目前熱電阻的引線主要有三種方式　　○1二線制：在熱電阻的兩端各連接一根導(dǎo)線來引出電阻信號的方式叫二線制：這種引線方法很簡單，但由于連接導(dǎo)線必然存在引線電阻r，r大小與導(dǎo)線的材質(zhì)和長度的因素有關(guān)，因此這種引線方式只適用于測量精度較低的場合　　○2三線制：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，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引線電阻。采用三線制是為了消除連接導(dǎo)線電阻引起的測量誤差。工業(yè)上一般都采用三線制接法。驅(qū)動芯片７４ＬＳ５７３、 圖12 數(shù)碼管段驅(qū)動 圖13 數(shù)碼管位驅(qū)動圖14 顯示電路圖15 HC595驅(qū)動芯片圖16 指示電路指示電路是指示按鍵的輸入狀態(tài)的。蜂鳴器發(fā)出聲。元器件選型MOC3063。DS1302內(nèi)部有一個318的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。1. 引腳功能及結(jié)構(gòu) ①DS1302 引腳：X1 X2 晶振管腳GND 地CE 復(fù)位腳I/O 數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳SCLK 串行時鐘Vcc1,Vcc2 電源供電管腳②各引腳的功能為：Vcc1：主電源；Vcc2：備份電源。X1和X2是振蕩源。如果在傳送過程中RST置為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。SCLK始終是輸入端。最低有效位(位0)如為0表示要進(jìn)行寫操作，為1表示進(jìn)行讀操作，控制字節(jié)總是從最低位開始輸出。圖27 DS1302的控制字節(jié)圖28 典型電路此外，DS1302 還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時鐘突發(fā)寄存器及與RAM相關(guān)的寄存器等。這三條線分別接到CPU的I/O線上。圖29　　比例控制曲線不同比例系數(shù)Kp下對象溫度變化示意圖，但達(dá)不到無凈差輸出。out=kp*e+out0。溫度范圍0~200℃的熱電阻PT100的表格如下：unsigned char code R_TABLE[21]={100，,，}。Am 一次測量儀表的上限（測量范圍最大值）。 溫度數(shù)據(jù)顯示子程序： 顯示數(shù)據(jù)子程序主要是對顯示緩沖器中的顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新操作，查表送段碼至LED，開位碼顯示，采用動態(tài)掃描方式。該算法偽代碼為：if（PV=SV）out =‘OFF’；else out =‘ON’；程序中，SV是設(shè)定值，通常保存在單片機(jī)系統(tǒng)中的E2PROM中，PV是測量值。若SV+為正設(shè)定值，SV為負(fù)設(shè)定值，則該算法偽代碼如下：if（PV SV+）out =‘OFF’；if （PV SV）out =‘ON’；圖33 具有回差的二位式控制（3）三位式控制三位式控制比二位式控制多了一個半功率加熱區(qū)，當(dāng)測量溫度低于下限設(shè)定值SV時，全功率加熱，當(dāng)高于下限設(shè)定值SV，低于上限設(shè)定值SV+時，半功率加熱，在高于上限設(shè)定值SV+時，停止加熱。 out2=’ON’。 out2=’OFF’。（2）按鈕任務(wù)：檢測按鈕并執(zhí)行按鈕動作，需要軟件消除抖動。數(shù)值增加按鈕：用于設(shè)置數(shù)值的增加，每按下一次，數(shù)值加1。不需要每個主程序循環(huán)都發(fā)送顯示任務(wù)，因此可在定時器0中斷中設(shè)置顯示任務(wù)執(zhí)行標(biāo)記，當(dāng)標(biāo)記為1時，執(zhí)行顯示任務(wù)。要求連續(xù)讀取8個數(shù)據(jù)，然后取平均值。圖35 是TLC1549 的引腳示意圖，其中A0~A10 是11路輸入，Vcc 和GND 分別是電源引腳，REF+和REF分別是參考電源的正負(fù)引腳，使用時一般將REF接到系統(tǒng)的地，達(dá)到一點(diǎn)接地的要求，以減少干擾。圖35 TLC1549 的引腳示意圖TLC1549時有六種基本串行接口時序模式可供選用，這些模式的區(qū)分主要取決于I/O CLOCK的速度和CS的變化，如表3。圖37 24CXX系列器件地址信息（6）TLC5615任務(wù)，該任務(wù)是把溫度轉(zhuǎn)換成的代表電流的數(shù)字寫入TLC5615，實(shí)現(xiàn)電流輸出。其主要特點(diǎn)如下：●單5V電源工作；●3線串行接口；●高阻抗基準(zhǔn)輸入端(見圖38)；●DAc輸出的最大電壓為2倍基準(zhǔn)輸入電壓；●上電時內(nèi)部自動復(fù)位；●微功耗，最大功耗為1．75mw；●轉(zhuǎn)換速率快，更新率為1．21MHz；TLC5615的內(nèi)部功能框圖如圖39所示，它主要由以下幾部分組成：10位DAC電路；一個16位移位寄存器，接受串行移入的二進(jìn)制數(shù)，并且有一個級聯(lián)的數(shù)據(jù)輸出端DOUT；并行輸入輸出的l 0位DAC寄存器，為l 0位DAC電路提供待轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制數(shù)據(jù)；電壓跟隨器為參考電壓端REFIN提供很高的輸入阻抗，大約10MΩ：電路提供最大值為2倍于REFIN的輸出；上電復(fù)位電路和控制電路圖39 TLC5615內(nèi)部功能圖***引腳功能：8腳直插式TLC5615的引腳分布如圖40所示，各引腳功能如下：●DIN，串行二進(jìn)制數(shù)輸入端；●SCLK，串行時鐘輸入端；●CS，芯片選擇，低有效；●DOUT，用于級聯(lián)的串行數(shù)據(jù)輸出；●AGND，模擬地；●REFIN，基準(zhǔn)電壓輸入端；●OUT，DAC模擬電壓輸出端；●VDD，正電源電壓端。因?yàn)镻T100的電阻值與溫度之間呈非線性，因此需要查表法矯正。而有回差比例控制就是有兩個設(shè)定值，當(dāng)所測溫度高于上設(shè)定值時停止加熱；當(dāng)?shù)陀谙略O(shè)定值時，開始加熱，上下設(shè)定值之間的溫度差稱為回差。④計(jì)算TLC5615需要的數(shù)字，就是將溫度值轉(zhuǎn)換成電流值。}//DAC轉(zhuǎn)換語句：if (DAC_time= =1) //如果DAC轉(zhuǎn)換標(biāo)記DAC_time=1，將數(shù)據(jù)寫入DAC{TLC5615數(shù)據(jù)輸出語句；DAC_time=0。if(n= = display_time0) //display_time0為顯示周期{n=0。}if(k= = control_time0) //control_time0為控制周期{k=0。}} 系統(tǒng)流程圖:開始系統(tǒng)初始化DS1302時鐘信號采集PT100溫度數(shù)據(jù)采集處理讀到的數(shù)據(jù)結(jié)束 開始初始化函數(shù)DS1302數(shù)據(jù)的寫入DS1302數(shù)據(jù)的讀取返回圖41 系統(tǒng)總流程圖 圖42 DS1302時鐘流程圖開始初始化函數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換將轉(zhuǎn)換后的電壓轉(zhuǎn)換為溫度返回 開始初始化函數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換將轉(zhuǎn)換后的電壓轉(zhuǎn)換為溫度返回圖43 A/D轉(zhuǎn)換器流程圖 圖44 溫度轉(zhuǎn)換流程圖開始系統(tǒng)初始化調(diào)用時間、溫度子程序調(diào)用顯示子程序調(diào)用掃描按鍵程序 Key1=0 ?NYYNNY開始初始化按鍵掃描調(diào)用加鍵調(diào)時調(diào)用顯示程序調(diào)用減鍵調(diào)時調(diào)用顯示程序返回主程序Key2=0 ?Key3=0 ? 圖45 顯示流程圖 圖46 按鍵流程圖第四章 總電路圖 PROTEL99SE電氣原理圖：圖47 總電氣原理圖 PCB版圖：電源連接口，連接時注意極性，接錯將損壞單片機(jī)作為電源開關(guān)的跳線短路7805的跳線DX210k電位器模擬電源輸出JMN1LED燈與模擬輸入的跳線DADA2電源指示燈按鈕共陽數(shù)碼管外晶體跳線、DS1302外參考電壓跳線外接晶體編程接口ＳＴＣ８９Ｃ５１單片機(jī)圖48　PCB版Protel99SE簡介：Protel99SE是應(yīng)用于Windows9X/2000/NT操作系統(tǒng)下的EDA設(shè)計(jì)軟件，采用設(shè)計(jì)庫管理模式，可以進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)，具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)交換能力和開放性及3D模擬功能，是一個32位的設(shè)計(jì)