【正文】 鉑電阻 PT100 測(cè)溫范圍廣，精度高，且材料易提純，復(fù)現(xiàn)性好；在氧化性介質(zhì)中，甚至高溫下，其物理、化學(xué)性質(zhì)都很穩(wěn)定, 是中低溫區(qū)（200～650℃）最常用的一種溫度檢測(cè)器。而基于 PT100 傳感器與單片機(jī)相結(jié)合的溫度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)更能體現(xiàn)傳感器在單片機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)（指導(dǎo)教師填）題目名稱(chēng): 基于 PT100 的溫度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名 王洋 所學(xué)專(zhuān)業(yè) 微電子控制技術(shù) 班級(jí) 0731指導(dǎo)教師姓名 翁嘉民 所學(xué)專(zhuān)業(yè) 職稱(chēng)一、設(shè)計(jì)（論文）依據(jù)隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)和科學(xué)研究的發(fā)展，人們對(duì)溫度過(guò)程控制的要求越來(lái)越高。幫助解決畢業(yè)設(shè)計(jì)中遇到的許多問(wèn)題。 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)歷時(shí)至少 2 個(gè)月，從一開(kāi)始的課題確定，到后來(lái)的資料查找、理論學(xué)習(xí)，再有就是近來(lái)的調(diào)試和測(cè)試過(guò)程，這一切都使我的理論知識(shí)和動(dòng)手能力進(jìn)一步得到提升。其中二級(jí)放大器中設(shè)計(jì)了偏置調(diào)整電路，因?yàn)?PT100 電阻傳感器在 0℃時(shí)對(duì)應(yīng)電阻為 100 歐姆，所以要顯示 0℃，就必須將此時(shí)對(duì)應(yīng)的有效數(shù)字減掉后再放大一定的倍數(shù)，才通過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行處理。由于 PT100 溫度傳感器在仿真過(guò)程中波動(dòng)較大，使得顯示的溫度跳躍變化，不易于溫度顯示與測(cè)量。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232 動(dòng)態(tài)仿真、I2C 調(diào)試器、SPI 調(diào)試器、鍵盤(pán)和 LCD 系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等。m4=m4*10。}uint Read_Temp() // 電壓轉(zhuǎn)換函數(shù){23uint j。 delay(6)。_CS=0。=0x0F))。temp=read_byte()。SCLK=1。}return(ACC)。ACC=ACC1。程序如下：20void write_byte(uchar dat) //1302 寫(xiě)入一字節(jié) {uchar a。這里我們考慮第 2 種方法的優(yōu)點(diǎn)，首先采用分段的方法，將測(cè)量范圍分段，然后查出該段的數(shù)學(xué)模型的各個(gè)系數(shù)，然后計(jì)算出溫度值，這里，由于時(shí)間的關(guān)系，我們對(duì)整個(gè)測(cè)量范圍分了 3 段，分別為 0－49℃、50－70℃、71－100℃，利用分度表進(jìn)行離線的數(shù)學(xué)擬合，得到各段的數(shù)學(xué)模型系數(shù)。在單片機(jī)測(cè)量控制系統(tǒng)中，大體上可分為數(shù)據(jù)處理、過(guò)程控制兩個(gè)基本類(lèi)型。設(shè)置鍵，接單片機(jī)的 腳用于申請(qǐng)中斷，以執(zhí)行鍵盤(pán)中斷修改設(shè)置時(shí)間；加鍵，用于修改時(shí)間使時(shí)間按增形式調(diào)整；減鍵，用于修改時(shí)間使時(shí)間按減形式調(diào)整。圖 的 控 制 字 節(jié)此 外 ， DS1302 還 有 年 份 寄 存 器 、 控 制 寄 存 器 、 充 電 寄 存 器 、 時(shí) 鐘 突 發(fā) 寄 存 器 及 與RAM 相 關(guān) 的 寄 存 器 等 。 DS1302 的 引 腳 功 能 圖 如 圖 27 所 示 。 RST 是 復(fù) 位 /片 選 線 ， 通 過(guò) 把RST 輸 入 驅(qū) 動(dòng) 置 高 電 平 來(lái) 啟 動(dòng) 所 有 的 數(shù) 據(jù) 傳 送 。 DS1302 是 DS1202 的 升 級(jí) 產(chǎn) 品 ， 與 DS1202 兼 容 ， 但 增 加 了 主 電 源 /后背 電 源 雙 電 源 引 腳 ， 同 時(shí) 提 供 了 對(duì) 后 背 電 源 進(jìn) 行 涓 細(xì) 電 流 充 電 的 能 力 。　　I/O CLOCK：時(shí)鐘輸入/輸出端?！　ATA INPUT：串行數(shù)據(jù)輸入端，串行數(shù)據(jù)以 MSB 為前導(dǎo)并在 I/O CLOCK 的前 4 個(gè)上升沿移入 4 位地址，用來(lái)選擇下一個(gè)要轉(zhuǎn)換的模擬輸入信號(hào)或測(cè)試電壓，之后 I/O CLOCK將余下的幾位依次輸入。片內(nèi)的 14 通道多路器可以選擇 11 個(gè)輸入中的任何一個(gè)或 3 個(gè)內(nèi)部自測(cè)試電壓中的一個(gè)，采樣－保持是自動(dòng)的，轉(zhuǎn)換結(jié)束，EOC輸出變高。所謂雙積分就是進(jìn)行一次 A/D 轉(zhuǎn)換需要兩次積分。+A1+A2+A3R2R1R7R6R3R5R4VINVOUT圖 23 三運(yùn)放結(jié)構(gòu)的高性能放大器原理圖隨著近年來(lái)微電子技術(shù)的發(fā)展，市面上出現(xiàn)了不少專(zhuān)用的高性能的芯片，AD6AD623 就是具有上述描述的三運(yùn)放結(jié)構(gòu)，在本設(shè)計(jì)中我們根據(jù)手中的元器件材料最終選擇了 AD620 作為放大器電路的首級(jí)放大。第三節(jié) 恒流源電路 從上述關(guān)于 PT100 傳感器測(cè)溫原理可知，由 PT100 構(gòu)成信號(hào)的獲取電路常用的方法有 2 種，一種是構(gòu)成的十分常見(jiàn)的電橋電路，當(dāng)然，在本系統(tǒng)中，考慮成本的問(wèn)題，一般采用單臂橋；還有一種是運(yùn)用恒流源電路，將恒流源通過(guò)溫度傳感器，溫度傳感器兩端的電壓即反映溫度的變化。信號(hào)放大調(diào)理電路PT100 溫度傳感器A/D 轉(zhuǎn)換電路時(shí)鐘電路按鍵控制電路AT89S51 單片機(jī) LED 數(shù)碼管顯示電路圖 11 系統(tǒng)的總結(jié)構(gòu)框圖5第二章 硬件設(shè)計(jì)第一節(jié) PT100 傳感器特性和測(cè)溫原理電阻式溫度傳感器(RTD, Resistance Temperature Detector)是指一種物質(zhì)材料作成的電阻,它會(huì)隨溫度的改變而改變電阻值。該方案采用熱電阻 PT100 做為溫度傳感器、AD620 作為信號(hào)放大器，TLC2543 作為 A/D 轉(zhuǎn)換部件，對(duì)于溫度信號(hào)的采集具有大范圍、高精度的特點(diǎn)。3由于本設(shè)計(jì)的任務(wù)是要求測(cè)量的范圍為 0℃～100℃，測(cè)量的分辨率為177。近年來(lái)各半導(dǎo)體廠商陸續(xù)開(kāi)發(fā)了數(shù)字式的溫度傳感器，如 DALLAS 公司 DS18B20，MAXIM 公司的MAX657MAX6577，ADI 公司的 AD7416 等，這些芯片的顯著優(yōu)點(diǎn)是與單片機(jī)的接口簡(jiǎn)單，如 DS18B20 該溫度傳感器為單總線技術(shù)，MAXIM 公司的 2 種溫度傳感器一個(gè)為頻率輸出，一個(gè)為周期輸出，其本質(zhì)均為數(shù)字輸出，而 ADI 公司的 AD7416 的數(shù)字接口則為近年也比較流行的 I2C 總線，這些本身都帶數(shù)字接口的溫度傳感器芯片給用戶(hù)帶來(lái)了極大的方便，但這類(lèi)器件的最大缺點(diǎn)是測(cè)溫的范圍太窄，一般只有55～+125℃，而且溫度的測(cè)量精度都不高，好的才177。設(shè)計(jì)后的系統(tǒng)具有操作方便，控制靈活移植性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。另一方面，傳感器的被測(cè)信號(hào)來(lái)自于各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，每個(gè)領(lǐng)域都為了改革生產(chǎn)力、提高工效和時(shí)效，各自都在開(kāi)發(fā)研制適合應(yīng)用的傳感器，于是種類(lèi)繁多的新型傳感器及傳感器系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)。本文采用 AT89S51 單片機(jī)， TLC2543 A/D 轉(zhuǎn)換器，DS1302 時(shí)鐘芯片，AD620 放大器，鉑電阻 PT100 及 6 位數(shù)碼管組成系統(tǒng)， 編寫(xiě)了相應(yīng)的 軟件程序,使其實(shí)現(xiàn)溫度的實(shí)時(shí)顯示。另外，還設(shè)計(jì)了時(shí)鐘電路模塊，能實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的實(shí)時(shí)測(cè)量。因此，了解并掌握各類(lèi)傳感器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及特性是非常重要的。文中將傳感器理論與單片機(jī)實(shí)際應(yīng)用有機(jī)結(jié)合，詳細(xì)地講述了利用熱電阻作為溫度傳感器來(lái)測(cè)量實(shí)時(shí)的溫度，以及實(shí)現(xiàn)熱電轉(zhuǎn)換的原理過(guò)程。在接觸式和非接觸式兩大類(lèi)溫度傳感器中，相比運(yùn)用多的是接觸式傳感器，非接觸式傳感器一般在比較特殊的場(chǎng)合才使用，目前得到廣泛使用的接觸式溫度傳感器主要有熱電式傳感器，其中將溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻變化的稱(chēng)為熱電阻傳感器，將溫度變化轉(zhuǎn)換為熱電勢(shì)變化的稱(chēng)為熱電偶傳感器。熱電偶的使用誤差主要來(lái)自于分度誤差、延伸導(dǎo)線誤差、動(dòng)態(tài)誤差以及使用的儀表誤差等。 方案二：采用溫度傳感器 通過(guò)溫度傳感器采集溫度信號(hào)，經(jīng)信號(hào)放大器放大后，送到 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，傳送給單片機(jī)控制系統(tǒng)，最后經(jīng)過(guò) LED 顯示溫度。4第四節(jié) 系統(tǒng)框圖本設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要包括溫度信號(hào)采集單元，時(shí)間信號(hào)采集單元，單片機(jī)數(shù)據(jù)處理單元，時(shí)間、溫度顯示單元。6方案二：采用惠斯頓電橋，電橋的四個(gè)電阻中三個(gè)是恒定的，另一個(gè)用 Pt100 熱電阻，當(dāng) Pt100 電阻值變化時(shí)，測(cè)試端產(chǎn)生一個(gè)電勢(shì)差，由此電勢(shì)差換算出溫度。這里值得注意的是恒流效果的好壞與下面幾個(gè)因素有關(guān)，圖示 電阻的精度及溫度穩(wěn)定性要好，我們采用的是高精度高穩(wěn)定的電阻；還有是一定要選擇輸入阻抗高的運(yùn)放，包括產(chǎn)生虛地處的運(yùn)放（圖中 OP07）和后級(jí)的放大器（圖中的 AD620） ，否則較大的輸入電流也將直接影響恒流的效果；最后一點(diǎn)是參考電壓（圖中是－）的穩(wěn)定性要高，這里的參考電壓采用是 作為參考電壓基準(zhǔn)。R910kR740k85326741U3AD62085326741U2op07VR12kR82kVR24kVCC+12V12V+12V12VR1010kA023傳傳傳傳傳傳傳1 傳傳傳2傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳圖 24 放大電路第五節(jié) A/D 轉(zhuǎn)換器的選擇與設(shè)計(jì)電路在我們所測(cè)控的信號(hào)中均是連續(xù)變化的物理量，通常需要用計(jì)算機(jī)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行處理，則需要將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，A/D 轉(zhuǎn)換器就是為了將連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能接受的數(shù)字量。其轉(zhuǎn)換原理為：A/D 轉(zhuǎn)換器將一待轉(zhuǎn)換的模擬輸入電壓 Ui 與一個(gè)預(yù)先設(shè)定的電壓 Ui（預(yù)定的電壓由逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器中的 D/A 輸出獲得）電壓相比較，根據(jù)預(yù)設(shè)的電壓 Ui 是大于還是小于待轉(zhuǎn)換成的模擬輸入電壓 Uin 來(lái)決定當(dāng)前轉(zhuǎn)換的數(shù)字量是“0” 還是“1”，據(jù)此逐位比較，以便使轉(zhuǎn)換結(jié)果（相應(yīng)的數(shù)字量）逐漸與模擬輸入電壓相對(duì)應(yīng)的數(shù)字量接近。對(duì) 的 I/O CLOCK，驅(qū)動(dòng)源阻抗必須小于或等于 50Ω?！　EF＋、 REF－：正、負(fù)基準(zhǔn)電壓端。A01A12A23A34A45A56A67A78A89GND10 A9 11A10 12R 13R+ 14/CS 15DO 16DI 17CLOK 18EOC 19VCC 20TLC2543VCC5VCLOKD1D0/CSA0圖 26 TLC2543 電路12第六節(jié) DS1302 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)DS1302 是 美 國(guó) DALLAS 公 司 推 出 的 一 種 高 性 能 、 低 功 耗 、 帶 RAM 的 實(shí) 時(shí) 時(shí) 鐘 電路 ， 它 可 以 對(duì) 年 、 月 、 日 、 周 日 、 時(shí) 、 分 、 秒 進(jìn) 行 計(jì) 時(shí) ， 具 有 閏 年 補(bǔ) 償 功 能 ， 工 作 電 壓為 ～ 。 當(dāng)Vcc2 大 于 Vcc1＋ 時(shí) ， Vcc2 給 DS1302 供 電 。 只 有 在 SCLK 為 低電 平 時(shí) ， 才 能 將 RST 置 為 高 電 平 。 3. 數(shù) 據(jù) 輸 入 輸 出 (I/O) 在 控 制 指 令 字 輸 入 后 的 下 一 個(gè) SCLK 時(shí) 鐘 的 上 升 沿 時(shí) ， 數(shù) 據(jù) 被 寫(xiě) 入 DS1302， 數(shù) 據(jù)輸 入 從 低 位 即 位 0 開(kāi) 始 。 1RAM/CKA4 A3 A2 A1 A0RD/WR14第七節(jié) 單片機(jī)控制電路本設(shè)計(jì)是采用 AT89S51 單片機(jī)作為主控電路，其中 P1 口為 A/D 轉(zhuǎn)換器和 DS1302 時(shí)鐘芯片的通信端口，, 為按鍵控制，P0 口接數(shù)碼管的段碼，P2 口接數(shù)碼管的片選端，用于對(duì)數(shù)碼管進(jìn)行片選。Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6R1 R2 R3 R4 R5 R6VCC1234567abcdefg8 dp9VCCabfcgde dpLED21234567abcdefg8 dp9VCCabfcgde dpLED31234567abcdefg8 dp9VCCabfcgde dpLED41234567abcdefg8 dp9VCCabfcgde dpLED51234567abcdefg8 dp9VCCabfcgde dpLED61234567abcdefg8 dp9VCCabfcgde dpLED1a a a a a abbbbbbc c c c c cdddddde e e e e effffffg g g g g gdpdpdpdpdpdp1 2 3 4 5 6傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳圖 211 數(shù)碼管顯示電路 16第三章 軟件設(shè)計(jì)第一節(jié) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)說(shuō)明進(jìn)行微機(jī)測(cè)量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，除了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)外，大量的工作就是如何根據(jù)每個(gè)測(cè)量對(duì)象的實(shí)際需要設(shè)計(jì)應(yīng)用程序。第二節(jié) 軟件的有關(guān)算法最小二乘理論獲取溫度―電阻公式根據(jù)誤差理論，我們要獲得較高精度的溫度測(cè)量值，辦法一般有 2 個(gè)，要么采用查表法，要么建立高精度的數(shù)學(xué)模型。將上述條件代入得：T=ASCLK=0。SCLK=1。write_byte(add)。//delayus(5)。}uchar BCD_