【正文】 +5V 3LM1LM7805CTT1220VC71000uFC51000uFC41000uFC61000uF+5VR1210KR1310KR1410KVCVin1 Gnd2+12V 3TM1LM7812CTVin2 Gnd112V 3TM2LM7912CTC8C11C9C10D2LEDD3LEDR181kR191k+12V12VA01 A12A23 A34A45 A56A67 A78A89 GND10 A9 11A10 12R13R+ 14/CS 15DO16DI 17CLOK 18EOC19VC 20*U1TLC2543VCVC12345678161514131211109RP1VC 31致 謝在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我得到了指導(dǎo)老師的熱心指導(dǎo)。 通過本次溫度測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，我對溫度測量控制有了進(jìn)一步的熟悉和更深入的學(xué)習(xí)。本仿真電路的前置電路的兩級(jí)放大電路中，通過調(diào)節(jié)一級(jí)放大器和二級(jí)放大電路的偏置電路中滑動(dòng)變阻器范圍來調(diào)節(jié)測溫范圍，使輸入到 A/D 轉(zhuǎn)換器的模擬電壓在 05V 范圍內(nèi)，這樣才能進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換?？傊?，該軟件是一款集單片機(jī)和 SPICE 分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大。}24第四章 電路仿真的設(shè)計(jì)與分析第一節(jié) Proteus 仿真軟件介紹Proteus ISIS 是英國 Labcenter 公司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。m5=。ad=1。0x80)。}uint read2543(uchar port) //TLC2543 驅(qū)動(dòng)程序{ uint ad=0,i。 Decimal=bcd4。RST=1。write_byte(dat)。SCLK=0。//delayus(10)。(如果用查表法，主要有 2 個(gè)問題，如果要提高測量精度，則需要建立大量的表格，而且得提前做大量得試驗(yàn)來進(jìn)行多點(diǎn)校正，還有一個(gè)問題是程序的通用性差，這臺(tái)儀器上校正好得數(shù)據(jù)可能在另一臺(tái)上不合適。因此，軟件設(shè)計(jì)在微機(jī)測量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中占重要地位。如圖 29 所示。 同 樣 ， 在 緊 跟 8 位 的 控 制 指 令 字 后 的下 一 個(gè) SCLK 脈 沖 的 下 降 沿 讀 出 DS1302 的 數(shù) 據(jù) ， 讀 出 數(shù) 據(jù) 時(shí) 從 低 位 0 位 到 高 位7。 I/O 為 串 行 數(shù) 據(jù) 輸 入 輸 出 端 (雙 向 )， 后 面 有 詳 細(xì) 說 明 。 當(dāng) Vcc2 小 于 Vcc1 時(shí) ， DS1302 由Vcc1 供 電 。 采 用 三 線 接 口 與 CPU 進(jìn) 行 同 步 通 信 ， 并 可 采 用 突 發(fā) 方 式 一 次 傳 送 多 個(gè)字 節(jié) 的 時(shí) 鐘 信 號(hào) 或 RAM 數(shù) 據(jù) 。通常 REF＋接 VCC，REF－接 GND。　　CS：片選端，CS 由高到低變化將復(fù)位內(nèi)部計(jì)數(shù)器，并控制和使能DATA OUT、 DATA INPUT 和 I/O CLOCK。 在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，為了將模擬量溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，采用德州儀器公司生產(chǎn)的 12 位開關(guān)電容型逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器 TLC2543，它具有三個(gè)控制輸入端，采用簡單的 3 線 SPI 串行接口可方便地與微機(jī)進(jìn)行連接，是 12 位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的最佳選擇器件之一。根據(jù) A/D 轉(zhuǎn)換器的工作原理，常用的 A/D 轉(zhuǎn)換器可分為兩種，雙積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器和逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器。第四節(jié) 放大電路的設(shè)計(jì) 放大器的選擇好壞對提高測量精度也十分關(guān)鍵，根據(jù)查閱的相關(guān)資料，在放大器電路精選中，一般在首級(jí)放大器有低噪聲、低輸入偏置電流、高共模抑制比等要求的大多采用自制的三運(yùn)放結(jié)構(gòu)，如下圖 23 所示，三運(yùn)放中由 AA2 構(gòu)成前級(jí)對稱的同相、反相輸入放8大器，后級(jí)為差動(dòng)放大器，在這個(gè)結(jié)構(gòu)圖中，要保證放大器高的性能，參數(shù)的對稱性與一致性顯得尤為重要，不僅包括外圍的電阻元件 R1 與 RR3 與 RR5 與 R6，還包括 A1 與A2 放大器的一致性，因此，要自制高性能的放大器對器件要求相當(dāng)高。兩種方案的區(qū)別只在于信號(hào)獲取電路的不同，其原理上基本一致。其中溫度信號(hào)的數(shù)據(jù)采集單元部分包括溫度傳感器、溫度信號(hào)的獲取電路（采樣） 、放大電路、A/D 轉(zhuǎn)換電路。 熱電阻也是最常用的一種溫度傳感器。非接觸式溫度傳感器主要是被測物體通過熱輻射能量來反映物體溫度的高低，這種測溫方法可避免與高溫被測體接觸，測溫不破壞溫度場，測溫范圍寬，精度高，反應(yīng)速度快，既可測近距離小目標(biāo)的溫度，又可測遠(yuǎn)距離大面積目標(biāo)的溫度。熱電阻傳感器可分為金屬熱電阻式和半導(dǎo)體熱電阻式兩大類，前者簡稱熱電阻，后者簡稱熱敏電阻。本設(shè)計(jì)應(yīng)用性比較強(qiáng)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)可以作為溫度測量顯示系統(tǒng)，如果稍微改裝可以做熱水器溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、生產(chǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)等等。傳感器主要用于測量和控制系統(tǒng)，它的性能好壞直接影響系統(tǒng)的性能。本 設(shè)計(jì)采用了兩線制鉑電阻溫度測量電路，通 過對電路的設(shè)計(jì)，減小了測量電 路及 PT100 自身的誤差，使溫控精度在 0℃～100℃范圍內(nèi)達(dá)到177。℃。因此，不僅必須掌握各類傳感器的結(jié)構(gòu)、原理及其性能指標(biāo)，還必須懂得傳感器經(jīng)過適當(dāng)?shù)慕涌陔娐氛{(diào)整才能滿足信號(hào)的處理、顯示和控制的要求，而且只有通過對傳感器應(yīng)用實(shí)例的原理和智能傳感器實(shí)例的分析了解，才能將傳感器和信息通信與信息處理結(jié)合起來，適應(yīng)傳感器的生產(chǎn)、研制、開發(fā)和應(yīng)用。本課題主要任務(wù)是完成環(huán)境溫度檢測并顯示溫度和實(shí)時(shí)的時(shí)間。常用的熱電阻材料有鉑、銅、鎳、鐵等，它具有高溫度系數(shù)、高電阻率、化學(xué)、物理性能穩(wěn)定、良好的線性輸出特性等，常用的熱電阻如 PT100、PT1000 等。目前運(yùn)用受限的主要原因一是價(jià)格相對較貴，二是非接觸式溫度傳感器的輸出同樣存在非線性的問題，而且其輸出受與被測量物體的距離、環(huán)境溫度等多種其它因素的影響。它的主要特點(diǎn)是測量精度高，性能穩(wěn)定，使用方便，測量范圍為200℃～650℃，完全滿足要求，考慮到鉑電阻的測量精確度是最高的，所以我們設(shè)計(jì)最終選擇鉑電阻 PT100 作為傳感器。系統(tǒng)的總結(jié)構(gòu)框圖如圖 11 所示。第二節(jié) 信號(hào)調(diào)理電路調(diào)理電路的作用是將來自于現(xiàn)場傳感器的信號(hào)變換成前向通道中 A/D 轉(zhuǎn)換器能識(shí)別的信號(hào)，作為本系統(tǒng)，由于溫度傳感器是熱電阻 PT100，因此調(diào)理電路完成的是怎樣將與溫度有關(guān)的電阻信號(hào)變換成能被 A/D 轉(zhuǎn)換器接受的電壓信號(hào)。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，市場上出現(xiàn)了專用的高性能的儀用放大器，它的內(nèi)部核心結(jié)構(gòu)還是三運(yùn)放，但是，采用微電子來解決剛才的參數(shù)匹配問題已不是什么復(fù)雜的問題。1. 雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器工作原理雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器采用間接測量的方法，它將被測電壓轉(zhuǎn)換成時(shí)間常數(shù) T，雙積分 A/D轉(zhuǎn)換器由電子開關(guān)，積分器，比較器，計(jì)數(shù)器和控制邏輯等部分組成。TLC2543 與外圍電路的連線簡單，三個(gè)控制輸入端為 CS(片選)、輸入/ 輸出時(shí)鐘(I/O CLOCK)以及串行數(shù)據(jù)輸入端 (DATA INPUT)。CS 由低到高的變化將在一個(gè)設(shè)置時(shí)間內(nèi)禁止DATA INPUT 和 I/O CLOCK。最大輸入電壓范圍取決于兩端電壓差。 DS1302 內(nèi) 部 有 一 個(gè) 318 的 用 于 臨 時(shí) 性 存 放 數(shù) 據(jù) 的RAM 寄 存 器 。 X1 和 X2 是 振 蕩 源 ， 外 接 晶 振 。SCLK 始 終 是 輸 入 端 。 4. DS1302 的 寄 存 器 DS1302 有 12 個(gè) 寄 存 器 ， 其 中 有 7 個(gè) 寄 存 器 與 日 歷 、 時(shí) 鐘 相 關(guān) ， 存 放 的 數(shù) 據(jù) 位 為BCD 碼 形 式 ,其 日 歷 、 時(shí) 間 寄 存 器 及 其 控 制 字 見 圖 所 示 。EA/VPP 31XTAL119XTAL218RST/VPD9 39 38 37 36 35 34 33 32 21 22 23 24 25 26 27 28PSEN 29ALE/PROG 30Vcc 40Gnd20AT89S5XAT89S51R20VCCabcdefgdp123456Y212MC3102C12104C13 10uFR15VCC12345678161514131211109RP1VCCCLOCKD1D0/CSSCLKI/ORST圖 29 單片機(jī)控制電路第八節(jié) 按鍵和顯示電路1. 按鍵電路 本設(shè)計(jì)共設(shè)計(jì) 3 個(gè)按鍵，用來設(shè)置和修改時(shí)間。對于本系統(tǒng)，軟件設(shè)計(jì)更為重要。而采用已知的分度表，建立數(shù)學(xué)模型，然后通過工程量（標(biāo)度）變換，通過測量 A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)果后計(jì)算得到。AD/4096/G/I+100)B第三節(jié) 軟件的流程圖開始系統(tǒng)初始化DS1302 時(shí)鐘信號(hào)采集PT100 溫度數(shù)據(jù)采集處理讀到的數(shù)據(jù)結(jié)束圖 31 系統(tǒng)總流程圖 18Key1=0 ?NYYNNY開始初始化按鍵掃描調(diào)用加鍵調(diào)時(shí)調(diào)用顯示程序 調(diào)用減鍵調(diào)時(shí)調(diào)用顯示程序返回主程序Key2=0 ?Key3=0 ?圖 32 按鍵流程圖19 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 33 DS1302 時(shí)鐘流程圖 圖 34 溫度轉(zhuǎn)換流程圖 開始系統(tǒng)初始化調(diào)用時(shí)間、溫度子程序調(diào)用顯示子程序調(diào)用掃描按鍵程序開始將時(shí)間、溫度數(shù)據(jù)寫入到數(shù)碼管讀取時(shí)間、溫度值顯示時(shí)間、溫度值返回圖 35 顯示流程圖 圖 36 主函數(shù)流程圖第四節(jié) 部分設(shè)計(jì)模塊1. 時(shí)鐘數(shù)據(jù)采集模塊2. 先向 DS1302 中寫入數(shù)據(jù)，再根據(jù) DS1302 時(shí)間信號(hào)的地址讀取數(shù)據(jù)。SCLK=1。ACC=ACC1。//delayus(5)。write_byte(add)。 return(Decimal=Decimal*10+(bcdamp。CLOCK=0。 CLOCK=1。return(ad)。m4=m1*(m2*1500*j/4096/80/m3+100)m5。它運(yùn)行于 Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點(diǎn)是： ①實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和 SPICE 電路仿真相結(jié)合。第二節(jié) 電路仿真設(shè)計(jì) 啟動(dòng) Proteus 軟件，按本次設(shè)計(jì)的原理圖畫出電路仿真圖，根據(jù)元件屬性設(shè)置相應(yīng)元件參數(shù)。本設(shè)計(jì)的前級(jí)放大電路的放大倍數(shù)為 20 倍，二級(jí)放大電路放大倍數(shù)為4 倍，合起來整個(gè)放大電路放大了 80 倍，這樣輸入到 A/D 轉(zhuǎn)換器的信號(hào)才能被 A/D 轉(zhuǎn)換器所轉(zhuǎn)換。在整個(gè)設(shè)計(jì)的過程中，本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)是：怎樣將 PT100 熱電阻的非電量信號(hào)轉(zhuǎn)換為單片機(jī)單片機(jī)能識(shí)別的電量信號(hào)，其中的信號(hào)如何放大及放大倍數(shù)的確定等等。自始至終從設(shè)計(jì)的選題到設(shè)計(jì)任務(wù)書，開題報(bào)告，外文翻譯和論文的完成一直都關(guān)心督促畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)程和進(jìn)度。由于自身水平有限，設(shè)計(jì)中一定存在很多不足之處，敬請各位老師批評(píng)指正。二、主要技術(shù)要求1）PT100 能對溫度進(jìn)行檢測；2）單片機(jī)系統(tǒng)具有顯示控制功能；3）設(shè)計(jì)相應(yīng)的軟硬件電路實(shí)現(xiàn)上述功能；4）用單片機(jī) C 或匯編語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)；5）撰寫相關(guān)論文資料；三、進(jìn)度計(jì)劃第十一周 收集材料熟悉設(shè)計(jì)要求第十二周 畢業(yè)實(shí)習(xí)、撰寫實(shí)習(xí)報(bào)告、外文文獻(xiàn)翻譯、文獻(xiàn)綜述第十三周 原理圖設(shè)計(jì)、電路板設(shè)計(jì)、電路安裝與調(diào)試、軟件設(shè)計(jì)與調(diào)試第十四周 撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)文稿第十五周 論文定稿、打印、裝訂成冊開題報(bào)告題目名稱：基于 PT100 的溫度測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名 王洋 專業(yè) 微電子控制技術(shù) 班級(jí) 微電 0731一、選題的依據(jù)和意義溫度測量系統(tǒng)的控制設(shè)計(jì)對于電子信息工程專業(yè)來說是一個(gè)覆蓋面知識(shí)廣，應(yīng)用范圍廣的一個(gè)課題。高精度的溫度控制儀表實(shí)現(xiàn)就必然離不開前端電路中高質(zhì)量的溫度傳感器的使用。不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測溫，而且被制成各種標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)（涵蓋國家和世界基準(zhǔn)溫度）供計(jì)量和校準(zhǔn)使用。本課題研究的主要內(nèi)容就是采用 AD 轉(zhuǎn)換器將溫度傳感器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再由單片機(jī)作為主要運(yùn)算控制部件，為系統(tǒng)提供控制和數(shù)據(jù)處理功能，系統(tǒng)配置有顯示控制功能，方便現(xiàn)場實(shí)時(shí)觀察數(shù)據(jù)信息。這就要求我們能夠建立具有更高精度、穩(wěn)定性和可靠性的恒定的溫度場環(huán)境的溫度控制系統(tǒng)，能對溫度做到高精度檢測。還不斷向我們傳授分析問題和解決問題的辦法，并指出了正確的努力方向，使我在畢業(yè)設(shè)計(jì)中學(xué)習(xí)到許多新的知識(shí)，也培養(yǎng)了我分析問題的能力和實(shí)踐動(dòng)手能力。在畫原理圖、電路仿真和調(diào)試過程中不可避免地遇到各種問題，這要求保持沉著冷靜，聯(lián)系書本