【正文】 理論知識(shí)積極地思考，實(shí)在解決不了時(shí)候可以請(qǐng)教同學(xué)或指導(dǎo)老師。 在仿真過程中由于軟硬件影響，還有人為計(jì)算誤差因素，使得測(cè)量溫度結(jié)果與理想測(cè)量結(jié)果存在一定的誤差，因此可以通過改變硬件參數(shù)和軟件程序設(shè)計(jì)來減少誤差。因此在本次仿真中用一個(gè)電阻來代替 PT100 熱電阻,通過改變電阻阻值來反映 PT100 溫度測(cè)量。②支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。/*m1=j*231。float m1,m2,m3,m4,m5。 CLOCK=0。port=4。}2. 溫度采集模塊 22 通過恒流源電路采集到的信號(hào)經(jīng)過放大電路進(jìn)行放大后，送入到 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換,再送到單片機(jī)進(jìn)行處理，將電壓轉(zhuǎn)換溫度。//delayus(5)。RST=0。}void write_1302(uchar add,uchar dat) //向 1302 寫入數(shù)據(jù){RST=0。}}uchar read_byte() //向 1302 讀出一字節(jié){uchar a。ACC=dat。同時(shí)，可通過再將標(biāo)度值代入可粗略估計(jì)在各個(gè)測(cè)量段內(nèi)的最大誤差值。數(shù)據(jù)處理包括：數(shù)據(jù)的采集、數(shù)字濾波、標(biāo)度變換等。其電路圖如下圖 210 所示。 時(shí) 鐘 突 發(fā) 寄 存 器 可 一 次 性 順 序 讀 寫 除 充 電 寄 存 器 外 的 所 有 寄 存 器內(nèi) 容 。Vcc21X12X23GND4 RST 5I/O 6SCLK 7Vcc 8DS1302圖 27 DS1302 引腳圖2. DS1302 的 控 制 字 節(jié) 13　 　 DS1302 的 控 制 字 如 圖 所 示 。 RST 輸 入 有 兩 種 功 能 ： 首 先 ， RST 接通 控 制 邏 輯 ， 允 許 地 址 /命 令 序 列 送 入 移 位 寄 存 器 ； 其 次 ， RST 提 供 終 止 單 字 節(jié) 或 多 字節(jié) 數(shù) 據(jù) 的 傳 送 手 段 。 本 設(shè) 計(jì) 中 采 用DS1302 時(shí) 鐘 芯 片 產(chǎn) 生 時(shí) 鐘 信 號(hào) ， 通 過 單 片 機(jī) 進(jìn) 行 處 理 控 制 ， 并 顯 示 出 實(shí) 時(shí) 的 時(shí) 間 ， 可 以用 于 對(duì) 溫 度 進(jìn) 行 實(shí) 時(shí) 的 數(shù) 據(jù) 采 集 。TLC2543 每次轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳送使用 16 個(gè)時(shí)鐘周期，且在每次傳送周期之間插入 CS 的時(shí)序?！　ATA OUT：A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果三態(tài)輸出端，在 CS 為高時(shí)，該引腳處于高阻狀態(tài)；當(dāng) CS為低時(shí)，該引腳由前一次轉(zhuǎn)換結(jié)果的 MSB 值置成相應(yīng)的邏輯電平。TLC2543 的主要特性(1) 11 個(gè)模擬輸入通道；(2) 66ksps 的采樣速率；(3) 最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為 10μs； (4) SPI 串行接口；(5) 線性度誤差最大為 177。電路先對(duì)被測(cè)的輸入電壓 Vx 進(jìn)行固定時(shí)間(T0)的正向積分，然后控制邏輯將積分器的輸入端通過電子開關(guān)接參考電壓 Vr，由于參考電壓與輸入電壓反向且參考電壓值是恒定的，所以反向積分的斜率是固定的，從反向積分開始到結(jié)束，對(duì)參考電壓進(jìn)行反向積分的時(shí)間 T,正比于輸入電壓。AD620 是低價(jià)格、低功耗儀用放大器，它只需要一只外部電阻就可設(shè)置 1～1000 倍的放大增益，它具有較低的輸入偏置電流、較快的建立時(shí)間和較高的精度，特別適合于精確的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，如稱重和傳感器接口，也非常適合醫(yī)療儀器的應(yīng)用系統(tǒng)（如 ECG 檢測(cè)和血壓監(jiān)視） 、多路轉(zhuǎn)換器及干電池供電的前置放大器使用。上述兩種電路的結(jié)構(gòu)形式見圖 21 所示。PT100 溫度傳感器是一種以鉑(Pt)做成的電阻式溫度傳感器，屬于正電阻系數(shù),其電阻阻值與溫度的關(guān)系可以近似用下式表示：在 0～650℃范圍內(nèi)：Rt =R0 (1+At+Bt2)在200 ～0℃范圍內(nèi)：Rt =R0 (1+At+Bt2+C(t100)t3)式中 A、B、C 為常數(shù)，A=103；B=107；C=1012；由于它的電阻—溫度關(guān)系的線性度非常好，因此在測(cè)量較小范圍內(nèi)其電阻和溫度變化的關(guān)系式如下：R=Ro(1+αT) 其中 α=, Ro 為 100Ω(在 0℃的電阻值),T 為華氏溫度，因此鉑做成的電阻式溫度傳感器，又稱為 PT100。相對(duì)與方案一，在功能、性能、可操作性等方面都有較大的提升?！?，綜合價(jià)格以及后續(xù)的電路，決定采用線性度相對(duì)較好的 PT100 作為本課題的溫度傳感器，具體的型號(hào)為 WZP 型鉑電阻，該傳感器的測(cè)溫范圍從－200 ℃～＋650℃?！?一般有177。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)包括溫度傳感器，信號(hào)放大電路，A/D 轉(zhuǎn)換模塊，時(shí)鐘模塊，數(shù)據(jù)處理與控制模塊，溫度、時(shí)間顯示模塊六個(gè)部分。溫度傳感器是其中重要的一類傳感器。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是：使用簡便；測(cè)量精確、穩(wěn)定、可靠； 測(cè)量范 圍大；使用對(duì)象廣。在本 設(shè)計(jì)中，是以 鉑電 阻 PT100 作為溫度傳感器，采用恒流測(cè)溫的方法，通過單片機(jī)進(jìn)行控制，用放大器、 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行溫度信號(hào)的采集。第一節(jié) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)說明 ......................................................................................16第二節(jié) 軟件的有關(guān)算法 ..........................................................................................16第三節(jié) 軟件的流程圖 ..............................................................................................17第四節(jié) 部分設(shè)計(jì)模塊 ...............................................................................................19第四章 電路仿真的設(shè)計(jì)與分析 ............................................................................24第一節(jié) Proteus 仿真軟件介紹 .................................................................................24第二節(jié) 電路仿真設(shè)計(jì) ..............................................................................................24第三節(jié) 仿真分析 ......................................................................................................26IV結(jié) 論 ................................................................................................................................27參考文獻(xiàn) .........................................................................................................................28附錄 A..............................................................................................................................29附錄 B: .............................................................................................................................30致 謝 ................................................................................................................................31V1前 言隨著科技的發(fā)展和“信息時(shí)代”的到來，作為獲取信息的手段——傳感器技術(shù)得到了顯著的進(jìn)步，其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，對(duì)其要求越來越高，需求越來越迫切。本文利用單片機(jī)結(jié)合溫度傳感器技術(shù)而開發(fā)設(shè)計(jì)了這一溫度測(cè)量系統(tǒng)。2第一章 方案設(shè)計(jì)與論證第一節(jié) 傳感器的選擇溫度傳感器從使用的角度大致可分為接觸式和非接觸式兩大類，前者是讓溫度傳感器直接與待測(cè)物體接觸，而后者是使溫度傳感器與待測(cè)物體離開一定的距離，檢測(cè)從待測(cè)物體放射出的紅外線，達(dá)到測(cè)溫的目的。常用的熱電偶材料有鉑銠鉑、銥銠 銥、鎳鐵鎳銅、銅 康銅等，各種不同材料的熱電偶使用在不同的測(cè)溫范圍場(chǎng)合。 方案一：采用模擬分立元件 如電容、電感或晶體管等非線形元件，該方案設(shè)計(jì)電路簡單易懂，操作簡單，且價(jià)格便宜，但采用分立元件分散性大，不便于集成數(shù)字化，而且測(cè)量誤差大。另外，外接一個(gè)時(shí)鐘芯片 DS1302 產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)送入到單片機(jī)中進(jìn)行處理控制，并將時(shí)間顯示出來，以實(shí)現(xiàn)溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控。采用 Pt100 測(cè)量溫度一般有兩種方案：方案一：設(shè)計(jì)一個(gè)恒流源通過 Pt100 熱電阻，通過檢測(cè) Pt100 上電壓的變化來換算出溫度。R16 327 8532 6741U1OP07VR310kR17500R11PT100+12V12VVCC23圖 22 由運(yùn)放構(gòu)成的恒流源電路上圖中，由于運(yùn)放虛地的結(jié)果，造成 OP07 的反相輸入端為 0V，而圖中 電阻的下端由于運(yùn)用精密的電壓源 ，外加調(diào)整電路，該點(diǎn)電壓可調(diào)整為 ，而由于運(yùn)放的輸入阻抗極高，輸入端可以認(rèn)為不吸入電流，因此從 電阻上流過的電流大小固定而且一定等于 OP07 輸出端流入溫度傳感器 PT100 的電流，從而達(dá)到恒流的效果，連接PT100 兩端的壓差正好反映溫度變化的信號(hào)送入后級(jí)的放大器。這里設(shè)計(jì)的首級(jí)放大器的倍數(shù)是 20 倍，而后級(jí)放大則為 4 倍，合計(jì)的放大倍數(shù)為 80 倍，這樣就完全滿足設(shè)計(jì)分辨率的要求。102. 逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器工作原理逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器由 D/A 轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，比較環(huán)節(jié)和控制邏輯等幾部分組成。 A01A12A23A34A45A56A67A78A89GND10 A9 11A10 12R 13R+ 14/CS 15DO 16DI 17CLOK 18EOC 19VCC 20TLC2543圖 25 TLC2543 的引腳11AIN0～AIN10：模擬輸入端，由內(nèi)部多路器選擇。 　　VCC、GND：電源正端、地。TLC2543 與單片機(jī)的連接如圖 26 所示。 DS1302 由 Vcc1 或 Vcc2 兩 者 中 的 較 大 者 供 電 。 上 電 運(yùn) 行 時(shí) ， 在 Vcc≥ 之 前 ， RST 必 須 保 持 低 電 平 。 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 。 這 三 條 線 分 別接 到 CPU 的 I/O 線 上 。其電路圖如下圖 211 所示。因此，整個(gè)軟件可分為溫度采集子程序、時(shí)鐘讀取程序、按鍵子程序、顯示子程序、及系統(tǒng)主程序。RB，這里的 A、B 是上述不同溫度段的系數(shù)，而 R 值由于在輸出為 0V 時(shí)，實(shí)際上有個(gè)對(duì)應(yīng)于 100 歐姆的偏置電路，因此根據(jù) RR0=U/I，而I=，而 AD/U/G=4096/，這里的 AD 值為 A/D 轉(zhuǎn)換得結(jié)果 G 為放大器的增益，本設(shè)計(jì)中的二級(jí)放大器放大的倍數(shù)為 80 倍。a){IO=ACC0。a){ACC7=IO。21RST=1。SCLK=0。return (temp)。in。i++){ if(D_OUT) ad|=0x01。 ad=1。m2=。m4=m3/10000。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能，同時(shí)可以觀察各個(gè)變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如 Keil C51 uVision2 等軟件。系統(tǒng)電路仿真圖如圖41所示。另外本系統(tǒng)還可以通過外接電路擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警功能，從而更好的實(shí)現(xiàn)溫度現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)控制。為以后從事單片機(jī)軟硬件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)、打下了良好的基礎(chǔ)，樹立獨(dú)立從事產(chǎn)品研發(fā)的信心，并在這種能力上得到了比較充分的鍛煉。雖然在這次設(shè)計(jì)中對(duì)于知識(shí)的運(yùn)用和銜接還不夠熟練。本設(shè)計(jì)以單片機(jī)技術(shù)，傳感器與測(cè)量技術(shù)等課程的相關(guān)理論為指導(dǎo)，以實(shí)際需求為目標(biāo)，以鍛煉系統(tǒng)集成開發(fā)能力為目的，采用新型器件設(shè)計(jì)而成，具有實(shí)用、小型化等特點(diǎn)，具有很高的研究價(jià)值。因此，了解并掌握各類傳感器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及特性是非常重