【文章內容簡介】 比有明顯的優(yōu)勢和廣泛的開發(fā)前景。但是測溫范圍較小，一般在－ 50～＋ 150℃ 之間。 第三種方案：各測 試點的溫度值經過測溫元件熱電偶、熱電阻等，被轉化為電信號，這樣得到的多路采樣信號經濾波器、放大器、多路開關及 A/D 轉換電路，由單片機控制通道 A/D 轉換，實時對電壓信號進行采樣和 A/D 轉換。這種方案是單片機處理非電量信號的典型方法，它的優(yōu)點是測溫范圍廣，選用合適的測溫元件可以檢測－ 300℃ ～ 3000℃ 的溫度 。 由于本課題的溫度巡檢儀主要是面向較高溫度。所以前面兩種方案由于測溫范圍的限制，我們將采用第三種方案，而且第三種方案是比較成熟的技術，在實現上也比較容易。 顯示器 單片機應用系統中使用的顯示 器主要有發(fā)光二極管顯示器，簡稱 LED(Light Emitting Diode)； 液晶顯示器，簡稱 LCD(Liquid Crystal Display)； CRT 顯示器。 LED 的發(fā)光頻率和顏色取決于制造的材料，一般常用紅色，偶爾也用黃色或綠色。發(fā)光二極管 LED 是智能化測量控制儀表中簡單而常用的輸出設備，通常用來指示機器的狀態(tài)或其他信息。它的優(yōu)點是耗電省，配置靈活，接口方便，價格低，壽命長，對電流電壓的要求不高及容易實現多路等，因而在智能化測量控制儀表中獲得了廣泛的應用。 LCD 是一種液晶顯示器件，顯示的原 理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出各種字符 ， 能顯示多位字符。它的體積小，重量輕，功耗極低，因此在儀器儀表中的應用十分廣泛。 CRT 顯示器可以進行圖形顯示，但是接口較復雜，成本也較高。 河南城建學院本科畢業(yè)設計 (論文 ) 系統的總體設計 7 本設計至少需要顯示 7 位，需要 4個單片機口， 采用動態(tài)顯示需要占用大量的單片機機時，可能導致其它信息的丟失和顯示閃爍等問題。為了避免上述的問題可采用 LCD 顯示，不僅增加了顯示位數，還能避免因位數的增加使顯示閃爍的問題。 本系統的設計采用液晶顯示，并采用顯示芯片 LCD1602 顯示芯片。 鍵盤 鍵盤是一組按鍵的組合，它的主要作用是控制系統的工作狀態(tài)以及向系統中輸入數據和命令，有編碼式鍵盤和非編碼式鍵盤兩類。 編碼式鍵盤除了按鍵之外，還包括了產生鍵碼的硬件電路、去抖動電路和多鍵、竄鍵保護電路。每按下一個鍵，能自動產生這個鍵的鍵碼，與此同時，產生一個脈沖信號，通知 CPU 接收。這種鍵盤使用方便，接口程序簡單，但是需要較多的硬件電路，價格較貴，一般的單片機應用系統較少使用。 非編碼式鍵盤僅由排成行、列矩陣形式的按鍵組成，按鍵的作用只是簡單的實現接點的接通或斷開，鍵的去抖動、鍵的編碼的形 成和鍵識別等均由軟件來完成。由于它經濟實用，在單片機應用系統中廣泛采用。 經過以上對比，可以采用非編碼式鍵盤。 系統設計的技術關鍵 根據以上所述的總體設計思想，設計中需解決的技術關鍵性問題是： (1) 這種巡檢儀的檢測點有多個，所以在傳感器的選擇和使用上，要求盡量的消除誤差，并盡量使使用方便。 (2) 保證本系統高可靠性的運行，儀器本身要具備很強的抗干擾能力，為此應在硬件及軟件設計上引入各種抗干擾措施。特別是系統中傳感器采集的數據的放大和濾波處理就顯得尤為重要。 (3) 由于硬件電路上沒有線性化， 那么軟件勢必功能很強大，在 軟件設計時也應尋找盡可能簡單完善的思路，保證程序易于修改、調試。河南城建學院本科畢業(yè)設計 (論文 ) 系統的硬件設計 8 3 系統的硬件設計 系統的整體結構 根據上一章所選的總體方案確定的思路，下面將進行系統硬件電路的設計。本設計系統主要包括溫度信號采集單元，單片機數據處理單元，溫度顯示單元。其中溫度信號的數據采集單元部分包括溫度傳感器、溫度信號的獲取電路 (采樣 )、放大電路、 A/D 轉換電路。系統的總結構框圖見圖 。 圖 系統的總結構框圖 測溫的 模擬電路是把當前 PT100 熱電阻傳感器的電阻值，轉換為容易測量的電壓值，經過放大器放大信號后送給 A/D 轉換器把模擬電壓轉為數字信號后傳給單片機 STC89C52，單片機再根據公式換算把測量得的溫度傳感器的電阻值轉換為溫度值，并將數據送出到 LCD 顯示器進行顯示。 鍵盤在本系統種是操作員控制巡檢儀的唯一途徑，是安裝調試的必備手段，當希望更改 報警溫度上下限 時，就可以通過鍵盤來 改變 。 溫度巡檢儀的 主要 硬件 溫度傳感器 PT100 鉑電阻溫度傳感器是利用其電阻和溫度成一定函數關系而制成的溫度傳感器 ， 由于其測量準確度高、測量范圍大、復現性和穩(wěn)定性好等 ， 被廣泛用于中溫(200℃ ～ 650℃ )范圍的溫度測量中。 PT100 是一種廣泛應用的測溫元件，在 50~600℃ 范圍內具有其他任何溫度傳信號放大調理電路 PT100 溫度傳感器 A/D 轉換電路 鍵盤及 報警 STC89C52 單片機 LCD 數碼管顯示電路 河南城建學院本科畢業(yè)設計 (論文 ) 系統的硬件設計 9 感器無可比擬的優(yōu)勢，包括高精度、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強等。由于鉑電阻的電阻值與溫度成非線性關系，所以需要進行非線性校正。校正分為模擬電路校正和微處理器數字化校正，模擬校正有很多現成的電路，其精度不高且易受溫漂等干擾因素影響，數字化校正則需要在微處理系統中使用，將 PT100 電阻的電阻值和溫度對應起來后存入 EEPROM 中，根據 電路中實測的 AD 值以查表方式計算相應溫度值。 PT 100 是鉑熱電阻，它的阻值會隨著溫度的變化而改變。 PT 后的 100 即表示它在 0℃ 時阻值為 100 歐姆，在 100℃ 時它的阻值約為 歐姆。它的工 作 原理：當 PT100 在 0 攝氏度的時候他的阻值為 100 歐姆，它的的阻值會隨著溫度上升它的阻值是成勻速增漲的。 表 PT100 熱電阻分度表 溫度 ℃ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 電阻值 (Ω) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 A/D 轉換器 ADC0809 實現 A/D 轉換的基本方法有幾十種，常用的有計數法、逐次逼近法、雙斜積分法和并行轉換法。由于逐次逼近式 A/D 轉換具有速度快，分辨率高的優(yōu)點，而河南城建學院本科畢業(yè)設計 (論文 ) 系統的硬件設計 10 且采用這種方法的 ADC 芯片 成 本較低，因此在計算機數據采集系統中獲得了廣泛的應用。 本設計中采用的就是逐次逼近式的 ADC0809。 1) 主要技術指標和特性 (1) 分辨率： 8 位。 (2) 總的不可調誤差： ADC0808 為 177。1/2LSB， ADC 0809 為 177。1LSB。 (3) 轉換時間：取決于芯片時鐘頻率，如 CLK=500kHz 時， TCONV=128μs。 (4) 單一電源： +5V。 (5) 模擬輸入電壓范圍： 單極性 0～ 5V；雙極性 177。5V， 177。10V(需外加一定電路 )。 (6) 具有可控三態(tài)輸出緩存器。 (7) 啟動轉換控制為脈沖式 (正脈沖 )，上升沿使所有內部寄存器清零，下降沿使 A/D 轉換開始。 (8) 使用時不需進行零點和滿刻度調節(jié)。 2) 內部結構和外部引腳 ADC0808/0809 的內部結構和外部引腳分別如圖 和圖 所示。內部各部分的作用和工作原理在內部結構圖中已 一目了然，在此就不再贅述，下面僅對各引腳定義分述如下： 圖 ADC0808/0809 內部結構框圖 (1) IN0～ IN7——8 路模擬輸入，通過 3 根地址譯碼線 ADDA、 ADDB、 ADDC來選通一路。 (2) D7～ D0——A/D 轉換后的數據輸出端，為三態(tài)可控輸出，故可直接和微處理器數據線連接。 8 位排列順序是 D7為最高位， D0為最低位。 (3) ADDA、 ADDB、 ADDC——模擬通道選擇地址信號， ADDA 為低位， ADDC為高位。地址信號與選中通道對應關系如表 所示。 河南城建學院本科畢業(yè)設計 (論文 ) 系統的硬件設計 11 (4) VR(+)、 VR()——正、負參考電壓輸入端，用于提供片內 DAC 電阻網絡的基準電壓。在單極性輸入時， VR(+)=5V， VR()=0V；雙極性輸入時， VR(+)、 VR()分別接正、負極性的參考電壓。 表 地址信號與選中 通道的關系 圖 ADC0808/0809 外部引腳圖 (5) ALE——地址鎖存允許信號，高電平有效。當此信號有效時， A、 B、 C 三位地址信號被鎖存，譯碼選通對應模擬通道。在使用時，該信號常和 START 信號連在一起，以便同時鎖存通道地址和啟動 A/D 轉換。 (6) START——A/D 轉換啟動信號，正脈沖有效。加于該端的脈沖的上升沿使逐次逼近寄存器清零，下降沿開始 A/D 轉換。如正在進行轉換時又接到新的啟動脈沖，則原來的轉換進程被中止，重新從頭開始轉換。 (7) EOC——轉換結束信號，高電平有效。該信號在 A/D 轉換過程中為低電平，其余時間為高電平。該信號可作為被 CPU 查詢的狀態(tài)信號，也可作為對 CPU 的中斷請求信號。在需要對某個模擬量不斷采樣、轉換的情況下， EOC 也可作為啟動信號反饋接到 START 端，但在剛加電時需由外電路第一次啟動。 (8) OE——輸出允許信號，高電平有效。當微處理器送出該信號時，ADC0808/0809 的輸出三態(tài)門被打開，使轉換結果通過數據總線被讀走。在中斷工作方式下，該信號往往是 CPU 發(fā)出的中斷請求響應信號。 3) 工作時序 地 址 選中通道 ADDC ADDB ADDA 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 河南城建學院本科畢業(yè)設計 (論文 ) 系統的硬件設計 12 ADC 0808/0809 的工作時序如圖 所示。當通道選擇地址有效時， ALE 信號一出現，地址便馬上被鎖存，這時轉換啟動信號緊隨 ALE 之后 (或與 ALE 同時 )出現。 START 的上升沿將逐次逼近寄存器 SAR 復位，在該上升沿之后的 2μs 加 8 個時鐘周期內 (不定 )， EOC 信號將變低電平，以指示轉換操作正在進行中，直到轉換完成后 EOC 再變高電平。微處理器收到變?yōu)楦唠娖降?EOC 信號后，便立即送出OE 信號，打開三態(tài)門，讀取轉換結果。 圖 ADC 0808/0809 工作時序 模擬輸入通道的選擇可以相對于轉換開始操作獨立地進行 (當然，不 能在轉換過程中進行 ) ，然而通常是把通道選擇和啟動轉換結合起來完成 (因為ADC0808/0809 的時間特性允許這樣做 )。這樣可以用一條寫指令既選擇模擬通道又啟動轉換。在與微機接口時，輸入通道的選擇可有兩種方法，一種是通過地址總線選擇，一種是通過數據總線選擇。 如用 EOC 信號去產生中斷請求，要特別注意 EOC 的變低相對于啟動信號有2μs+8 個時鐘周期的延遲，要設法使它不致產生虛假的中斷請求。為此，最好利用EOC 上升沿產生中斷請求，而不是靠高電平產生中斷請求。 STC89C52 STC89C52 采用 40 引腳的雙列直插式封裝 (DIP)形式，內部由 CPU， 8KB 的ROM， 512B 的 RAM， 3 個 16 位的定時 /計數器 T0、 2， 4 個 8 位的 I/O 端口和一個全雙工串行通信口等部分組成。 STC89C52 單片機具有系統結構簡單，成本低，可靠性高，低功耗等特點。特別是內部集成了 8KB 的 FLASH 程序存儲器，使單片機系統的結構更加簡單，也使其得到了廣泛的應用。同時