【文章內(nèi)容簡介】 壽命長，對電流電壓的要求不高及容易實現(xiàn)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。河南城建學院本科畢業(yè)設計(論文) 系統(tǒng)的總體設計7CRT 顯示器可以進行圖形顯示，但是接口較復雜，成本也較高。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(shù)，還能避免因位數(shù)的增加使顯示閃爍的問題。本系統(tǒng)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(tǒng)的工作狀態(tài)以及向系統(tǒng)中輸入數(shù)據(jù)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(chǎn)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(chǎn)生這個鍵的鍵碼，與此同時，產(chǎn)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(tǒng)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(xiàn)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(jīng)濟實用，在單片機應用系統(tǒng)中廣泛采用。經(jīng)過以上對比，可以采用非編碼式鍵盤。 系統(tǒng)設計的技術(shù)關鍵根據(jù)以上所述的總體設計思想，設計中需解決的技術(shù)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(tǒng)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(tǒng)中傳感器采集的數(shù)據(jù)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(diào)試。河南城建學院本科畢業(yè)設計(論文) 系統(tǒng)的硬件設計83 系統(tǒng)的硬件設計 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)根據(jù)上一章所選的總體方案確定的思路，下面將進行系統(tǒng)硬件電路的設計。本設計系統(tǒng)主要包括溫度信號采集單元，單片機數(shù)據(jù)處理單元，溫度顯示單元。其中溫度信號的數(shù)據(jù)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(zhuǎn)換電路。系統(tǒng)的總結(jié)構(gòu)框圖見圖 。信號放大調(diào)理電路PT100 溫度傳感器A/D 轉(zhuǎn)換電路鍵盤及報警STC89C52單片機LCD 數(shù)碼管顯示電路圖 系統(tǒng)的總結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)換為容易測量的電壓值，經(jīng)過放大器放大信號后送給 A/D 轉(zhuǎn)換器把模擬電壓轉(zhuǎn)為數(shù)字信號后傳給單片機 STC89C52，單片機再根據(jù)公式換算把測量得的溫度傳感器的電阻值轉(zhuǎn)換為溫度值，并將數(shù)據(jù)送出到 LCD 顯示器進行顯示。鍵盤在本系統(tǒng)種是操作員控制巡檢儀的唯一途徑，是安裝調(diào)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(shù)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(xiàn)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(nèi)具有其他任何溫度傳河南城建學院本科畢業(yè)設計(論文) 系統(tǒng)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(shù)字化校正，模擬校正有很多現(xiàn)成的電路，其精度不高且易受溫漂等干擾因素影響，數(shù)字化校正則需要在微處理系統(tǒng)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(jù)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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9溫度 ℃ 電阻值( Ω)0102030405060708090100110120130140 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809實現(xiàn) A/D 轉(zhuǎn)換的基本方法有幾十種，常用的有計數(shù)法、逐次逼近法、雙斜積分法和并行轉(zhuǎn)換法。由于逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)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(tǒng)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(shù)據(jù)采集系統(tǒng)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(shù)指標和特性(1) 分辨率： 8 位。(2) 總的不可調(diào)誤差： ADC0808 為177。1/2LSB ，ADC 0809 為177。1LSB。(3) 轉(zhuǎn)換時間：取決于芯片時鐘頻率，如 CLK=500kHz 時，T CONV=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(zhuǎn)換控制為脈沖式 (正脈沖)，上升沿使所有內(nèi)部寄存器清零，下降沿使 A/D 轉(zhuǎn)換開始。(8) 使用時不需進行零點和滿刻度調(diào)節(jié)。2) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部引腳ADC0808/0809 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部引腳分別如圖 和圖 所示。內(nèi)部各部分的作用和工作原理在內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖(1) IN0～IN 7——8 路模擬輸入，通過 3 根地址譯碼線 ADDA、ADD B、ADD C來選通一路。(2) D7～D 0——A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)輸出端，為三態(tài)可控輸出，故可直接和微處理器數(shù)據(jù)線連接。8 位排列順序是 D7 為最高位， D0 為最低位。(3) ADDA、ADD B、ADD C——模擬通道選擇地址信號，ADD A 為低位，河南城建學院本科畢業(yè)設計(論文) 系統(tǒng)的硬件設計11ADDC 為高位。地址信號與選中通道對應關系如表 所示。(4) VR(+)、V R()——正、負參考電壓輸入端，用于提供片內(nèi) DAC 電阻網(wǎng)絡的基準電壓。在單極性輸入時，V R(+)=5V，V R()=0V；雙極性輸入時，V R(+)、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(zhuǎn)換。(6) START——A/D 轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換。如正在進行轉(zhuǎn)換時又接到新的啟動脈沖，則原來的轉(zhuǎn)換進程被中止，重新從頭開始轉(zhuǎn)換。(7) EOC——轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，高電平有效。該信號在 A/D 轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換結(jié)果通過數(shù)據(jù)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。地 址ADDC ADDB ADDA選中通道000011110011001101010101IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7河南城建學院本科畢業(yè)設計(論文) 系統(tǒng)的硬件設計123) 工作時序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(xiàn)，地址便馬上被鎖存，這時轉(zhuǎn)換啟動信號緊隨 ALE 之后(或與 ALE 同時)出現(xiàn)。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(nèi)( 不定) ，EOC 信號將變低電平，以指示轉(zhuǎn)換操作正在進行中，直到轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換結(jié)果。圖 ADC 0808/0809 工作時序模擬輸入通道的選擇可以相對于轉(zhuǎn)換開始操作獨立地進行(當然，不能在轉(zhuǎn)換過程中進行)，然而通常是把通道選擇和啟動轉(zhuǎn)換結(jié)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(zhuǎn)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(shù)據(jù)總線選擇。如用 EOC 信號去產(chǎn)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(chǎn)生虛假的中斷請求。為此，最好利用 EOC 上升沿產(chǎn)生中斷請求，而不是靠高電平產(chǎn)生中斷請求。 STC89C52STC89C52 采用 40 引腳的雙列直插式封裝(DIP)形式，內(nèi)部由 CPU，8KB 的ROM，512B 的 RAM，3 個 16 位的定時/計數(shù)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(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低，可靠性高，低功耗等特點。特別是內(nèi)部集成了 8KB 的 FLASH 程序存儲器，河南城建學院本科畢業(yè)設計(論文) 系統(tǒng)的硬件設計13使單片機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加簡單，也使其得到了廣泛的應用。同時，它還具有高級語言編程的特點，指令豐富，軟件開發(fā)簡單。 STC89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。具有以下標準功能：8k 字節(jié) Flash，512 字節(jié) RAM，32 位 I/O 口線，看門狗定時器，內(nèi)置 4KB EEPROM，MAX810 復位電路，三個 16 位定時器/ 計數(shù)器，一個 6 向量2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。另外 STC89X52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許 RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。最高運作頻率35MHz。綜上所述 STC89C52 單片機是一款性價比很高的單片機芯片，特別適合于儀器儀表的應用。所以本課題主要基于 STC89C52 單片機，設計一個多路傳感器數(shù)據(jù)的測量與顯示儀表。管腳圖如 所示。圖 STC89C52RC 引腳圖STC89C52RC 引腳功能說明：VCC(40 引腳)：電源電壓VSS(20 引腳 )：接地P0 端口(～ ，39～32 引腳)：P0 口是一個漏極開路的 8 位雙向 I/O 口。河南城建學院本科畢業(yè)設計(論文) 系統(tǒng)的硬件設計14作為輸出端口，每個引腳能驅(qū)動 8 個 TTL 負載，對端口 P0 寫入“1”時，可以作為高阻抗輸入。在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0 口也可以提供低 8 位地址和 8位數(shù)據(jù)的復用總線。此時，P0 口內(nèi)部上拉電阻有效。在 Flash ROM 編程時，P0端口接收指令字節(jié)；而在校驗程序時，則輸出指令字節(jié)。驗證時，要求外接上拉電阻。P1 端口(～ ，1～8 引腳)：P1 口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向I/O 口。 P1 的輸出緩沖器可驅(qū)動(吸收或者輸出電流方式 )4 個 TTL 輸入。對端口寫入 1 時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這是可用作輸入口。P1 口作輸入口使用時，因為有內(nèi)部上拉電阻，那些被外部拉低的引腳會輸出一個電流。此外， 和 還可以作為定時器 /