基于51單片機(jī)的溫度測量儀的設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2024-12-29 16:08 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 這樣所得到的整數(shù)量即數(shù)字量。顯然，計(jì)量單位越小，量化的誤差也越小?？梢姡鸫伪平降霓D(zhuǎn)換原理即“逐位比較”。常用的逐次逼近式 A/D器件有 ADC080 AD574A等。 （ 2）積分轉(zhuǎn)換原理 雙積分 A/D轉(zhuǎn)換采用了間接測量原理，即將被測電壓值 Vx轉(zhuǎn)換成時(shí)間常數(shù)，通過測量時(shí)間常數(shù)得到未知電壓值。所謂雙積分就是進(jìn)行一次 A/D轉(zhuǎn)換需要二次積分。轉(zhuǎn)換時(shí)，控制門通過電子開關(guān)把被測電壓 Vx加到積分器的輸入端，積分器從零開始，在固定的時(shí)間 T0內(nèi)對(duì) Vx積分（稱定時(shí)積分），積分輸出終值與 Vx 成正比。接著控制門將電子開關(guān)切換到極性與 Vx相反的基準(zhǔn)電壓 VR上，進(jìn)行反向積分，由于基準(zhǔn)電壓 VR 恒定，所以積分輸出將按T0 期間積分的值以恒定的斜率下降，當(dāng)比較器檢測積分輸出過零時(shí)，積分器停止工作。反相積分時(shí)間 T1與定值積分的初值（即定時(shí)積分的終值）成比例關(guān)系，故可以通過測量反相積分時(shí)間 T1計(jì)算出 Vx，即： Vx=( T1/ T0) VR 反相積分時(shí)間 T1 由計(jì)數(shù)器對(duì)時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)得到。由于雙積分方法的二次積分時(shí) 間比較長，因此 A/D轉(zhuǎn)換速度慢，而精度可以做得比較高。對(duì)周期變化的干擾信號(hào)積分為零，抗干擾性能也比較好。 為了得倒得結(jié)果準(zhǔn)確性，我們?cè)诔绦蚶镆布恿?16進(jìn)制到 10進(jìn)制轉(zhuǎn)換，中斷，保護(hù)現(xiàn)場等一系列得安全措施。 其程序流程圖如下： 圖 6 2 A/D轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)和參數(shù) （ 1）分辨率 (Resolution) 對(duì)于 A/D轉(zhuǎn)換器來說，分辨率反映 了輸出數(shù)字量變化一個(gè)相鄰數(shù)碼所需輸入的模擬電壓中斷查詢 采集數(shù)據(jù) 16 進(jìn)制轉(zhuǎn)換十進(jìn)制 數(shù)據(jù)分別存儲(chǔ)在寄存器 送入顯示緩存 上次采集數(shù)據(jù) 顯示結(jié)果 開中斷 中斷初始化 開 啟 中 斷 地 址7FF8H 保護(hù)現(xiàn)場 查詢八路端口 送顯存 中斷子程序 中斷子返回 恢復(fù)現(xiàn)場 關(guān)中斷 中斷返回 的變化量。分辨率定義為： 分辨率 =滿刻度電壓 /2n— 1 其中： n是 A/D轉(zhuǎn)換器中對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制代碼的位數(shù)。（如圖 7） 位數(shù) 分辨率 N 分?jǐn)?shù) %滿刻度電壓（近似） 8 1/255 9 1/511 10 1/1023 11 1/2047 12 1/4095 13 1/8191 14 1/16383 15 1/32767 16 1/65535 圖 7 表中列出了不同位數(shù)與分辨率之間的關(guān)系。從表中可以看出，一個(gè) 12 位的轉(zhuǎn)換器能分辨出滿刻度電壓的 1/(212— 1)或滿刻度電壓的 %。因此，一個(gè)滿刻度電壓為 10V 的 12位 A/D轉(zhuǎn)換器能夠分辨輸入電壓變化的最小值為 。位數(shù)越多，分辨率越高。 （ 2）量化誤差 (Quantizing Error) 當(dāng)一個(gè)分辨率有限的 A/D轉(zhuǎn)換器在進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，必須把采樣電壓化為某個(gè)規(guī)定的最小數(shù)量單位（即量化單位，記為 ULSB）的整數(shù)倍，這就是量化。實(shí)際上， ULSB是 A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)最低有效位 1所能代表的數(shù)量 。由于模擬電壓在幅值上是連續(xù)的，因此它不一定能被 ULSB整除，這樣在量化過程中不可避免地會(huì)引入誤差。 對(duì)于有限分辨率的 A/D轉(zhuǎn)換器，在不考慮其他誤差因素的情況下，其轉(zhuǎn)換特性曲線與具有無限分辨率的 A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換特性曲線之間的最大偏差，定義為量化誤差。 （ 3）線性度 (Linearity) 線性度有時(shí)又稱為非線性度（ Nonlinearity）。它是實(shí)際的轉(zhuǎn)換特性曲線與理想的轉(zhuǎn)換特性曲線之間的最大偏移量。 （ 4） 絕對(duì)精度 (Absolute Accuracy) 在一個(gè)轉(zhuǎn)換器中，任何數(shù)碼所對(duì)應(yīng)的實(shí)際模擬電壓與其 理想的電壓值之差不是一個(gè)常數(shù)。把這個(gè)差值的最大值定義為絕對(duì)精度。對(duì)于 A/D轉(zhuǎn)換器，可以在每一階梯的水平中心點(diǎn)進(jìn)行測量。絕對(duì)精度描述了在整個(gè)工作區(qū)間內(nèi)實(shí)際的輸出電壓與理想的輸出電壓之間的最大偏差。 （ 5） 轉(zhuǎn)換時(shí)間 (Conversion Time) 轉(zhuǎn)換時(shí)間定義為 A/D轉(zhuǎn)換器完成一次從模擬量的采樣到數(shù)字量的編碼所需的建立時(shí)間，顯然，它反應(yīng)了 A/D轉(zhuǎn)換的快慢，實(shí)際應(yīng)用中，只要滿足微機(jī)系統(tǒng)的要求，并不一定要用時(shí)間快的轉(zhuǎn)換器。 3 A/D轉(zhuǎn)換器的基本工作原理及器件介紹 A/D 轉(zhuǎn)換器是一種將模擬電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的轉(zhuǎn) 換電路。 A/D 轉(zhuǎn)換器，按其輸出代碼有效位數(shù)的不同可以分為 8位、 10位、 12位、 16位和 BCD碼輸出的 7/2位、 9/2位、 11/2位等多種；按其轉(zhuǎn)換速度的不同可以分為超高速（轉(zhuǎn)換時(shí)間≤ 300μ s） ,高速 (轉(zhuǎn)換時(shí)間 330μs~33μ s)、中速（轉(zhuǎn)換時(shí)間 33~333μ s）、低速（轉(zhuǎn)換時(shí)間 333μ s）等幾種。為適應(yīng)系統(tǒng)集成的需要，有些轉(zhuǎn)換芯片內(nèi)還包括多路轉(zhuǎn)換的開關(guān)、時(shí)鐘電路、基準(zhǔn)電壓源和二、十進(jìn)制譯碼器等，大大超越了原來的 A/D轉(zhuǎn)換功能，為用戶提供了方便。 大部分 A/D轉(zhuǎn)換器包括采樣保持和量化編碼電路。采樣保持電路能把一個(gè)時(shí)間連續(xù)的信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)間離散的信號(hào)，并將采樣信號(hào)保持一段時(shí)間。量化編碼電路是 A/D轉(zhuǎn)換的核心組成部分，依其形式不同， A/D轉(zhuǎn)換器可分為直接 A/D轉(zhuǎn)換器和間接 A/D轉(zhuǎn)換器。直接 A/D轉(zhuǎn)換器能將輸入的模擬電壓直接轉(zhuǎn)換為輸出的數(shù)字代碼（無中間變量）。其典型電路有并行 A/D轉(zhuǎn)換器和逐次逼近型 A/D轉(zhuǎn)換器。間接 A/D轉(zhuǎn)換器在 A/D轉(zhuǎn)換過程中，首先將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成與之成正比的時(shí)間或頻率，然后通過計(jì)數(shù)的方式轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸出。目前，間接A/D轉(zhuǎn)換器有電 壓 /時(shí)間變換型和電壓 /頻率變換型兩種。 溫度傳感器 ：（圖 8） 圖 8 圖（ 8） 三 過程論述 本試驗(yàn)分兩步，先做的是顯示，后做的采集。顯示這部分我們組借鑒的是靜態(tài)的顯示，經(jīng)過改動(dòng)而成。隨后做采集，就是通過 ADC0809進(jìn)行模擬收集。在通過 74LS373進(jìn)行譯碼。這樣一來又有個(gè)問題了。實(shí)驗(yàn)出來的室溫和人的體溫的變化太?。?4月－ 5月）。所以才有了輸入的 放大。數(shù)據(jù)是放大了。但是還要面對(duì)的是 :這樣以后顯示的卻 可以隨著溫度的變化而改變，但實(shí)質(zhì)不是顯示的溫度，只能顯示出電壓值，因?yàn)槭值臏囟茸饔?于熱敏電阻是通過模擬電壓傳給數(shù)碼管顯示的，顯示的數(shù)值都很大，這時(shí)就存在一個(gè)問題 怎樣將電壓值精確地反映為溫度值。 1 數(shù)據(jù)定標(biāo) 下面對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析定標(biāo) [12]： (1)用數(shù)字萬用表和溫度計(jì)采集溫度傳感器的溫度與阻值 溫度℃ 25 30 36 37 40 阻值 kΩ 10 最后根據(jù)二次線性擬合，又名最小二乘法，它的原理如下 ： a11x1+a12x2+?? +a1nxn=b
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