【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 0Ω和 10Ω，其中優(yōu)選值為 100Ω。0℃時(shí)電阻值為 10Ω的鉑電阻傳感器一般用于 600℃以上溫度的測(cè)量。本次設(shè)計(jì)選Pt100。 2） 鉑電阻溫度與電阻的關(guān)系 在 200~0℃范圍內(nèi)，鉑電阻的電阻值 Rt與溫度 t 的關(guān)系為： 浙江科技學(xué)院信息與電子工程學(xué)院 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 班級(jí) ： 02 電子 B 班 學(xué)號(hào) ： 20243047 姓名 ： 張 必 康 第 15 頁(yè) 共 51 頁(yè) Rt=R0[1 + At + Bt2 +C(t 100℃ )t3] （ 式 41） 在 0~800℃范圍內(nèi)， Rt與 t 的關(guān)系為： Rt=R0(1 + At + Bt2) （式 42） 式中 Rt—— 溫度為 t℃時(shí)鉑電阻的電阻值； R0—— 0℃ 時(shí)鉑電阻的電阻值； A、 B、 C分別為常數(shù)，其數(shù)值為： A= 103/℃ B= 107/℃ 2 C= 1012/℃ 4 滿足上述關(guān)系的鉑電阻，其溫度系數(shù)為： α = 103/℃ 3） 誤差分析 鉑電阻按允許 偏差可分為 A和 B二個(gè)等級(jí)，它們的允許誤差為 177。（ +|t|）℃和177。（ 177。 |t|℃）。鉑電阻的缺點(diǎn)主要是易碎，且一般不易測(cè)量點(diǎn)溫。 4)溫度值計(jì)算 由鉑電阻溫度與電阻的關(guān)系可知， 如果根據(jù)式 41和式 42進(jìn)行溫度計(jì)算 ,需要求解二階和三階方程的解 ,計(jì)算程序復(fù)雜 ,精度也難以保證。為克服鉑電阻的非線性和圖 1 所示測(cè)溫橋路輸出的非線性 ,我們認(rèn)為最行之有效的方法是讓單片機(jī)采用查表和線性插值法 . 5) 平衡電橋電阻選擇 當(dāng)取 R1 = R2 = R 時(shí) ,橋路中兩 個(gè)平衡點(diǎn) AN1和 AN2 上的電位分別為 V AN1=R T/（ R + R T） V C , (1) V AN2=R0/(R + R0) V C , (2) 所以 ,模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入電壓為 V IN = V AN1 V AN2=R ( R T R0)/(R2 + R R T + R R0 + R0 R T) V C , (3) 取 AD7714 為雙端輸入 ,在片測(cè)量放大器的放大增益系數(shù)為 32 時(shí) , 則 AD7714 的滿量程輸入值 V INMAX 為 V/ 32 = 177。 39 mV。所以 ,當(dāng) V C = V ,RT = 138. 5Ω (Pt100 鉑電阻在 100 ℃時(shí)的電阻值 ) ,R0 = 100Ω (Pt100 鉑電阻在 0 ℃時(shí)的電阻值 ) 和 V IN = 177。 39mV 時(shí) ,可從式 (3) 的二次方程中解得橋路電阻器 R的兩個(gè)值 :2300Ω和 6. 229Ω。考慮到電流大了會(huì)產(chǎn)生熱效應(yīng) ,R 的值取前者。為保證測(cè)量準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度 ,R和 R0 采用了精密線繞電阻器 . 為保證模擬轉(zhuǎn)換器件AD7714 的測(cè)量線性度 ,應(yīng)將測(cè)量線路中的模擬地和數(shù)字地嚴(yán)格分開(kāi) ,只在一點(diǎn)相連 ,鉑電阻平衡橋電路的接地端和基準(zhǔn)參考源的接地端接 到了器件的模擬地 ,晶振浙江科技學(xué)院信息與電子工程學(xué)院 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 班級(jí) ： 02 電子 B 班 學(xué)號(hào) ： 20243047 姓名 ： 張 必 康 第 16 頁(yè) 共 51 頁(yè) 電路的接地端接到了器件的數(shù)字地。 模擬電路設(shè)計(jì)如圖 41 41 溫度采集電橋 A/D7714 模數(shù)轉(zhuǎn)換 模數(shù)轉(zhuǎn)換選擇 本系統(tǒng)要求的控制精度很高（ 小于177。 ℃），一般的 A/D轉(zhuǎn)換器不能滿足測(cè)量要求，為保險(xiǎn)起見(jiàn)選用 24位的 A/D 轉(zhuǎn)換器，本系統(tǒng)選用 AD7714 。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 AD7714 是Σ Δ型串行輸出模數(shù)轉(zhuǎn)換器 [2 ] ,它使用和差轉(zhuǎn)換技術(shù)以實(shí)現(xiàn)高達(dá) 24 位的無(wú)誤碼性能。 AD7714 的非線性度小于 0. 0015 %。它具有浙江科技學(xué)院信息與電子工程學(xué)院 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 班級(jí) ： 02 電子 B 班 學(xué)號(hào) ： 20243047 姓名 ： 張 必 康 第 17 頁(yè) 共 51 頁(yè) 的前端可編程放大器的增益值在 1～ 128 內(nèi)可控 。片內(nèi)含可編程低通濾波器 ,允許調(diào)準(zhǔn)濾波器的截止頻率和穩(wěn)定時(shí)間 。使用單電源工作 。尤其是簡(jiǎn)單的三線數(shù)據(jù)接口 ,不僅簡(jiǎn)化了對(duì)器件的操作 ,而且減少了對(duì)系統(tǒng)資源的占用。 A/D7714 與 89C52 接口 AD7714 和 AT89C52 的接口可以通過(guò)兩種方式 實(shí)現(xiàn)，一種是用 AT89C52 的RXD()與 AD7714 的 DATAIN 和 DATAOUT 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送， 并利用 AT89C52 的 TXD自帶的時(shí)鐘信號(hào)提供給 AD7714的 SCLK；一種是用 AT89C52的某一端 口位 (如 )與 AD7714 的 DATAIN 和 DATAOUT 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，對(duì)另一端口位 (如 )編程產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)以提供給 AD7714 的 SCLK。 本系統(tǒng)用 第 二 種連接方式，是用 AT89C52 的某一端 口位 AD7714 的 DATAIN 和 DATAOUT 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，對(duì)另一端口位 編程產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)以提供給 AD7714 的 SCLK。并通過(guò) 監(jiān)視 通信寄存器的 DRDY 位以確定數(shù)據(jù)寄存器何時(shí)有新數(shù)據(jù)，當(dāng)然也可以用 AT89C52 的一個(gè)端口位與 AD7714 的 DRDY 引腳相連， 以輪詢的方式來(lái)確定，另外還可以以中斷方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。 如圖 42所示： 42 A/D7714 與 89C52 接口 電源去耦 當(dāng)使用 TLC2543 這種 12 位器件時(shí)，必須注意電路板設(shè)計(jì)，每個(gè)集成電路的電源浙江科技學(xué)院信息與電子工程學(xué)院 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 班級(jí) ： 02 電子 B 班 學(xué)號(hào) ： 20243047 姓名 ： 張 必 康 第 18 頁(yè) 共 51 頁(yè) 必須用一個(gè) 的陶瓷電容連接地端，用作去耦。推薦每個(gè)電源端和陶瓷電容并聯(lián)一個(gè) 10uF 的電容，特別是在噪聲環(huán)境。 顯示電路 本系統(tǒng)顯示電路采用 MAX7219 芯片驅(qū)動(dòng) 8 位數(shù)碼管， MAX7219 芯片就是用于動(dòng)態(tài)掃描顯示驅(qū)動(dòng)的芯片。該芯片的特點(diǎn)是利用一塊 芯片就能完成 8 位字?jǐn)?shù)據(jù)和 8位線數(shù)據(jù)的驅(qū)動(dòng) ,使得電路緊湊。多芯片級(jí)聯(lián)時(shí)，采用串行輸入輸出，可節(jié)省CPU 的口線和接口芯片。與數(shù)碼管聯(lián)接時(shí)無(wú)需限流電阻， 8 位顯示的電流可通過(guò)一個(gè)外部電阻進(jìn)行調(diào)節(jié)。顯示亮度也可通過(guò)程序進(jìn)行控制。片內(nèi)具有 BCD 碼譯碼選擇，可以對(duì)輸入的數(shù)據(jù)先進(jìn)行譯碼再驅(qū)動(dòng)輸出，也可以將輸入的數(shù)據(jù)直接驅(qū)動(dòng)。如圖 43 所示 43 MAX顯示電路 外部接口電平轉(zhuǎn)換 本系統(tǒng)采用 MAX202 電平轉(zhuǎn)換芯片， MAX202 使用 +5V 電壓供電，片內(nèi)有電壓 倍增器和電壓變換器，輸出 RS232 需要的 177。10V 電平，內(nèi)部有兩個(gè)發(fā)送器和兩個(gè)接收器。每個(gè)發(fā)送器輸出和接收器輸入勿需封閉便可抗 15kV 靜電放電的沖擊，在數(shù)據(jù)率達(dá) 120kb/S 時(shí)符合 RS232 的傳輸指標(biāo)。 MAX202 只需四個(gè)外接電容就可正常工作。四個(gè)電容應(yīng)選擇體積較小、受溫度影響較小的獨(dú)石瓷片電容（ ）。 圖 44 為 MAX202 與單片機(jī)的接口電路 浙江科技學(xué)院信息與電子工程學(xué)院 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 班級(jí) ： 02 電子 B 班 學(xué)號(hào) ： 20243047 姓名 ： 張 必 康 第 19 頁(yè) 共 51 頁(yè) 44 MAX202與 89C51接口電路 提高單片機(jī)系統(tǒng)抗干擾能力的主要手段 1. 接地 這里的接地指接大地， 也稱作保護(hù)地。為單片機(jī)系統(tǒng)提供良好的地線，對(duì)提高系統(tǒng)的抗干擾能力極為有益。特別是對(duì)有防雷擊要求的系統(tǒng)，良好的接地至關(guān)重要。上面提到的一系列抗干擾元件，意在將雷擊、浪涌式干擾以及快脈沖群干擾去除，而去除的方法都是將干擾引入大地，如果系統(tǒng)不接地，或雖有地線但接地電阻過(guò)大，則這些元件都不能發(fā)揮作用。為單片機(jī)供電的電源的地俗稱邏輯地，它們和大地的地的關(guān)系可以相通、浮空、或接一電阻，要視應(yīng)用場(chǎng)合而定。不能把地線隨便接在暖氣管子上。絕對(duì)不能把接地線與動(dòng)力線的火線、零線中的零線混淆。 2. 隔離與屏蔽 典型的信號(hào)隔離是光 電隔離。使用光電隔離器件將單片機(jī)的輸入輸出隔離開(kāi)，一方面使干擾信號(hào)不得進(jìn)入單片機(jī)系統(tǒng)，另一方面單片機(jī)系統(tǒng)本身的噪聲也不會(huì)以傳導(dǎo)的方式傳播出去。屏蔽則是用來(lái)隔離空間輻射的，對(duì)噪聲特別大的部件，如開(kāi)關(guān)電源，用金屬盒罩起來(lái)，可減少噪聲源對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的干擾。對(duì)特別怕干浙江科技學(xué)院信息與電子工程學(xué)院 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 班級(jí) ： 02 電子 B 班 學(xué)號(hào) ： 20243047 姓名 ： 張 必 康 第 20 頁(yè) 共 51 頁(yè) 擾的模擬電路，如高靈敏度的弱信號(hào)放大電路可屏蔽起來(lái)。而重要的是金屬屏蔽本身必須接真正的地。 3. 濾波 濾波指各類信號(hào)按頻率特性分類并控制它們的方向。常用的有各種低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器。低通濾波器用在接入的交流電源線上，旨在讓 50周的交流電 順利通過(guò)，將其它高頻噪聲導(dǎo)入大地。低通濾波器的配置指標(biāo)是插入損耗，選擇的低通濾波器插入損耗過(guò)低起不到抑制噪聲的作用，而過(guò)高的插入損耗會(huì)導(dǎo)致“漏電”，影響系統(tǒng)的人身安全性。高通、帶通濾波器則應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)中對(duì)信號(hào)的處理要求選擇使用。 印制電路板的設(shè)計(jì)對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)能否抗干擾非常重要。要本著盡量控制噪聲源、盡量減小噪聲的傳播與耦合，盡量減小噪聲的吸收這三大原則設(shè)計(jì)印制電路板和布線。當(dāng)你設(shè)計(jì)單片機(jī)用印制電路板時(shí)，不仿對(duì)照下面的條條檢查一下。 印制電路板要合理區(qū)分，單片機(jī)系統(tǒng)通?？煞秩齾^(qū)，即模擬電路區(qū) (怕干擾 )，數(shù)字電路 區(qū) (即怕干擾、又產(chǎn)生干擾 )，功率驅(qū)動(dòng)區(qū)（干擾源）。 印刷板按單點(diǎn)接電源、單點(diǎn)接地原則送電。三個(gè)區(qū)域的電源線、地線由該點(diǎn)分三路引出。噪聲元件與非噪聲元件要離得遠(yuǎn)一些。 使用滿足系統(tǒng)要求的最低頻率的時(shí)鐘，時(shí)鐘產(chǎn)生器要盡量靠近用到該時(shí)鐘的器件。 石英晶體振蕩器外殼要接地，時(shí)鐘線要盡量短，且不要引得到處都是。 使用 45 度的折線布線，不要使用 90 度的折線 ,以減小高頻信號(hào)的發(fā)射。 時(shí)鐘線垂直于 I/O 線比平行于 I/O 線干擾小，時(shí)鐘線要遠(yuǎn)離 I/O 線。 每個(gè)集成電路要加一個(gè)去耦電容，要選高頻信號(hào)好的獨(dú)石電容式瓷片電容作去耦電 容。去耦電容焊在印制電路板上時(shí)，引腳要盡量短。 需要時(shí)，電源線、地線上可加銅線繞制鐵氧用體而成的高頻扼流器件阻斷高頻噪聲的傳導(dǎo)。 浙江科技學(xué)院信息與電子工程學(xué)院 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 班級(jí) ： 02 電子 B 班 學(xué)號(hào) ： 20243047 姓名 ： 張 必 康 第 21 頁(yè) 共 51 頁(yè) 第五章 軟件設(shè)計(jì) 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言與軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的選用 本設(shè)計(jì)中采用的處理器是 AT89C52 單片機(jī)，由此可采用面向 MCS51 的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，包括 ASM51 匯編語(yǔ)言和 C51 高級(jí)語(yǔ)言，這兩種語(yǔ)言各有特點(diǎn)。匯編語(yǔ)言更接近機(jī)器語(yǔ)言，常用來(lái)編制與系統(tǒng)硬件相關(guān)的程序，如訪問(wèn) I/O 端口、中斷處理程序、實(shí)時(shí)控制程序、實(shí)時(shí)通信程序等；而數(shù) 學(xué)運(yùn)算程序則適合用 C51高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)，因?yàn)橛酶呒?jí)語(yǔ)言編寫(xiě)運(yùn)算程序可提高編程效率和應(yīng)用程序的可靠性。 考慮到匯編語(yǔ)言的以下特點(diǎn)，在智能測(cè)控裝置的基本功能軟件開(kāi)發(fā)中，全部程序均采用 ASM51 匯編語(yǔ)言編寫(xiě)： 1. 匯編語(yǔ)言是最基本的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。迄今為止，匯編語(yǔ)言仍然是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)底層軟件（例如匯編程序、 PC 機(jī)的 BIOS 等）設(shè)計(jì)的基本語(yǔ)言； 2. 能充分利用機(jī)器的硬件功能與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。匯編語(yǔ)言與機(jī)器語(yǔ)言密切相關(guān)，因此能透徹地反映計(jì)算機(jī)硬件的功能與特點(diǎn)。程序員可充分利用機(jī)器硬件系統(tǒng)的許多特性（如寄存器、標(biāo)志位以及 一些特殊指令等）。這樣能充分發(fā)揮程序設(shè)計(jì)的技巧； 3. 用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的程序比起用高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)程序具有更高的系統(tǒng)性能。匯編語(yǔ)言程序具有執(zhí)行速度快和節(jié)省存儲(chǔ)空間的特點(diǎn)，它可以精確地描述算法，把計(jì)算過(guò)程和控制過(guò)程刻畫(huà)得更具體； 4. 實(shí)時(shí)性能好。用匯編語(yǔ)言編制的程序可以對(duì)各種接口芯片及 I/O 端口直接進(jìn)行控制，實(shí)時(shí)性能好。對(duì)于一些應(yīng)用領(lǐng)域（例如工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)等）匯編語(yǔ)言是不可缺少的，一般高級(jí)語(yǔ)言不適合這種應(yīng)用，因?yàn)橐话愀呒?jí)語(yǔ)言不能充分地利用計(jì)算機(jī)硬件所提供的諸如中斷等方面的功能。