【導(dǎo)讀】隨著溫度控制精度的進(jìn)一步提高，普通的測溫傳感。度測量裝置在滿足高精度的前提下，還要求高穩(wěn)定性和強(qiáng)抗干擾性。系統(tǒng)通過單片機(jī)的片內(nèi)A/D模塊，把測溫電橋的輸出信號采集到單片機(jī)內(nèi)。由上位機(jī)進(jìn)行控制及相關(guān)參數(shù)的實時顯示和記錄。通過多次試驗，該測溫系統(tǒng)能

　　

【正文】 U 中。對于 A/D 轉(zhuǎn)換器而言，其轉(zhuǎn)換精度是一個重要的指標(biāo)，它是指數(shù)字量變化一個最小量時模擬量對應(yīng)的變化量，也就是我們常說的采樣位數(shù)。常用的采樣位數(shù)有 8 位、 10 位以及 12 位。設(shè)采樣位數(shù)為 N，模擬電壓量為 V，則最小的采樣精度為 VN*21/ 。而采樣速率是指完成一次 A/D 采樣所花費的時間。一般 MCU 中完成一次采樣要花費 15— 20 個指令周期。在對采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時，為了使采樣的數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，必須對數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理。其中最常用的濾波算法有中值濾波和均值濾波。此外，在使用一些特殊的傳感器來實現(xiàn)特殊功能時，還要采用其他的濾波算法。 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 第 14 頁 共 40 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 對于本設(shè)計中使用的 MC9S12XS128 單片機(jī)而言，它包含 16 路 8 位、 10 位和 12 位可選的 A/D 轉(zhuǎn)換模塊通道，還有 4 個用來與外部信號同步進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換的外部觸發(fā)轉(zhuǎn)換通道 ETRIG3ETRIG0，觸發(fā)方式（電平觸發(fā)和邊沿觸發(fā)）可以自行設(shè)定。具體使用可以參見 MC9S12XS128 的數(shù)據(jù)手冊。 開發(fā)環(huán)境介紹 CodeWarrior Development Studio（開發(fā)工作室） 簡稱 CW 環(huán)境是 Freescale公司開發(fā)的面向 Freescale MCU 與 DSP 嵌入式應(yīng)用的商業(yè)軟件工具，其功能強(qiáng)大，是 Freescale 向用戶推薦的產(chǎn)品。 CodeWarrior 分為 3 個版本 ：特別版、標(biāo)準(zhǔn)版和專業(yè)版，其中特別版是免費的。在 CW 環(huán)境下可以編制并調(diào)試 XS128 MCU的匯編語言、 C 語言和 C++語言程序。 CodeWarrior 包括編譯器、 源碼瀏覽器、搜索引擎、構(gòu)造系統(tǒng)、調(diào)試器、工程管理 等 功能模塊 。 其中編輯器、編譯器、連接器和調(diào)試器對應(yīng)開發(fā)過程的四個主要階段，其他模塊可以用來支持代碼瀏覽和構(gòu)造控制，工程管理器控制整個過程。該集成環(huán)境是一個多線程應(yīng)用，能在內(nèi)存中保存狀態(tài)信息、符號變和對象代碼，從而提高操作速度；能夠跟蹤代碼變化，進(jìn)行自動編譯和連接。圖 為 的使用界面。 圖 使用界面 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 第 15 頁 共 40 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ Protel DXP 2020 集成環(huán)境 Altium 公司作為 EDA 領(lǐng)域里的一個領(lǐng)先公司， Prate DXP 2020 是 Altium公司于 2020 年推出的最新版本的電路設(shè)計 軟件 ，該軟件能實現(xiàn)從概念設(shè)計，頂層設(shè)計直到輸出生產(chǎn)數(shù)據(jù)以及這之間的所有分析驗證和設(shè)計數(shù)據(jù)的管理。 之前 比較流行的 Protel 9 Protel 99 SE，就是它的前期版本。 Protel DXP 2020 已不是單純的 PCB（印制電路板）設(shè)計工具，而是由多個模塊組成的系統(tǒng)工具，分別是 SCH（原理圖）設(shè)計、 SCH（原理圖）仿真、 PCB（印制電路板）設(shè)計、 Auto Router（自動布線器）和 FPGA 設(shè)計等，覆蓋了以 PCB 為核心的整個物理設(shè)計。該軟件將 項目管理方式 、原理圖和 PCB 圖的雙向 同步技術(shù) 、多通道設(shè)計、拓樸自動布線以及 電路仿真 等技術(shù)結(jié)合在一起，為電路設(shè)計提供了強(qiáng)大的支持。與較早的版本 —— Protel99 相比， Protel DXP 2020 不僅在外觀上顯得更加豪華、人性化，而且極大地強(qiáng)化了電路設(shè)計的同步化，同時整合了 VHDL 和 FPGA 設(shè)計系統(tǒng)，其功能大大加強(qiáng)了。 圖 是 Protel DXP 2020 的部分操作 界面 。 圖 Protel DXP 2020 操作 界面 Protel DXP 2020 的有如下特點： 1 、通過設(shè)計檔包的方式，將原理圖編輯、電路仿真、 PCB 設(shè)計及打印這些功能有機(jī)地結(jié)合在一起，提供了一個集成開發(fā)環(huán)境。 2 、提供了混合電路仿真功能，為設(shè)計實驗原理圖電路中某些功能模塊的正確與否提供了方便。 3 、提供了豐富的原理圖組件庫和 PCB 封裝庫，并且為設(shè)計新的器件提供了封裝向?qū)С绦?，簡化了封裝設(shè)計過 程。 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 第 16 頁 共 40 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 4 、提供了層次原理圖設(shè)計方法，支持 “ 自上向下 ” 的設(shè)計思想，使大型電路設(shè)計的工作組開發(fā)方式成為可能。 5 、提供了強(qiáng)大的查錯功能。原理圖中的 ERC （電氣法則檢查）工具和 PCB 的 DRC （設(shè)計規(guī)則檢查）工具能幫助設(shè)計者更快地查出和改正錯誤。 6 、全面兼容 Protel 系列以前版本的設(shè)計文件，并提供了 OrCAD 格式文件的轉(zhuǎn)換功能。 7 、提供了全新的 FPGA 設(shè)計的功能，這好似以前的版本所沒有提供的功能。 Visual Basic 上位機(jī)系統(tǒng) Visual Basic 是一種由微軟公司開發(fā)的包含協(xié)助開發(fā)環(huán)境的事件驅(qū)動編程語言。從任何標(biāo)準(zhǔn)來說， VB 都是世界上使用人數(shù)最多的語言，它源自于 BASIC編程語言。 VB 擁有圖形用戶界面（ GUI）和快速應(yīng)用程序開發(fā)（ RAD）系統(tǒng)，可以輕易的使用 DAO、 RDO、 ADO 連接數(shù)據(jù)庫，或者輕松的創(chuàng)建 ActiveX 控件。程序員可以輕松的使用 VB 提供的組件快速建立一個應(yīng)用程序。 圖 （ a） Visual Basic 操作 界面 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 第 17 頁 共 40 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 圖 (b) 溫度測量監(jiān)控 界面 為了滿足系統(tǒng)設(shè)計的需求，此上位機(jī)具備了多項功能。首先，其操作界面上有各種窗口界面，包括操作提示窗口和數(shù)據(jù)顯示窗口。溫度顯示窗口以一秒鐘刷新一次數(shù)據(jù)的速度實時更新溫度值。在上位機(jī)界面的右側(cè)有一系列按鈕，分別是“開啟”、“創(chuàng)建表格”、“記錄數(shù)據(jù)”、“停止記錄”、“波形顯示”、“停止顯示”、“關(guān)閉”和“退出”。中間位置主要是顯示窗口，左邊則是顯示溫度的波形的。打開上位機(jī)之后，首先點擊“開啟”按鈕，此時操作提示窗口會顯示：“您好，歡迎使用溫度檢測系統(tǒng)，系統(tǒng)正在連接中 ......請稍后”，當(dāng)系統(tǒng)正常連接之后，會提醒：“系統(tǒng)連接正?！薄Ｈ缓?，點擊“創(chuàng)建表格”，系統(tǒng)會自動創(chuàng)建 Execl 表格，再點擊“記錄數(shù)據(jù)”，則系統(tǒng)開始記錄溫度數(shù)據(jù)。當(dāng)點擊“波形顯示”之后，上位機(jī)界面的左邊會實時顯示溫度的變化波形。當(dāng)點擊“停止顯示”后，溫度波形將不再顯示。當(dāng)點擊“關(guān)閉”后，系統(tǒng)將中斷與下位機(jī)（單片機(jī)）的通信，并且，操作提示窗口還會顯示：“系統(tǒng)已關(guān)閉，謝謝使用”。最后，點擊“退出”按鈕后，上位機(jī)將會退出使用。 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 第 18 頁 共 40 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第三章 溫度 測量 系統(tǒng)的設(shè)計 溫度 測量 系統(tǒng)概述 溫度 測量 系統(tǒng)由上位機(jī)軟件系統(tǒng)、測溫探頭組成。上位機(jī)軟件系統(tǒng)、測溫探頭之間的通過 RS232 總線進(jìn)行通訊 ， 圖 為系統(tǒng)的設(shè)計框圖 。 圖 為系統(tǒng)的設(shè)計框圖 溫度采集系統(tǒng)的基本原理 溫度 測量 系統(tǒng)由上位機(jī)軟件系統(tǒng)、測溫探頭組成，測溫探頭通過 Pt1000 鉑電阻采集現(xiàn)場溫度信號， 并且通過串口線實現(xiàn)單片機(jī)與上位機(jī)的數(shù)據(jù)傳送 ， 把探頭檢測到的溫度變化信號在上位機(jī)上實時顯示和記錄下來。 上位機(jī)軟件系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)顯示溫度，并繪制當(dāng)前溫度曲線， 通過建立 excel 表格 保存歷史溫度值 。 圖 上位機(jī)與測溫探頭通訊示意圖 RS232 是現(xiàn)在主流的串行通信接口之一 ，由于出現(xiàn)的較早，還是存在一些不足， 接口使用一根信號線和一 根信號返回線而構(gòu)成共地的傳輸形式，這種共地傳輸容易產(chǎn)生共模干擾，所以抗 噪聲干擾 性弱 。而且 傳輸距離有限，最大傳輸距 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 第 19 頁 共 40 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 離標(biāo)準(zhǔn)值為 50 英尺，實際上也只能用在 15 米左右 。 測溫探頭主要模塊 測溫探頭的硬件模塊 測溫探頭 硬 件部分由熱電阻外殼、電源模塊、 恒壓源 模塊、溫度信號 放大 處理模塊、 AD 采樣 電路 、 RS232 通訊模塊、單片機(jī) MC9S12XS128 最小系統(tǒng)。 1).單片機(jī) MC9S12XS128 最小系統(tǒng)：其中 MC9S12XS128 單片機(jī)是系統(tǒng)的核心部分。它負(fù)責(zé)接收溫度信息，并對這些信息進(jìn)行處理。 2).電源模塊：為各個電路模塊提供電源，本系統(tǒng)采用的電源芯片為 TL43LM29 LM781