【正文】 語言源程序 33 附錄二：系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖 41 附錄三：實(shí)物照片 41 附錄四：元器件清單 43 [鍵入文字 ] 第 4 頁 共 41 頁 第 1 章 前言 設(shè)計(jì)背景 在人類的生活環(huán)境中，溫度扮演著極其重要的角色。自 18 世紀(jì)工業(yè)革命以來，工業(yè)發(fā)展對是否能掌握溫度有著絕對的聯(lián)系。溫度對于工業(yè)如此重要，由此推進(jìn)了溫度傳感器的發(fā)展。 在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，溫度檢測及其控制占有舉足輕重的地位，隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展和傳統(tǒng)工業(yè)改造的逐步實(shí)現(xiàn) ，能夠獨(dú)立工作的溫度檢測和顯示系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。模擬信號在長距離傳輸過程中，抗電磁干擾時令設(shè)計(jì)者傷腦筋的問題，對于多點(diǎn)溫度檢測的場合，各被檢測點(diǎn)到監(jiān)測裝置之間引線距離往往不同，此外，各敏感元件參數(shù)的不一致，這些都是造成誤差的原因，并且難以完全清除。采用單片機(jī)對溫度采集進(jìn)行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控?cái)?shù)據(jù)的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。要及時正 確地獲取各種信息，解決工程、生產(chǎn)及科研中遇到的各種具體的檢查問題，就必須合理選擇和善于應(yīng)用各種傳感器及傳感技術(shù)。但是，熱敏電阻是開發(fā)早、種類多、發(fā)展較成熟的敏感元器。熱敏電阻器是敏感元件的一類 ,按照溫度系數(shù)不同分為正溫度系數(shù)熱敏電阻器（ PTC）和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（ NTC）。正溫度系數(shù)熱敏電阻器（ PTC）在溫度越高時電阻值越大，負(fù) 溫度系數(shù)熱敏電阻器（ NTC）在溫度越高時電阻值越低，它們同屬于半導(dǎo)體器件。他具有體積小、靈敏度高、重量輕、熱慣性小、壽命長以及價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn) ,最重要的是作為溫度傳感器的熱敏電阻的靈敏度非常高，這是其他測溫傳感器所不能比擬的。 ：溫度測量范圍為 常溫 靈敏度為177。通用微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所有的軟硬件資源都可以用來支持系統(tǒng)進(jìn)行工作。 (3) 系統(tǒng)的軟硬件的應(yīng)用配置比較小，系統(tǒng)的成本較高，但二次開發(fā)時，軟硬件擴(kuò)展能力較好。 [鍵入文字 ] 第 6 頁 共 41 頁 它是由單片機(jī)及其些外圍芯片構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，是近年來微 機(jī)技術(shù)快速發(fā)展的結(jié)果，它具有如下特點(diǎn) : (1) 系統(tǒng)不具有自主開發(fā)能力，因此，系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)必須借助開發(fā)工具。系統(tǒng)的軟件一般都有應(yīng)用程序。應(yīng)用程序在 ROM 中運(yùn)行不會因外界的干擾而破壞，而且上電后系統(tǒng)立即進(jìn)入用戶狀態(tài)?；?DSP 數(shù)字信號微處理器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的特點(diǎn)如下 :精度高、靈活性好、可靠性好、容易集成、分時復(fù)用等，但其價(jià)格不菲。 [鍵入文字 ] 第 7 頁 共 41 頁 第 2章 熱敏電阻的溫度檢測裝置的系統(tǒng)論證 溫度傳感器的選擇 測量溫度的關(guān)鍵是溫度傳感器，因此需要靈敏度高、測溫范圍寬、穩(wěn)定性好，同時還要考慮成本和實(shí)際情況。部分功能電路的集成，使總體硬件設(shè)計(jì)更簡潔，能有效地降低成本， 搭建電路和焊接電路時更快，調(diào)試也更方便簡單化 ，但是這個溫度傳感器適用于精密溫度測量系統(tǒng)中。多年來 ,已經(jīng)有幾種熱電偶成為標(biāo)準(zhǔn) ,在美國 ,NIST 公布了八種熱電偶 ,讓字母代碼來識別的毫伏～溫度表。 對比之后，根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用需求，本設(shè)計(jì)采用方案二熱敏電阻傳感器。該電路可分為阻抗變換和溫度補(bǔ)償兩級，阻抗變換器 A1 是一個電壓跟隨器，它的作用是把來自傳感器送來的與溫度成比例變化的，溫度補(bǔ)償器 A2 是一個同相電壓放大器，電路元件可根據(jù)同相電壓放大器基本原則進(jìn)行選取，這一級的作用是將阻抗變換級送來的電壓信號進(jìn)行放大，同時 吸取來自鉑熱 Rt 送來的與 溫度成比例變化的電阻信號，這個電阻信號去改變放大器的靈敏度，使放大器的輸入電壓 V0 與溫度無關(guān)。 圖 21為 自動溫度補(bǔ)償電路 方案二： 溫度補(bǔ)償 還可以 采用簡單的查表法從電壓值中查出相應(yīng)的溫度值。 本設(shè)計(jì)所采用的 NTC熱敏電阻 所對應(yīng)溫度補(bǔ)償表如表 21；如圖 22 所示的是電阻溫度 曲線圖，溫度隨阻值的增加而減?。粺o論什么補(bǔ)償都有誤差，電阻與溫度的誤差如圖 23所示。 5% B25/50=3950K 精度 :177。 溫度核心模塊 方案一： S08AW60 擁有 62KB 片上在線可編程 FLASH 存儲器 和 2KB 片上 RAM， 具有模塊保護(hù)與[鍵入文字 ] 第 12 頁 共 41 頁 安全選項(xiàng)功能 ， 支持 ～ 電源。其內(nèi)部集成了 高性能模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器（ ADC） 和 串行通信模塊 ， 具有很寬的工作溫度范圍 （ 40℃ ～ +125℃ ），可適應(yīng) 各類惡劣環(huán)境 。 方案二： STC89C52 是一種低功耗、高性能 8位微控制器，具有 8K系統(tǒng)可編程 FLASH 存儲器和 256字節(jié) ROM，可實(shí)現(xiàn) 0Hz～ 33Hz 的全靜態(tài)操作，支持 ～ 電源。片上 Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。 對比之后，根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用需求，本設(shè)計(jì)選用方案二 STC89C52，因?yàn)榫哂?ISP功能，可直接通過串口下載用戶程序， 方便調(diào)試程序，內(nèi)部 8 KB 的 FLASH E2PROM 使用戶編制的程序及需要顯示的字母、 數(shù)字、漢字和圖形都可以存儲在里面，免去了擴(kuò)展外部存儲器的麻煩，因此以 STC89C52 單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)電路更簡單，十分適用于液晶顯示，在智能儀器、儀表和低功耗電子產(chǎn)品中被廣泛選用。 LED 數(shù)碼管靜態(tài)顯示，多片七段譯碼器驅(qū)動顯示，這不僅增加了成本，還需要占用單片機(jī)多個 I/O口，也給電路的焊接帶來一定的困難，因此不選用這種方案作為顯示模塊，所以排除此方案。采用動態(tài)掃描顯示，也就是在顯示過中，輪流向各位送出字形碼和相應(yīng)的字位選擇，同一時刻只有一位顯示，其他各位熄滅。 方案三： LCD 液晶顯示 ,由單片機(jī)驅(qū)動 .它主要用來顯示大量數(shù)據(jù)、文字、圖形，能夠顯示的位數(shù)多，顯示得清晰多樣、美觀，同時液晶顯示器的編寫程序簡單，價(jià)格便宜，故采用[鍵入文字 ] 第 13 頁 共 41 頁 此種方案。根據(jù)本設(shè)計(jì)需 要顯示的信息量小的特點(diǎn)，選用價(jià)格便宜的 LCD1602 液晶屏。 [鍵入文字 ] 第 14 頁 共 41 頁 第 3章 熱敏電阻的溫度檢測裝置硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 溫度采集系統(tǒng)的硬件部 分是由溫度采集模塊、 MCU 控制器模塊、溫度顯示模塊組成。 具體工作原理： 單片機(jī)通過 AD芯片對電阻兩端的電壓進(jìn)行采樣，電阻變化時其兩端的電壓會變化，這種變化是線性的，單片機(jī)可以通過計(jì)算得到電阻 值，然后通過查表得到溫度值，再通過計(jì)算得到顯示溫度值。 溫度采集模塊硬件設(shè)計(jì) 該模塊是根據(jù)熱敏電阻阻值隨溫度變化而變化的特性，利用串聯(lián)分壓的特點(diǎn)，將熱敏電阻所分的電壓送到 ADC0832 的模擬量輸入端。 AD 轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用的 AD 轉(zhuǎn)換 芯片是 ADC0832: 該芯片 為 8位分辨率 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá) 256 級，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。芯片轉(zhuǎn)換時間僅為 32μS ，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。通過 DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇 。但由于 DO端與 DI 端在通信時并未同 時有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計(jì)時可以將 DO 和 DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。 當(dāng) ADC0832 未工作時其 CS 輸入端應(yīng)為高電平，此時芯片禁用， CLK 和 DO/DI 的電平可任意。此時芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端 CLK 輸 入時鐘脈沖 ， DO/DI 端則使用 DI 端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。在第 3個脈沖下沉之前 DI端應(yīng)輸入 2 位 數(shù)據(jù)用于選擇通道功能 ： 當(dāng)此 2 位數(shù)據(jù)為 “1” 、 “0” 時，只對 CH0 進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng) 2 位數(shù)據(jù)為 “0” 、 “0” 時，將 CH0作為正輸入端IN+， CH1 作為負(fù)輸入端 IN進(jìn)行輸入。到第 3 個脈沖的下沉之后 DI端的輸入電平就失去輸入作用，此后 DO/DI 端則開始利用數(shù)據(jù)輸出 DO進(jìn)行轉(zhuǎn) 換數(shù)據(jù)的讀取。直到第 11個脈沖時發(fā)出最低位數(shù)據(jù) DATA0，一個字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。隨后輸出 8位數(shù)據(jù)，到第 19 個脈沖時數(shù)據(jù)輸出完成，也標(biāo)志著一次 A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)束。 [鍵入文字 ] 第 16 頁 共 41 頁 作為單通道模擬信號輸入時 ADC0832 的輸入電壓是 0~5V 且 8位分辨率時的電壓精度為 。但值得注意的是，在進(jìn)行 IN+與 IN的輸入時，如果 IN的電壓大于 IN+的電壓則轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)結(jié)果始終為 00H。利用芯片內(nèi)部振蕩電路，在 XTAL1 和 XTAL2 的引腳上外接定時元件，內(nèi)部振蕩器便能產(chǎn)生自激振蕩， 用示波器便可以觀察到 XATL2 輸出的正弦波，定時元件可以采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)振蕩電路，晶體可以在~12MHz 之間 選 擇 ，電容可以在 20~60pF 之間選擇，通常選為 30pF 左右，電容 C8~C9的大小對振蕩頻率有微小影響，可起頻率微調(diào)作用。 圖 33為 STC89C52外部工作電路原理圖 該電路為 STC89C52 控制器電路，其中， 、 、 口分別與 LCD1602 的 RS、R/W、 E引腳連接 ； ~ 口與 LCD1602 的 DB0~DB7 引腳連接； 是模擬量輸入端，用于輸入熱敏電阻傳感器的電壓。 P0口也可以在 外部程序存儲器時作地址的低字節(jié)，在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器[鍵入文字 ] 第 17 頁 共 41 頁 時作數(shù)據(jù)總線，此時通過內(nèi)部強(qiáng)上拉輸出 1。 P1口 可作為準(zhǔn)雙向 I/O 接口使用。對于 EPROM 編程和進(jìn)行程序校驗(yàn)時，P1口接收輸入的低 8位地址。 P2 口 2 口是帶內(nèi)部上拉的雙向 I/O,口向 P2口寫入 1時 ,P2 口被內(nèi)部上拉為高電平 ,可用作輸入口當(dāng)作為輸入腳時，被外部拉低的 P2 口會因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出電流 (見 DC 電氣特性 )。當(dāng)使用 8 位尋址方式 (MOVRi)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時 ,P2 口發(fā)送 P2特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P3 口是帶內(nèi)部上拉的雙向 I/O口，向 P3 口寫入 1 時， P3 口被內(nèi)部上拉為高電平，可用作輸入口，當(dāng)作為輸入腳時，被外部拉低的 P3 口會因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出電流 (見 DC 電氣特性 )。本課題沒有用到P3 口。 復(fù)位電路的設(shè)計(jì) STC89C52 的復(fù)位方式可以是 圖 34的 上電復(fù)位，也可以是 圖 35 的 手動復(fù)位。 RST單片機(jī)C1R1GNDVCC RST單片機(jī)C2R2GNDVCCR3S?SWPB 圖 34為 上電復(fù)位 圖 35為 手動復(fù)位 [鍵入文字 ] 第 18 頁 共 41 頁 ：上電自動復(fù)位電路是一種簡單的復(fù)位電路，只要在 RST 復(fù)位引腳接一個電容到 VCC，接一個電阻到地就可以了。為了保證系統(tǒng)安全可靠的復(fù)位， RST 引腳的高電平信號必須維持足夠長的時間。只要 VCC 的上升時間不超過 1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動上電復(fù)位。手動復(fù)位和快捷，方便，所以此次設(shè)計(jì)采用手動復(fù)位方式。 1602LCD 的第 1腳 VSS 為地電源；第 2腳接 5V 正電源；第 3腳 VL為液晶顯示器對比調(diào)整端，接正電源時對比度弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用是可以通過一個 10K 的電位器調(diào)整對比度；第 4 腳為 RS 寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時選擇指令寄存器；第 5腳為 R/W 讀寫信號線，高電平時進(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作。以上是整個 1602LCD 的功能介紹。 Vss 及 K 引腳分別是電源地、 LCD背光電源負(fù)極，直接接地。其電路原理圖如圖 36所示： [鍵入文字 ] 第