智能儀器儀表課程設(shè)計.doc

智能儀表綜合課程設(shè)計摘 要隨著時代的進步和發(fā)展，智能儀表已經(jīng)普及到我們生活、工作、科研、各個領(lǐng)域，已經(jīng)成為一種比較成熟的技術(shù), 本文主要介紹了一個基于89C51單片機的溫度報警系統(tǒng)，軟件編程以及各模塊系統(tǒng)流程進行了詳盡分析，對各部分的電路也一一進行了介紹,該系統(tǒng)可以方便的實現(xiàn)實現(xiàn)溫度采集和模數(shù)轉(zhuǎn)換，并可根據(jù)需要任意設(shè)定上下限報警溫度，它使用起來相當方便，具有精度高、量程寬、靈敏度高、體積小、功耗低等優(yōu)點，適合于我們?nèi)粘Ｉ詈凸ぁ⑥r(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的溫度測量，也可以當作溫度處理模塊嵌入其它系統(tǒng)中，作為其他主系統(tǒng)的輔助擴展。AT89C51與ADC0808結(jié)合實現(xiàn)最簡溫度報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強，適合于惡劣環(huán)境下進行現(xiàn)場溫度測量，有廣泛的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：溫度報警；ADC0808；AT89C51目錄1 智能儀器儀表的簡介21.1智能儀器儀表簡介21.2智能儀器儀表的作用31.3本課題的背景和意義42 系統(tǒng)設(shè)計簡介42.1 芯片簡介42.2 設(shè)計要求52.3 設(shè)計方案論證52.4 硬件設(shè)計電路53 系統(tǒng)硬件設(shè)計63.1控制模塊63.2顯示電路73.3轉(zhuǎn)換模塊73.4報警模塊83.5系統(tǒng)總體電路圖84 設(shè)計語言及軟件介紹104.1 keil語言介紹104.2 Proteus軟件介紹104.3 keil與proteus聯(lián)調(diào)與仿真實現(xiàn)115 系統(tǒng)軟件設(shè)計125.1 程序設(shè)計思路125.2源程序135.3 調(diào)試及仿真186 結(jié) 論197 參考文獻191 智能儀器儀表的簡介1.1智能儀器儀表簡介儀器儀表（英文：instrumentation）儀器儀表是用以檢出、測量、觀察、計算各種物理量、物質(zhì)成分、物性參數(shù)等的器具或設(shè)備。真空檢漏儀、壓力表、測長儀、顯微鏡、乘法器等均屬于儀器儀表。廣義來說，儀器儀表也可具有自動控制、報警、信號傳遞和數(shù)據(jù)處理等功能，例如用于工業(yè)生產(chǎn)過程自動控制中的氣動調(diào)節(jié)儀表，和電動調(diào)節(jié)儀表，以及集散型儀表控制系統(tǒng)也皆屬于儀器儀表。1.2智能儀器儀表的作用隨著科技的不斷發(fā)展，現(xiàn)代社會對各種信息參數(shù)的準確度和精確度的要求都有了幾何級的增長，而如何準確而又迅速的獲得這些參數(shù)就需要受制于現(xiàn)代信息基礎(chǔ)的發(fā)展水平。在三大信息信息采集(即傳感器技術(shù))、信息傳輸(通信技術(shù))和信息處理(計算機技術(shù))中，傳感器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，尤其是溫度傳感器技術(shù)，在我國各領(lǐng)域已經(jīng)引用的非常廣泛，可以說是滲透到社會的每一個領(lǐng)域，人民的生活與環(huán)境的溫度息息相關(guān)，在工業(yè)生產(chǎn)過程中需要實時測量溫度，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也離不開溫度的測量，因此研究溫度的測量方法和裝置具有重要的意義。測量溫度的關(guān)鍵是溫度傳感器，溫度傳感器的發(fā)展經(jīng)歷了三個發(fā)展階段：傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器模擬集成溫度傳感器智能集成溫度傳感器。在當今信息化時代展過程中，各種信息的感知、采集、轉(zhuǎn)換、傳輸和處理的功能器件已經(jīng)成為各個應(yīng)用領(lǐng)域中不可缺少的重要技術(shù)工具。傳感器是信息采集系統(tǒng)的首要部件，是實現(xiàn)現(xiàn)代化測量和自動控制的主要環(huán)節(jié)，是現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的源頭，又是信息社會賴以存在和發(fā)展的物質(zhì)與技術(shù)基礎(chǔ)?？梢娎斫夂蛽挝諅鞲衅鞯闹R與技術(shù)有著其極重要的意義。傳感器知識面廣，如果在實踐技能的鍛煉上下功夫，單憑課堂理論課學習，勢必出現(xiàn)理論與實踐脫節(jié)的局面。任隨書本上把單片機技術(shù)介紹得多么重要、多么實用多么好用，同學們?nèi)匀粫械侥侵皇强罩袠情w，離自己十分遙遠，或者會感到對它失去興趣，或者會感到它高深莫測無從下手，這些情況都會令課堂教學的效果大打折扣。本次設(shè)計的目的就是讓我們在理論學習的基礎(chǔ)上，通過完成一個傳感品器件的設(shè)計，使我們學生不但能夠?qū)⒄n堂上學到的理論知識與實際應(yīng)用結(jié)合起來，而且能夠?qū)﹄娮与娐?、電子元器件、印制電路板等方面的知識進一步加深認識，同時在軟件編程、排版調(diào)試、焊接技術(shù)、相關(guān)儀器設(shè)備的使用技能等方面得到較全面的鍛煉和提高。1.3本課題的背景和意義 本設(shè)計主要是應(yīng)用proteus軟件和嵌入式C語言編程工具，結(jié)合單片機原理及應(yīng)用。危機原理與接口技術(shù)等專業(yè)課程，強化和鞏固專業(yè)理論基礎(chǔ)，掌握Proteus仿真的技巧和嵌入式C語言編程工具，提高單片機開發(fā)能力，并為嵌入式開發(fā)打下基礎(chǔ)。2 系統(tǒng)設(shè)計簡介2.1 芯片簡介 本設(shè)計選擇采用AT89C51單片機為核心。AT89C51提供以下標準功能：4k字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個I/O口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)震蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但震蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個硬件復位。2.2 設(shè)計要求 用可調(diào)電阻調(diào)節(jié)電壓值作為模擬溫度的輸入量，當溫度低于30時，發(fā)出長嘀報警聲和光報警，當溫度高于60時，發(fā)出短嘀報警聲和光報警。測量的溫度范圍在099。2.3 設(shè)計方案論證根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計要求，選擇ADC0808作為本系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，選擇單片機AT89C51為測控系統(tǒng)的核心來完成數(shù)據(jù)采集、處理、顯示等功能。該系統(tǒng)的總體設(shè)計思路如下：ADC0808模數(shù)轉(zhuǎn)換器把模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量即溫度，發(fā)送到AT89C51單片機上，經(jīng)過51單片機處理，將把溫度在顯示電路上顯示，當溫度高于60時，發(fā)出短嘀報警聲和光報警。測量的溫度范圍在099。 按照系統(tǒng)設(shè)計功能的要求，確定系統(tǒng)由4個模塊組成：顯示模塊、控制模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、報警模塊。本課題以是89C51單片機為核心設(shè)計的一種數(shù)字溫度控制系統(tǒng)，系統(tǒng)整體硬件電路包括，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，溫度顯示電路，單片機主板電路等組成。2.4 硬件設(shè)計電路溫度報警器設(shè)計電路圖如圖2.4所示,控制器使用單片機AT89C51,模數(shù)轉(zhuǎn)換器選ADC0808,用LED實現(xiàn)溫度顯示。a) 把“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中的P1.0P1.7與“動態(tài)數(shù)碼顯示”區(qū)域中的ABCDEFGH端口用8芯排線連接。b) 把“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中的P2.0P2.7與“動態(tài)數(shù)碼顯示”區(qū)域中的S1S2S3S4S5S6S7S8端口用8芯排線連接。c) 把“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中的P3.0與“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊”區(qū)域中的ST端子用導線相連接。d) 把“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中的P3.1與“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊”區(qū)域中的OE端子用導線相連接。e) 把“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中的P3.2與“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊”區(qū)域中的EOC端子用導線相連接。f) 把“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中的P3.3與“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊”區(qū)域中的CLK端子用導線相連接。g) 把“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊”區(qū)域中的A2A1A0端子用導線連接到“電源模塊”區(qū)域中的GND端子上。h) 把“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊”區(qū)域中的IN0端子用導線連接到“三路可調(diào)電壓模塊”區(qū)域中的VR1端子上。i) 把“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中的P0.0P0.7用8芯排線連接到“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊”區(qū)域中的D0D1D2D3D4D5D6D7端子上。j) 把“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中的P3.6、P3.7用導線分別連接到“八路發(fā)光二極管指示模塊”區(qū)域中的L1、L2上。k) 把“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中的P3.5用導線連接到“音頻放大模塊”區(qū)域中的SPK IN端口上。l) 把“音頻放大模塊“區(qū)域中的SPK OUT插入音頻喇叭。 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1控制模塊圖3-1 AT89C51引腳圖3.2顯示電路如圖所示：圖3-2顯示路3.3轉(zhuǎn)換模塊圖3-3 ADC0808原理圖3.4報警模塊 圖3-4 報警模塊3.5系統(tǒng)總體電路圖 溫度計電路設(shè)計原理圖如圖3-7所示,控制器使用單片機AT89C51,轉(zhuǎn)換模塊使用ADC0808,用LED實現(xiàn)溫度顯示。 圖3-5系統(tǒng)總體設(shè)計圖4 設(shè)計語言及軟件介紹4.1 keil語言介紹 Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系 統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢。因而易學易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境uVision將這些部分組合在一起。運行Keil軟件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。4.2 Proteus軟件介紹 Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機，與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。具有智能原理圖設(shè)計，完善的電路仿真功能，單片機協(xié)同仿真功能，實用的PCB設(shè)計平臺等功能。Proteus的資源豐富，Proteus可提供的仿真元器件資源：仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件，有30多個元件庫。Proteus提供了比較豐富的測試信號用于電路測試這些測試包括模擬信號和測試信號。在PROTEUS繪制好原理圖后，調(diào)入已編譯好的目標代碼文件：*.HEX，可以在PROTEUS的原理圖中看到模擬的實物運行狀態(tài)和過程。課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計是學生走向就業(yè)的重要實踐環(huán)節(jié)。由于PROTEUS提供了實驗室無法相比的大量的元器件庫，提供了修改電路設(shè)計的靈活性、提供了實驗室在數(shù)量、質(zhì)量上難以相比的虛擬儀器、儀表，因而也提供了培養(yǎng)學生實踐精神、創(chuàng)造精神的平臺。廣泛應(yīng)用到教學，技能考評，產(chǎn)品開發(fā)等眾多領(lǐng)域。 Proteus ISIS的工作界面是一種標準的Windows界面，包括：標題欄、主菜單、標準工具欄、繪圖工具欄、狀態(tài)欄、對象選擇按鈕、預覽對象方位控制按鈕、仿真進程控制按鈕、預覽窗口、對象選擇器窗口、圖形編輯窗口。 4.3 keil與proteus聯(lián)調(diào)與仿真實現(xiàn) 雙擊圖標進入keil uVision2編程環(huán)境，輸入程序。返回桌面雙擊圖標進入Proteus仿真環(huán)境。點擊左上角選項P后根據(jù)設(shè)計的電路圖調(diào)出所需元件畫好硬件原理圖如圖所示。然后按照4.1節(jié)所寫步驟設(shè)置keil和proteus的工作環(huán)境。實現(xiàn)keil和proteus的聯(lián)調(diào)。 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計5.1 程序設(shè)計思路主程序框圖開 始設(shè)定溫度上下限顯示當前溫度判斷當前溫度值是否為300C？YNNY溫度30？ Y燈亮，發(fā)出短嘀報警燈亮，發(fā)出長嘀報警結(jié)束5.2源程序#include unsigned char code dispbitcode=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7, 0xef,0xdf,0xbf,0x7f;unsigned char code dispcode=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66, 0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00;unsigned char dispbuf8=10,10,10,10,10,10,0,0;unsigned char dispcount;unsigned char getdata;unsigned int temp;unsigned char i;sbit ST=P30;sbit OE=P31;sbit EOC=P32;sbit CLK=P33;sbit LED1=P36;sbit LED2=P37;sbit SPK=P35;bit lowflag;bit highflag;unsigned int cnta;unsigned int cntb;bit alarmflag;void main(void) ST=0; OE=0; TMOD=0x12; TH0=0x216; TL0=0x216; TH1=(65536-4000)/256; TL1=(65536-4000)%256; TR1=1; TR0=1; ET0=1; ET1=1; EA=1; ST=1; ST=0; while(1) if(lowflag=1) &(highflag=0) LED1=0; LED2=1; else if(highflag=1) & (lowflag=0) LED1=1; LED2=0; else LED1=1; LED2=1; void t0(void) interrupt 1 using 0 CLK=CLK;void t1(void) interrupt 3 using 0 TH1=(65536-500)/256; TL1=(65536-500)%256; if(EOC=1) OE=1; getdata=P0; OE=0; temp=getdata*25; temp=temp/64; dispbuf6=temp/10; dispbuf7=temp%10; if(getdata153) lowflag=0; highflag=1; else lowflag=0; highflag=0; ST=1; ST=0; P2=0xff; P1=dispcodedispbufdispcount; P2=dispbitcodedispcount; dispcount+; if(dispcount=8) dispcount=0; if(lowflag=1) & (highflag=0) cnta+; if(cnta=800) cnta=0; alarmflag=alarmflag; if(alarmflag=1) SPK=SPK; else if(lowflag=0) & (high