基于PT100的溫度測(cè)試儀

1、部分項(xiàng)目得分設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)方案與論證5分理論分析與軟件說(shuō)明5分主要電路說(shuō)明、測(cè)試方法6分?jǐn)?shù)據(jù)、結(jié)果分析4分合計(jì)20分基本部分完成1項(xiàng)：25分完成2項(xiàng)：25分完成3項(xiàng)：10分合計(jì)60分發(fā)揮部分其他擴(kuò)展功能20分第一章 概述第二章 設(shè)計(jì)方案與論證本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的溫度測(cè)量系統(tǒng)是把熱電阻信號(hào)通過(guò)傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)采集電路轉(zhuǎn)換成A/D輸入的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。之后A/D將模擬電壓信號(hào)變轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后送入單片機(jī)（MCU）進(jìn)行處理和運(yùn)算，單片機(jī)將處理的數(shù)據(jù)通過(guò)LED數(shù)碼管顯示。整體方案設(shè)計(jì)流程圖如下。處 理 電 路 A/D轉(zhuǎn) 換顯 示 模 塊傳 感 器 單 片 機(jī) 供電電源傳感器選擇溫度測(cè)量的方案有很

2、多種，可以采用傳統(tǒng)的分立式傳感器、模擬集成傳感器以及新興的智能型傳感器。 方案一：采用模擬分立元件 如電容、電感或晶體管等非線形元件，該方案設(shè)計(jì)電路簡(jiǎn)單易懂，操作簡(jiǎn)單，且價(jià)格便宜，但采用分立元件分散性大，不便于集成數(shù)字化，而且測(cè)量誤差大。 方案二：采用溫度傳感器   通過(guò)溫度傳感器采集溫度信號(hào)，經(jīng)信號(hào)放大器放大后，送到A/D轉(zhuǎn)換芯片，將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，傳送給單片機(jī)控制系統(tǒng)，最后經(jīng)過(guò)LED顯示溫度。 熱電阻也是最常用的一種溫度傳感器。它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定，使用方便，測(cè)量范圍為-200850，完全滿足要求，考慮到鉑電阻的測(cè)量精確度是最高的，所以我們?cè)O(shè)計(jì)最終選擇

3、鉑電阻Pt100作為傳感器。該方案采用熱電阻Pt100做為溫度傳感器、OP07作為信號(hào)放大器，對(duì)于溫度信號(hào)的采集具有大范圍、高精度的特點(diǎn)。相對(duì)與方案一，在功能、性能、可操作性等方面都有較大的提升。在這里我選用方案二完成本次設(shè)計(jì)。放大器選擇 Op07是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運(yùn)算放大器。由于OP07具有非常低的輸入失調(diào)電壓（對(duì)于OP07A最大為25V），所以O(shè)P07在很多應(yīng)用場(chǎng)合不需要額外的調(diào)零措施。OP07同時(shí)具有輸入偏置電流低（OP07A為±2nA）和開(kāi)環(huán)增益高（對(duì)于OP07A為300V/mV）的特點(diǎn)，這種低失調(diào)、高開(kāi)環(huán)增益的特性使得OP07特別適用于高增益的測(cè)量設(shè)備和放大傳

4、感器的微弱信號(hào)等方面。 寬的輸入電壓范圍（最少±13V）與高達(dá)110dB（OP07A）的共模抑制比和高輸入阻抗的結(jié)合，在同相電路阻態(tài)中提供了很高的精度，即使在很高的閉環(huán)增益下，也能保持極好的線性和增益精度。 失調(diào)和增益對(duì)時(shí)間或溫度變化的穩(wěn)定性也是極好的。不加外調(diào)零措施的OP07的精度和穩(wěn)定性，即使在高增益下也能使OP07成為一種新的儀器用和軍用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 OP07A和OP07適用于在-55到+125的整個(gè)軍用范圍內(nèi)。 熱電阻（PT100）接法熱電阻是把溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻值變化的一次元件，通常需要把電阻信號(hào)通過(guò)引線傳遞到計(jì)算機(jī)控制裝置或者其它一次儀表上。工業(yè)用熱電阻安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，與

5、控制室之間存在一定的距離，因此熱電阻的引線對(duì)測(cè)量結(jié)果會(huì)有較大的影響。目前熱電阻的引線主要有三種方式：1、二線制：在熱電阻的兩端各連接一根導(dǎo)線來(lái)引出電阻信號(hào)的方式叫二線制：這種引線方法很簡(jiǎn)單，但由于連接導(dǎo)線必然存在引線電阻r，r大小與導(dǎo)線的材質(zhì)和長(zhǎng)度的因素有關(guān)，因此這種引線方式只適用于測(cè)量精度較低的場(chǎng)合。2、三線制：在熱電阻的根部的一端連接一根引線，另一端連接兩根引線的方式稱為三線制，這種方式通常與電橋配套使用，可以較好的消除引線電阻的影響，是工業(yè)過(guò)程控制中的最常用的引線電阻。3、四線制：在熱電阻的根部?jī)啥烁鬟B接兩根導(dǎo)線的方式稱為四線制，其中兩根引線為熱電阻提供恒定電流I，把R轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)U，

6、再通過(guò)另兩根引線把U引至二次儀表?？梢?jiàn)這種引線方式可完全消除引線的電阻影響，主要用于高精度的溫度檢測(cè)。在本設(shè)計(jì)中熱電阻采用三線制接法。采用三線制是為了消除連接導(dǎo)線電阻引起的測(cè)量誤差。這是因?yàn)闇y(cè)量熱電阻的電路一般是不平衡電橋。熱電阻作為電橋的一個(gè)橋臂電阻，其連接導(dǎo)線（從熱電阻到中控室）也成為橋臂電阻的一部分，這一部分電阻是未知的且隨環(huán)境溫度變化，造成測(cè)量誤差。采用三線制，將導(dǎo)線一根接到電橋的電源端，其余兩根分別接到熱電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上，這樣消除了導(dǎo)線線路電阻帶來(lái)的測(cè)量誤差。第三章 理論分析與主要電路說(shuō)明電源模塊電子技術(shù)課程中所介紹的直流穩(wěn)壓電源一般是線性穩(wěn)壓電源, 它的特點(diǎn)是起電壓

7、調(diào)整功能的器件始終工作在線性放大區(qū)，由50Hz工頻變壓器、整流器、濾波器和串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓器組成。它的基本工作原理為：工頻交流電源經(jīng)過(guò)變壓器降壓、 整流、濾波、再次濾波后成為一穩(wěn)定的直流電。圖中其余部分是起電壓調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓作用的控制部分。電源接上負(fù)載后，通過(guò)采樣電路獲得輸出電壓，將此輸出電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。如果輸出電壓小于基準(zhǔn)電壓，則將誤差值經(jīng)過(guò)放大電路放大后送入調(diào)節(jié)器的輸入端，通過(guò)調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)使輸出電壓增加，直到與基準(zhǔn)值相等；如果輸出電壓大于基準(zhǔn)電壓，則通過(guò)調(diào)節(jié)器使輸出減小。這種穩(wěn)壓電源具有優(yōu)良的紋波及動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。本設(shè)計(jì)采用固定集成輸出集成穩(wěn)壓電路，它主要由變壓器（雙6V，5W）、集成整流

8、橋、集成穩(wěn)壓器LM7805（+5V）和LM7905(-5V)、極性電容（100uF和1000uF）構(gòu)成。如圖5-1所示。 圖5-1 穩(wěn)壓電源1) 二極管（4個(gè)）：組成全波整流橋電路，正半周期時(shí)右上和左下兩個(gè)二極管導(dǎo)通，負(fù)半周期左上和右下兩個(gè)二極管導(dǎo)通，使電壓信號(hào)都位于t軸上方； 圖5-2 電壓輸入波形 圖5-3 整流之后波形（i和u）2) 極性電容（4個(gè)）：濾波作用，當(dāng)電壓信號(hào)逐漸增大時(shí)候向電容里充電，當(dāng)電容里電荷達(dá)到一定時(shí)，停止充電，當(dāng)電壓信號(hào)低于電容存儲(chǔ)的電荷的電壓時(shí)，電容開(kāi)始放電，放到一定程度又開(kāi)始充電，周而復(fù)始，形成周期；圖5-3 電容濾波電路3)7805/7905:穩(wěn)壓塊，7805穩(wěn)

9、壓輸出+5V電壓，7905穩(wěn)壓輸出-5V電壓。采集模塊熱電阻的阻值隨溫度的變化而變化，所以我們可以把熱電阻的阻值變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)后續(xù)的放大電路將采集到的電壓放大到一定倍數(shù)，被A/D采集并輸入到單片機(jī)內(nèi)部。由于在實(shí)驗(yàn)室中恒流發(fā)生電路比較簡(jiǎn)單常用，而且電壓信號(hào)采集簡(jiǎn)單、測(cè)量方便，所以本設(shè)計(jì)采用恒流源測(cè)電壓方法實(shí)現(xiàn)熱電阻和電壓信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。恒流源電路可以產(chǎn)生1mA恒定電流，把熱電阻Rt的阻值轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)Uo（Uo=Rt*1mA），如圖3-1所示。電壓放大電路主要是把電壓信號(hào)放大一定的倍數(shù)，能被A/D比較精確地采集到。 圖3-1 溫度采集及信號(hào)處理電路第一部分 恒流源發(fā)生電路如圖

10、3-1（a）所示： 圖3-1（a）恒流源發(fā)生電路1） LM336-2.5穩(wěn)壓管：穩(wěn)壓作用，將放大器3腳電壓鉗制到2.5V左右；2） R12（2.4K）電阻：根據(jù)“虛斷”原理，U3 = U2，I = 2.5V/2.4K = 1mA；3） 9012 復(fù)合三極管：又叫達(dá)林頓管，將系數(shù)放大，即 = 2 ，使達(dá)林頓 管集電極和發(fā)射極電流相等，即Ic = Ib = I，從而大大減小Ib的值；4） R14（10K）電阻 ：保護(hù)前端放大器作用，防止Ib過(guò)大，進(jìn)入運(yùn)放6腳；第二部分 三線制處理及輸出放大如圖3-2（b）所示： 圖3-1（b）三線制處理及輸出放大電路1）200電位器代替Pt100，實(shí)驗(yàn)時(shí)將電位器調(diào)

11、整至100阻值；2） R17、R20、R23 ：理論上代替三根傳輸導(dǎo)線，令R17后面的電壓為U1，R20后 面的電壓為U2，R17=R20=R23=R'；所以 U1 = I*（R17+Rt+R23）=I*Rt+2*R' （3.1.1） U2 = U3 = I*R' （3.1.2） 根據(jù)方程（3.1.1）- 2*（3.1.2） U1-2*U2 = I*Rt （3.1.3） 從而推出放大器輸入端信號(hào)與導(dǎo)線電阻無(wú)關(guān)（三線制最終目的）3） 后端運(yùn)放：根據(jù)“虛短”原理可以得出U+ = U- = U1*R13/（R16+R13）=U1/3 （3.1.4） （Uo/（R19+R24）

12、-U-）/R22=（U-U2）/R21 （3.1.5）經(jīng)（3.1.4）（3.1.5）帶入數(shù)據(jù)整理得：Uo = 11（U1-2*U2 ） （3.1.6）從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)電壓放大十倍的作用A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊2.3.1 ICL7135功能介紹ICL7135是一種四位半的雙積分A/D轉(zhuǎn)換器，可以轉(zhuǎn)換出±20000個(gè)數(shù)字量選通控BCD碼輸出，與單片機(jī)接口十分方便。它具有精度高（相當(dāng)于14位A/D轉(zhuǎn)換），價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)。其轉(zhuǎn)換速度與時(shí)鐘頻率相關(guān)，每個(gè)轉(zhuǎn)換周期均有：自校準(zhǔn)（調(diào)零），正向積分（被測(cè)模擬電壓積分），反向積分（基準(zhǔn)電壓積分）和過(guò)零檢測(cè)四個(gè)階段組成，其中自校準(zhǔn)時(shí)間為10001個(gè)脈沖，正向積分時(shí)間

13、為10001個(gè)脈沖，反向積分直至電壓到零為止（最大不超過(guò)20001個(gè)脈沖）。故設(shè)計(jì)者可以采用從正向積分開(kāi)始計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)，到反向積分為零時(shí)停止計(jì)數(shù)。將計(jì)數(shù)的脈沖個(gè)數(shù)減10000，即得到對(duì)應(yīng)的模擬量。具體電路如圖2.3所示。圖2.3 A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路圖2.4給出了ICL7135時(shí)序，由圖可見(jiàn)，當(dāng)BUSY變高時(shí)開(kāi)始正向積分，反向積分到零時(shí)BUSY變低，所以BUSY可以用于控制計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)/停止。圖2.4 ICL7135時(shí)序圖計(jì)數(shù)的時(shí)鐘脈沖是由單片機(jī)的ALE引腳經(jīng)過(guò)74HC393分頻后得到的。在平時(shí)，單片機(jī)ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈

14、沖，若外部時(shí)鐘為12MHZ，則ALE端輸出的時(shí)鐘頻率為2MHZ。由于ICL7135芯片在時(shí)鐘脈沖為125KHZ時(shí)對(duì)50HZ工頻干擾有較大抑制能力，此時(shí)轉(zhuǎn)換速度為3次/s，故將ALE端的時(shí)鐘脈沖經(jīng)過(guò)74HC393芯片16分頻后得到所需的125KHZ。74HC393芯片如圖2.5所示。圖2.5 74HC393芯片及電路圖2.3.2 ICL7135引腳圖ICL7135為DIP28封裝，芯片引腳排列如圖2.6所示。圖2.6 ICL7135芯片引腳圖2.3.3 引腳含義及功能：（1）與供電及電源相關(guān)的引腳（共7腳）-V：負(fù)電源引入端，典型值-5V，極限值-9V；+V：正電源引入端，典型值+5V，極限值+

15、6V；DGND：數(shù)字地，ICL7135正負(fù)電源的低電平基準(zhǔn)； REF： 參考電壓輸入REF的地為AGND引腳，典型值1V，輸出數(shù)字量10000×（VIN/VREF)；AC：模擬地，典型應(yīng)用中，與DGND（數(shù)字地）一點(diǎn)接地；INHI：模擬輸入正，此設(shè)計(jì)中與恒流源連接；INLO：模擬輸入負(fù)，當(dāng)模擬信號(hào)輸入為單端對(duì)地時(shí)，直接與AC相連。 (2) 與控制和狀態(tài)相關(guān)的引腳（共12腳）CLKIN：時(shí)鐘信號(hào)輸入，當(dāng)T80ms時(shí)，fcp125KHz，對(duì)50HZ工頻干擾有較大抑制能力，此時(shí)轉(zhuǎn)換速度為3次/，極限值fcp1MHZ時(shí)，轉(zhuǎn)換速度為25次/； REFC+：外接參考電容正，典型值F； REFC-

16、：外接參考電容負(fù)； BUFFO：緩沖放大器輸出端，典型外接積分電阻； INTO：積分器輸出端，典型外接積分電容； AZIN：自校零端； LOW：欠量程信號(hào)輸出端，當(dāng)輸入信號(hào)小于量程范圍的10時(shí)，該端輸出高電平； HIGH：過(guò)量程信號(hào)輸出端，當(dāng)輸入信號(hào)超過(guò)計(jì)數(shù)范圍（20001）時(shí)，該端輸出高電平； STOR：數(shù)據(jù)輸出選通信號(hào)（負(fù)脈沖），寬度為時(shí)鐘脈沖寬度的一半，每次A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，該端輸出5個(gè)負(fù)脈沖，分別選通由高到低的BCD碼數(shù)據(jù)（5位），該端用于將轉(zhuǎn)換結(jié)果打到并行I/O接口； R/H：自動(dòng)轉(zhuǎn)換/停頓控制輸入，當(dāng)輸入高電平時(shí)；每隔40002個(gè)時(shí)鐘脈沖自動(dòng)啟動(dòng)下一次轉(zhuǎn)換；當(dāng)輸入為低電平時(shí)，轉(zhuǎn)換結(jié)

17、束后需輸入一個(gè)大于300ns的正脈沖，才能啟動(dòng)下一次轉(zhuǎn)換； POL：極性信號(hào)輸出，高電平表示極性為正； BUSY：忙信號(hào)輸出，高電平有效，正向積分開(kāi)始時(shí)自動(dòng)變高，反向積分結(jié)束時(shí)自動(dòng)變低。(3) 與選通和數(shù)據(jù)輸出相關(guān)的引腳（共9腳）B8 B1：BCD碼輸出，B8為高位，對(duì)應(yīng)BCD碼；D5：萬(wàn)位選通；D4D1：千，百，十，個(gè)位選通。SST89E51單片機(jī)簡(jiǎn)介SST89E51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字

18、節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的SST89E51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。AT89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。外形及引腳排列如圖2.9所示。圖2.9 SST89E51引腳及連線圖2.6.1引腳及功能：.P0口：雙向8位三態(tài)I/O口，為地址總線及數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型TTL 負(fù)載。.P1口：8位準(zhǔn)雙向I/

19、O口，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。.P2口：8位準(zhǔn)雙向I/O口，與地址總線復(fù)用，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。.P3口：8位準(zhǔn)雙向I/O口，雙功能復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。.RST/VPP：RST是復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。VPP為本引腳的第二功能，即備用電源輸入端。.ALE/PROG:ALE輸出為地址鎖存允許信號(hào)。PROG為本引腳的第二功能。.PSEN：程序存儲(chǔ)器允許輸出控制端。.EA/VPP:EA功能為內(nèi)外程序存儲(chǔ)器選擇控制端。此設(shè)計(jì)中，采用定時(shí)計(jì)數(shù)器0（INT0)外部脈沖計(jì)數(shù)方法，通過(guò)公式（2-6）獲得： （2-6）其中，Vin為輸入電壓，Vref為參考電壓，C為計(jì)數(shù)值。由上公

20、式可求出Vin，就可以求出R，根據(jù)R和溫度T的關(guān)系就可以求出當(dāng)前溫度值。這就是編程中A/D轉(zhuǎn)換函數(shù)的算法和思想。數(shù)碼管顯示電路本設(shè)計(jì)顯示電路是由8段共陽(yáng)極數(shù)碼管（4個(gè)），三極管（4個(gè)9012），電阻（4個(gè)1K，8個(gè)200），電源（+5V）幾部分構(gòu)成。具體電路如圖3-2所示：圖3-2數(shù)碼管顯示電路電路分析：1）1K電阻：分別接到單片機(jī)P2.3、P2.4、P2.5、P2.6口上，并對(duì)PNP三極管起到限流保護(hù)作用；2） 三極管：4個(gè)三極管均為PNP型號(hào)，基極接I/O口，發(fā)射極接電源，數(shù)碼管COM口接在三極管集電極上， 當(dāng)I/O給一個(gè)低電平，三極管基極電壓為低，發(fā)射極電壓為高，使三極管導(dǎo)通，為數(shù)碼管提

21、供電壓；3）200電阻：接到數(shù)碼管的8個(gè)段位上，起到限流保護(hù)作用；4） 數(shù)碼管：當(dāng)P0.x信號(hào)為低時(shí)，P2.x為低，對(duì)應(yīng)數(shù)碼管對(duì)應(yīng)的段位呈現(xiàn)亮的狀態(tài)，反之則不亮。工作原理：數(shù)碼管采用動(dòng)態(tài)掃描工作方式，動(dòng)態(tài)顯示是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,h"的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，本設(shè)計(jì)分別接到P2.3、P2.4、P2.5、P2.6，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管

22、的選通控制打開(kāi)，該位就顯示出字形，沒(méi)有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過(guò)程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。串口電路及MAX232芯片簡(jiǎn)介MAX232是美信公司專門為電腦的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的電源電平轉(zhuǎn)換芯片，使用+5V單電源供電，功能是產(chǎn)生+12V和-12V兩個(gè)電源，提供給RS-2

23、32串口電平的需要。串口電路圖如圖2.8所示。圖2.8 串口電路MAX232芯片引腳介紹：第一部分是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個(gè)電源，提供給RS-232串口電平的需要。 第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道。 其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。 8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。 TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2O

24、UT送到電腦DB9插頭；DB9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。 第三部分是供電。15腳GND、16腳VCC（+5v）。第四章 軟件說(shuō)明、測(cè)試方法本章主要介紹編程語(yǔ)言C語(yǔ)言和編程工具Keil3軟件，以及本系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)和在程序設(shè)計(jì)時(shí)所遇到的問(wèn)題及解決辦法。3.1 編程語(yǔ)言介紹C語(yǔ)言是一種面向過(guò)程的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它是目前眾多計(jì)算機(jī)語(yǔ)言中舉世公認(rèn)的優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言之一。C語(yǔ)言主要有以下特點(diǎn)：1、 C是中級(jí)語(yǔ)言。它把高級(jí)語(yǔ)言的基本結(jié)構(gòu)和語(yǔ)句與低級(jí)語(yǔ)言的實(shí)用性結(jié)合起來(lái)。C 語(yǔ)言可以像匯編語(yǔ)言一樣對(duì)位、字節(jié)和地址進(jìn)行操作，

25、 而這三者是計(jì)算機(jī)最基本的工作單元。2、C是結(jié)構(gòu)式語(yǔ)言。結(jié)構(gòu)式語(yǔ)言的顯著特點(diǎn)是代碼及數(shù)據(jù)的分隔化，即程序的各個(gè)部分除了必要的信息交流外彼此獨(dú)立。這種結(jié)構(gòu)化方式可使程序?qū)哟吻逦阌谑褂?、維護(hù)以及調(diào)試。3、C語(yǔ)言功能齊全。具有各種各樣的數(shù)據(jù)類型，并引入了指針概念，可使程序效率更高。另外C語(yǔ)言也具有強(qiáng)大的圖形功能，支持多種顯示器和驅(qū)動(dòng)器。4、C語(yǔ)言適用范圍大。適合于多種操作系統(tǒng)，如Windows、DOS、UNIX等等；也適用于多種機(jī)型?；贑語(yǔ)言的這些特點(diǎn)，我們選用C語(yǔ)言來(lái)作為編程語(yǔ)言。3.2編程軟件Keil簡(jiǎn)介KeilC51是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)

26、發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。Keil C51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。下面詳細(xì)介紹KeilC51開(kāi)發(fā)系統(tǒng)各部分功能和使用。我們用開(kāi)發(fā)軟件Keil uVision3來(lái)編寫、修改所需程序和下載程序到單片機(jī)運(yùn)行。其下介紹Keil uVision3的使用步驟。1.雙擊Keil uVision3，得到主畫(huà)面，如圖3.1

27、所示：圖3.1 Keil uVision3主畫(huà)面2新建工程界面 Project-new project，如圖3.2所示：圖3.2 Keil uVision3的新建界面3單片機(jī)的選擇，如圖3.3所示：圖3.3 單片機(jī)的選擇界面如圖所示能找到本次設(shè)計(jì)所需主要芯片SST89E51。4C文件的建立與添加，如圖3.4所示：圖3.4 添加C文件在添加C文件之后，就可以在里面編寫自己的程序了，在編寫完后編譯，如果沒(méi)有錯(cuò)誤，就可以下載到芯片當(dāng)中進(jìn)行調(diào)試并得到最終可用程序。程序設(shè)計(jì)流程圖本溫度測(cè)量系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)流程圖如圖3.5所示。單片機(jī)初始化LED初始化根據(jù)AD碼算出電阻值根據(jù)電阻值算出溫度值LED顯示延時(shí)開(kāi)

28、始圖3.5 程序流程圖用插值法計(jì)算數(shù)據(jù)在科學(xué)和工程問(wèn)題上可以通過(guò)租入采樣、實(shí)驗(yàn)等方法或得若干離散的數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)，我們往往希望得到一個(gè)連續(xù)的函數(shù)（也就是曲線）或者更加密集的離散方程與已知數(shù)據(jù)相吻合。這個(gè)過(guò)程叫擬合。插值是曲線必須通過(guò)已知點(diǎn)的擬合，是離散函數(shù)逼近的重要方法，利用它可通過(guò)函數(shù)在有限個(gè)點(diǎn)處的取值狀況，估算出函數(shù)在其它點(diǎn)的近似值。由于PT100與溫度近似呈線性關(guān)系，故采用線性插值法。在本次程序設(shè)計(jì)中運(yùn)用了兩次線性插值計(jì)算出最終的溫度值，第一次根據(jù)AD值算出PT100的阻值，之前先用標(biāo)準(zhǔn)電阻來(lái)標(biāo)定AD值，即自50到220每間隔5測(cè)一個(gè)AD值，制成表格，再由插值法計(jì)算出PT100的實(shí)際

29、值。第二次根據(jù)阻值算出對(duì)應(yīng)的溫度值，在阻值與溫度的表格中用插值法計(jì)算出當(dāng)時(shí)的溫度值。6.4關(guān)鍵程序void zhuanhuan() Vinad = 2.2 * (Dat_pingjun / 4096);/ 電壓轉(zhuǎn)換 V_Pt = Vinad / 11.8; R = (int)(100000 * V_Pt); /轉(zhuǎn)換電阻 T= T_pingjun; T_ZZZ_N =T; Z_N+; if(Z_N=16) Z_N=0; zhongzhi(); 我個(gè)人認(rèn)為該程序模塊為整個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)程序的靈魂，對(duì)電壓，電阻，溫度三者之間的轉(zhuǎn)換起到銜接作用，Dat_pingjun 承接A/D采集的數(shù)據(jù)，根據(jù)0V0，2.

30、2V4096，所以A/D輸入電壓就是第一條語(yǔ)句的對(duì)應(yīng)關(guān)系，為了使數(shù)據(jù)穩(wěn)定，在這里對(duì)A/D采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行了滑動(dòng)取平均值，由于Pt100信號(hào)電壓比較微弱，不利于采集，所以后級(jí)放大器將V_Pt差分放大約11倍多，所以就有了第二條語(yǔ)句的關(guān)系，根據(jù)電阻-溫度的分度表將電阻放大100倍，便于插值運(yùn)算，然后對(duì)插值計(jì)算所得結(jié)果再次進(jìn)行滑動(dòng)取平均值，使溫度數(shù)據(jù)更加穩(wěn)定，但是經(jīng)過(guò)測(cè)試之后，到了這一步溫度顯示還是不夠穩(wěn)定，所以我又采取對(duì)滑動(dòng)之后溫度平均值放在長(zhǎng)度為16的數(shù)組之中，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行取中值，最后送顯示，調(diào)試結(jié)果很穩(wěn)定，誤差能保持在允許范圍之內(nèi)。測(cè)試方法用變阻箱代替PT100模擬溫度變化時(shí)阻值的變化。程序運(yùn)

31、行時(shí)，在一定范圍內(nèi)扭動(dòng)變阻箱，LED將顯示此阻值對(duì)應(yīng)的溫度值?？芍獙?duì)應(yīng)值是否正確。第五章 數(shù)據(jù)結(jié)果分析3.8數(shù)據(jù)測(cè)試及誤差分析AD碼-阻值分度表如表3-8所示，阻值-溫度分度值見(jiàn)附錄（二）。根據(jù)插值法，可以由測(cè)得數(shù)據(jù)獲得液晶顯示獲得AD碼與溫度的近似值。誤差主要是由軟件編寫不成熟和電阻箱阻值不穩(wěn)定造成的。但精度基本上可以達(dá)到±0.1。表3-8 AD碼-阻值分度表R()556065707580859095AD465851245515698063756836723076858084R()100105110115120125130135140AD8516887593959770102531

32、0630111081148611967R()145150155160165170175180185AD123501282313210136571405014530149251538715789R()190195200205210215220225230AD1624216615170361738718857182301871519113196276.5.3 軟件調(diào)試結(jié)果部分電阻-溫度分度表,由于電阻存在誤差，所以測(cè)出的溫度相對(duì)誤差不是很準(zhǔn)確。表6-1數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表分度表阻值()實(shí)測(cè)阻值()分度表溫度()實(shí)測(cè)溫度()相對(duì)誤差100.00 100.00000110.12 110.012625.8-26.

33、1-0.2-+0.1120.16 120.105252.1-52.4+0.1-+0.4130.13 130.187877.7-78.1-0.3-+0.1140.02 139.96104103.6-103.8-0.4-0.2149.82 149.79130129.7-129.9-0.3-0.1159.93 159.88157156.8-157.1-0.2-+0.1169.57 169.45183182.5-182.8-0.5-0.2179.14 179.11209208.6-208.9-0.4-0.1184.63184.6224223.7-0.3附錄（）程序#include<c8051f4

34、10.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar seg_code11 = 0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x7f ;/段碼uchar bit_sel4 = 0xbf,0xdf,0xef,0xf7; /位碼uchar LEDn = 0 ; uchar buffer4;uchar btpoint = 0X7F;bit T0_flag=0,AD_flag = 0; double aver,get_ad15,huadong16,T_huadong16

35、,T_ZZ16;double Vinad,V_Pt,Dat_pingjun,T_pingjun,T_last;int flag=0,NUM,Z_N=0;/*Pt100有關(guān)參數(shù)定義*/uint R;/電阻double T;/溫度 int code Pt362 = 6430,-90,6833,-80,7233,-70,7633,-60,8031,-50,8427,-40,8822,-30,9216,-20,9609,-10,10000,0,10390,10,10779,20,11167,30,11554,40,11940,50,12324,60,12708,70,13090,80,13471,90

36、,13851,100,14229,110,14607,120,14983,130,15358,140,15733,150,16105,160,16477,170,16848,180,17217,190,17586,200,17953,210,18319,220,18684,230,19047,240,19410,250,19771,260 ; /*配置cpu IO口*/void IO_Init()PCA0MD = 0x00; /禁止看門狗P0MDOUT = 0x00;/P0口為輸出方式，設(shè)置為弱上拉（0為弱上拉，1為推挽）P2MDIN = 0xfb;/P2.2為模擬輸入方式P2MDOUT =

37、0x78;/P2口為輸出方式，設(shè)置為弱上拉P1SKIP = 0xff; /交叉開(kāi)關(guān)跳過(guò)P1.1XBR0 = 0x00; /不連任何端口引腳XBR1 = 0x40; /輸出方式為弱上拉，交叉開(kāi)關(guān)被使能/*A/D初始化*/void AD_Init() ADC0MX = 0x12; /A/D轉(zhuǎn)化選擇輸入為p1.1口*A/DC0通道選擇寄存器 ADC0CF = 0xf8; ADC0CN = 0x80; ADC0TK = 0xff; /*系統(tǒng)時(shí)鐘初始化*/void SYSCLK()OSCICN = 0x87;/內(nèi)部振蕩器不分頻/*電壓基準(zhǔn)選擇*/void MUX()REF0CN = 0x13;/內(nèi)部基準(zhǔn)

38、電壓為2.2V，內(nèi)部基準(zhǔn)緩沖器被使能，內(nèi)部電壓基準(zhǔn)被驅(qū)動(dòng)到VREF引腳，內(nèi)部偏壓發(fā)生器總是被使能。/*顯示函數(shù)*/void display()if(T0_flag = 1) T0_flag = 0; P2 = 0xff; if(LEDn = 2) P0 = seg_codebufferLEDn & 0x7f; else P0 = seg_codebufferLEDn; P2 = bit_selLEDn;LEDn +;if(LEDn = 4) LEDn = 0; /*定時(shí)器0*/void T0_Init()TMOD = 0x01;TCON = 0x10;TH0 = 255;TL0 = 2

39、55;ET0 = 1;/*定時(shí)器0中斷用來(lái)顯示*/void Timer0() interrupt 1 TH0 = 0xe0; TL0 = 0;T0_flag = 1; /*/uint ADC0() uchar x; uint y; ADC0MX = 0x09; ADC0CN |= 0x10; x = ADC0CN & 0x20; while(x = 0) x = ADC0CN & 0x20; ADC0CN = ADC0CN & 0xdf; y = 256*ADC0H + ADC0L - 30; return y;/*求平均值*/void huadongpingjun()

40、 huadong15 = huadong14; huadong14 = huadong13; huadong13 = huadong12; huadong12 = huadong11; huadong11 = huadong10; huadong10 = huadong9; huadong9 = huadong8; huadong8 = huadong7; huadong7 = huadong6; huadong6 = huadong5; huadong5 = huadong4; huadong4 = huadong3; huadong3 = huadong2; huadong2 = huad

41、ong1; huadong1 = huadong0; huadong0 = aver; Dat_pingjun = (huadong15+huadong14+huadong13+huadong12+huadong11+huadong10+huadong9+huadong8+huadong7+huadong6+huadong5+huadong4+huadong3+huadong2+huadong1+huadong0)/16; void Average()uint sum = 0; int i;for(i = 0;i <= 15;i +)get_adi = ADC0();sum = sum + get_adi; aver = sum/16;/*插值計(jì)算*/double jisuan(double x,double x1,double x2,double x3,double y1,double y2,double y3) double Y; Y = (x-x2)*(x-x3)/(x1-x2)*(x1-x3)*y1 +(x-x1)*(x-x3)/(x2-x1)*(x2-x3)*y2 +(x-x1)*(x-x2)/(