基于PT100傳感器的溫度測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、信息與控制工程學(xué)院硬件課程設(shè)計(jì)說明書基于PT100傳感器的溫度測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué)生學(xué)號(hào)： 09540217 學(xué)生姓名： 李默默 專業(yè)班級(jí)： 測控0902 指導(dǎo)教師： 金炳濤 職 稱： 講師 起止日期： 2 吉林化工學(xué)院Jilin Institute of Chemical Technology課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)題目：基于PT100傳感器的溫度測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)目的1熟悉Keil uVision開發(fā)軟件及Protel電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)軟件的使用。2. 掌握SST89E51單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)及C語言程序設(shè)計(jì)方法。3. 掌握PT100熱電阻測溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及電路板的焊接、檢測方法。三、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1設(shè)計(jì)

2、熱電阻測溫電路，并應(yīng)用Protel畫出其電路原理圖。2完成SST89E51單片機(jī)熱電阻測溫系統(tǒng)的焊裝和硬件調(diào)試。3學(xué)習(xí)SST89E51單片機(jī)，編寫完整的實(shí)驗(yàn)程序，下載到單片機(jī)并進(jìn)行調(diào)試。4. 撰寫設(shè)計(jì)說明書。四、設(shè)計(jì)時(shí)間及進(jìn)度安排設(shè)計(jì)時(shí)間共三周（2012.3.52012.3.25），具體安排如下表：周次設(shè) 計(jì) 內(nèi) 容設(shè)計(jì)時(shí)間第一周1.設(shè)計(jì)熱電阻測溫電路，并用Protel畫出電路原理圖；2完成SST89E51的熱電阻測溫系統(tǒng)的焊裝和硬件調(diào)試。2012.3.5 第二周1.查找相關(guān)資料，編寫實(shí)驗(yàn)程序；2.進(jìn)行整機(jī)調(diào)試并完成功能。第三周1.撰寫設(shè)計(jì)說明書；2.答辯。五、指導(dǎo)教師評(píng)語及學(xué)生成績指導(dǎo)教師評(píng)

3、語: 年 月 日年 月 日成績指導(dǎo)教師(簽字):目 錄課程設(shè)計(jì)任務(wù)書I目 錄II摘要III第1章 概述1第2章 硬件設(shè)計(jì)及相關(guān)介紹22.1 恒流源部分22.1.1 PT100傳感器特性和測溫原理22.1.2 PT100溫度傳感器原理32.2 信號(hào)采集調(diào)理電路32.3 A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊42.4 顯示模塊82.5串口電路及MAX232芯片簡介82.6 SST89E51單片機(jī)簡介9第3章 軟件設(shè)計(jì)及相關(guān)介紹123.1 編程語言(C語言)介紹123.2編程軟件Keil簡介123.3程序設(shè)計(jì)流程圖153.4初始化程序153.5液晶顯示173.6用插值法計(jì)算數(shù)據(jù)183.7運(yùn)行結(jié)果183.8數(shù)據(jù)測試及誤差

4、分析18結(jié)論19參考文獻(xiàn)20摘要近幾年我國熱電阻行業(yè)發(fā)展速度較快，受益于熱電阻行業(yè)生產(chǎn)技術(shù)不斷提高以及下游需求市場不斷擴(kuò)大，熱電阻行業(yè)在國內(nèi)和國際市場上發(fā)展形勢都十分看好。本文正是介紹了熱電阻PT100的特性以及測溫的方法，在此基礎(chǔ)上闡述了基于PT100的溫度測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在本設(shè)計(jì)中，是以鉑電阻PT100作為溫度傳感器，采用恒流測溫的方法，通過SST89E51單片機(jī)進(jìn)行控制，用放大器、A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行溫度信號(hào)的采集。另外，還設(shè)計(jì)了NOKIA5110顯示電路，能實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的顯示。本設(shè)計(jì)采用了兩線制鉑電阻溫度測量電路，通過對(duì)電路的設(shè)計(jì)和軟件中對(duì)測量值的插值計(jì)算，減小了測量電路及PT100自身的誤差

5、，使溫控精度在-120+260范圍內(nèi)達(dá)到±0.1。本文采用SST89E51單片機(jī)，LM358放大器，ICL7135A/D轉(zhuǎn)換器，鉑電阻PT100及NOKIA5110組成測量系統(tǒng)，編寫了相應(yīng)的軟件程序，使其實(shí)現(xiàn)溫度的顯示。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是：使用簡便，價(jià)格低廉；測量精確、穩(wěn)定、可靠；測量范圍大，使用對(duì)象廣，稍加改動(dòng)之后應(yīng)用會(huì)更加廣泛。第1章 概述 熱電阻應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，覆蓋了工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、科技、環(huán)保、國防、文教衛(wèi)生、人民生活等各方面，在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)各行各業(yè)的運(yùn)行過程中承擔(dān)著把關(guān)者和指導(dǎo)者的任務(wù)。由于其地位特殊、作用大，對(duì)國民經(jīng)濟(jì)有巨大倍增和拉動(dòng)作用，有著良好的市場需求和巨大的發(fā)展?jié)摿Α?

6、具體的需求對(duì)象可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行表述： 1、在人類社會(huì)進(jìn)入知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代、信息技術(shù)高速發(fā)展的背景下，熱電阻及其測量控制技術(shù)得到日益廣泛應(yīng)用，給熱電阻行業(yè)的快速發(fā)展提供了良好契機(jī)。熱電阻是信息產(chǎn)業(yè)的源頭和組成部分，是信息技術(shù)的重要基礎(chǔ)。2、熱電阻廣泛應(yīng)用于裝備、改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的工藝流程的測量和控制，是現(xiàn)代化大型重點(diǎn)成套裝備的重要組成部分，是信息化帶動(dòng)工業(yè)化的重要紐帶。3、高水平科學(xué)研究和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展迅速提高了對(duì)熱電阻的需求，熱電阻在實(shí)施科教興國、知識(shí)創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新的過程中，正發(fā)揮十分重要的作用。 4、熱電阻已成為現(xiàn)代國防建設(shè)技術(shù)裝備的重要組成部分，我國航天工業(yè)的固定資產(chǎn)1/3是熱電阻和計(jì)算

7、機(jī);運(yùn)載火箭的儀器開支占全部研制經(jīng)費(fèi)的1/2左右;導(dǎo)彈的高精度制導(dǎo)、控制，航天精緯測量和紅外成像、專用高溫實(shí)驗(yàn)設(shè)備等都是國防裝備中的重點(diǎn)產(chǎn)品。5、熱電阻在探索人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展、抵御自然災(zāi)害、依法治國并實(shí)施有關(guān)法律(質(zhì)量、商檢、計(jì)量、環(huán)保等)的過程中作為重要實(shí)施手段和保障工業(yè)被普遍采用。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)包括熱電阻PT100，信號(hào)放大器，A/D轉(zhuǎn)換模塊，數(shù)據(jù)處理與控制模塊，顯示模塊六個(gè)部分。文中對(duì)每個(gè)部分功能、實(shí)現(xiàn)過程作了詳細(xì)介紹。整個(gè)系統(tǒng)的核心是進(jìn)行溫度測量與顯示，完成了課題所有要求。第2章 硬件設(shè)計(jì)及相關(guān)介紹本系統(tǒng)的電路主要由線性電源模塊、信號(hào)采集與調(diào)理模塊、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊、單片機(jī)最

8、小系統(tǒng)模塊組成。具體電路和工作原理下面一一介紹。2.1 恒流源部分恒流源的作用是提供1mA的恒定電流供后續(xù)電路使用。具體電路如圖2.1所示。圖2.1 1mA恒流源當(dāng)恒流源工作時(shí)，由于LM385B12穩(wěn)壓管(1.2V)的穩(wěn)壓作用，其兩端的電壓U=U1-U2=1.2V。根據(jù)虛短原理，運(yùn)放正反相輸入端電壓U+=U-，即R2 兩端電壓為U，故I=U/R2=1.2v/1k =1.2mA。根據(jù)虛斷原理，流過R2的電流將幾乎全部流入復(fù)合管而不流入運(yùn)放的2腳。為了減小溫度對(duì)恒流源的影響，本設(shè)計(jì)采用兩只三級(jí)管組成的復(fù)合管。復(fù)合三極管：又叫達(dá)林頓管，將系數(shù)放大，即=1*2=2，使達(dá)林頓管集電極和發(fā)射極電流相等，即

9、Ic=Ib(1+)Ib=Ie=I。電路中R8和R6分別起限流和保護(hù)作用，從而大大增強(qiáng)了恒流源的抗干擾能力。2.1.1 PT100傳感器特性和測溫原理PT100溫度傳感器，是一種以鉑(Pt)作成的電阻式溫度傳感器，屬于正電阻系數(shù)。Pt100，就是說它的阻值在0度時(shí)為100歐姆。PT100溫度傳感器是一種高精準(zhǔn)的測溫儀器，在工業(yè)生產(chǎn)中有著重要的作用，本文介紹PT100溫度傳感器原理及其產(chǎn)品特征。 2.1.2 pt100溫度傳感器原理PT100是一個(gè)溫度傳感器,是一種穩(wěn)定性和線性都比較好的鉑絲熱電阻傳感器,可以工作在 -200 至 650 的范圍。電阻式溫度檢測器(RTD,Resistance Te

10、mperature Detector)是一種物質(zhì)材料作成的電阻,它會(huì)隨溫度的上升而改變電阻值,如果它隨溫度的上升而電阻值也跟著上升就稱為正電阻系數(shù),如果它隨溫度的上升而電阻值反而下降就稱為負(fù)電阻系數(shù)。大部分電阻式溫度檢測器是以金屬作成的,其中以白金(Pt)作成的電阻式溫度檢測器,最為穩(wěn)定，耐酸堿、不會(huì)變質(zhì)、相當(dāng)線性最受工業(yè)界采用。 PT100溫度感測器是一種以白金(Pt)作成的電阻式溫度檢測器,屬于正電阻系數(shù),其電阻和溫度變化的關(guān)系式如下： R=Ro(1+T)其中=0.00392,Ro為100(在0的電阻值),T為攝氏溫度。因此白金作成的電阻式溫度檢測器,又稱為PT100。PT100是電阻式溫

11、度傳感器，測溫的本質(zhì)其實(shí)是測量傳感器的電阻，通常是將電阻的變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流等模擬信號(hào)，然后再將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再由處理器換算出相應(yīng)溫度。主要技術(shù)指標(biāo)：1. 測溫范圍：-200650；2. 測溫精度：0.1；3. 穩(wěn)定性：0.1。PT100溫度傳感器測量范圍廣：-200+650，偏差小，響應(yīng)時(shí)間短，還具有抗振動(dòng)、穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高、耐高壓等優(yōu)點(diǎn)，其得到了廣泛的應(yīng)用，本設(shè)計(jì)采用PT100作為溫度傳感器。采取方案：設(shè)計(jì)一個(gè)恒流源通過PT100熱電阻，通過檢測PT100上的電壓的變化來換算出溫度。2.2 信號(hào)采集調(diào)理電路信號(hào)采集調(diào)理電路，就是信號(hào)處理電路，把模擬信號(hào)變換為用于數(shù)據(jù)采集、控制

12、過程、執(zhí)行計(jì)算顯示讀出或其他目的的數(shù)字信號(hào)。模擬傳感器可測量很多物理量，如溫度、壓力、光強(qiáng)等，但由于傳感器信號(hào)不能直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，這是因?yàn)閭鞲衅鬏敵鍪窍喈?dāng)小的電壓、電流或電阻變化，因此，在變換為數(shù)字信號(hào)之前必須進(jìn)行調(diào)理。調(diào)理就是放大，緩沖或定標(biāo)模擬信號(hào)等，使其適合于模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的輸入。然后，ADC對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化，并把數(shù)字信號(hào)送到MCU或其他數(shù)字器件，以便用于系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理。該測溫系統(tǒng)這部分電路的主要作用是用熱電阻Pt100配合電流源采集當(dāng)前的溫度并將其轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，調(diào)理電路將這個(gè)微小的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為可以輸入A/D轉(zhuǎn)換器的合適電壓值。具體組成電路如圖2.2所示。圖3.2 信

13、號(hào)采集調(diào)理電路根據(jù)運(yùn)放的“虛短”、“虛斷”作用，有； 運(yùn)放的7引腳輸出端電壓:；結(jié)果將微小的電壓信號(hào)放大轉(zhuǎn)換為可以輸入A/D轉(zhuǎn)換器的合適電壓值。2.3 A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 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（被測模擬電壓積分），反向積分（基準(zhǔn)電壓積分）和過零檢測四個(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)間為10001個(gè)脈沖，反向積分直至電壓到

14、零為止（最大不超過20001個(gè)脈沖）。故設(shè)計(jì)者可以采用從正向積分開始計(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，當(dāng)BUSY變高時(shí)開始正向積分，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)外部輸出的脈沖，若外部時(shí)鐘為12MHZ，則ALE端

15、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 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 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+6V；DGND：數(shù)字地，ICL7135正負(fù)電源的低電平基準(zhǔn)

16、； 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-：外接參考電容負(fù)； BUFFO：緩沖放大器輸出端，典型外接

17、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：過量程信號(hào)輸出端，當(dāng)輸入信號(hào)超過計(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)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；

18、 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；D5：萬位選通；D4D1：千，百，十，個(gè)位選通。2.4 顯示模塊本顯示模塊用NOKIA5110液晶來顯示，設(shè)計(jì)為48*84矩陣LCD控制/驅(qū)動(dòng)，所有顯示的功能集成在一塊芯片上，包括LCD電壓及偏置電壓發(fā)生器，只需很少外部元件，且功耗少，可以顯示字符和漢字。具有很多優(yōu)點(diǎn)，如體積小，性價(jià)比高，接口簡單，僅四根I/O線即可驅(qū)動(dòng)，速度快，工作電壓3.3V，正常顯示時(shí)工作電流200u

19、A以下，具有掉電模式，適合電池供電的便攜式移動(dòng)設(shè)備。液晶接口電路如圖2.7所示。圖2.7 液晶接口電路引腳功能如下表：D/C數(shù)據(jù)/命令選擇端SDIN串行數(shù)據(jù)輸入端SCLK串行時(shí)鐘輸入端GND接地端VCC+5V電源/RST復(fù)位2.5串口電路及MAX232芯片簡介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-232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

20、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、T2OUT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）

21、。2.6 SST89E51單片機(jī)簡介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是它的一種精簡版

22、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/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)。P

23、ROG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。第3章 軟件設(shè)計(jì)及相關(guān)介紹本章主要介紹編程語言C語言和編程工具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)所遇到的問題及解決辦法。3.1 編程語言介紹C語言是一種面向過程的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言，它是目前眾多計(jì)算機(jī)語

24、言中舉世公認(rèn)的優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)語言之一。C語言主要有以下特點(diǎn)：1、 C是中級(jí)語言。它把高級(jí)語言的基本結(jié)構(gòu)和語句與低級(jí)語言的實(shí)用性結(jié)合起來。C 語言可以像匯編語言一樣對(duì)位、字節(jié)和地址進(jìn)行操作， 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)式語言。結(jié)構(gòu)式語言的顯著特點(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?，便于使用、維護(hù)以及調(diào)試。3、C語言功能齊全。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語言適用范圍大。適合于多種操作系統(tǒng)，如Windows、DOS、UN

25、IX等等；也適用于多種機(jī)型?；贑語言的這些特點(diǎn)，我們選用C語言來作為編程語言。3.2編程軟件Keil簡介KeilC51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)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(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(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)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語言的優(yōu)勢。下面詳細(xì)介紹KeilC51開發(fā)系統(tǒng)各部分功能和使

26、用。我們用開發(fā)軟件Keil uVision3來編寫、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，得到主畫面，如圖3.1所示：圖3.1 Keil uVision3主畫面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，如果沒有錯(cuò)

27、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。3.3程序設(shè)計(jì)流程圖本溫度測量系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)流程圖如圖3.5所示。單片機(jī)初始化液晶初始化根據(jù)AD碼算出電阻值根據(jù)電阻值算出溫度值液晶顯示延時(shí)開始圖3.5 程序流程圖3.4初始化程序單片機(jī)初始化：本次設(shè)計(jì)采用ICL7135進(jìn)行A/D的轉(zhuǎn)換，在程序的編制時(shí)需要使用到單片機(jī)的計(jì)數(shù)器和外部中斷，所以有必要對(duì)單片機(jī)進(jìn)行初始化設(shè)置，初始化時(shí)應(yīng)設(shè)置計(jì)數(shù)器0為16位計(jì)數(shù)模式，gate位設(shè)置為高限制計(jì)數(shù)器在外部中斷0引腳為高電平時(shí)開始計(jì)數(shù)，關(guān)于中斷的初始化應(yīng)該打開外部中斷及總中斷允許位，并設(shè)置外部中斷0的觸發(fā)方式為下降沿觸發(fā)。程序如下：void T0-Init

28、()TMOD=0x0D; /00001101，設(shè)置定時(shí)器0為16位計(jì)數(shù)器模式TH0=0; /清空計(jì)數(shù)器TL0=0;EX0=1; / 開外部總中斷IT0=1; / 設(shè)置外部中斷0為下降沿觸發(fā)方式TR0=1; / 啟動(dòng)計(jì)數(shù)器，等待busy端高電平開始計(jì)數(shù)EA=1; / 開總中斷 NOKIA5110初始化在NOKIA5110液晶工作前應(yīng)對(duì)其進(jìn)行初始化操作，其指令集如圖3.6所示。圖3.6 NOKIA5110指令集初始化步驟為：復(fù)位；指令集的選擇；設(shè)置顯示模式；設(shè)置顯示地址；清屏；初始化程序?yàn)椋簐oid LCD_Init()LCD_Reset();LCD_WriteCmd(0x21);/芯片激活，并采

29、用指令集 LCD_WriteCmd(0xff);/寫vop寄存器為0LCD_WriteCmd(0x20);/芯片激活，采用基本指令集LCD_WriteCmd(0x0c);/正常顯示模式LCD_WriteCmd(0x80);/設(shè)置X地址為0LCD_WriteCmd(0x40);/設(shè)置Y地址為0LCD_ClearScreen();3.5液晶顯示本次設(shè)計(jì)使用串行方式進(jìn)行液晶的數(shù)據(jù)傳送，根據(jù)圖3.7的液晶時(shí)序圖可知，進(jìn)行數(shù)據(jù)（命令）的發(fā)送時(shí)，應(yīng)首先設(shè)置D/C=1（D/C=0），然后在SCLK的上升沿進(jìn)行數(shù)據(jù)的按位發(fā)送。圖3.7 液晶時(shí)序圖void LCD_WriteByte(BYTE bt) /寫單字

30、節(jié)函數(shù) char i; SCLK = 0; for (i=0;i<8;i+) /下降沿串行發(fā)送8位數(shù)據(jù) bt <<= 1;SDIN = CY;SCLK = 1; SCLK = 0; void LCD_WriteCmd(BYTE x) / 寫命令函數(shù) DC = 0; /DC=0，送命令LCD_WriteByte(x);void LCD_WriteData(BYTE x) /寫數(shù)據(jù)函數(shù) DC = 1; / DC=1，送數(shù)據(jù)LCD_WriteByte(x);3.6用插值法計(jì)算數(shù)據(jù)在科學(xué)和工程問題上可以通過租入采樣、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)

31、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)過程叫擬合。插值是曲線必須通過已知點(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)電阻來標(biāo)定AD值，即自50到220每間隔5測一個(gè)AD值，制成表格，再由插值法計(jì)算出PT100的實(shí)際值。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。3.7運(yùn)行結(jié)果用變阻箱代替PT100模擬溫度變化時(shí)阻值的變化。程序運(yùn)行