智能型溫度測(cè)量?jī)x二

1、智能儀器課程設(shè)計(jì)智能型溫度測(cè)量?jī)x學(xué) 院:機(jī)電工程學(xué)院班級(jí):09電子二班姓名:趙學(xué)盼學(xué)號(hào):2009061231日 期:2011-11-28智能型溫度測(cè)量?jī)x一 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求功能要求1配合電阻溫度傳感器，實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量；2具有開(kāi)機(jī)自檢、自動(dòng)調(diào)零功能；3具有克服隨機(jī)誤差的數(shù)字濾波功能；4. 使用220V/50Hz交流電源，設(shè)置電源開(kāi)關(guān)、電源指示燈和電源保護(hù)功能。主要技術(shù)指標(biāo)1測(cè)量溫度范圍：02002測(cè)量誤差：1%3顯示方式：4位LED數(shù)碼管顯示被測(cè)溫度值。二 總體方案論證與選擇1.從功能要求看：在智能型溫度測(cè)量?jī)x中，采用的單片機(jī)型號(hào)以MCS51系列居多。本課程設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能并不復(fù)雜，MCS-51單片機(jī)

2、完全可以勝任主機(jī)的角色；2.從測(cè)溫范圍看：常用的溫度傳感器有熱電阻、熱敏電阻溫度傳感器，熱電偶及集成對(duì)管溫度傳感器等，由于電阻溫度傳感器測(cè)量精度高、對(duì)非溫度量不敏感，且有較大的測(cè)量范圍，線性度好熱便于測(cè)量。因此本設(shè)計(jì)采用電阻傳感器溫度檢測(cè)；3.人機(jī)接口部件：由于編碼式鍵盤(pán)的硬件結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，本設(shè)計(jì)采用非編碼式鍵盤(pán)，且采用按鍵容易識(shí)別的、一鍵一線式的獨(dú)立式鍵盤(pán)；數(shù)據(jù)顯示采用軟件譯碼動(dòng)態(tài)掃描顯示。顯示器為共陰極LED。4. 從分辨率看，普通運(yùn)放和11位以上的A/D轉(zhuǎn)換器可以滿足精度要求；分辨率=0.1/(200-0)=1/20005.由于溫度變化緩慢，采用雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器，不需要采樣保持器這樣

3、，系統(tǒng)組成方案的雛形已經(jīng)建立。方案1差分放大器單電橋測(cè)溫電路電阻溫度傳感器單片機(jī)（鍵盤(pán)、顯示器）A/D轉(zhuǎn)換器電壓放大器濾波器方案2集成T/I變換器A/D轉(zhuǎn)換器濾波器I/U變換器單片機(jī)（鍵盤(pán)、顯示器）以上兩個(gè)方案的主要區(qū)別是選用的傳感器不同，兩種傳感器都具有測(cè)量精度較高的特點(diǎn)。電阻溫度傳感器不但測(cè)量精度高，而且靈敏度高，對(duì)非溫度量不敏感；集成電路溫度傳感器線性很好，不需要非線性校正，但測(cè)溫范圍較窄。本設(shè)計(jì)采用方案1。三、總體設(shè)計(jì)流程圖溫度測(cè)量?jī)x電路設(shè)計(jì)流程圖圖1溫度測(cè)量?jī)x電路設(shè)計(jì)流程圖流程圖簡(jiǎn)單說(shuō)明先由電阻溫度傳感器傳遞溫度信號(hào)，因?yàn)闇囟刃盘?hào)較小，因此要在電路中加入電壓放大電路將信號(hào)放大，以滿足

4、測(cè)量的要求。信號(hào)經(jīng)過(guò)放大之后分為兩路：一路直接輸入數(shù)字顯示電路模塊的顯示信號(hào)，另一路經(jīng)繼電器驅(qū)動(dòng)電路模塊中作為電壓比較器的一個(gè)輸入信號(hào)。四、各單元電路設(shè)計(jì)1電源設(shè)計(jì)在各種電子設(shè)備中，直流穩(wěn)壓電源是必不可少的組成部分，它是電子設(shè)備唯一能量來(lái)源， +5V輸出電壓，就需將交流220V的電壓經(jīng)過(guò)變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四個(gè)部分。 其電路圖如下所示：同時(shí)輸出正、負(fù)電壓的電路圖。2.測(cè)溫部分測(cè)溫部分采用全橋電路，PT100溫度感測(cè)器是一種以白金(Pt)作成的電阻式溫度檢測(cè)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

5、攝氏溫度<br>因此白金作成的電阻式溫度檢測(cè)器,又稱(chēng)為PT100。3.溫度檢測(cè)電路模塊電阻電橋的兩個(gè)輸出端電壓的差值（此即為Pt電阻在溫度變化時(shí)導(dǎo)致的電阻變化所引起的電壓值的改變量）可由以下公式求得。其中，U為10V，R0為100，為Pt電阻在不同溫度下的電阻值與在0時(shí)標(biāo)稱(chēng)電阻的差值，并且當(dāng)鉑電阻傳感器所處溫度為零下時(shí)，差值為負(fù)值；當(dāng)鉑電阻傳感器所處溫度為零上時(shí)，差值為正值。4.電壓放大電路模塊 電壓放大模塊采用儀用放大器5.溫度數(shù)字顯示部分5.1 ICL7107電路部分ICL7107簡(jiǎn)介ICL7107是高性能、低功耗的三位半A/D轉(zhuǎn)換器電路。它包含七段譯碼器、顯示驅(qū)動(dòng)器、參考源和

6、時(shí)鐘系統(tǒng)。ICL7107可直接驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管（LED）。ICL7107將高精度、通用性和真正的低成本很好地結(jié)合在一起，它有低于10V的自動(dòng)校零功能，零源小于1V/°C，低于10pA的輸入電流，極性轉(zhuǎn)換誤差小于一個(gè)字。真正的差動(dòng)輸入和差動(dòng)參考源在各種系統(tǒng)中都很有用。在用于測(cè)量負(fù)載單元、壓力規(guī)管和其它橋式傳感器時(shí)會(huì)有更突出的優(yōu)點(diǎn)。主要特點(diǎn)： 保證零電平輸入時(shí)，各量程的讀值均為零。 很低的噪聲。（小于15VP-P ）1pA典型輸入電流。 片上時(shí)鐘。真正的差動(dòng)輸入和差動(dòng)參考源，直接LED 低功耗（典型值小于10mW）。顯示驅(qū)動(dòng) 不需外接有源電路。5.2 顯示電路部分5.3 鍵盤(pán)、顯示電路設(shè)計(jì)

7、鍵盤(pán)：設(shè)置4個(gè)按鍵，設(shè)功能鍵1個(gè)，每按下1次，K1狀態(tài)計(jì)數(shù)器加1，使用“+”、“-”依次逐位預(yù)置上限溫度百位、十位、個(gè)位和下限溫度百位、十位、個(gè)位，預(yù)置完畢后，K1狀態(tài)回0，為簡(jiǎn)化鍵處理程序設(shè)計(jì)，預(yù)置上、下限溫度范圍限制為-50+250，而非0+200。另設(shè)預(yù)置溫度查詢(xún)鍵1個(gè)，測(cè)溫時(shí)可查詢(xún)預(yù)置的上、下限溫度，各鍵功能分配見(jiàn)附表4-1所示。K1K4狀態(tài)功能表K1態(tài)按鍵2DH.4F0顯示操作0K10 0/1*測(cè)溫值關(guān)A/D中斷，K1狀態(tài)+1，清預(yù)置寄存器，關(guān)預(yù)置錯(cuò)誤報(bào)警，顯示“0滅滅.H”/“0滅滅.L”，0K2、K3*無(wú)效0K4*每按1次K4，依次顯示“XYZ.H”“XYZ.L”“測(cè)溫值”13K

8、4*無(wú)效1K2000滅滅.H百位數(shù)字加11K2001滅滅.H無(wú)效1K3000滅滅.H無(wú)效1K3001滅滅.H百位數(shù)字減11K100X滅滅.HK1狀態(tài)+1，顯示“X0滅.H”2K2000Y滅.HY=9時(shí)無(wú)效，Y9時(shí)Y+12K2001Y滅.HY=5時(shí)無(wú)效，Y5時(shí)Y+12K201-Y滅.HY-1，當(dāng)Y-1=0時(shí)置F0=0，顯示“00滅.H”2K3001Y滅.HY0，Y-1；Y=0，無(wú)效2K3000Y滅.HY0，Y-1；Y=0，置F0=1，顯負(fù)號(hào)，Y+12K301-Y滅.HY=5時(shí)無(wú)效，Y5時(shí)Y+12K10*XY滅.HK1狀態(tài)+1，顯示“XY0.H”3K200XYZ.HZ=9時(shí)無(wú)效，Z9時(shí)Z+13K2

9、01-YZ.HZ=0時(shí)無(wú)效，Z0時(shí)Z-13K300XYZ.HZ=0時(shí)無(wú)效，Z0時(shí)Z-13K301-YZ.HZ=9時(shí)無(wú)效，Z9時(shí)Z+13K10*XYZ.H上限變補(bǔ)碼保存,若-49上限150,上限預(yù)置成功,2DH.4=1,K1回狀態(tài)1,否則上限預(yù)置錯(cuò)誤,開(kāi)報(bào)警,顯示“E4”, K1回0態(tài),按K1重新預(yù)置。1K2100滅滅.L百位數(shù)字加11K2101滅滅.L無(wú)效1K3100滅滅.L無(wú)效1K3101滅滅.L百位數(shù)字減12K2100Y滅.LY=9時(shí)無(wú)效，Y9時(shí)Y+12K2101Y滅.LY=5時(shí)無(wú)效，Y5時(shí)Y+12K211-Y滅.LY-1，當(dāng)Y-1=0時(shí)置F0=0，顯示“00滅.L”2K3101Y滅.LY

10、0，Y-1；Y=0，無(wú)效2K3100Y滅.LY0，Y-1；Y=0，置F0=1，顯負(fù)號(hào)，Y+12K311-Y滅.LY=5時(shí)無(wú)效，Y5時(shí)Y+12K11*XY滅.LK1狀態(tài)+1，顯示“XY0.L”3K210XYZ.LZ=9時(shí)無(wú)效，Z9時(shí)Z+13K211-YZ.LZ=0時(shí)無(wú)效，Z0時(shí)Z-13K310XYZ.LZ=0時(shí)無(wú)效，Z0時(shí)Z-13K311-YZ.LZ=9時(shí)無(wú)效，Z9時(shí)Z+13K11*XYZ.L下限變補(bǔ)碼保存，若-50下限上限，預(yù)置成功，2DH.4=0，開(kāi)A/D中斷，K1回0態(tài)。否則預(yù)置錯(cuò)誤，開(kāi)報(bào)警，顯示“E5”，K1回狀態(tài)0，按K1重新預(yù)置。表中XYZ為預(yù)置的上限和下限溫度值，2DH.4=0置上

11、限溫度、2DH.4=1置下限溫度，F(xiàn)0=0預(yù)置溫度為正，F(xiàn)0=1預(yù)置溫度為負(fù)。硬件電原理圖五、軟件設(shè)計(jì) 一 時(shí)鐘頻率的確定單片機(jī)時(shí)鐘頻率fosc：?jiǎn)纹瑱C(jī)的時(shí)鐘頻率越高，運(yùn)算速度越快；但耗電量增加、抗干擾能力變差。本設(shè)計(jì)是測(cè)溫系統(tǒng)，對(duì)測(cè)量速度要求不高也無(wú)串行通信功能，對(duì)時(shí)鐘無(wú)特殊要求，初選fosc=6MHz。 A/D轉(zhuǎn)換時(shí)鐘頻率fCP：正向積分時(shí)間應(yīng)是干擾信號(hào)周期的整倍數(shù)，考慮到抗50Hz工頻干擾，取正向積分時(shí)間為60 mS 則TCP=60000S/4000=15S ，fCP=1/TCP=1/15S66.7kHz。查RCfCP曲線得：RC=470k。完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需時(shí)間T016400

12、15;TCP=16400×15×10-6=0.246S，即每秒完成4次A/D轉(zhuǎn)換。三 監(jiān)控程序設(shè)計(jì)1 RAM地址分配：見(jiàn)RAM附表4-3所示。約定：多字節(jié)定點(diǎn)數(shù)存放在RAM中地址連續(xù)的單元中時(shí)，地址小的單元存放數(shù)據(jù)的高字節(jié)。2 系統(tǒng)初始化參數(shù)及控制字(P1)=0FFH，置P1口為輸入口(P2)=00H，關(guān)顯示器，關(guān)報(bào)警燈和蜂鳴器(P3)=0FFH，置P3口為輸入口 RAM地址分配表地址用途說(shuō)明0組工作寄存器R1、R4、R5顯示器自檢子程序，R0、R2 ROM、RAM自檢子程序，R1、R3通道自檢子程序，R0、R2、R6、R7顯示子程序1組工作寄存器A/D轉(zhuǎn)換中斷服務(wù)，BCD

13、碼變二進(jìn)制、二進(jìn)制變BCD碼、二進(jìn)制數(shù)求補(bǔ)碼子程序，雙字節(jié)二進(jìn)制補(bǔ)碼比較大小子程序2組工作寄存器K1K4鍵處理子程序，R7功能鍵K1狀態(tài)計(jì)數(shù)器，R6查詢(xún)鍵K4狀態(tài)計(jì)數(shù)器，R4R6預(yù)置上、下限溫度計(jì)數(shù)器百位個(gè)位，BCD碼20H21H存放A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，壓縮BCD碼，符號(hào)存F0，變換為二進(jìn)制補(bǔ)碼22H23H存放4次A/D值的和、去零漂、取平均求測(cè)溫值的補(bǔ)碼24H25H保存預(yù)置溫度BCD碼，符號(hào)暫存F0，轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制、求補(bǔ)碼26H27H存放測(cè)溫值，壓縮BCD碼2CH顯示字段碼暫存2FH32H顯示緩沖區(qū)，BCD碼，千位個(gè)位33H34H存放4次測(cè)零漂的和，二進(jìn)制補(bǔ)碼35H37H保存預(yù)置上溫度，百位個(gè)位，

14、BCD碼，符號(hào)在35H最高位38H3AH保存預(yù)置下溫度，百位個(gè)位，BCD碼，符號(hào)在38H最高位3BH3CH預(yù)置上限溫度值，二進(jìn)制補(bǔ)碼3DH3EH預(yù)置下限溫度值，二進(jìn)制補(bǔ)碼3FH40H允許預(yù)置的上限溫度最大值，二進(jìn)制補(bǔ)碼41H42H允許預(yù)置的上限溫度最小值，二進(jìn)制補(bǔ)碼43H44H允許預(yù)置的下限溫度最小值，二進(jìn)制補(bǔ)碼45H中斷次數(shù)計(jì)數(shù)器46H定時(shí)測(cè)零漂計(jì)數(shù)器60H7FH堆棧F0暫存A/D和預(yù)置上、下限溫度的符號(hào)位，“0”正/“1”負(fù)2DH.02DH.0=1ROM有故障2DH.12DH.1=1RAM有故障2DH.22DH.2=1輸入通道有故障2DH.32DH.3=1開(kāi)機(jī)自檢有故障2DH.4置上、下限

15、標(biāo)志，2DH.4=0置上限溫度，2DH.4=1置下限溫度2DH.52DH.5=1，超測(cè)溫上限2DH.62DH.6=1，超測(cè)溫下限2DH.7測(cè)零漂/自檢、測(cè)溫標(biāo)志，“1”測(cè)零漂/“0”自檢、測(cè)溫(SP)=5FH，堆棧底設(shè)為60H(IP)=01H，設(shè)為高級(jí)中斷IT0=1，設(shè)外部中斷0為邊沿觸發(fā)方式(IE)=00H，禁止所有中斷請(qǐng)求(IE)=81H，僅允許中斷請(qǐng)求(17H)=00H，清零功能鍵K1狀態(tài)計(jì)數(shù)器2組R7(16H)=00H，清零查詢(xún)鍵K4狀態(tài)計(jì)數(shù)器2組R6六、部分程序ORG 0000HLJMP ZCX00 ；首先運(yùn)行主程序 ORG 0003H LJMP INT00 ；中斷向量 ORG 00

16、30H ；主程序ZCX00:MOV P2,#40H ；關(guān)報(bào)警、關(guān)顯示MOV P3,#0FFH ；P3設(shè)為輸入口MOV SP,#5FH ；設(shè)堆棧底為60HMOV IP,#01H ；為高級(jí)中斷SETB IT0 ；為邊沿觸發(fā)CLR A MOV IE,A ；禁止所有中斷請(qǐng)求 PUSH PSW SET RS0 MOV R0,A ；置上限設(shè)置為初始狀態(tài) MOV R1,A ；置下限設(shè)置為初始狀態(tài)POP PSW MOV 20H,AMOV 21H,A MOV 22H,A MOV 23H,A MOV 2DH,A ；置故障、超限等標(biāo)志為初始狀態(tài) MOV 29H,A ；清零4次測(cè)零漂的和（始終為補(bǔ)碼）MOV 33H,

17、A MOV 34H,A SETB RS1 MOVR5,A；置A/D轉(zhuǎn)換次數(shù) MOV R7,#4；置定時(shí)測(cè)零漂計(jì)數(shù)器初值 CLR RS1 ACALL TDIS0 ；調(diào)顯示器自檢子程序ZCX01:ACALL TROM0 ；調(diào)ROM自檢子程序 ACALL TRAM0 ；調(diào)RAM自檢子程序 ACALL TSRZJ ；調(diào)輸入通道自檢子程序 ACALL DIS00 ；調(diào)顯示子程序JB 2DH.0,ERR01 ；自檢故障判斷 JB 2DH.1,ERR02 JB 2DH.2,ERR03 CLR 2DH.3 ；清故障標(biāo)志 CLR P2.2 ；關(guān)故障報(bào)警SJMP ZCX02ERR01:MOV 32H,#01H ；

18、置個(gè)位顯示“1” SJMP ERR04ERR02:MOV 32H,#02H ；置個(gè)位顯示“2”SJMP ERR04ERR03:MOV 32H,#03H ；置個(gè)位顯示“3”ERR04:MOV 31H,#0EH ；置十位顯示“E”MOV 30H,#0CH ；置百位顯示“熄滅”MOV 2FH,#0CH ；置千位顯示“熄滅”SETB 2DH.3 ；置開(kāi)機(jī)自檢故障標(biāo)志SETB P2.2 ；開(kāi)故障報(bào)警SJMP ZCX01 ；重新自檢ZCX02:MOV SP,#5FH ；系統(tǒng)初始化SETB P2.7 ；通道開(kāi)關(guān)置測(cè)溫狀態(tài)ZCX03:ACALL DIS00 ；調(diào)顯示子程序JNB P3.4,ZCX0A ；有鍵按

19、下，轉(zhuǎn)鍵處理JNB P3.5,ZCX0AJNB P3.6 ZCX0AJNB P3.7,ZCX0AZCX04:JB 2DH.5,ZCX05 ；超上限，超上限報(bào)警 JB 2DH.6,ZCX06 ；超下限，超下限報(bào)警 JB 2EH.0,ZCX07 ；轉(zhuǎn)A/D過(guò)載報(bào)警CLR P2.2 ；關(guān)超限報(bào)警SJMP ZCX03ZCX05:MOV R5,#0AH ；顯示“HHHH” SJMP ZCX08ZCX06:MOV R5,#0BH ；顯示“LLLL” SJMP ZCX08ZCX07:MOV R5,#0FH ；顯示“.8.”ZCX08:MOV R4,#4MOV R0,2FHZCX09:MOV R0,R5INC

20、 R0 DJNZ R4,ZCX09SETB P2.2 ；開(kāi)超限報(bào)警 SJMP ZCX03ZCX0A:ACALL KEY00 SJMP ZCX04ORG 0100H ; 顯示器自檢子程序TDIS0:MOV R4,#3 ；循環(huán)3次TDIS1:MOV R1,#2FH ；置顯緩區(qū)首址(最高位)MOV R6,#4 ；置顯緩區(qū)為全亮TDIS2:MOV R1,#0FHINC R1DJNZ R6,TDIS2SETB P2.2 ；點(diǎn)亮報(bào)警燈 ；打開(kāi)蜂鳴器MOV R6,#125 ；字段全亮約 TDIS3:ACALL DIS00 DJNZ R6,TDIS3MOV R1,#2FH ；置顯緩區(qū)首址MOV R6,#4 ；

21、置顯緩區(qū)為全滅TDIS4:MOV R1,#0CHINC R1DJNZ R6,TDIS4CLR P2.2 ；熄滅報(bào)警燈 ；關(guān)閉蜂鳴器MOV R6,#125 ；全熄滅約0.5STDIS5:ACALL DIS00 DJNZ R6,TDIS5 DJNZ R4,TDIS1RETROM自檢清零A、B讀ROM A清故障標(biāo)志修改指針A異或B B校驗(yàn)和 A置故障標(biāo)志返回最后字節(jié)？A=B?ROM自檢程序流程圖ROM自檢子程序ORG 0160HTROM0:MOV DPTR,#5A3AH ；為程序的結(jié)束地址 PUSH DPH ；程序的結(jié)束地址進(jìn)棧 PUSH DPL MOV DPTR,#0000H ；0000H為程序的

22、起始地址 CLR BTROM1:CLR A MOVC A,A+DPTR ；讀ROM XRL B,A ；異或運(yùn)算結(jié)果存B POP A ；結(jié)束地址低8位出棧 MOV R2,A CJNE A,DPL,TROM3 ；當(dāng)前地址低8位結(jié)束地址低8位，轉(zhuǎn)移至TROM3 POP A ；結(jié)束地址高8位出棧 CJNE A,DPH,TROM2 ；當(dāng)前地址高8位結(jié)束地址高8位，轉(zhuǎn)移至TROM2 AJMP TROM4 ；ROM中程序代碼全部讀出并求異或和，轉(zhuǎn)移至TROM4TROM2:PUSH A ；結(jié)束地址高8位進(jìn)棧 MOV A,R2TROM3:PUSH A ；data1低8位進(jìn)棧 INC DPTR ；當(dāng)前地址加1 AJMP TROM1 ；繼續(xù)異或和運(yùn)算TROM4:MOV DPTR,#5A4