位半智能溫度儀設(shè)計

1、 湖北工業(yè)大學(xué)檢測方向綜合實(shí)踐課程名稱： 檢測方向綜合實(shí)踐 課題名稱： 3位半智能溫度儀設(shè)計 專業(yè)班級： 12測控2班 姓 名： 成 績： 指導(dǎo)教師： 2015年 12月14日12月20日任務(wù)書一、設(shè)計內(nèi)容設(shè)計一個3位半智能溫度儀，系統(tǒng)包括傳感器電路、A/D及顯示電路、單片機(jī)電路和單片機(jī)程序4部分組成，要求：1、 傳感器電路：溫度傳感器用Pt100。溫度測量范圍：0100。傳感器輸出：02V緩變直流信號；傳感器電源5VDC由主電路提供。給出定標(biāo)曲線與誤差分析。2、 A/D及顯示電路：MC14433，電源5VDC由主電路提供。 輸入：02V緩變直流信號。 輸出：BCD碼輸出。3位半LED(或LC

2、D)帶小數(shù)點(diǎn)顯示。3、 主控電路：自設(shè)計一個51單片機(jī)最小系統(tǒng)，滿足下列要求：至少3位半LED(或LCD)帶小數(shù)點(diǎn)顯示。4個按鍵（用于參數(shù)設(shè)置）。1個復(fù)位按鈕。1個RS-232C接口。1個蜂鳴器。1個AT24C64 存儲器。電源：+5VDC/1A；上電正常綠色指示燈。（注：主控電路也可借用單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)硬件部分）。4、 軟件：自動顯示當(dāng)前動態(tài)采集的數(shù)據(jù)，顯示數(shù)據(jù)應(yīng)與A/D電路顯示的值一致。自動保存最新10個數(shù)據(jù)，掉電后再開機(jī)數(shù)據(jù)不丟失?？稍O(shè)置上、下限，實(shí)現(xiàn)超限等異常情況蜂鳴器報警。利用串口通信實(shí)現(xiàn)RS-232C數(shù)據(jù)傳輸。二、設(shè)計要求1、 總設(shè)計原則和步驟按智能儀器教材第9章進(jìn)行。所設(shè)計的方案能

3、滿足題目要求并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，并有原理說明。2、 使用Protel設(shè)計系統(tǒng)硬件電路原理圖，并說明原理、打印原理圖和PCB圖。3、 編寫實(shí)時數(shù)據(jù)采集和顯示程序；AT24C64數(shù)據(jù)讀寫程序；RS-232C通訊程序。4、 按設(shè)計制作實(shí)物并調(diào)試以上程序。5、 編寫出設(shè)計說明書（電子檔+紙質(zhì)檔)，說明書格式見后。說明書應(yīng)層次清楚，條理分明，敘述準(zhǔn)確，不得抄襲，其重點(diǎn)應(yīng)在硬件接口設(shè)計和軟件編程部分。6、 整個系統(tǒng)電路只使用電源+5VDC。7、 每日寫設(shè)計日記，記錄每日所做事實(shí)，作為平時成績評定依據(jù)。三、參考書目1、史健芳，智能儀器設(shè)計基礎(chǔ)（第二版），電子工業(yè)出版社，2012年 2、朱欣華，智能儀器原理與設(shè)

4、計，北京：中國計量出版社，2012 3、孫傳友主編，測控系統(tǒng)原理與設(shè)計，北京：北京航空航天大學(xué)出版社，20114、AT24C64數(shù)據(jù)手冊；MC14433數(shù)據(jù)手冊四、 考核1、 最后考核以做好的電路和程序?yàn)槟繕?biāo)答辯，每個人獨(dú)立演示為準(zhǔn)，逐個人進(jìn)行當(dāng)面問題回答。2、 電路調(diào)試正確，電路顯示能隨輸入正確變化。3、 程序設(shè)計正確，單片機(jī)輸出顯示與電路顯示一致。4、 能正確實(shí)現(xiàn)以下功能：掉電不失數(shù)據(jù)；上下限設(shè)置及報警；數(shù)據(jù)通信。五、成績評定1、最終成績由設(shè)計成績（70%）和平時考勤成績（30%）組成，分優(yōu)、良、中、及格、不及格五等。2、設(shè)計成績：評分表見后面。3、平時考勤成績：包含考勤和每日提交設(shè)計日記

5、2部分?？记诤兔咳仗峤辉O(shè)計日記累計缺3次及以上平時成績記0分。4、若發(fā)現(xiàn)在設(shè)計過程中出現(xiàn)抄襲或弄虛作假行為，成績直接定為不及格。六、成績評分表表1:成績評分表序號項(xiàng)目評分標(biāo)準(zhǔn)滿分得分1說明書(15分)格式規(guī)范，敘述清楚，層次分明5分2完整無缺，圖號/公式編號統(tǒng)一規(guī)范5分3內(nèi)容正確，無原則錯5分4硬件電路（20分）元件/焊連/調(diào)試正確，布局合理美觀5分5顯示輸出能隨輸入正確變化5分6輸入不變輸出溫度顯示精確到±15分7定標(biāo)曲線5分8程序功能（20分）單片機(jī)輸出顯示與電路顯示一致5分9能實(shí)現(xiàn)掉電不丟失數(shù)據(jù)的存儲功能5分10實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信功能正確5分11實(shí)現(xiàn)按鍵設(shè)置上下限與報警5分12誤差分

6、析（5分）定標(biāo)曲線，誤差源分析，誤差合成分析，最小二乘擬合5分13答辯（10分）回答問題正確5分14應(yīng)變能力，舉一反三5分15平時成績（30分）考勤+日記+平時態(tài)度累計缺3次及以上該項(xiàng)記0分。30分總分100分 總評成績等級七、其他說明A、每日提交設(shè)計日記（每日交必）每人每天填寫，每天班級匯總，最終提交設(shè)計說明書時，每人附上自己的表。每日工作匯報表學(xué)號日期地點(diǎn)姓名時間證明人開展的工作描述文件材料、圖片B、設(shè)計說明書格式1.說明書封面2.任務(wù)書3.目錄4.正文（包括：概述，總體方案設(shè)計，電路設(shè)計/接口/調(diào)試，程序設(shè)計/調(diào)試，定標(biāo)/誤差分析，結(jié)論）5.總結(jié)6.參考文獻(xiàn)7.附錄（原理圖，實(shí)物圖、源程

7、序、調(diào)試記錄、每天設(shè)計日記等等）8.課程設(shè)計評分表C、進(jìn)度安排（推薦）1、第16周：2015.12.1412.20星期一上午：布置課題任務(wù)，課題內(nèi)容介紹，仔細(xì)閱讀設(shè)計任務(wù)書。星期一下午：明確設(shè)計任務(wù)與要求，查閱收集設(shè)計資料。星期二：確定設(shè)計方案，相關(guān)元器件選型/電路設(shè)計/畫圖。星期三：電路設(shè)計/制作/調(diào)試。星期四：程序設(shè)計/調(diào)試/修改/定標(biāo)。星期五：編寫設(shè)計說明書，誤差分析，準(zhǔn)備答辯材料。2、第17周：考慮到實(shí)際情況，答辯時間推后到第17周星期四 (2015.12.24)。目錄一、總體方案設(shè)計1二、系統(tǒng)原理圖設(shè)計4三、程序設(shè)計9四、總結(jié)16五、參考文獻(xiàn)17 一、總體方案設(shè)計1、系統(tǒng)原理框圖設(shè)計

8、與分析 溫度測量與顯示電路應(yīng)滿足以下功能：1、 把非電信號（溫度）轉(zhuǎn)換為電信號。2、 把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。3、 將數(shù)字信號顯示出來。 根據(jù)以上功能要求，可以將電路設(shè)計為如圖1所示：數(shù)字信號電壓溫度測量放大電路數(shù)碼管顯示溫度電路 A/D轉(zhuǎn)換電路圖1 溫度測量與顯示電路組成框圖它主要包括溫度測量電路，放大電路，A/D轉(zhuǎn)換電路，顯示電路。2、 系統(tǒng)方案設(shè)計方案一 基于MC14433的溫度測量與顯示電路 圖2 基于MC14433的溫度測量與顯示電路溫度電阻穩(wěn)壓電路溫度傳感器溫度測量電路電壓放大電路A/D轉(zhuǎn)換 電路MC14433基準(zhǔn)電壓譯碼器MC1413字符驅(qū)動CD4511顯示電壓電壓數(shù)字信號 基

9、于MC14433的溫度測量與顯示電路系統(tǒng)框圖如圖2所示。 該方案可分為溫度傳感器，溫度測量電路，穩(wěn)壓電路，電壓放大電路，基準(zhǔn)電壓電路，A/D轉(zhuǎn)換電路，譯碼顯示電路。從圖中可以看出，溫度傳感器將溫度改變變化為電阻改變，經(jīng)過溫度測量電路轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，?jīng)過電壓放大電路，輸入到A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，經(jīng)譯碼器譯碼后在數(shù)碼管上顯示。方案二 基于AT89C51的溫度測量與顯示電路 基于AT89C51單片機(jī)的溫度測量與顯示電路電路系統(tǒng)框圖如圖3所示。電阻穩(wěn)壓電路溫度測量電路電壓溫度溫度傳感器 電壓放大電路 電壓MC14433BCD碼按鍵數(shù)據(jù)儲存電路AT89C51 單片機(jī)數(shù)碼管顯示溫度上下限預(yù)警警報電

10、路 圖3 基于AT89C52的溫度測量與顯示電路 該方案使用溫度傳感器將溫度改變變化為電阻改變，經(jīng)過溫度測量電路轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，?jīng)過電壓放大電路和MC14433模數(shù)轉(zhuǎn)換同AT89C51連接組成，AT89C51轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)顯示在數(shù)碼管上。 方案比較： 方案一：選用A/D轉(zhuǎn)換芯片MC14433，CD4511，MC1413，MC1403，數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)溫度測量與顯示。缺點(diǎn)是工作速度低，優(yōu)點(diǎn)是精度高，工作性能比較穩(wěn)定，抗干擾能力比較強(qiáng)，器件價格合適，采購方便，成本低，易實(shí)施。 方案二：選用電壓轉(zhuǎn)換芯片AT89C51實(shí)現(xiàn)電壓的測量和控制，可直接驅(qū)動數(shù)碼管，缺點(diǎn)是精度比較低，且內(nèi)部電壓轉(zhuǎn)換和控制部分不可控制，

11、優(yōu)點(diǎn)是價格低廉。 二、系統(tǒng)原理圖設(shè)計2.1 電路主要元件介紹2.1.1 存儲器AT24C64 主器件通過發(fā)送一個起始信號啟動發(fā)送過程,然后發(fā)送它所要尋址的從器件的地址8 位從器件地址的高4 位固定為1010 ,接下來的3 位A2 A1 A0 為器件的地址位,最多可以連接8 個32K/64K 器件到同一總線上,這些位必須與硬連線輸入腳A2 A1 A0 相對應(yīng),從器件8 位地址的最低位作為讀寫,控制位1 表示對從器件進(jìn)行讀操作,0 表示對從器件進(jìn)行寫操作在主器件發(fā)送起始信號和從器件地址字節(jié)后,AT24C364 監(jiān)視總線并當(dāng)其地址與發(fā)送的從地址相符時響應(yīng)一個應(yīng)答信號通過SDA 線AT24C64 再根

12、據(jù)讀寫控制位R/W 的狀態(tài)進(jìn)行讀或?qū)懖僮鳌?I2C 總線數(shù)據(jù)傳送時每成功地傳送一個字節(jié)數(shù)據(jù)后接收器都必須產(chǎn)生一個應(yīng)答信號,應(yīng)答的器件在第9 個時鐘周期時將SDA 線拉低表示其已收到一個8 位數(shù)據(jù).AT24C64 在接收到起始信號和從器件地址之后響應(yīng)一個應(yīng)答信號.如果器件已選擇了寫操作則在每接收一個8 位字節(jié)之后響應(yīng)一個應(yīng)答信號。當(dāng)AT24C64 工作于讀模式時在發(fā)送一個8 位數(shù)據(jù)后釋放SDA 線并監(jiān)視一個應(yīng)答信號,接收到應(yīng)答信號AT24C64繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù),如主器件沒有發(fā)送應(yīng)答信號器件停止傳送數(shù)據(jù),等待一個停止信號主器件必須發(fā)一個停止信號給AT24C64 使其進(jìn)入備用電源模式并使器件處知的狀態(tài)。

13、 寫操作 字節(jié)寫在字節(jié)寫模式下,主器件發(fā)送起始信號和從器件地址信息R/W 位置0 給從器件在從器件送回。應(yīng)答信號后主器件發(fā)送兩個8 位地址字寫入AT24C64的地址指針主器件在收到從器件的應(yīng)答。信號后再發(fā)送數(shù)據(jù)到被尋址的存儲單元AT24C64 再次應(yīng)答并在主器件產(chǎn)生停止信號后開始內(nèi)部數(shù)據(jù)的擦寫在內(nèi)部擦寫過程中AT24C64 不再應(yīng)答主器件的任何請求。 頁寫 在頁寫模式下單個寫周期內(nèi)AT24C64最多可以寫入32 個字節(jié)數(shù)據(jù)頁寫操作的啟動和字節(jié)寫一樣不同在于傳送了一字節(jié)數(shù)據(jù)后主器件允許繼續(xù)發(fā)送31 個字節(jié)每發(fā)送一個字節(jié)后。AT24C64 將響應(yīng)一個應(yīng)答位且內(nèi)部低5 位地址加1 高位地址保持不變?nèi)?/p>

14、果主器件在發(fā)送停止信號之前發(fā)送大于32 個字節(jié)地址計數(shù)器將自動翻轉(zhuǎn)先前寫入的數(shù)據(jù)被覆蓋。當(dāng)所有32 字節(jié)接收完畢主器件發(fā)送停止信號內(nèi)部編程周期開始此時所有接收到的數(shù)據(jù)在單個寫周期內(nèi)寫入AT24C64 。管腳如圖4所示 圖4：存儲器AT24C64 2.1.2 單片機(jī)AT89C51圖5：AT89C51 AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼

15、容。由于將多功能8位CPU和閃速存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C51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廉的方案。 AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)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)振蕩器及時鐘電路。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RA

16、M中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。其引腳圖如圖5所示。2.1.3 三位半AD轉(zhuǎn)換器MC14433 在數(shù)字儀表中，MC14433電路是一個低功耗三位半雙積分式AD轉(zhuǎn)換器。和其它典型的雙積分A/D轉(zhuǎn)換器類似，MC14433AD轉(zhuǎn)換器由積分器、比較器、計數(shù)器和控制電路組成。使用MC14433時,只要外接兩個電阻和兩個電容(分別是積分電容CI和自動調(diào)零補(bǔ)償電容C0)就能執(zhí)行三位半的AD轉(zhuǎn)換。  MC14433內(nèi)部模擬電路實(shí)現(xiàn)了如下功能:（1）提高AD 轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗，使輸入阻抗可達(dá)l00M以上；（2）和外接的RI、CI構(gòu)成一個積分放大器，完成V

17、T 轉(zhuǎn)換即電壓時間的轉(zhuǎn)換；（3）構(gòu)造了電壓比較器，完成“0”電平檢出，將輸入電壓與零電壓進(jìn)行比較，根據(jù)兩者的差值決定極性輸出是“1”還是“0”。比較器的輸出用作內(nèi)部數(shù)字控制電路的一個判別信號；（4）與外接電容器C0構(gòu)成自動調(diào)零電路。除“模擬電路”以外，MC14433 內(nèi)部含有四位十進(jìn)制計數(shù)器，對反積分時間進(jìn)行3位半BCD碼計數(shù)(01999)，并鎖存于三位半十進(jìn)制代碼數(shù)據(jù)寄存器，在控制邏輯和實(shí)時取數(shù)信號(DU)作用下，實(shí)現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換結(jié)果的鎖定和存儲。借助于多路選擇開關(guān)，從高位到低位逐位輸出BCD碼Q0Q3，并輸出相應(yīng)位的多路選通脈沖標(biāo)志信號DS1DS4實(shí)現(xiàn)三位半數(shù)碼的掃描方式（

18、多路調(diào)制方式）輸出。MC14433芯片如圖6所示： 圖6 MC14433芯片 2.2 電路設(shè)計 單片機(jī)電路設(shè)計如圖7所示： 圖7：單片機(jī)電路圖電路由AT89C51單片機(jī)和數(shù)碼管，蜂鳴器電路，存儲器AT24C64電路組成。2.2.1存儲電路 數(shù)據(jù)儲存通過AT24C64芯片來實(shí)現(xiàn),自動保存數(shù)據(jù)，掉電后再開機(jī)數(shù)據(jù)不丟失。其電路圖如圖8所示： 圖8：存儲電路2.2.2 報警電路報警電路由二極管和蜂鳴器組成，當(dāng)溫度達(dá)到下限溫度二極管亮紅燈，達(dá)到上限溫度時蜂鳴器報警。其電路圖如圖9所示：圖9：報警電路 2.2.3 單片機(jī)與MC14433接口電路 MC14433輸出BCD碼，在單片機(jī)里經(jīng)過處理。單片機(jī)與MC

19、14433接口連接如圖10所示： 圖10：單片機(jī)與MC14433接口電路 2.2.4 鍵盤電路設(shè)計通過按鍵控制溫度上限和溫度下限，其電路圖如所示：圖11：鍵盤電路設(shè)計 三、程序設(shè)計 程序的目的是將MC14433輸出的BCD碼處理成十進(jìn)制數(shù)然后在數(shù)碼管上顯示。同時，可以使用程序設(shè)置報警上限和報警下限，滿足條件時，蜂鳴器和二極管各自作用，在轉(zhuǎn)換時，自動將數(shù)據(jù)存儲。流程圖如圖12所示：圖12：流程圖程序如下: #include<reg51.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuchar table=0x3f,0x06

20、,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00 , 0x46;uchar wei=0x01,0x02,0x04,0x08;sbit key1=P34;sbit key2=P35;sbit key3=P36;sbit key4=P37;sbit buzz=P00;sbit led1=P01;sbit led2=P02;sbit q0=P20;sbit q1=P21;sbit q2=P22;sbit q3=P23;sbit ds1=P24;sbit ds2=P25;sbit ds3=P26;sbit ds4=P27;void delay(uint z);

21、uchar keyscan(void);void scan(int shu);void jia(int *wendu1);void send(int num);void sendto(char key); char num=0;data mc144334 _at_ 0x20; mc144334 _at_ 0x20;char wei1=1,temp=0,mode=0;int wendu=0,diwen=103,gaowen=822,n=0;void main()TMOD=0x20;TH1=0xfd;TL1=0xfd;TR1=1;SM0=0;SM1=1; REN=1;EA=1;ES=1; EX1=

22、1; IT1=1; while(1) switch(keyscan() case 0: wendu=mc144332*100+mc144331*10+mc144330; if(mode=0) scan(wendu); if(wendu>gaowen) buzz=0;led1=1; else buzz=1;led1=0; if(wendu<diwen) led2=1; else led2=0; n+; if(n>=300) send(wendu);n=0; else if(mode=1) scan(diwen); else if(mode=2) scan(gaowen); br

23、eak; case 1: if(mode=1|mode=2) wei1+=1; if(wei1=4) wei1=1; break; case 2: if(mode=1|mode=2) if(mode=1) jia(&diwen); else if(mode=2) jia(&gaowen); break; case 3: mode+=1; wei1=1; if(mode=3) mode=0; break; case 4: mode=0; break; void send(int num)char a="The current temporary is: . r"

24、;char i;a29=num%10+'0'a27=num%100/10+'0'a26=num%1000/100+'0'a25=num/1000+'0'for(i=0;i<32;i+)sendto(ai);void sendto(char key) ES=0;SBUF=key;while(!TI);TI=0;ES=1;void jia(int *wendu1)switch(wei1)case 1:temp=*wendu1%10; *wendu1-=temp; temp+; if(temp=10)temp=0;*wendu1+

25、=temp;break;case 2:temp=*wendu1%100/10; *wendu1-=temp*10; temp+; if(temp=10)temp=0;*wendu1+=temp*10;break;case 3:temp=*wendu1%1000/100; *wendu1-=temp*100; temp+; if(temp=10)temp=0;*wendu1+=temp*100;break;case 4:temp=*wendu1/1000; *wendu1-=temp*1000; temp+; if(temp=10)temp=0;*wendu1+=temp*1000;break;

26、void scan(int shu)char ge=0,shi=0,bai=0,qian=0;ge=shu%10; shi=shu%100/10; bai=shu%1000/100; qian=shu/1000; P1=tablege; P3=0x01;delay(5);P1=0x00;P3=0xff;P1=tableshi|0x80; P3=0x02;delay(5);P1=0x00;P3=0xff;P1=tablebai; P3=0x04;delay(5);P1=0x00;P3=0xff;void delay(uint z)uint x,y;for ( x=z;x>0;x-)for(y=110;y>0;y-);uchar keyscan(void) if(key1=0) delay(10);if(key1=