基于PT100溫度傳感器課設

福建電力職業(yè)技術學院課程設計課程名稱：傳感器與檢測技術課設題目：溫度測量控制系統(tǒng)專業(yè)班次：10〔三〕檢測1班姓名：陳0坤學號：202302063101指導教師： 蘇0河學期：2023-2023學年第一學期日期：摘要本文首先簡要介紹了鉑電阻PT100的特性以及測溫的方法，在此根底上闡述了基于PT100的溫度測量系統(tǒng)設計。在本設計中，是以鉑電阻PT100作為溫度傳感器，采用恒流測溫的方法，通過單片機進行控制，用放大器、A/D轉換器進行溫度信號的采集。另外，還設計了時鐘電路模塊，能實現對溫度的實時測量。本設計采用了兩線制鉑電阻溫度測量電路，通過對電路的設計，減小了測量電路及PT100自身的誤差，使溫控精度在0℃～100℃范圍內到達±℃。本文采用AT89S51單片機，TLC2543A/D轉換器，DS1302時鐘芯片，AD620放大器，鉑電阻PT100及6位數碼管組成系統(tǒng)，編寫了相應的軟件程序,使其實現溫度的實時顯示。該系統(tǒng)點是：使用簡便；測量精確、穩(wěn)定、可靠；測量范圍大；使用對象廣。關鍵詞：PT100單片機溫度測量DS1302目錄TOC\o"1-2"\h\z\u摘要I目錄II第一章方案設計與論證…………………………2第一節(jié)傳感器的選擇2第二節(jié)方案論證3第三節(jié)系統(tǒng)的工作原理3第四節(jié)系統(tǒng)框圖3第二章硬件設計4第一節(jié)PT100傳感器特性和測溫原理4第二節(jié)信號調理電路5第三節(jié)恒流源電路5第四節(jié)放大電路的設計6第五節(jié)A/D轉換器的選擇與設計電路8第六節(jié)DS1302時鐘電路設計10第七節(jié)單片機控制電路12第八節(jié)按鍵和顯示電路12第三章軟件設計13第一節(jié)系統(tǒng)軟件設計說明13第二節(jié)軟件的有關算法14第三節(jié)軟件的流程圖14總結18參考文獻19附錄20前言隨著科技的開展和“信息時代〞的到來，作為獲取信息的手段——傳感器技術得到了顯著的進步，其應用領域越來越廣泛，對其要求越來越高，需求越來越迫切。因此，了解并掌握各類傳感器的根本結構、工作原理及特性是非常重要的。傳感器主要用于測量和控制系統(tǒng)，它的性能好壞直接影響系統(tǒng)的性能。因此，不僅必須掌握各類傳感器的結構、原理及其性能指標，還必須懂得傳感器經過適當的接口電路調整才能滿足信號的處理、顯示和控制的要求，而且只有通過對傳感器應用實例的原理和智能傳感器實例的分析了解，才能將傳感器和信息通信與信息處理結合起來，適應傳感器的生產、研制、開發(fā)和應用。另一方面，傳感器的被測信號來自于各個應用領域，每個領域都為了改革生產力、提高工效和時效，各自都在開發(fā)研制適合應用的傳感器，于是種類繁多的新型傳感器及傳感器系統(tǒng)不斷涌現。溫度傳感器是其中重要的一類傳感器。其開展速度之快，以及其應用之廣，并且還有很大潛力。為了提高對傳感器的認識和了解，尤其是對溫度傳感器的深入研究以及其用法與用途，基于實用、廣泛和典型的原那么而設計了本系統(tǒng)。本文利用單片機結合溫度傳感器技術而開發(fā)設計了這一溫度測量系統(tǒng)。文中將傳感器理論與單片機實際應用有機結合，詳細地講述了利用熱電阻作為溫度傳感器來測量實時的溫度，以及實現熱電轉換的原理過程。本設計應用性比擬強，設計系統(tǒng)可以作為溫度測量顯示系統(tǒng)，如果稍微改裝可以做熱水器溫度調節(jié)系統(tǒng)、生產溫度監(jiān)控系統(tǒng)等等。本課題主要任務是完成環(huán)境溫度檢測并顯示溫度和實時的時間。設計后的系統(tǒng)具有操作方便，控制靈活移植性強等優(yōu)點。本設計系統(tǒng)包括溫度傳感器，信號放大電路，A/D轉換模塊，時鐘模塊，數據處理與控制模塊，溫度、時間顯示模塊六個局部。文中對每個局部功能、實現過程作了詳細介紹。整個系統(tǒng)的核心是進行溫度測量與顯示，完成了課題所有要求。第一章方案設計與論證第一節(jié)傳感器的選擇溫度傳感器從使用的角度大致可分為接觸式和非接觸式兩大類，前者是讓溫度傳感器直接與待測物體接觸，而后者是使溫度傳感器與待測物體離開一定的距離，檢測從待測物體放射出的紅外線，到達測溫的目的。在接觸式和非接觸式兩大類溫度傳感器中，相比運用多的是接觸式傳感器，非接觸式傳感器一般在比擬特殊的場合才使用，目前得到廣泛使用的接觸式溫度傳感器主要有熱電式傳感器，其中將溫度變化轉換為電阻變化的稱為熱電阻傳感器，將溫度變化轉換為熱電勢變化的稱為熱電偶傳感器。熱電阻傳感器可分為金屬熱電阻式和半導體熱電阻式兩大類，前者簡稱熱電阻，后者簡稱熱敏電阻。常用的熱電阻材料有鉑、銅、鎳、鐵等，它具有高溫度系數、高電阻率、化學、物理性能穩(wěn)定、良好的線性輸出特性等，常用的熱電阻如Pt100、Pt1000等。近年來各半導體廠商陸續(xù)開發(fā)了數字式的溫度傳感器，如DALLAS公司DS18B20，MAXIM公司的MAX6576、MAX6577，ADI公司的AD7416等，這些芯片的顯著優(yōu)點是與單片機的接口簡單，如DS18B20該溫度傳感器為單總線技術，MAXIM公司的2種溫度傳感器一個為頻率輸出，一個為周期輸出，其本質均為數字輸出，而ADI公司的AD7416的數字接口那么為近年也比擬流行的I2C總線，這些本身都帶數字接口的溫度傳感器芯片給用戶帶來了極大的方便，但這類器件的最大缺點是測溫的范圍太窄，一般只有-55～+125℃℃,一般有±2℃左右，因此在高精度的場合不太滿足用戶的需要。熱電偶是目前接觸式測溫中應用也十分廣泛的熱電式傳感器，它具有結構簡單、制造方便、測溫范圍寬、熱慣性小、準確度高、輸出信號便于遠傳等優(yōu)點。常用的熱電偶材料有鉑銠-鉑、銥銠-銥、鎳鐵-鎳銅、銅-康銅等，各種不同材料的熱電偶使用在不同的測溫范圍場合。熱電偶的使用誤差主要來自于分度誤差、延伸導線誤差、動態(tài)誤差以及使用的儀表誤差等。非接觸式溫度傳感器主要是被測物體通過熱輻射能量來反映物體溫度的上下，這種測溫方法可防止與高溫被測體接觸，測溫不破壞溫度場，測溫范圍寬，精度高，反響速度快，既可測近距離小目標的溫度，又可測遠距離大面積目標的溫度。目前運用受限的主要原因一是價格相對較貴，二是非接觸式溫度傳感器的輸出同樣存在非線性的問題，而且其輸出受與被測量物體的距離、環(huán)境溫度等多種其它因素的影響。由于本設計的任務是要求測量的范圍為0℃～100℃℃，綜合價格以及后續(xù)的電路，決定采用線性度相對較好的PT100作為本課題的溫度傳感器，具體的型號為WZP型鉑電阻，該傳感器的測溫范圍從－200℃～＋650℃。具體在0℃～100℃的分度特性表見附錄A所示。第二節(jié)方案論證溫度測量的方案有很多種，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，該方案設計電路簡單易懂，操作簡單，且價格廉價，但采用分立元件分散性大，不便于集成數字化，而且測量誤差大。

方案二：采用溫度傳感器

通過溫度傳感器采集溫度信號，經信號放大器放大后，送到A/D轉換芯片，將模擬量轉化為數字量，傳送給單片機控制系統(tǒng)，最后經過LED顯示溫度。

熱電阻也是最常用的一種溫度傳感器。它的主要特點是測量精度高，性能穩(wěn)定，使用方便，測量范圍為-200℃～650℃，完全滿足要求，考慮到鉑電阻的測量精確度是最高的，所以我們設計最終選擇鉑電阻PT100作為傳感器。該方案采用熱電阻PT100做為溫度傳感器、AD620作為信號放大器，TLC2543作為A/D轉換部件，對于溫度信號的采集具有大范圍、高精度的特點。相對與方案一，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本錢次設計。第三節(jié)系統(tǒng)的工作原理測溫的模擬電路是把當前PT100熱電阻傳感器的電阻值，轉換為容易測量的電壓值，經過放大器放大信號后送給A/D轉換器把模擬電壓轉為數字信號后傳給單片機AT89S51，單片機再根據公式換算把測量得的溫度傳感器的電阻值轉換為溫度值，并將數據送出到數碼管進行顯示。另外，外接一個時鐘芯片DS1302產生時鐘信號送入到單片機中進行處理控制，并將時間顯示出來，以實現溫度的實時監(jiān)控。第四節(jié)系統(tǒng)框圖本設計系統(tǒng)主要包括溫度信號采集單元，時間信號采集單元，單片機數據處理單元，時間、溫度顯示單元。其中溫度信號的數據采集單元局部包括溫度傳感器、溫度信號的獲取電路〔采樣〕、放大電路、A/D轉換電路。系統(tǒng)的總結構框圖如圖1-1所示。信號放大調理電路信號放大調理電路PT100溫度傳感器A/D轉換電路時鐘電路按鍵控制電路AT89S51單片機LED數碼管顯示電路圖1-1系統(tǒng)的總結構框圖第二章硬件設計第一節(jié)PT100傳感器特性和測溫原理電阻式溫度傳感器(RTD,ResistanceTemperatureDetector)是指一種物質材料作成的電阻,它會隨溫度的改變而改變電阻值。PT100溫度傳感器是一種以鉑(Pt)做成的電阻式溫度傳感器，屬于正電阻系數,其電阻阻值與溫度的關系可以近似用下式表示：在0～650℃范圍內：Rt=R0(1+At+Bt2)在-200～0℃范圍內：Rt=R0(1+At+Bt2+C(t-100)t3)式中A、B、C為常數，A=3.96847×10-3；B=-5.847×10-7；C=-4.22×10-12；由于它的電阻—溫度關系的線性度非常好，因此在測量較小范圍內其電阻和溫度變化的關系式如下：R=Ro(1+αT)其中α=0.00392,Ro為100Ω(在0℃的電阻值),T為華氏溫度，因此鉑做成的電阻式溫度傳感器，又稱為PT100。PT100溫度傳感器的測量范圍廣：-200℃～+650主要技術指標：1.測溫范圍：-200～650攝氏度；2.；3.Pt100是電阻式溫度傳感器，測溫的本質其實是測量傳感器的電阻，通常是將電阻的變化轉換成電壓或電流等模擬信號，然后再將模擬信號轉換成數字信號，再由處理器換算出相應溫度。采用Pt100測量溫度一般有兩種方案：方案一：設計一個恒流源通過Pt100熱電阻，通過檢測Pt100上電壓的變化來換算出溫度。方案二：采用惠斯頓電橋，電橋的四個電阻中三個是恒定的，另一個用Pt100熱電阻，當Pt100電阻值變化時，測試端產生一個電勢差，由此電勢差換算出溫度。兩種方案的區(qū)別只在于信號獲取電路的不同，其原理上根本一致。第二節(jié)信號調理電路調理電路的作用是將來自于現場傳感器的信號變換成前向通道中A/D轉換器能識別的信號，作為本系統(tǒng)，由于溫度傳感器是熱電阻PT100，因此調理電路完成的是怎樣將與溫度有關的電阻信號變換成能被A/D轉換器接受的電壓信號。第三節(jié)恒流源電路從上述關于PT100傳感器測溫原理可知，由PT100構成信號的獲取電路常用的方法有2種，一種是構成的十分常見的電橋電路，當然，在本系統(tǒng)中，考慮本錢的問題，一般采用單臂橋；還有一種是運用恒流源電路，將恒流源通過溫度傳感器，溫度傳感器兩端的電壓即反映溫度的變化圖表SEQ圖表\*ARABIC1圖表SEQ圖表\*ARABIC2A圖單臂橋式B圖恒流源式圖2-1兩種信號獲取的結構電路根據測試技術的有關知識，圖2-1中的a圖的輸出與電阻的阻值不是個正比的關系，因而數據處理起來特別麻煩，尤其是用單片機來處理這些非線性的問題；而圖B的由于恒流源的作用，使得電壓輸出與電阻成良好的線性關系，因此，本系統(tǒng)采用恒流源電路來獲取溫度信號。恒流源電路的設計，有用三極管構成的，有用專門的恒流管，也有用價格低廉的器件通過比擬巧妙的設計構成的，本系統(tǒng)是采用價格低廉的運放為核心來構成的，恒流效果十分理想，系統(tǒng)設計的恒流源電路見下列圖2-2所示。圖表SEQ圖表\*ARABIC3圖2-2由運放構成的恒流源電路固定而且一定等于OP-07輸出端流入溫度傳感器PT100的電流，從而到達恒流的效果，連接PT100兩端的壓差正好反映溫度變化的信號送入后級的放大器。這里值得注意的是恒流效果的好壞與下面幾個因素有關，圖示1.5K電阻的精度及溫度穩(wěn)定性要好，我們采用的是高精度高穩(wěn)定的電阻；還有是一定要選擇輸入阻抗高的運放，包括產生虛地處的運放〔圖中OP-07〕和后級的放大器〔圖中的AD620〕，否那么較大的輸入電流也將直接影響恒流的效果；最后一點是參考電壓〔圖中是－2.5V〕的穩(wěn)定性要高，這里的參考電壓采用是LM336-2.5V作為參考電壓基準。第四節(jié)放大電路的設計放大器的選擇好壞對提高測量精度也十分關鍵，根據查閱的相關資料，在放大器電路精選中，一般在首級放大器有低噪聲、低輸入偏置電流、高共模抑制比等要求的大多采用自制的三運放結構，如下列圖2-3所示，三運放中由A1、A2構成前級對稱的同相、反相輸入放大器，后級為差動放大器，在這個結構圖中，要保證放大器高的性能，參數的對稱性與一致性顯得尤為重要，不僅包括外圍的電阻元件R1與R2、R3與R4、R5與R6，還包括A1與A2放大器的一致性，因此，要自制高性能的放大器對器件要求相當高。隨著微電子技術的開展，市場上出現了專用的高性能的儀用放大器，它的內部核心結構還是三運放，但是，采用微電子來解決剛剛的參數匹配問題已不是什么復雜的問題。圖表SEQ圖表\*ARABIC4圖2-3三運放結構的高性能放大器原理圖隨著近年來微電子技術的開展，市面上出現了不少專用的高性能的芯片，AD620、AD623就是具有上述描述的三運放結構，在本設計中我們根據手中的元器件材料最終選擇了AD620作為放大器電路的首級放大。AD620是低價格、低功耗儀用放大器，它只需要一只外部電阻就可設置1～1000倍的放大增益，它具有較低的輸入偏置電流、較快的建立時間和較高的精度，特別適合于精確的數據采集系統(tǒng)，如稱重和傳感器接口，也非常適合醫(yī)療儀器的應用系統(tǒng)〔如ECG檢測和血壓監(jiān)視〕、多路轉換器及干電池供電的前置放大器使用。AD620的內部結構是由OP-07組成的三運放結構，性能大大優(yōu)于自制的三運放IC電路設計，其根本接法是在1腳與8腳之間外接一RG電阻，增益由式G=1+49.4KΩ/RG確定，由于它的外圍電路十分簡單，所以它在本系統(tǒng)中的應用見下列圖2-4所示。由于我們的溫度測量范圍是0～100℃℃，因此，我們必須將100歐姆以下的值通過偏置的方法將其減掉，然后通過增加放大倍數來盡量提高分辨率，這里我們設計的偏置電路同樣見下列圖2-4所示。這里設計的首級放大器的倍數是20倍，而后級放大那么為4倍，合計的放大倍數為80倍，這樣就完全滿足設計分辨率的要求。圖表SEQ圖表\*ARABIC5圖2-4放大電路第五節(jié)A/D轉換器的選擇與設計電路在我們所測控的信號中均是連續(xù)變化的物理量，通常需要用計算機對這些信號進行處理，那么需要將其轉換成數字量，A/D轉換器就是為了將連續(xù)變化的模擬量轉換成計算機能接受的數字量。根據A/D轉換器的工作原理，常用的A/D轉換器可分為兩種，雙積分式A/D轉換器和逐次逼近式A/D轉換器。1.雙積分A/D轉換器工作原理雙積分A/D轉換器采用間接測量的方法，它將被測電壓轉換成時間常數T，雙積分A/D轉換器由電子開關，積分器，比擬器，計數器和控制邏輯等局部組成。所謂雙積分就是進行一次A/D轉換需要兩次積分。電路先對被測的輸入電壓Vx進行固定時間(T0)的正向積分，然后控制邏輯將積分器的輸入端通過電子開關接參考電壓Vr，由于參考電壓與輸入電壓反向且參考電壓值是恒定的，所以反向積分的斜率是固定的，從反向積分開始到結束，對參考電壓進行反向積分的時間T,正比于輸入電壓。輸入電壓越大反向積分時間越長，用高頻標準脈沖計數測此時間，即可得到相應于輸入電壓的數字量。特點：可以有效的消除干擾和電源噪聲，轉換精度高，但是轉換速度慢。2.逐次逼近型A/D轉換器工作原理逐次逼近型A/D轉換器由D/A轉換環(huán)節(jié)，比擬環(huán)節(jié)和控制邏輯等幾局部組成。其轉換原理為：A/D轉換器將一待轉換的模擬輸入電壓Ui與一個預先設定的電壓Ui〔預定的電壓由逐次逼近型A/D轉換器中的D/A輸出獲得〕電壓相比擬，根據預設的電壓Ui是大于還是小于待轉換成的模擬輸入電壓Uin來決定當前轉換的數字量是“0〞還是“1〞，據此逐位比擬，以便使轉換結果〔相應的數字量〕逐漸與模擬輸入電壓相對應的數字量接近。在本設計系統(tǒng)中，為了將模擬量溫度轉換成數字量，采用德州儀器公司生產的12位開關電容型逐次逼近模數轉換器TLC2543，它具有三個控制輸入端，采用簡單的3線SPI串行接口可方便地與微機進行連接，是12位數據采集系統(tǒng)的最正確選擇器件之一。TLC2543與外圍電路的連線簡單，三個控制輸入端為CS(片選)、輸入/輸出時鐘(I/O

CLOCK)以及串行數據輸入端(DATA

INPUT)。片內的14通道多路器可以選擇11個輸入中的任何一個或3個內部自測試電壓中的一個，采樣－保持是自動的，轉換結束，EOC輸出變高。3、TLC2543的主要特性(1)11個模擬輸入通道；

(2)66ksps的采樣速率；

(3)最大轉換時間為10μs；(4)SPI串行接口；

(5)線性度誤差最大為±1LSB；

(6)低供電電流(1mA典型值)；

(7)掉電模式電流為4μA。

TLC2543的引腳排列如圖2-5所示。圖2-5TLC2543的引腳AIN0～AIN10：模擬輸入端，由內部多路器選擇。對4.1MHz的I/O

CLOCK，驅動源阻抗必須小于或等于50Ω。CS：片選端，CS由高到低變化將復位內部計數器，并控制和使能DATA

OUT、DATA

INPUT和I/O

CLOCK。CS由低到高的變化將在一個設置時間內禁止DATA

INPUT和I/O

CLOCK。DATA

INPUT：串行數據輸入端，串行數據以MSB為前導并在I/O

CLOCK的前4個上升沿移入4位地址，用來選擇下一個要轉換的模擬輸入信號或測試電壓，之后I/O

CLOCK將余下的幾位依次輸入。DATA

OUT：A/D轉換結果三態(tài)輸出端，在CS為高時，該引腳處于高阻狀態(tài)；當CS為低時，該引腳由前一次轉換結果的MSB值置成相應的邏輯電平。EOC：轉換結束端。在最后的I/O

CLOCK下降沿之后，EOC由高電平變?yōu)榈碗娖讲⒈３值睫D換完成及數據準備傳輸。VCC、GND：電源正端、地。REF＋、REF－：正、負基準電壓端。通常REF＋接VCC，REF－接GND。最大輸入電壓范圍取決于兩端電壓差。I/O

CLOCK：時鐘輸入/輸出端。TLC2543每次轉換和數據傳送使用16個時鐘周期，且在每次傳送周期之間插入CS的時序。根據TLC2543時序圖可以看出，在TLC2543的CS變低時開始轉換和傳送過程，I/O

CLOCK的前8個上升沿將8個輸入數據位鍵入輸入數據存放器，同時它將前一次轉換的數據的其余11位移出DATA

OUT端，在I/O

CLOCK下降沿時數據變化。當CS為高時，

I/O

CLOCK和DATA

INPUT被禁止，DATA

OUT為高阻態(tài)。TLC2543與單片機的連接如圖2-6所示。A0A01A12A23A34A45A56A67A78A89GND10A911A1012R-13R+14/CS15DO16DI17CLOK18EOC19VCC20TLC2543VCC5VCLOKD1D0/CSA0圖2-6TLC2543電路第六節(jié)DS1302時鐘電路設計DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為2.5V～5.5V。采用三線接口與CPU進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數據。DS1302內部有一個31×8的用于臨時性存放數據的RAM存放器。DS1302是DS1202的升級產品，與DS1202兼容，但增加了主電源/后背電源雙電源引腳，同時提供了對后背電源進行涓細電流充電的能力。本設計中采用DS1302時鐘芯片產生時鐘信號，通過單片機進行處理控制，并顯示出實時的時間，可以用于對溫度進行實時的數據采集。1.引腳功能及結構DS1302的引腳排列,其中Vcc1為后備電源，VCC2為主電源。在主電源關閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運行。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中的較大者供電。當Vcc2大于Vcc1＋0.2V時，Vcc2給DS1302供電。當Vcc2小于Vcc1時，DS1302由Vcc1供電。X1和X2是振蕩源，外接32.768kHz晶振。RST是復位/片選線，通過把RST輸入驅動置高電平來啟動所有的數據傳送。RST輸入有兩種功能：首先，RST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位存放器；其次，RST提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數據的傳送手段。當RST為高電平時，所有的數據傳送被初始化，允許對DS1302進行操作。如果在傳送過程中RST置為低電平，那么會終止此次數據傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運行時，在Vcc≥2.5V之前，RST必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時，才能將RST置為高電平。I/O為串行數據輸入輸出端(雙向)，后面有詳細說明。SCLK始終是輸入端。2.DS1302的控制字節(jié)DS1302的控制字如圖2.8所示?？刂谱止?jié)的最高有效位(位7)必須是邏輯1，如果它為0，那么不能把數據寫入DS1302中，位6如果為邏輯0，那么表示存取日歷時鐘數據，為1表示存取RAM數據;位5至位1指示操作單元的地址輸入或輸出。最低有效位(位0)如為0表示要進行寫操作，為1表示進行讀操作，控制字節(jié)總是從最低位開始輸出。3.數據輸入輸出(I/O)在控制指令字輸入后的下一個SCLK時鐘的上升沿時，數據被寫入DS1302，數據輸入從低位即位0開始。同樣，在緊跟8位的控制指令字后的下一個SCLK脈沖的下降沿讀出DS1302的數據，讀出數據時從低位0位到高位7。4.DS1302的存放器所示。1RAM /CKA4A3A2A1A0RD/WR圖此外，DS1302還有年份存放器、控制存放器、充電存放器、時鐘突發(fā)存放器及與RAM相關的存放器等。時鐘突發(fā)存放器可一次性順序讀寫除充電存放器外的所有存放器內容。DS1302與RAM相關的存放器分為兩類：一類是單個RAM單元，共31個，每個單元組態(tài)為一個8位的字節(jié)，其命令控制字為C0H～FDH，其中奇數為讀操作，偶數為寫操作；另一類為突發(fā)方式下的RAM存放器，此方式下可一次性讀寫所有的RAM的31個字節(jié)，命令控制字為FEH〔寫〕和FFH〔讀〕。5.DS1302與單片機的連接DS1302與CPU的連接需要三條線，即SCLK(7)、I/O(6)、RST(5)。這三條線分別接到CPU的I/O線上。第七節(jié)單片機控制電路本設計是采用AT89S51單片機作為主控電路，其中P1口為A/D轉換器和DS1302時鐘芯片的通信端口，P3.0,P3.1,P3.2為按鍵控制，P0口接數碼管的段碼，P2口接數碼管的片選端，用于對數碼管進行片選。如圖2-9所示。圖2-9單片機控制電路第八節(jié)按鍵和顯示電路1.按鍵電路本設計共設計3個按鍵，用來設置和修改時間。設置鍵，接單片機的P3.2腳用于申請中斷，以執(zhí)行鍵盤中斷修改設置時間；加鍵，用于修改時間使時間按增形式調整；減鍵，用于修改時間使時間按減形式調整。其電路圖如下列圖2-10所示。圖表SEQ圖表\*ARABIC7圖2-10按鍵電路2.顯示電路本設計采用6個LED共陽極數碼通過三極管驅動來進行時間溫度數據的顯示。其中數碼管的段碼位分別接單片機的P0口，公共端通過三極管接到單片機P2.0～P2.5端對數碼管進行位選。其電路圖如下列圖2-11所示。圖2-11數碼管顯示電路第三章軟件設計第一節(jié)系統(tǒng)軟件設計說明進行微機測量控制系統(tǒng)設計時，除了系統(tǒng)硬件設計外，大量的工作就是如何根據每個測量對象的實際需要設計應用程序。因此，軟件設計在微機測量控制系統(tǒng)設計中占重要地位。對于本系統(tǒng)，軟件設計更為重要。在單片機測量控制系統(tǒng)中，大體上可分為數據處理、過程控制兩個根本類型。數據處理包括：數據的采集、數字濾波、標度變換等。過程控制程序主要是使單片機按一定的方法進行計算，然后再輸出，以便到達測量控制目的。軟件設計主要是對溫度進行采集、顯示,通過按鍵操作，進行時間的設置與修改。因此，整個軟件可分為溫度采集子程序、時鐘讀取程序、按鍵子程序、顯示子程序、及系統(tǒng)主程序。第二節(jié)軟件的有關算法1、最小二乘理論獲取溫度―電阻公式根據誤差理論，我們要獲得較高精度的溫度測量值，方法一般有2個，要么采用查表法，要么建立高精度的數學模型。如果用查表法，主要有2個問題，如果要提高測量精度，那么需要建立大量的表格，而且得提前做大量得試驗來進行多點校正，還有一個問題是程序的通用性差，這臺儀器上校正好得數據可能在另一臺上不適宜。而采用的分度表，建立數學模型，然后通過工程量〔標度〕變換，通過測量A/D轉換的結果后計算得到。這里我們考慮第2種方法的優(yōu)點，首先采用分段的方法，將測量范圍分段，然后查出該段的數學模型的各個系數，然后計算出溫度值，這里，由于時間的關系，我們對整個測量范圍分了3段，分別為0－49℃、50－70℃、71－100℃，利用分度表進行離線的數學擬合，得到各段的數學模型系數。同時，可通過再將標度值代入可粗略估計在各個測量段內的最大誤差值。我們通過最小二乘法進行線性擬合，得到如下的數學模型為：T1=2.5772R-257.77080-49T2=2.6366R-267.0150－70T3=2.7206R-281.9071－100℃，能夠滿足精度要求，實際上如果有足夠的時間，我們完全可以分得再細一些，這樣理論的誤差將會變得更小。2.標度變換公式的獲取根據上述的線性擬合結果：T=A·R-B，這里的A、B是上述不同溫度段的系數，而R值由于在輸出為0V時，實際上有個對應于100歐姆的偏置電路，因此根據R-R0=U/I，而I=2.500V/1.500K，而AD/U/G=4096/4.900V，這里的AD值為A/D轉換得結果G為放大器的增益，本設計中的二級放大器放大的倍數為80倍。將上述條件代入得：T=A·(4.9·AD/4096/G/I+100)-B第三節(jié)軟件的流程圖開始開始系統(tǒng)初始化DS1302時鐘信號采集PT100溫度數據采集處理讀到的數據結束圖3-1系統(tǒng)總流程圖KKey1=0?NYYNNY開始初始化按鍵掃描調用加鍵調時調用顯示程序調用減鍵調時調用顯示程序返回主程序Key2=0?Key3=0?圖3-2按鍵流程圖開始初始化函數開始初始化函數DS1302數據的寫入DS1302數據的讀取返回開始初始化函數A/D轉換器進行A/D轉換將轉換后的電壓轉換為溫度返回圖3-3DS1302時鐘流程圖圖3-4溫度轉換流程圖開始系統(tǒng)初始化開始系統(tǒng)初始化調用時間、溫度子程序調用顯示子程序調用掃描按鍵程序開始將時間、溫度數據寫入到數碼管讀取時間、溫度值顯示時間、溫度值返回圖3-5顯示流程圖圖3-6主函數流程圖總結本溫度測量系統(tǒng)設計，是采用PT100溫度傳感器經過放大和A/D轉換器送到單片機進行控制溫度顯示和時間顯