智能仪表训练说明书模板20100913

1、内蒙古科技大学智能仪表综合训练设计说明书题 目：自动搅拌系统设计学生姓名：马青山学 号：0967112130专 业：测控技术与仪器班 级：2009-1指导教师：王金明摘要论文针对：搅拌机不论是在工业中还是在农业等各个行业中都是到处可见，其用途慎广,但是，现在所用的都是20世纪末人们自己制造的纯手动的小型搅拌机，其特点产量小，效益底，浪费了大量的人力物力。随着科学技术的飞速发展，不论是工业还是农业等各方面都从不同程度上有所提高，那些“老前辈”已经跟不上时代的步伐，为此我们利用高科技产品设计出省人省力省事的全自动化产品。本文介绍：本设计关键词：搅拌机 AT89C52 PT100 AD620 LCD

2、1602 第1章 概述第2章 总体方案设计基本功能：在一个容器中设置两个温度检测点（A、B），当两点温度相差大于3时自动进行搅拌。反应容器中两点的温度采用传感器进行测量，同时对反应容器的温度进行显示。硬件设计单片机的选用单片机的种类很多，本设计中采用AT89C52。AT89C52是ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8Kbytesde 可反复擦写的Flash只读程序存储器（PEROM）和256bytes的随机存储数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元

3、，功能强大的AT89C52单片机可适用于提高许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。AT89C52单片机引脚说明,AT89C52高性能8位单片机AT89C52引脚图 AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央 处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。 AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（

4、I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2 个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的 Flash存储器可有效地降低开发成本。 AT89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。 主要功能特性： 兼容MCS51指令系统 8k可反复擦写(1000次）Flash ROM 32个双向I/O口 256x8bit内部RAM 3个16位可编程定时/计数器中断 时钟频率0-24MHz 2个串行中断 可编程UART串行通道 2个外部

5、中断源 共6个中断源 2个读写中断口线 3级加密位 低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒功能主要性能参数：与Mcs-51产品指令和引脚完全兼容。8字节可重擦写FLASH闪速存储器1000 次擦写周期全静态操作：0HZ-24MHZ三级加密程序存储器256X8字节内部RAM32个可编程I/0口线3个16 位定时计数器8个中断源可编程串行UART通道低功耗空闲和掉电模式功能特性：AT89C52 提供以下标准功能：8字节FLASH闪速存储器，256字竹内部RAM , 32个I/O口线，3个16 位定时计数器，一个6向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89c52可

6、降至OHz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电上作模式。空闲方式停止CPU 的工作，但允许RAM，定时计数器串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位.模数转换部分ADC0832 为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在05V之间。芯片转换时间仅为32S，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过DI 数据输入端，可以轻易的实现通道

7、功能的选择。ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种8 位分辨率、双通道芯片。由于它体积小，兼容性强，A/D转换ADC0832 具有以下特点： 8位分辨率； 双通道A/D转换； 输入输出电平与TTL/CMOS相兼容； 5V电源供电时输入电压在05V之间； 工作频率为250KHZ，转换时间为32S； 一般功耗仅为15mW； 8P、14PDIP（双列直插）、PICC 多种封装； 商用级芯片温宽为0C to +70C，工业级芯片温宽为40C to +85C；芯片接口说明： CS_ 片选使能，低电平芯片使能。 CH0 模拟输入通道0，或作为IN+/-使用。 CH1 模拟输入通道1，或作为IN+/

8、-使用。 GND 芯片参考0 电位（地）。 DI 数据信号输入，选择通道控制。 DO 数据信号输出，转换数据输出。 CLK 芯片时钟输入。 Vcc/REF 电源输入及参考电压输入（复用）。ADC0832 与单片机的接口电路：图3ADC0832 为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在05V之间。芯片转换时间仅为32S，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过DI 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。单

9、片机对ADC0832 的控制原理：正常情况下ADC0832 与单片机的接口应为4条数据线，分别是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端与DI端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将DO和DI 并联在一根数据线上使用。（见图3）当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK 和DO/DI 的电平可任意。当要进行A/D转换时，须先将CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端CLK 输入时钟脉冲，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。在第1 个时钟脉冲的下沉之前DI端必须是高电

10、平，表示启始信号。作为单通道模拟信号输入时ADC0832的输入电压是05V且8位分辨率时的电压精度为19.53mV。如果作为由IN+与IN-输入的输入时，可是将电压值设定在某一个较大范围之内，从而提高转换的宽度。但值得注意的是，在进行IN+与IN-的输入时，如果IN-的电压大于IN+的电压则转换后的数据结果始终为00H。二、电桥采集数据的电路图及原理Pt100电桥电路如图2所示。其中，R1R2R3RPt100组成电桥，R1=R2=R3=R0。为了避免流过Pt100传感器的电流过大使其发热进而导致非线性失真增大，电桥电压不宜太高，一般要求Im5mA，电桥电压Vbrg=1V。电桥输出压差为：VD=

11、（3）令RPt100-R0=R，则有：VD=由Pt100温度/阻值对应关系式可知，当温度较低时，Pt100的阻值变化量R相对于R0较小，则电桥输出压差为：VD=，即VD正比于Pt100传感器的阻值变化量R，也说明温度较低时，Pt100传感器的线性度良好；当温度较高时，R/R0的值较大，Pt100传感器的线性度变差，此时要用软件来较正。三、测量中的定量计算及误差分析1、运算放大器放大倍数的确定由传感器的温度和阻值关系式可知，当温度变化1时，Pt100的阻值变化约为0.38W，对应的电桥输出压差为：VD=0.001V。若采用8位A/D转换器，分辨率为0.0196V，则运算放大器的最小放大倍数应为2

12、0倍。若测温的上限定为85 （倾点温度一般小于该温度）， Pt传感器在85时的理论阻值为132.8W，电桥电压为1V，则VD= 0.08296V0.083V，即运放的最大放大倍数为60.3。综合上述，可限定运放的放大倍数应在2060之间。2、误差分析（1）桥电压Vbrg=1V时波动产生的误差从上面的分析可知，在某一温度时，PtR0不变，设电桥电压有Vbrg（mV）的变化，就会导致VD有（mV）的变化。在0时，R=5W，则VD=0.013V(mV)；若令VD=1mV，则V=76mV，即0左右，电桥电压Vbrg有76mV波动，会引起1的温度误差；同理在85左右，电桥电压有10mV的波动，则会引起1

13、的温度误差。可见电桥电压Vbrg=1V时的波动系数给对测温带来的误差是很大的，应将其电压波动限制在1mV的级别上。（2）运放非线性产生的误差由于运放的放大倍数应在2060之间，可将放大倍数定为50；若测温范围是085，则在0时，VD=13mV；在85时，VD=99.5mV，说明输入信号的范围在13mV99.5mV之间变化。以平均值50作为放大倍数，此时输入信号为13mV，换算出来的输入电压信号值为12.48mV，VD=-0.52mV，将会引起约1.5的误差。由此可见运放的非线性将会带来大约1.5的误差，在实际测量中，提高运放线性度以及运放放大倍数均可以减少由运放带来的误差。（3）A/D转换器非

14、线性带来的误差在实际应用中会发现，对同一模拟输入信号Vi，经A/D转换得出的数字量会有1位的跳变，这是由A/D转换器的判断误差造成的。A/D转换器的一位跳变对应的电压值，即为该八位A/D转换器的分辨率，为0.0196V=19.6mV；折算到输入端对应的电压值为0.392mV，将会产生0.392的温度误差。（4）A/D转换器参考电压Vref带来的误差A/D转换器采用逐次逼近式转换器AD0809，其转换速度较慢，如果输入信号在转换过程中不断变化，则易发生错误，使用时应加采样保持器，且只对本次采样的信号进行转换，以确保转换信号可靠性。另外，在比较转换过程中，Vref的变化会对输出的二进制代码有影响。

15、在模拟输入信号不变的情况下，若Vref变大，会导致输出的二进制代码变小；反之，则变大，从而导致了温度误差。小功率极性反转电源转换器ICL7660 ICL7660是Maxim公司生产的小功率极性反转电源转换器。该集成电路与TC7662ACPA MAX1044 的内部电路 及引脚功能完全一致，可以直接替换。 （1）特性 ICL7660的静态电流典型值为170A，输入电压范围为1.5-10V，(Intersil公司ICL7660A输入电压范围为1.5-12）工作频率为10 kHz只需外接10 kHz的小体积电容，只需外接10F的小体积电容效率高达98合输出功率可达700mW（以DIP封装为例），符合

16、输出100mA的要求。ICL7660主要应用在需要从十5V逻辑电源产生一5V电源的设备中，利用ICL7660将+5V电源变换成-5V电源的电路如下图所示。C1、C2 采用漏电小、介质损耗低的10uF旦电容，以提高电源转换效率。当UDD+6.5V时，5脚可直接作为输出（将5脚沿虚线接输出端Uo）;当UDD6.5V时，为避免损坏芯片，输出电路需串入二极管D。该电路的输出电流不宜超过10mA 利用ICL7660获限-5V电源的电路 1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符

17、，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义CGRAM，显示效果也不好）。 1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。 1602采用标准的16脚接口，其中： 第1脚：VSS为电源地 第2脚：VCC接5V电源正极 第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会 产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。 第4脚：RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。 第5脚：RW为读

18、写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。 第6脚：E(或EN)端为使能(enable)端。 第714脚：D0D7为8位双向数据端。 第1516脚：空脚或背灯电源。15脚背光正极，16脚背光负极。Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统与汇编相比C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势因而易学易用。用过汇编语言后再使用C来开发体会更加深刻。 C51工具包的整体结构其中Vision与Ishell分别是C51 for Windows和for Dos的集成开发环境(IDE)可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整

19、个开发流程。开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。然后分别由C51及A51编译器编译生成目标文件(.OBJ)。目标文件可由LIB51创建生成库文件也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件(.ABS)。ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件以供调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试也可由仿真器使用直接对目标板进行调试也可以直接写入程序存贮器如EPROM中。 Keil51的编译环境如图5-1所示。 图中标题栏显示当前编译的文件 菜单条有十项菜单可供选择相应的所有操作命令均可在此菜单中查找 工具栏常用命令的快捷图标按钮 管理窗口显示工程文件的项目、

20、各个寄存器值的变化、参考资料等 信息窗口显示当前文件编译、运行等相关信息 工作窗口各种文件的显示窗口。Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具全Windows界面。另外重要的一点只要看一下编译后生成的汇编代码就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高多数语句生成的汇编代码很紧凑容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。下面详细介绍Keil C51开发系统各部分功能和使用。 1.1.2 软件应用流程 Keil 51 编译指南 第1步 打开Keil51软件首先弹出一个开机启动画面。 第2步 然后进入Keil51的开发界面。下面简要介绍一下Keil51开发环

21、境中各个区域的功能。Keil51开发环境可以分为四个区域分别为菜单条、项目文件管理窗口、代码编译窗口和代码编译信息窗口四个部分。菜单条分为十项所有的命令都可以在这里找到。下面的命令是一些常用的菜单命令如文件的打开、关闭及保存。其中编译命令最为常用。中间靠左是项目文件管理窗口这里可以看到当前项目中所包含的所有带编译的文件。项目文件管理窗口的右侧是代码编译窗口这事我们最主要的工作区域。 最底层显示了代码编译的信息。当代码有语法错误时可以在这里轻松的找到问题的所在。 第3步下面以建立一个简单的项目为例来说明Keil51开发项目的一般方法。单击Project菜单项选择New Project项。 第4步

22、此时弹出Create New Project对话框选择合适的路径口在文件名一栏中填入新工程的名字。单击保存。 第5步 根据所用的器件选择CPU的型号单击确定。 第6步Keil51询问是否生成默认的配置文件这个可选可不选这里选定。单击Yes观察项目文件管理窗口的变化。 第7步在File菜单下单击New选项新建文件。此时在代码窗口出现一“Text1”空白文档。 第8步 在“Text1”中编辑完代码后单击File菜单中的保存项弹出保存对话框。保存名写为text.c。单击保存。注意在对文件命名时必须加扩展名。 第9步 在项目导航栏中Source Group 上单击右键选Add File to Group Source Group 1。 第10步 此时弹出Add File 对话框。选中刚才保存的tex