《检测系统综合设计》课程设计说明书单片机温度进行实时巡检

1、武汉理工大学检测系统综合设计课程设计说明书 前言检测涉及到国计民生各个部门，可以说在所以科学技术领域无时不在进行检测。科学技术的发展和检测技术的发展是密切相关的。现代化的检测手段能达到的精度、灵敏度及测量范围等，在很大程度上决定了科学技术的发展水平。同时，科学技术的发展达到的水平越高，又为检测技术、传感器技术提供了新的前提手段。目前市场上出现了很多传感器，很多精度高的传感器已经出现，而且精度越来越高。数字温度计未来将会更精确、更人性化，为我们做出更多贡献。在人类的生活环境中，温度扮演着极其重要的角色。无论你生活在哪里，从事什么工作，无时无刻不在与温度打着交道。自18世纪工业革命以来，工业发展对

2、是否能掌握温度有着绝对的联系。在冶金、钢铁、石化、水泥、玻璃、医药等等行业，可以说几乎80%的工业部门都不得不考虑着温度的因素。温度对于工业如此重要，由此推进了温度传感器的发展。传感器主要大体经过了三个发展阶段：模拟集成温度传感器。该传感器是采用硅半导体集成工艺制成，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。此种传感器具有功能单一(仅测量温度)、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。它是目前在国内外应用最为普遍的一种集成传感器，典型产品有ad590、ad592、tmp17、lm135等；模拟集成温度控制器。模拟集成温

3、度控制器主要包括温控开关、可编程温度控制器，典型产品有lm56、ad22105和max6509。某些增强型集成温度控制器(例如tc652/653)中还包含了a/d转换器以及固化好的程序，这与智能温度传感器有某些相似之处。但它自成系统，工作时并不受微处理器的控制，这是二者的主要区别；智能温度传感器。能温度传感器(亦称数字温度传感器)是在20世纪90年代中期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ate)的结晶。智能温度传感器内部都包含温度传感器、a/d转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器(cpu)、随机存取存储器(ram)和只读存储器(r

4、om)。智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器(mcu)；并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的，其智能化程度也取决于软件的开发水平。目前市场主要存在单点和多点两种温度测量仪表。对于单点温测仪表，主要采用传统的模拟集成温度传感器，其中又以热电阻、热电偶等传感器的测量精度高，测量范围大，而得到了普遍的应用。此种产品测温范围大都在-200800之间，分辨率12位，最小分辨温度在0.0010.01之间。自带led显示模块，显示4位到16位不等。有的仪表还具有存储功能，可存储几百到几千组数据。该类仪表可很好的满足单个用户单点测量的需要。多点温度测量仪表，相对与

5、单点的测量精度有一定的差距，虽然实现了多路温度的测控，但价格昂贵。针对目前市场的现状，本课题提出了一种可满足要求、可扩展的并且性价比高的单片机测温系统，亦可以通过一定程度的完善进行多路控制，本次主要针对单路的实时检测与控制。本课题以87c51单片机和数据采集系统为核心，能对温度进行实时巡检。 第一章：绪论1.1 设计的要求与初始条件（1）能够电子显示实际测得的温度值；（2）当温度不在上下限范围内时会报警，并能根据需要设定报警上下限。（3）本系统能够检测温度范围088，精度为1度。根据实际需要，检测点数是可以扩展的。1.2 设计方案的选择1.2.1设计方案一采用模拟分立元件，如电容、电感或晶体管

6、等非线形元件，实现多点温度的测量及显示，该方案设计电路简单易懂，操作简单，且价格便宜，但采用分立元件分散性大，不便于集成数字化，而且测量误差大。1.2.2 设计方案二采用pc机作为主控机，单片机构成信号采集单元。通过温度传感器采集温度信号，经信号放大器放大后，送到a/d转换芯片，经过含有单片机的检测系统的进一步分析处理，通过通信线路将信息上行到pc机，在pc机上我们可对温度信号进行任何分析、处理。其模块框图如图1所示。单片机控制的检测系统温度传感器a/d转换器pc机控制的主控制器lcd显示器变送器总线多路开关图1 方案2模块框图采用该方案技术已经成熟，而且通过将温度信息上传到pc机，利用pc机

7、强大的数据处理能力和相应的辅助软件，可以多角度、多需求的分析处理温度数据，但这在工业上大多不是必须的。而且目前pc的机价格的原因，制造出这样的系统，不会得到普遍的应用。所以我不准备采用此种方案。1.2.3 设计方案三本方案以at89c51单片机系统为核心，对多点的温度进行实时控制巡检。各检测单元（从机）能独立完成各自功能，根据主控机的指令对温度进行实时或定时采集，测量结果不仅能在本地储存、显示，而且可以利用单片机串行口，通过rs-485总线及通信协议将将采集的数据传送到主控机，进行进一步的分析、存档、处理。主控机负责控制指令发送，控制各个从机进行温度采集，收集测量数据，并对测量结果（包括历史数

8、据）进行整理、显示和打印。主控机与各从机之间能够相互联系、相互协调，从而达到了系统整体统一和谐的控制效果。该方案主控机和从机完全由单片机实现，采用该方案完全可满足工业上大部分需求，而且相对与第二种方案价格更加容易让人接受。图2中，从机部分实现的功能几乎和主机是对等的，但会接受主机发送过来的命令的指示。温度测点1传感器adcmculed声光报警rs-485图2 方案3模块框图该方案采用热电阻pt100做为温度传感器、ad620作为信号放大器max187作为a/d转换部件，对于温度信号的采集具有大范围、高精度的特点。1.2.4 设计方案四本方案是本次选用的方案，主要是基于初始条件的要求较低和对于所

9、学知识滤波基础性的运用，采用热敏电偶作为温度的传感器，采用基于串口的数据采集器，通过87c51对输入的信号进行检测和控制，再通过数码管显示。在超出测量范围的部分亦可增加相关的硬件设施报警，而且可以根据不同的要求进行灵活的程序改变以达到所能满足的性能数据缓冲与接口热电偶a/d转换器单片机87c51led显示器放大器总线多路开关图3 方案4模块框图第二章：硬件部分的设计与介绍2.1单片机87c512.1.1 芯片特点87c51是intel公司mcs-51系列单片机中基本型产品，它采用intel公司可靠的chmos工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的mcs-51的体系结构和指令系统。它结合了h

10、mos的高速和高密度技术及chmos的低功耗特征，是80c51bh的eprom版本，电改写光擦除的片内4kb eprom。2.1.2 组成 87c51内置中央处理单元、128字节内部数据存储器ram、32个双向输入/输出(i/o)口、2个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。快速脉冲编程，如编写4kb片内rom仅需12秒。2.1.3工作此外，87c51还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。在空闲模式下冻结cpu而ram定时器、串行口和中断系统维持其功能。掉电模式下，保存ram数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。87c51有pdi

11、p和plcc两种封装形式。2.1.4 87c51的存储器组织结构 图4 87c51存储器组织结构64k字节的程序存储器（rom）空间中，有4k字节地址区对于片内rom和片外rom是公用的，这4k字节地址是0000hfffh。而1000hffffh地址区为外部rom专用。cpu的控制器专门提供一个控制信号ea用来区分内部rom和外部rom的公用地址区：当ea接高电平时，单片机从片内rom的4k字节存储器区取指令，而当指令地址超过0fffh后，就自动的转向片外rom取指令。当ea接低电平时，cpu只从片外rom取指令2.1.5单片机外接电路（1） 时钟产生电路和复位电路片内电路与片外器件就构成一个

12、时钟产生电路，cpu的所有操作均在时钟脉冲同步下进行。片内振荡器的振荡频率非常接近晶振频率，一般多在1.2mhz12mhz之间选取。c1、c2是反馈电容，其值在5pf30pf之间选取，典型值为30pf。本电路选用的电容为30pf，晶振频率为12mhz。这样就确定了单片机的4个周期分别是：振荡周期1/12；机器周期（sm）；指令周期。 图5 时钟产生电路 xtal1和xtal2：片内振荡电路输入线，这两个端子用来外接石英晶体和微调电容。在石英晶体的两个管脚加交变电场时，它将会产生一定频率的机械变形，而这种机械振动又会产生交变电场，上述物理现象称为压电效应。一般情况下，无论是机械振动的振幅，还是交

13、变电场的振幅都非常小。但是，当交变电场的频率为某一特定值时，振幅骤然增大，产生共振，称之为压电振荡。这一特定频率就是石英晶体的固有频率，也称谐振频率。即用来连接8051片内osc的定时反馈回路，如上图所示。石英晶振起振后要能在xtal2线上输出一个3v左右的正弦波，以便使mcs-51片内的osc电路按石英晶振相同频率自激振荡。图6为单片机复位电路。单片机在开机时都需要复位，以便中央处理器cpu以及其他功能部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。单片机的复位后是靠外部电路实现的，在时钟电路工作后，只要在单片机的rst引脚上出现24个时钟振荡脉冲（2个机器周期）以上的高电平，单片机便可

14、实现初始化状态复位。mcs-51单片机的rst引脚是复位信号的输入端。例如：若mcs-51单片机时钟频率为12mhz，则复位脉冲宽度至少应该为2s。图6 复位电路（2） 声光报警电路温度检测系统多有声光报警功能，当检测温度超过上下限时，进行声光提示。本系统在从机和主机部分均设计了报警电路。各从机的报警上下限由主机预置，从机实时监测的过程中，一旦发现检测温度值连续超出阈值范围，便启动自身报警电路，同时向主控机发送报警信号。报警电路原理如下所示： 图7 声光报警电路（3） 数据存储和时钟电路主控机主要负责控制从机，包括设置从机信息和收集从机检测信号，然后将收集到的数据进行存储、分析、显示，并能根据

15、用户设置的报警阈值进行声光报警。这部分的硬件电路设计除了键盘、液晶等常规外设外，增加了一片24c04用来保存温度数据，另外，增加了一片日历时钟芯片pcf8563。24c04是基于i2c总线的串行e2prom，存储容量512个字节，它占用单片机资源很少，仅占用了两根i/o线，数据一旦写入可保存100年，避免了普通ram掉电保护的麻烦，非常适合于各类仪器仪表和控制装置的参数保存。主控机每个整点收集一次数据，并将数据保存到e2prom。每个温度数据占用2个字节，这样，我们设计共保存24组历史数据，占用192个字节。当存满24组数据后，整点再次接收数据时，将最早保存的数据删除，其他数据依次前移为新数据

16、空出位置。pcf8563是低功耗的cmos实时时钟/日历芯片，它提供一个可编程时钟输出，一个中断输出和掉电检测器，所有的地址和数据通过i2c总线串行传递。这两部分电路设计原理图如下：图8 数据存储和时钟芯片电路2.2 电源设计工作原理：图9中为t1电源变压器，它的作用是将交流电网电压v1变为整流电路要求的交流电压 ，四只整流二极管d1 d4接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。先计算文件参数：二极管d1、d3和d2、d4两两轮流导通的，所以流经每个二极管的平均电流为id=ic=0.45。二极管在截止时管子两端承受的最大反向电压可以从图1中看出。在正半周时d1、d3导通，d2、d4截止。此时d2

17、、d2所承受的最大反向电压均为的最大值。即=同理，在的负半周，d、d也承受到同样大小的反向电压。图9 +12v电源示意图桥式整流电路的优点是输出电压高 ，纹波电压较小，管子所承受的最大反向电压较低，同时因为电源变压器在正、负半周内都有电流供给负载，电源变压器得到了充分的利用，效率较高。因此，这种电路在半导体整流电路中得到了颇为广泛的应用。滤波电路：我们采用电容滤波电路。因为本设计为小功率电源,初始时电容器两端初始电压为零，接入交流电源后，当为正半周时，通过d1、d3向电容器c充电；当为负半周时，通过d2、d4向电容器c充电。充电时间常数为。包括变压器副绕组的直流电阻和二极管d的正向电阻。由于一

18、般很少，电容器很快就达到了交流电压的的最大值。由于电容器无放电回路，故输出电压保持在，输出为一个恒定的直流。电容滤波电路的特点：1. 二极管的导电角，流过二极管的瞬时电流很大，电流的有效值和平均值的关系与波形有关。在平均值相同的情况下，波形越尖，有效值越大，在纯电阻负载时，变压器副边电流的有效值而有电容滤波时2. 负载平均电压升高，纹波(交流成分)渐少，且rc越大，电容放电速率越慢，则负载电压中的纹波成分越小，负载平均电压越高。为了得到平滑的负载电压，一般取 d=rlc(35)t/2 （21）其中t为电源交流电压的周期。3. 负载直流电压随负载直流电流增加二减少。随的变化关系称为输出特性或者外

19、特性。 c值一定，当rl=，即空载时当c=0，即无电容时4. 在整流电路的内组不太大(几欧)和放电时间常数满足式（21）的 关系时，电容滤波电路的负载电压和的关系约为总之，电容滤波电路简单，负载直流电压vl较高，纹波也较小，它的缺点是输出特性较差，故适用于负载电压较高，负载变动不大的场合。+5v电源电路如图所示。 图10 5v电源示意图2.3 温度传感器的选择现代传感器在原理与结构上千差万别，如何根据具体的测量目的、测量对象以及测量环境合理地选用传感器，是在进行某个量的测量时首先要解决的问题。当传感器确定之后，与之相配套的测量方法和测量设备也就可以确定了。测量结果的成败，在很大程度上取决于传感

20、器的选用是否合理。2.3.1根据测量对象与测量环境确定传感器的类型要进行个具体的测量工作，首先要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，哪一种原理的传感器更为合适，则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题：量程的大小；被测位置对传感器体积的要求；测量方式为接触式还是非接触式；信号的引出方法，有线或是非接触测量；传感器的来源，国产还是进口，价格能否承受，还是自行研制。2.3.2 灵敏度的选择通常，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时，与被测量变化对应的输出信号的值才

21、比较大，有利于信号处理。但要注意的是，传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也容易混入，也会被放大系统放大，影响测量精度。因此，要求传感器本身应具有较高的信噪比，尽员减少从外界引入的串扰信号2.3.3频率响应特性传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件，实际上传感器的响应总有定延迟，希望延迟时间越短越好。传感器的频率响应高，可测的信号频率范围就宽，而由于受到结构特性的影响，机械系统的惯性较大，因有频率低的传感器可测信号的频率较低。2.3.4 线性范围传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。以理论上讲，在此范围内，灵敏度保持定值。传感器的线性范围

22、越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时，当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。但实际上，任何传感器都不能保证绝对的线性，其线性度也是相对的。当所要求测量精度比较低时，在一定的范围内，可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的，这会给测量带来极大的方便。2.3.5 稳定性传感器使用一段时间后，其性能保持不变化的能力称为稳定性。影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构外，主要是传感器的使用环境。因此，要使传感器具有良好的稳定性，传感器必须要有较强的环境适应能力。在选择传感器之前，应对其使用环境进行调查，并根据具体的使用环境选择合适的传感器，或采取适当的措施，减小环

23、境的影响。2.3.6精度精度是传感器的一个重要的性能指标，它是关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节。传感器的精度越高，其价格越昂贵，因此，传感器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以，不必选得过高。这样就可以在满足同一测量目的的诸多传感器中选择比较便宜和简单的传感器。综合以上因素，如果测量目的是定性分析的，选用重复精度高的传感器即可，不宜选用绝对量值精度高的；如果是为了定量分析，必须获得精确的测量值，就需选用精度等级能满足要求的传感器。对某些特殊使用场合，无法选到合适的传感器，则需自行设计制造传感器。自制传感器的性能应满足使用要求。2.3.7本次的选择本次采用热电阻，材料为铂丝.本设计

24、要检测温度范围0400，可选用的常用温度传感器有集成温度传感器、热电偶、热电阻等。 集成温度传感器（如ad590、ds1820等）使用方便，信号易于调理，但它们的测温范围普遍窄，一般在200以下，不能满足要求。热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一，其优点是测量精度高、测量范围广，常用的热电偶从-50至+1600均可连续测量。但需采用电路或软件设计等修正方法来补偿冷端温度t00时对测温的影响，使用不便。热电阻也是最常用的一种温度传感器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定，使用方便，测量范围为-200600，完全满足要求，考虑到铂电阻的测量精确度是最高的，所以我们最终选择铂电阻pt100作为传感

25、器。热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。所以通常将其放在电桥桥臂上，温度变化时，热电阻两端的电压信号被送到仪器放大器ad620的输入端，经过仪器放大器放大后的电压输出送给a/d转换芯片，从而把热电阻的阻值转换成数字量。电路原理图如图11所示。 图11热电阻测温电路原理图对信号放大，我们使用了低价格、高精度的仪器放大器ad620，它运用方便，可以通过外接电阻方便的进行各种增益（1-1000）的调整。其增益计算公式为：温度值计算过程：由于a/d检测到的模拟电压值计算可到的rt值，然后利用如下公式求出温度值：其中 ，实际测量中，为提高测量精度，我们分两挡进行测

26、量，当温度处于0210时，继电器j2所在桥臂电阻为r32，继电器j1选择ad620的反馈电阻r5，温度处于195400时，控制继电器j2将电阻r31串接上，并相应控制继电器j1选择r6作为ad620的反馈电阻，在切换桥臂电阻时同步改变放大倍数，从而达到自动改变量程、提高测量精度的目的。2.4模数转化单元2.4.1 12位串行a/d转换器max187 max187是美信公司推出的12位a/d转换芯片，内部含有采样/保持电路，单5v操作电源，转换速度为8.5s，具有片上4.096 v参考电压，模拟量输入范围为0vbef。三线串行接口，兼容spi，qspi，microwire总线。 （1）max18

27、7的引脚功能说明max187有8脚dip封装和16脚so封装2种，图12给出dip封装的引脚排列。表1是引脚功能说明。 图12 max187引脚图（2）max187操作时序用采样/保持电路和逐位比较寄存器将输入的模拟信号转换为12位的数字信号，其采样/保持电路不需要外接电容。max187有2种操作模式：正常模式和休眠模式，将shdn置为低电平进入休眠模式，这时的电流消耗降到10a以下。shdn置为高电平或悬空进入正常操作模式。引脚名称功能1vcc+5v电源2ain模拟量输入，范围0-vref3shdn操作模式选择，低电平休眠模式4ref参考电压5gnd地6dout数据输出7cs片选端8sclk

28、时钟，最高为5mhz 表1 max187 引脚功能表使用内参考时，在电源开启后，经过20 ms后参考引脚的4.7f电容充电完成，可进行正常的转换操作。a/d转换的工作过程是：当cs为低电平时，在下降沿max187的t/h电路进入保持状态，并开始转换，8.5s后dout输出为高电平作为转换完成标志。这时可在sclk端输入一串脉冲将结果从dout端移出，读入单片机中处理。数据读取完成后将cs置为高电平。要注意的是：在cs置为低电平启动a/d转换后，检测到dout有效（或者延时8.5s以上），才能发sclk移位脉冲读数据，sclk至少为13个。发完脉冲后应将cs置为高电平。2.5 数据采集部分 2.

29、5.1 多路模拟开关cd4051/cc4051cd4051/cc4051是单8通道数字控制模拟电子开关，有三个二进控制输入端a、b、c和inh输入，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流。幅值为4.520v的数字信号可控制峰值至20v的模拟信号。例如，若vdd+5v，vss0，vee-13.5v，则05v的数字信号可控制-13.54.5v的模拟信号。这些开关电路在整个vdd-vss和vdd-vee电源范围内具有极低的静态功耗，与控制信号的逻辑状态无关。当inh输入端“1”时，所有的通道截止。三位二进制号选通8通道中的一通道，可连接该输入端至输出。 cd4051引脚功能说明引脚号符号功能1 2 4 5

30、 12 13 14 15in/out输入/输出端9 10 11a b c地址端3out/in公共输出/输入端6inh禁止端7vee模拟信号接地端8vss数字信号接地端16vdd电源+2.5.2 锁存器74ls373373为三态输出的八 d 透明锁存器,共有 54/74s373 和 54/74ls373 两种线路结构型式，其主要电器特性的典型值如下： 当三态允许控制端 oe 为低电平时，o0o7 为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当 oe 为高电平时，o0o7 呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。 当锁存允许端 le 为高电平时，o 随数据 d 而变。当

31、 le 为低电平时，o 被锁存在已建立的数据电平。当 le 端施密特触发器的输入滞后作用，使交流和直流噪声抗扰度被改善 400mv。 引脚功能：（1）d0d7 数据输入端 （2）oe 三态允许控制端（低电平有效） （3）le 锁存允许端 （4）o0o7 输出端 2.5.3 rs232 rs-232c 对电器特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了规定。 在txd和rxd上：逻辑1(mark)=-3v-15v ；逻辑0(space)=+3+15v ；在rts、cts、dsr、dtr和dcd等控制线上： 信号有效（接通，on状态，正电压）+3v+15v 信号无效（断开，off状态，负电压)=-3v-1

32、5v 。2.5.4 模拟量的采集与处理 数据采集与处理是把实际过程的模拟量、开关量以及其它信息量通过相关的方式送入计算机，再由计算机进行存储和进一步处理（如计算、显示、控制等）。其中，模拟量采集与处理最为重要，它的算法复杂。模拟量采集算法模块特指将模拟量转换成数字量并送入计算机，模拟量处理算法模块是指将这些数字量存储并进行计算处理的过程，而其它模块可完成一些辅助任务，例如，开关量采集可采用简单查询方式得到，数据的显示由显示模块完成等。一般的工业监控系统对数据的采集周期都有规定。例如：在热网微机监控系统中，有关章程就规定模拟量的采集周期应当小于2.1秒。设计时，外部输入的模拟量信号首先由传感器送

33、入测控器，然后进行模拟量采集，在一次采样间隔时间t内，依次将各输入量轮流接到a/d转换器进行一次转换。为了准确地反映被测信号，防止干扰，对每一路信号在20 ms内采集4次，即采样间隔时间t=5ms，每次连续采集10个点，将这10个点去除最大、最小值之后求取平均作为本次的结果，4次采集完成后再将4次采集的值求平均得出此次采集的结果 在20ms的采集完成后，要将数据按照量程或计算公式转换为有实际意义的数据，并根据报警限判断数据是否有低于下限或超出上限的报警。2.6. 显示模块本次设计的显示电路采用两位共阳极led数码管来显示测量得到的温度值，其型号为bs 12.7 r1，表示字符高度为12.7mm

34、的红色共阳极led数码管，16/1动态扫描时，平均电流为45ma，峰值电流为5060ma。led数码管能在低电压下工作，而且体积小、重量轻、使用寿命长，因此本次设计选用此数码管作为显示器件。一个led数码管只能显示一位字符，如果字符位数不止一位，可以用几个数码管组成，但是控制多位的显示电路需要有字段控制和字位控制，字段控制是指控制所要显示的字符是什么，控制电路应将字符的七段码通过输出口连接到led的ag引脚，是某些段点亮，某些段处于歇灭状态。字位控制是指控制在多位显示器中，那几位发光或哪几位不发光，字位控制则需要通过字位码作用于led数码管的公共引脚，是某一位或某几位的数码管可以发光。数码管显

35、示电路分为动态显示和静态显示。静态显示方式是指每一个数码管的字段控制是独立的，每一个数码管都需要配置一个8位输出口来输出该字位的七段码。因此需要显示多位时需要多个输出口，通常片内并口不够用，需要在片外扩展。动态显示又称为扫描显示方式，也就是在某一时刻只能让一个字位处于选通状态，其他字位一律断开，同时在字段线上发出该位要显示的字段码，这样在某一时刻某一位数码管就会被点亮，并显示出相应的字符。下一时刻改变所显示的字位和字段码，点亮另一个数码管，显示另一个字符。然后一次扫描轮流点亮其他数码管，只要扫描速度快，利用人眼的视觉残留效应，会使人感觉几位数码管都在稳定的显示。本次设计采用数码管动态显示，图中

36、由单片机p1口串接74hc245驱动两位共阳极数码管，上拉电阻排为10k。由p2.0和p2.1通过pnp型三极管q1、q2驱动其字位。三极管发射极接高电平，当p2.0或p2.1为低电平时使三极管导通选通数码管的某一位。图13 显示电路2.7.传感器输出信号的调理 由于热敏电阻输出的信号通常需要经过一定的预处理才能进行有效的变换，这种对信号的前端预处理的过程称为信号调理。本次调理电路比较粗糙，主要采用一个放大部分和滤波部分组成。如下图所示，反相输入的运放和一阶低通滤波器构成。滤波器的参数：设计的截止频率的为6khz，增益为2，元器件的参数如下：r1=4.3kr2=8.5k r3=5.4k低通滤波

37、器图14 信号调理电路第三章：软件部分设计3.1程序流程 主程序主要实现系统的初始化，显示数据，设定从机相关信息及通信的处理。 系统的初始化包括寄存器的初始化（控制寄存器、堆栈、中断寄存器等），通信的初始化（串口的初始化，max485的初始化，通信缓冲区的初始化），液晶的初始化，输出端口的初始化，采集、累计数据的初始化。 显示数据包括数据转换（主要实现将各类参数、测量数据、计算累计值等转换成液晶显示所需的数据类型）和显示屏的刷新（包括刷新采集数据屏和根据按下的键更改显示屏）。 通信的处理主要针对主空机与从机的信息交换与处理。 主程序流程图如下： 图15 总体流程图程序主要由温度信号采集程序和响

38、应主机命令程序。对温度信号的采集采用求均值技术来提高精度，累计采样160次，求均值并判断是否超过规定的阈值。流程图如下： 图16 采样温度值主流程3.2 87c51源程序org 0ljmp main1org 0003hljmp zint0org 13hljmp zint1tmph: equ 28hflag1: equ 38hdatain: bit p3.7main1: setb it0setb easetb ex0setb it1setb ex1setb p3.6setb p3.2mov 74h,#0mov 75h,#0mov 76h,#0mov 77h,#0main: lcall get_t

39、emperlcall cvttmplcall disp1ajmp maininit_1820:setb datainnopclr datainmov r1,#3tsr1: mov r0,#107 ;保持642msdjnz r0,$djnz r1,tsr1setb datain ;释放ds18b20总线nopnopnopmov r0,#25htsr2: jnb datain,tsr3djnz ro,tsr2clr flag1sjmp tsr2tsr3: setb flag1 ;标志位置1，证明ds18b20存在clr p1.7mov r0,#117tsr6: djnz r0,$tsr7: set

40、b datainret ；延时254usget_temper:setb datainlcall init_1820jb flag1,tss2nopret ；ds18b20检测程序tss2: mov a,#0cch ；跳过rom,使用存储器lcall write_1820mov a,#44h ；对ram操作，开始温度转换lcall write_1820acall disp1lcall init_1820mov a,#0cchlcall write_1820mov a,#0behlcall write_1820lcall read_1820 ；读暂存器中的温度数值retwrite_1820:mov

41、 r2,#8clr cwr1: clr datainmov r3,#6djnz r3,$rrc amov datain,cmov r3,#23djnz r3,$setb datainnopdjnz r2,wr1setb datainretread_1820:mov r4,#2mov r1,#29hre00: mov r2,#8re01: clr csetb datainnopnopclr datainnopnopnopsetb datainmov r3,#9re10: djnz r3,re10mov c,datainmov r3,#23re20: djnz r3,re20rrc adjnz r

42、2,re01mov r1,adec r1djnz r4,re00retcvttmp: mov a,tmphanl a,#80h ；判断温度正负，正不变，负则取反加1jz tmpc1clr cmov a,tmp1cpl aadd a,#1mov tmp1,amov a,tmphcpl aaddc a,#0mov tmph,amov 73h,#0bhsjmp tmpc11tmpc1: mov 73h,#0ahtmpc11: mov a,tmp1anl a,#0fhmov dptr,#tmptabmovc a,a+dptrmov 70h,amov a,tmp1anl a,#0fhswap aorl

43、a,tmplb2bcd: mov b,#100div abjz b2bcd1mov 73h,a b2bcd: mov a,#10xch a,bdiv abmov 72h,amov 71h,btmpc12: nopdisbcd: mov a,73hanl a,#0fhcjne a,#1,disbcd0sjmp disbcd1disbcd0: mov a,72hanl a,#0fhjnz disbcd1mov a,73hmov 72h,amov 73h,#0ahdisbcd1: rettmptab: db 0,1,1,2,3,3,4,4,5,6,6,7,8,8,9,9disp1: mov r1,#

44、70hmov r0,#74hmov r5,#0feh ;显示实际温度play: mov p1,#0ffhmov a,r5mov p2,amov a,r1mov dptr,#tabmovc a,a+dptrmov p1,amov p1,amov a,r0movc a,a+dptrmov p0,amov a,r5jb acc.1,loop1jb p1.7clr p1.7clr p0.7 ;loop1： lcall dl1msinc r1inc r0mov a,r5jnb acc.3,endoutrl amov r5,amov a,73hcjne a,#1,dd2sjmp ledhdd2: mov

45、a,72hcjne a,72h,ddhsjmp dd1ddh: jne play1ledh: clr p3.6sjmp playplay1: setb p3.6sjmp playendout: mov p1,#0ffhmov p2,#0ffhrettab: db 0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,99hdb 92h,82h,0f8h,80h,90h,0ffh,0bfhdl1ms： mov r6,#14hdl1: mov r7,#100djnz r7,$djnz r6,dl1retzint0: push ainc 75hmov a,75hcjne a,#10,zint01mov 75h,#

46、0zint01: pop aretizintt1: push ainc 76hmov a,76hcjne a,#10,zint11mov 76h,#0zint11: pop areti 第四章：误差分析与干扰4.1提高单片机系统抗干扰能力的主要手段4.1.1. 接地这里的接地指接大地，也称作保护地。为单片机系统提供良好的地线，对提高系统的抗干扰能力极为有益。特别是对有防雷击要求的系统，良好的接地至关重要。上面提到的一系列抗干扰元件，意在将雷击、浪涌式干扰以及快脉冲群干扰去除，而去除的方法都是将干扰引入大地，如果系统不接地，或虽有地线但接地电阻过大，则这些元件都不能发挥作用。为单片机供电的电源的

47、地俗称逻辑地，它们和大地的地的关系可以相通、浮空、或接一电阻，要视应用场合而定。不能把地线随便接在暖气管子上。绝对不能把接地线与动力线的火线、零线中的零线混淆。4.1.2. 隔离与屏蔽典型的信号隔离是光电隔离。使用光电隔离器件将单片机的输入输出隔离开，一方面使干扰信号不得进入单片机系统，另一方面单片机系统本身的噪声也不会以传导的方式传播出去。屏蔽则是用来隔离空间辐射的，对噪声特别大的部件，如开关电源，用金属盒罩起来，可减少噪声源对单片机系统的干扰。对特别怕干扰的模拟电路，如高灵敏度的弱信号放大电路可屏蔽起来。而重要的是金属屏蔽本身必须接真正的地。4.1.3. 滤波滤波指各类信号按频率特性分类并

48、控制它们的方向。常用的有各种低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器。低通滤波器用在接入的交流电源线上，旨在让50周的交流电顺利通过，将其它高频噪声导入大地。低通滤波器的配置指标是插入损耗，选择的低通滤波器插入损耗过低起不到抑制噪声的作用，而过高的插入损耗会导致“漏电”，影响系统的人身安全性。高通、带通滤波器则应根据系统中对信号的处理要求选择使用。使用满足系统要求的最低频率的时钟，时钟产生器要尽量靠近用到该时钟的器件。石英晶体振荡器外壳要接地，时钟线要尽量短，且不要引得到处都是。时钟线垂直于i/o线比平行于i/o线干扰小，时钟线要远离i/o线。每个集成电路要加一个去耦电容，要选高频信号好的独石电容式

49、瓷片电容作去耦电容。去耦电容焊在印制电路板上时，引脚要尽量短。需要时，电源线、地线上可加铜线绕制铁氧用体而成的高频扼流器件阻断高频噪声的传导。4.2 误差分析本系统的误差主要来自温度采集电路和温度信号传输电路。对于温度采集电路，为了尽可能减小误差，而对于外界温度变化或者类似的干扰信号，低通滤波器起到了很好的消除作用，同时我们采用了过采样和求均值技术。所谓过采样技术是指以高于奈奎斯特频率的采样频率进行采样，也就是说当adc以高于系统所需采样频率fs的速率对信号采样时，能增加有效位数。每增加一位分辨率，信号必须被以4倍的速率过采样。同时对所抽取的信号求均值，可以有效的减少误差。总结在本次课程设计中

50、，系统地学习了传感器信号、单片机集成开发环境、rs-232串口通信技术以及应用程序编制、protel等方面的知识。本次设计可以说是软硬结合，又以硬件为主。当今科技发展迅速，智能开发有着光明的前景。由于单片机经济实用、开发简便等特点依然在工业控制、家电等领域占据了广泛的市场。希望能通过此次设计来提高自己软件编制和硬件电路设计的能力。在我完成这次课程设计的过程中，当看到自己将专业知识用于解决实际的问题时，那份成就感和喜悦感是难以形容的。但是，在实际的编程以及调试程序过程中，我发现自己所应该学的太多太多。光靠自己在书本上所学过的这点知识是远远不够的，真正地认识到了工作就是学习的道理。通过了这段时间的

51、学习，了解检测系统的设计步骤，掌握系统设计方法，加深对理论知识的理解，能运用所学的传感器原理智能仪器设计仪器仪表电路等专业知识设计测控系统各个单元，并组成系统。我们通过这个方案包括设计了一套电路原理和机械图。做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。总之，这次课程设计对我来说是一次比较全面的、富有创造性和探索性的锻炼，完成了我选题时的心愿。相信在以后的生活学习中，一定会发扬这种艰苦朴素的作风，认真对待每一个问题，

52、要彻彻底底的弄懂原理，然后再发挥自己的创造性思维，做出漂亮完美的设计。最后，由于本人知识水平体系构建不完整，在书写和设计的同时肯定会存在各种漏洞甚至错误，望老师见谅！参考资料1张国雄.测控电路.北京：机械工业出版社，2002. 2李刚.现代测控电路.北京：高等教育出版社，2004.3赵茂泰.智能仪器原理及应用.北京：电子工业出版社，1999.4季建华.智能仪器原理、设计及调试.上海：华东理工大学出版社，1995.5施文康.检测技术.北京：机械工业出版社，2002.6陈守仁.自动检测技术及仪表.北京：机械工业出版社，1998.7 forbes aird.mechanic's guide

53、to precision measuring tools. motorbooks international，june 1，1999.- 13 -目录前言1第一章：绪论31.1设计的要求与初始条件31.2设计方案的选择3第二章：硬件部分的设计与介绍52.1单片机87c5152.2电源设计92.3温度传感器的选择112.4模数转化单元152.5数据采集部分162.6显示模块182.7传感器输出信号的调理20第三章：软件部分设计203.1程序流程203.2单片机87c51源程序22第四章：误差分析与干扰304.1提高单片机系统抗干扰能力的主要手段304.2误差分析31总结32参考资料33an automatic measuring s