基于单片机-测控电路课程设计：温度测量控制系统

1、测控系统设计论文题目：温度测量控制系统学生姓名：刘涛学 号：0807250223_院（系）：自动化工程学院专 业：测控技术与仪器2011年4月1 摘要.31. 1指导思想.312基本设计内容及要求.33电路特点.3电路设计.32. 1总体设计思想. 32. 1. 1方案论证.32. 1.2原理框图.32. 13硬件设计思想.42. 2各主要部件及电路工作原理.42.2. 1 单片机电路.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?1. 1吋钟显示.4? ? ? ? ?1.2复位电路.52.?2.1.3程序流程图62.14键

2、盘流程图.?2. 2. 2温度信号的获取与放大.?2. 2. 2. 1p?100温度传感器.?2. 2. 2. 2信号放大电路.92. 2. 2. 3温度值计算过程.92.2.3模数转换单元电路.9224按键电路.112.2.5显示电路.122.2.6电热杯控制电路.143 数据的处理.14小结.15设计体会及今后的改进意见.155. 1体会.155.2改进意见.15参考文献.16附录：元器件清单.1?1摘要温度的测量是生产生活中时常需要的工作，进入 21世纪后，温度传感器正朝着 高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感 器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展

3、。abs trd? t: ?emperature measurement is the production oflife often needto work, in the 21stcentury,the temperature sensor is headed in high precision, multi-function, bus, standardization, highreliability and safety, development virtual sensor and network sensor, research monolithictemperature meas

4、uring system and other high-tech direction develop rapidly.?igh precision, multi-function, bus, standardization, high reliability andsafety 1.1指导思想本课题以 p?100热电阻为温度检测元件，设计了一个对单点温度实时检测的单 片机温度检测系统。12基本设计内容及要求使用 p?100温度传感器（电阻值随温度变化），设计传感器放大电路，将传感器 的电阻值转变为 05v电压信号，将温度值显示出來。再设计控制电路，控制一 个300w电热杯温度，使其能够稳定在设

5、定的温度值。3电路特点设计以测量显示部分电路为主，以单片机系统为核心，对单点的温度进行实 吋测量检测。并采用热电阻 p?100作为温度传感器、op0?作为信号放大器、a?0?09作为 a/?转换部件，对于温度信号的采集具有大范围、高精度的特点。 在功能、性能、可操作性等方而都冇较大的捉升，具冇更高的性价比。2电路设计2.1总体设计思想1. 1 方案论证方案 1：采用单片机测量并控制温度，测量电路采用电桥电路。此方案硬件 电路简单，但是需设计复杂的软件电路。方案 2：采用模拟电路测量并控制温度，测量电路采用电桥电路。此方案电 路复朵，但是不需耍软件电路的支持。采用方案 1,此方案硬件电路简单，易

6、于构成。虽然软件复杂，单片机程序 易于获取，且可以用软件校止温度的测量，使测量结果更加精确。2. 1.2原理框图关键词:2.1.3硬件设计思想电路中单片机采用的是 ?9?51,是我们书中常用的单片机型号。在温度信号的获取与放大电路屮，以 p?100为温度传感器获取温度信号，以 放大器 op0?为信号放大器件。电热杯控制电路中，由于电热杯是使用 220v 的强电，故需耍与单片机电路 隔离，采用的是继电器控制电热杯。用 ?409 驱动继电器，二极管作为继电器的 保护电路。显示电路中由于需要显示带小数点的 4 位数字，采用的是 4 个 ?cd? 段带小 数点的共阴数码管显示测量值，用 ?255扩展单

7、片机的输出端口。键盘电路屮釆用的是三个独立式按键修改温度的恒定值，按键分别是加、 减、功能键。按卜功能键便可修改温度值，按功能键不同次数可以选择加减的幅 值，再次按功能键确定。a/?转换的好与坏直接关系到整个系统的精确度。由于本系统测量的是温度 信号， 响应时间长， 滞后大， 不要求快速转换， 因此选用 ? 位吊型 a/?转换器 a?0?09便能能达到设计的基本要求。为进一步提高精度，可以直接釆用 12位 a/?转换器，也可以釆用过采样和求均值技术来提高测量分辨率。因为 ? 位 a?0?09其性价比更高，更重要的是我在课本上学的就是 a?0?09,对它更加熟 悉，所以本次设计我选用了 a?0?

8、09作为模数转换器。2. 2各主要电路及部件工作原理2. 2. 1单片机电路单片机采用 ?9?51 o a?9系列单片机对于一般用户来说，有下列明显的优 点：内部含有 ?lash存储器，在系统开发过程中很容易修改程序，可以大大缩短了系统的开发时间。与 ?s-51 系列单片机引脚兼容，可以直接进行代换。a?9 系列并不对 ?0?31 的简单继承，功能进一步增强，在我国这种单片机受 到广泛青睐。2. 2. 1. 1时钟显示单片机内部的振荡电路是一个高增益反相放大器，引线 x?a?1和 x?a?2分别是放大器的输入端和输出端。单片机内部虽然有振荡电路，但要形成时钟, 外部还需附加电路。单片机的时钟产

9、生方式有两种。? ?内部时钟方式。 外部时钟方式。veri图 1单片机的 2种时钟方式2. 2. 1.2复位电路单片机的复位是靠外部电路实现的。单片机工作后，只要在它的 rs?引线 上加载高电平，单片机就能够有效地复位。单片机通常采用上电口动复位和按键复位两种方式。图 2单片机的 2种复位电路xt al,xtal1不快-xttai外部时怦-xtalh3-2 bcmi单片机的3-3 chmoss1单片机 的外方氏vcc单片机仿真引脚图:图 4程序流程图i123456?13广12广151431191?9z1?16?0 0 1212 3 31a 1a 1? 1a pp p p4 5 6 711 1?

10、 1? 11 pp p pt tn1n1rlroea?vpx?x2rese?r?wr393?3?3635343 3?：2212 22：3242.52 52 ?2(31 31 130v-2图 3单片机电路2. 2.1. 3程序流程图程序主要由主程序和子程序两部分构成。主程序主要实现系统的初始化，键值处理，a/?转换, 程序框图如下：显示数据。0123456701234567000000000000000001234567012345672222222222222222rx?x?a?e/ppsen2. 2. 1.4键盘流程图键盘框图如图 5.2. 2. 2温度信号的获取与放大在本电路中，以 p?1

11、00为温度传感器获取温度信号，以放人器 op0?为信号 放人器件。热屯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來 进行温度测量的。通常将其放在电桥的桥臂上，温度变化时，热电阻两端的电压 信号被送到仪器放人器 0p0?的输入端，经过仪器放大器放大后的电压输出送给 a/?转换芯片，从而把热电阻的阻值转换成数字量。2. 2. 2. 1p?100温度传感器p?100温度传感器为正温度系数热电阻传感器，主耍技术参数如下：1测量范围:-200?+?50?；2允许偏并值 a 级 (0.15 + 0.002|小，? 级 (0.30 + 0.005)；3响应时间30s；4最小置入深度：热电阻的最小

12、置入深度 200mm；5允通电流 w5ma。另外，p?ooffl度传感器述具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点。图5键盘流程图釦热电阻的线性较好，在 0100摄氏度之间变化时，最大非线性偏差小于0.5摄氏度。鉗热屯阻阻值与温度关系为：-200?tnrri，p?ntuikrr-222 uv :?ohnirar?l?h1a十51 )?op0?h13krptl01501a?llo?其 中o hit才 j(1)(3)x s图 6温度的获取与放大电路2. 2. 3模数转换单元电路a?0?09是带有 ?位 a/?转换器、?路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的 ?os组件。它是逐次逼近式 a/?转

13、换器，可以和单片机直接接口。它 是美国国家半导体公司的产品，是目前国内最广泛的 ?位通用的 a/?转换的芯 片。a?0?09的内部逻辑结构如图 2-2所示。图 ? a?0?09内部逻辑结构由上图可知，a?0?09 由一个 ? 路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一 个 a/?转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通 ? 个模拟通道，允 许 ?路模拟量分时输入，共用 a/? 转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存 a/? 转换完的数字量，当0e端为高电平吋，才可以从三态输出锁存器取走转换完的 数据。引脚结构如图 2-3所示。tn3tntzhst-4nsrint5inton6aintbstceo

14、caleq3q7oed6ulkd5vuuvkbf+qoont) vrkf-did2abc图 ?a?0?09引脚结构a?e为地址锁存允许输入线，高电平有效。当 a?e线为高电平时，地址锁 存与译码器将 a, ?, ? 三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选屮的通 道的模拟量送入转换器进行转换。a, ?和 ?为地址输入线，用于选通 ?n0-?n? 上的一路模拟量输入。通道选择表 1如下：28互26242220ta151toitt3ttttt?a选择的通道000?no001?n1010?n2011?n3100?n4101?n5110?n6111?n?表 1通道选择模数转换电路仿真图:2. 2.4

15、按键电路键盘电路中采用的是三个独立式按键修改温度。按键电路仿真图：441r011?1?s?4?o?ps24o4?p1s344?r-p图 10按键电路2. 2. 5显示电路在单片机应用系统中，如杲需要显示的内容只有数码和某些字母，使用 ?e? 数码管是-种较好的选择。?e?数码管显示清晰、成本低廉、配置灵活，与单片 机接口简单易行。?e?数码管是由发光二极管作为显示字段的数码型显示器件。图 ?为 0.5英尺 ?e?数码管的外形和引脚图，其屮七只发光二极管分别对应 ag笔段构成 “逼”字形另一只发光二极管 ?p作为小数点。 因此这种 ?e?显示器称为七段数 码管或八段数码管。图 11 ?e?数码管

16、a a b b c c dede gdpgdpa）外形和引b）共阴极结构g f com a b10 9 8 7 6flalb厂石-ie/ dlc1 2 345e dcomc dp当 ?e?数码管与单片机相连吋,一般将 ?e?数码管的各笔段引脚 a、b、g、?p按某一顺序接到 ?s-51型单片机某一个并行 ?/o 口 ?o、?1、?,当 该 ?/o口输出某一特定数据时，就能使 ?e?数码管显示出某个字符。?e?数码管编码方式有多种，按小数点计否可分为七段码和八段码；按共阴 共阳可分为共阴字段码和共阳字段码，不计小数点的共阴字段码与共阳字段码互 为反码；按a、b、g、?p编码顺序是高位在而，还是低

17、位在前，又可分为顺 序字段码和逆序字段码。甚至在某些特殊情况下将 a、b、g、?p顺序打乱编 码。表 2为共阴极和共阳极 ?e?数码管几种八段编码表。共阴顺序小数点暗共阴逆序小数点暗共阳顺序 小数点亮共阳顺序小数点暗?pgfedcba16进制abcdefg?p16进制0001111113?11111100?40?o?100000 1 1 006?0 1 1 0000060?9?9?2010110115?11011010?a?24?a4?3010011114?11110010?2?30?o?40110011066?0110011066?19?99 ?5011011016?10110110?6?1

18、2?92 ?6o 1 1 1 i 1 o 1?1 o 1 1 i 1 1 o?e?02 ?2 ?0 0 0 0 0 1 1 10?1 1 1 00000eo? ?01111111?11111110?e?00 ?0 ?9011011116?11110110?6?10?90 ?表 2 共阴极和共阳极 ?e?数码管几种八段编码显示电路仿真图:图 12显示电路2. 2.6电热杯控制电路电热杯控制电路采用的是继电器控制电热杯，用 ?409驱动继电器，二极管 作为继电器的保护电路。其电路仿真图如门7 7 萀 7 778 氀 8 88 9 爀 9 99 :耀: ;?; ;娀= =数据的处理 数据处理流程图:

19、图 14数据处理流程图7 7 萀 7 778 氀 8 88 9 爀 9 99 :耀: ;?; ;娀= =小结木方案设计完成温度测量及控制的任务。由总体电路可知此温度测量控制系 统硬件电路由于单片机的使用简单明了， 每一部分功能较为单一集小， 便于设计 及排查问题，但软件方而较为复杂。使用 p?100 作为温度传感器元件，可用连续 采样取平均值的方法减少误弟，使结果较为准确。7 7 萀 7 778 氀 8 88 9 爀 9 99 :耀: ;?; ;娀= =设计体会及今后的改进意见51体会温度检测是工业过程控制中一个重要参数，在木次课程设计中，通过对测控 电路、传感器和单片机的综合运用，查阅大量资料，上网搜集信息顺利完成了预 期的任务。测控电路是测量与控制相结合的课程，需要用到各方面综