热电偶智能仪表设计方案说明书

1、热电偶智能仪表设计说明书本设计根据任务要求，采用单片机AT89c51作为控制处理器；采用 AD590集成温度传感器，采用 k型热电偶 馍铭-馍硅热电偶），热电偶信号经前端电路低通滤波、放大后， 经14位精度AD转换器ICL7135转换为数字信号；单片机AT89c51接受并处理热电偶转换后的数字信号后，通过LED显示出检测的热电偶温度信号；系统工作期间可以通过外接键盘设定热电偶温度信号显示范围及当前所测热电偶的路数；同时本设计具有报警功能， 以保证系统的稳定正常工作。1最小系统电路12MHz ,其中单片机的 P0采用AT89C51作为主控模块，带 4K字节存储器，晶振为口为输出，当输出数据时需要

2、接上拉电阻。XTAL1 和 XTAL2分别为反向放大器的输入和输出，至内部时钟信号要通过一个二分频触发器。RESET为复位输入，当振荡器复15 / 111。位器件时，要保持 RST脚两个机器周期的高电平时间。单片机最小系统电路图如图+5C30PEO1 |24MKCOL12K COL23K COL3一 4SCA N05SCA N16S CA N27s ca N38P3. 31 3 nP 3. 21 2 nKCOL0 1P3.71 7P3.61 6-09D2AT89 C5 1,P10P00,P11P01,P12P02. P13P03.P14P04,P15P05 P16P06,P17P07INT1P

3、20INT0P21P22，T1P23T0P24P25 EA/VPP26P27,X1,X2 RESETRXDTXDRDALE/PWRPSEN1 91 8+ 53 1P3. 51 5P3.414RM1 20k 139 P0. 0238 P0. 1337 P0. 2436 1 0. 3535 P 0. 4634 P 0. 5733 - 68 32 pu. 79H1i1122ACSP2.123CLKP2.224DOUTP2.325DINP2.426BUSYP2.527P2.-628P2.710RXD-AT11IXD-Al21 DPP2030-R9+5一C5RSTR6 1 00图1最小系统电路图2前向通

4、道模块本设计需要测量 20路热电偶信号，热电偶采用k型馍专-馍硅热电偶），温度测量范围为01300 C,精度为1C。由于热电偶测量电路需要冷端补偿。使用传统的电路桥补偿，电路复杂、体积庞大且造价高。本设计使用本设计使用AD590集成温度传感器，不仅电路简单并且造价经济。如图 2所示。图2 AD590电路图热电偶放大部分采用三运放差分放大器，如图3中的三级运放差分放大器由II级组成,第I级主要用来提高整个放大电路的输入阻抗，第 II级采用差动电路用以提高共模抑制比， 且它还具有低噪声、低漂移的特点，由于 ADC的输入电压范围为 0±1.9999V,根据表1- 1,这里只需放大 40倍。

5、AD转换器选择14位半高精度的双积分集成ADC芯片ICL7135。它的分辨率相当于14位二进制数，转换误差为土1LSB。ICL7135转换结果输出是动态的，因此必须通过并行接口才能与单片机连接，故采用并行接口芯片8155与单片机连接。其中74LS157为4位2选1的数据多路开关，通过高位选通信号D5使其控制ICL7135的数据传送。一片16选1芯片CD4067和一片8选1芯片CD4051组合成多路模拟开关，满足 20路 测温要求。VCC+P1.3R14P3.4ALE37136CVCCIO1CD8CD6CD5CD3CD2CCS"P0.0OUT/INVdd1312CD21-121 0A

6、BVss101112131415INHCDCD4067 da1CD510CDS11CD712CC9T4CDD155622P043IOTVCCALBP2.7WR0图3差分放大器电路图系统连接图如图4所示。R15100k QRD9 4P2.84P019P016P01SP016P015P014P012P012RESETPC5PC4PC3卜 TMRINPC2PC1PC0TMROUTPB7PB6ALEPB5IO/MPB4WRPB3RDPB2CEPB1PB0AD7PA7AD6PA6AD5PA5AD4PA4AD3PA3AD2PA2AD1PA1AD0PA02981551521Y7235B1PC5STBSEL2

7、11574Y 1Y1APC21B381577Y2Y2A372B1579Y3Y3A363B3512 4Y4A344B333274LS1571014133130371535B46 7135B8DD1R166INTOUTPC5 21BUSY28BFOUTAUTO07135D57235 B21554272625281543Y1532Y100k Q27237135 B867135 Ek57135 BN7135 B37135 Df217181920UNDRNG OVR NGPOLCRF-B8B4B2B1D5D4D3D2D1ICL7 135图4系统连接图CRF+CLKALGCOMIN-IN+REFSTRBR

8、/H7225CLK10PCS25+5VVdd21CD1OUT/IN7INHVeeVssCD4051二ZC51"03 AB0.1-jC6R17R185.1k QCD018CD117CD20100k QP034P056IOZL+5V3系统自检开机后首先对单片机系统的硬件及软件状态进行检测，一旦发现不正常，就进行相应 的处理。开机自检程序包括对RAM、ROM、I/O 口状态、前向通道、键盘、显示等的检测。1 粒测RAM 检查RAM读写是否正常，实际操作是向 RAM单元写“ 00H”，读出 也应为“ 00H”，再向其写“ FFH”，读出也应为“ FFH”。如果 RAM单元读写出错，应 给出R

9、AM出错提示（声光或其它形式 >,等待处理。测试 RAM的真正目的是保证硬件系统 的可靠性。2 检查ROM单元的内容 对ROM单元的检测主要是检查 ROM单元的内容的校验 和。所谓 ROM的校验和是将 ROM的内容逐一相加后得到一个数值，该值便称校验和。ROM单元存储的是程序、常数和表格。一旦程序编写完成，ROM中的内容就确定了，其校验和也就是唯一的。若 ROM校验和出错，应给出 ROM出错提示（声光或其它形式 >,等 待处理。测试 ROM的真正目的是保证程序完整性。嵌入式软件和启动代码存放在ROM里,不能保证长期稳定可靠，因为硬件注定是不可靠的3 险查I/O 口状态 首先确定系统

10、的I/O 口在待机状态应处的状态，然后检测单片机 的I/O 口在待机状态下的状态是否正常（如是否有短路或开路现象等 >。若不正常，应给出出错提示（声光或其它形式 >,等待处理。4 其它接口也居检测 除了对上述单片机内部资源进行检测外，对系统中的其它接 口电路，比如前向通道转换电路等，对与前向通道可以给单片机一个标准信号通过A/D转换检测，如图5标准信号电路所示，产生 2.5V标准电压信号；又如键盘、显示电路，均应 通过软件进行检测，确定是否有故障。只有各项检查均正常，程序方能继续执行，否则应提示出错。VCCREFV11LM38 5 -2.5R1 5 10图5标准信号电路4报警电路模

11、块设计中的报警模块，保证系统自检电路或单片机出现问题时，能及时发现故障所在之6报警电路所示。处。当系统自检或运行过程中发生故障时，给出声光报警信号。电路如图其中三极管型号为 9013,二极管型号为4051。图6报警电路5显示模块及人机接口本设计显示模块使用 6个LED显示，其中2个LED作为显示当前热电偶路数显示, 其余4个作为温度显示，温度 3为整数一位小数。显示电路如图7显示电路图所示。XS11245"6789D P101 2+ 5T3GNDLED-PORTSCA N0-SCA N1S CA N4SCA N5S CA N3P3. 41 1P 3. 6P3. 73 S CA N2P

12、 3. 5+5V1901 2V2R310kV3901 2R410kD174LS47712Cc6Dd9R9e3LTfgA BV4 9012BI/RBO RBIa b13 R510 R8J?15RTo512 R6E 11 R7f514Rn90123003003003003003006300DPR1 23001234-123412345EGDFCOMCOMCAPBLEDDAEGDFCOMCOMCAPBLEDA1098 jEGDFCOMCOMCAPBLEDAEGDFCOMCOMCAPBLEDA10987610981098761 0kV59012图7显示电路图LEDA1234512345-E D COM

13、 CPGFCOM AB1098一76EGDFCOMCOMCAPBLEDA109876一本设计采用矩阵式键盘，如图8利用AT89C51串行接口和74HC164扩展矩阵式键盘,扩展电路可以大大减少键盘对I/O接口的占用量。R19VCC40VCCP39DCCOi38P372P363-P354 P3市 P336-P327 +5SV-29P2日P2：6P265P2HP2#3-P23- P221 P2.D-P0.0(AD0)P0.1(AD1)P0.2(AD2)P0.3(AD3)P0.4(AD4)P0.5(AD5) P0.6(AD6)P0.7(AD7) EA/VPP ALE/PROG PSENP2.7(A1

14、5)P2.6(A14)P2.5(A13)P2.4(A12)P2.3(A11)P2.2(A10)P2.1(A9)P2.0(A8)P1.IP1.P1.：P1.；P1.，P1JP1.IP11 RS'P1.0 (-F2M -F372 :-PH3 3-PM ；-P15 ；T6 ,'-P81-7 ：r-RSTP3.0(RXP3.1(TXP3.2(INP3.3(INP3.IP3.4(TP3.5(T.6(WRk_；.那交D：XTAL2 X18P3.那XTALGND 20AI89C51128R20SoOKq_1-+5v图8键盘电路图6电源电路仪表需要电源为+5M ± 12V电压图9键盘

15、电路图7系统软件设计1、系统主程序及自检程序主程序主要包括初始化模块、自诊断程序模块、键扫描与处理模块、显示 模块等几部分组成。开机后首先对单片机系统的硬件及软件状态进行检测，一旦发现不正常，就进行相应的处理。开机自检程序包括对RAM ROM I/O 口状态、前向通道、键盘、显示等的检测。系统上电复位后，单片机首先进入系统的初始化模块，该模块的主要任务是设置堆栈指针、初始化 RAM工作区以及通道地址、设置中断和开断等。由于 本系统通道比较多，而且采样数据位 12位，加上一些给定值，所占的内存单位 较多；因此，该系统将同时使用内部 RAMS外部RAM主程序流程图如图10所 示。图10主程序流程图然后程序进入自诊断模块，在模块中，先由程序自身设置一个测试数据， 在多路开关、放大器和 A/D转换器转换成数字量送入 CPU CPU®得到的数据与 原来设定的数据相比较，如两者的差距在给定的范围内，表明自诊断正常，程 序可以进行；否则出错，表明仪表工作不正常，发出警告，等待及时处理，如 诊断正常，程序进入显示模块，进行动态测量数据的刷新显示。进入键扫面与 处理模块，等待接收按