仪器仪表设计报告

1、 . . . 基于工业成品的温度检测仪表设计摘要在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。其中，温度是需要测量和控制的重要参数之一。例如，在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉，热处理炉，反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。本次设计是实现一个PT100温度测量系统的设计。采用MCS-51单片机来对温度进行检测，不仅具有控制方便，组态简单的灵活性大的优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。在温度

2、的采集上，我们用到了模拟信号转换器，通常使用一个被称为模拟、数字转换器（A/D）的电子器件，被广泛适用在电子信号处理中。A/D转换器的速度越快，即对模拟信号的采样时间单位分的越细，图形记录就越真实。而对于波形振荡周期非常之短的线圈来说，它的电压随时间变化的速度非常之快，因而将振荡波形的模拟信号数字化变换时，要求使用变换速度非常高的A/D转换器，否则就不能正确采集，真实显示这个高速变化的波形。本次设计以ICL7135系列积分型实现A/D转换的实时温度检测仪表，可以很好的实现这一功能，ICL7135 具有±20 000 个数的分辨率, 而且有BCD 码和STB 选通信号输出, 与微机接口

3、十分方便, 因此ICL7135 作为微机的高精度A/D 接口电路非常多。在工业过程中该测量系统能实现较稳定与时的温度采集，因此得到广泛运用。另外，在温度测量中，热电偶的应用极为广泛，它具有结构简单，制造方便，测量围广，精度高，惯性小和输出信号便于远传等许多优点。由于热电偶是一种有源传感器，测量时不需外加电源，使用十分方便，这次设计采用Pt100温度传感器。PT100是一种稳定性和线性都比较好的铂丝热电阻传感器,可以工作在 -200至 650的围。关键词：PT100 温度测量系统 AT89S52信号采集 ICL7135A/D转换基于工业成品的温度检测仪表设计一、设计任务本次仪表课程设计是实现一个

4、PT100温度测量系统的设计。要求在现有的PCB板上开发出实际温度测量系统。本次设计主要参考工业现场应用非常广泛的LU-907M智能位置比例调节仪的硬件进行设计，LU-907M智能调节仪主要用于窑炉的温度控制，它可省去伺服放大器直接驱动执行机构，广泛用于瓷玻璃等行业。LU-907M智能调节仪主要利用ICL7135数据转换器和AT89S52单片机实现数据的转换、处理的温度检测与控制。系统主板由电源转换单元、温度检测变送单元、A/D转换器单元、主控制器单元、人机对话单元和执行机构等几部分组成。二、设计原理硬件原则：1）我们结合典型的A/D转换电路，选择ICI7135芯片做主打芯片，实现转换功能。2

5、）此设计利用A/D转换芯片配以显示电路用其所需要的外围电路实现温度显示，具有编程灵活，便于显示Pt100的温度。3）硬件结构设计应与软件设计方案一并考虑。4）整个系统相关器件力求性能匹配，与环境相适应。软件原则：1）我们的程序采用模块化设计，软件结构清晰，简洁。2）我们将设计的程序存储区尽量合理化规划，便于设计功能的扩展。3）我们对各个功能程序与运行结果与运行要求都作了简单说明，以便查询。三、硬件设计（各部分原理图）3.1 数据采集在Pt100检测信号输入时引进预处理级，减少高频等信号的不利干扰。3.2 信号放大环节 3.3 A/D转换3.4 部稳压电路3.4 单片机控制模块3.6 动态显示模

6、块四、软件设计 4.1 主程序设计流程图开始初始化全局变量，Z/O初始化定时器T0，选用外部门信号运动，TR=0初始化外部中断ZNT0，选用跳沿触发判断数据采集是否改变进行数据处理（计算平均值）采集实数是否有等于3？调用AD值较化为温度于程序动态显示于程序是是否否4.2 各单元设计流程图 （1）A/D数据采集模块 采用中断方式实现A/D数据采集。定时器T0采用外部门信号启动，当INT0为高电平且TR0=1时才启动，而当输入信号跳变为低电平时停止定时，故为了保证实时性与准确性，在本设计采用定时器加外部中断的形式实现A/D采集。开始关定时器T0读取定时器定时时长数值TH0=0，TL0=0将定时器初

7、值给零计算标志位加1计算标志位等于3？标志位置0中断返回是否（2）数据处理模块开始将AD值 较化为对应的温度数值判断P0=1？符号位给零符号位给“”将温度的个十百位分别取出送给显示数组返回是否（3）动态显示模块开始位选指向第一位段选给OXFF从数组中取段码指针查表获得段码，送到显示延时2ms段码给OXFF，消隐指针是否=4指针加1，位选指针加1返回否是8031的时钟采用6MHz晶体，在不执行MOVX指令的情况下，ALE是稳定的1MHz频率，经过4分频可得到250kHz的稳定频率，传给ICL7135时钟输入端，使ICL7135的转换速率为每秒6.25次，选取这一转换速率，一方面照顾ICL7135

8、A/D转换的精度，另一方面为了尽量少占用8031的资源。定时器为16位计数器，最大计数值65535。在6.25次/秒转换速率条件下，满度电压输入时，busy宽度为30001个时钟脉冲。再结合图1和图2可知，8031部定时器的输入频率是500kHz，比ICL7135的时钟频率（250kHz）高1倍，在满度电压输入时，定时器计数值为30001x2=60002。不超过定时器最大值。在“busy”高电平期间定时器的数值除以2，再减去10001，余数便是被测电压的数值。4.3 程序实现17 / 17ORG 0000HRESET: LJMP MAINORG 0003H 外中断0中断入口LJMP ITOP

9、跳至ITOP执行ORG 1000H 定时器T0中断入口MAIN: MOV TMOD,#09H; TO工作方式设定为方式1MOV TL0,#0MOV TH0,#0SETB TR0 启动T0MOV R2,#60HMOV R3,#68HM_LOOP:LCALL DISPLJMP M_LOOPENDITOP:CLR CMOV A,TH0RRC AMOV R2,AMOV A,TL0RRC ACLR CMOV R3,ACLR CMOV A,R2SUBB A,#11HMOV R2,AMOV A,R3SUBB A,#27HMOV R3,AMOV TL0,#0MOV TH0,#0BINBCD1:MOV R0,#

10、30HMOV R4,#16BINBCD2: CLR CMOV A,R3RLC AMOV R3,AMOV A,R2RLC AMOV R0,#30HMOV A,R0ADDC A, R0DA AMOV R0,AINC R0MOV A,R0DA AMOV R0,AADDC A,R0DA AMOV R0,ADJNZ R4,BINBCD2Handle: MOV DPTR,#0D_LOOP: CLR CMOV A,R3SUBB A,#200MOVB B,AMOV A,R2SUBB A,#0JC DIV_EINC DPTRMOV R3,BMOV R2,ASJMP D_LOOPDIV_E: MOV R2,DPH

11、MOV R3,DPLRETIDISP: MOV DPTR,#TABMOV R0,#30HMOV R5,#OFHDIS: MOV A,R5MOV P2,AMOV A,R0SWAP AANL A,#0FHMOVC A,A+DPTRMOV P0,ALCALL DL2MSMOV A,R5CLR CSUBB A,#3FHC C,D_DISPDIS1: LJMP LD1D_DISP: MOV A,R5ADD A,#10HMOV R5,AMOV P2,AMOV A,R0ANL A,#0FHMOVC A,A+DPTRMOV P0,ALCALL DL2MSINC R0MOV A,R5CLR CSUBB A,#3

12、FHC C,D_DISP1DIS2: LJMP LD1D_DISP1: MOV A,R5ADD A,#10HMOV R5,ALJMP DISLD1: RETORG 0000H ;初始化程序AJMP STARTORG 0003HLJMP CINT0ORG 0100HW1： MOV R1，A ;将R1R3设定初值INC R1DINZ R2，W1RETSTART：MOV R1,#78H ;储存首地址放入R1MOV R2,#030H ；设定初值R2MOV A,#00HCALL W1MOV A,#80MOV DPTR,#0DFFFHMOVX DPTR,ACLR AMOV R2，#0F0H ;对R2重新赋

13、值CALL DISPMAIN： MOV PSW,#00H ；清空PSWSETB EA ；允许中断SETB EX0SETB IT0MOV A,#00H ；采样MOV DPTR,#9FF8HMOVX DPTR,AL2：JNB F0，L2ACALL TUNBCDLCALL DISINT0DJMP MAINTUNBCD：MOV A,R0 将R0里面的值赋给AMOV B,#51 DIV AB A除BMOV 7AH,A 商放入7AHMOV A,B 余数存入ACLR F0 F0清零SUBB A,#1AH MOV F0，C 进位存入F0MOV A,#10 MUL AB （A）*（B）MOV B,#51HDIV

14、 AB F0，LOOP2 ADD A,#5 LOOP2：MOV 79H,A MOV A,BCLR F0SUBB A,#1AHMOV F0，CMOV A,#10MUL ABMOV B,#51HDIV AB F0，LOOP3ADD A,#5LOOP3：MOV 78H,ARETDISP： MOV DPTR,#TABLE 表地址存入DPTRMOVC A,A+DPTR 取表值MOV DPTR,#0DFFCH 显示MOVX DPTR,AMOV A,R2INC DPTR 选择显示口MOVX DPTR,A 显示CALL DELAY 延时RETDISP1：MOV DPTR,#TABL 表1首地址存入DPTR（带

15、小数点）MOVC A,A+DPTR 取表值MOV DPTR,#0DFFCH 显示MOVX DPTR,AMOV A,R2INC DPTRMOVX DPTR,ACALL DELAY 延时RETDISINT0：MOV R2，#0FEH 选择数码管输出CLR ACALL DISPMOV A,7AHMOV R2，#0FDHCALL DISP1MOV A,79HMOV R2，#0FBHCALL DISPMOV A,78HMOV R2，#0F7HCALL DISPRETDELAY： MOV R5，#10 延时子程序DELAY2： MOV R7，#100DELAY1：DJNZ R7，DELAY1DINZ R6

16、，DELAY2RETCINT0：MOVX A,SPTRMOV R0，ASETB F0RETTABLE：DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90HTABLE1：DB 040H,79H,024H,030H,19H,12H,02H,78H,00H,10H,END5、 设计心得课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。在这次课程设计过程中，我们加深了对理论知识的理解。虽然每个成员是分工作业，在设计的整个过程中组员相互讨论，共同进步，这增强了我们大家的团结合作能

17、力。这已经不是我们第一次做课程设计，但每一次实践都能让我们学到很多，自己的能力也得到了很大提高。随着科技的进步，对温度的检测也将越来越智能化，以后也将出现更多用单片机来实现特定功能的产品。由于时间的关系，以与自己的理论知识的不扎实，在整个设计的过程中显得有些不知所措，心有余而力不足，回顾起此次课程设计，有很多感慨，特别是联想到以后的工作，理论知识需要与实际环境以与具体的应用情况相结合。大学时间是在学习基础理论知识，并未真正的去应用和实践，动手能力还很缺乏。但是经过这次课程设计，我接触到了很多平时没有接触到的知识，元器件以与相关的东西，发现了自己很多不足之处。我体会到了所学理论知识的重要性，知识

18、掌握得越多，设计的就更全面，更顺利更好。在设计的过程中遇到的问题，虽然已经不是第一次做课程设计了，但还是难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻。最后，想说的是，通过这次课程设计，让我彻底知道理论与实践相结合的重要性，只有多动手，才能进一步将理论知识巩固，自己才能真正学到东西，才能理解知识，为以后自己真正的实践起到一点辅助性的作用。通过这次课程设计，学到了不少东西，在比以前的课程设计中有了更深的了解，元器件以与一些相关资料的查询，对元器件实物的选择见识也更多了，有去尝试就会有收获，在理论的认知上再加上实际的动手能力，学到的会更多。感老

19、师的指导，使我顺利完成了这次课程设计。六、参考文献1.单片机原理与应用 毅刚 善元编著高等教育2 . 51系列单片机设计实例 楼然苗 光飞 编著 航空航天大学七、附录芯片引脚功能:At89s52:P0 口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻 辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。 当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下， P0不具有部上拉电阻。 在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验 时，需要外部上拉电阻。 P1 口：P1 口是一个具有部上拉电阻的8 位双向I

20、/O 口，p1 输出缓冲器能驱动4 个 TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时，部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于部电阻的原因，将输出电流（IIL）。 此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2 的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表所示。 在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。 引脚号第二功能 P1.0 T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出 P1.1 T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制） P1.5 MOSI（在系统编程用） P1.6

21、 MISO（在系统编程用） P1.7 SCK（在系统编程用） P2 口：P2 口是一个具有部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4 个 TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于部电阻的原因，将输出电流（IIL）。 在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR） 时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的部上拉发送1。在使用 8位地址（如MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的容。 在flash编程和校验时，P2口也接收

22、高8位地址字节和一些控制信号。 P3 口：P3 口是一个具有部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p3 输出缓冲器能驱动4 个 TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时，部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于部电阻的原因，将输出电流（IIL）。 P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。 在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。 端口引脚 第二功能 P3.0 RXD(串行输入口) P3.1 TXD(串行输出口) P3.2 INTO(外中断0) P3.3 INT1(外中断1) P3.4 TO(定时/计数器0) P3.5

23、T1(定时/计数器1) P3.6 WR(外部数据存储器写选通) P3.7 RD(外部数据存储器读选通) 此外，P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。 RST复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。 ALE/PROG当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。 对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。 如有必要

24、，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。 PSEN程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。 EA/VPP外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时部会锁存EA端状态。 如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行部程序存储器的指令。 FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V