智能仪器设计课程设计报告

1、智能仪器设计课程设计报告学院： 太原理工大学信息工程学院专业班级： 自动化0803姓名： 张胜超学号： 2008001129题目号： 27目录零. 摘要.4 0.1 摘要.4 0.2 Abstract.5一. 设计目的及原理71.1设计题目和目的51.1.1设计题目51.1.2设计目的51.2设计基本要求51.3设计原理6二硬件设计72.1系统原理框图72.1.1STC89C51简介82.1.2 产品外观82.2基本模块简介.112.2.1 Pt100温度测量接口技术112.2.2热电阻PT100信号调理电路设计122.2.3功率输出电路122.2.4 4-20mA电流输出电路132.2.5数

2、码管显示及指示电路132.2.6按键电路152.2.7报警电路152.2.8下载电路152.2.9 通信电路162.2.10输出驱动电路162.2.11电源电路17三系统流程图软件设计.25.软件设计算法分析.1比例控制算法17.热非线性校正算法18.3 温度数据显示子程序.3. 软件设计基础.3.1基于STC89C51单片机实现智能测温仪表软件设计193.2基于STC89C51单片机的智能测温仪表程序框架213.3 系统流程图.四.总电路图.264.1 Protel99SE电气原理.4.2 PCB版图.五. 电路仿真的设计与分析27.1 Proteus仿真软件介绍. 5.2 仿真分析.六.

3、体会心得27附录 c语言程序28附录参考文献第章 摘要.摘要：运用单片机原理及应用-基于51与高速新型C8051F330单片机做的智能仪器是含有微型计算机或者微型处理器的测量仪器，拥有对数据的存储运算逻辑判断及自动化操作等功能。它的出现，极大地扩充了传统仪器的应用范围。智能仪器凭借其体积小、功能强、功耗低等优势，迅速地在家用电器、科研单位和工业企业中得到了广泛的应用。本次课程设计就是基于STC89C51单片机的数字测温智能仪器。传感器取被测参量的信息并转换成电信号，经滤波去除干扰后送入多路模拟开关；由单片机逐路选通模拟开关将各输入通道的信号逐一送入程控增益放大器，放大后的信号经AD转换器转换成

4、相应的脉冲信号后送入单片机中；单片机根据仪器所设定的初值进行相应的数据运算和处理(如非线性校正等)；运算的结果被转换为相应的数据进行显示和打印；同时单片机把运算结果与存储于片内FlashROM(闪速存储器)或EPROM(电可擦除存贮器)内的设定参数进行运算比较后，根据运算结果和控制要求，输出相应的控制信号(如报警装置触发、继电器触点等)。本次设计使用PT100热电阻。目前的智能温度传感器(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，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)。社会的发展使人们对传感器的要求

5、也越来越高，现在的温度传感器正在基于单片机的基础上从模拟式向数字式，从集成化向智能化、网络化的方向飞速发展，并朝着高精度、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，本文将介绍智能集成温度传感器铂金属电阻的结构特征及控制方法，并对以此传感器，单片机为控制器构成的数字温度测量装置的工作原理及程序设计作了详细的介绍。与传统的温度计相比，其具有读数方便，测温范围广，测温准确，输出温度采用数字显示，主要用于对测温要求比较准确的场所，或科研实验室使用。此外，智能仪器还可以与PC机组成分布式测控系统，由单片机作为下位机采集各种测量信号与数据，通

6、过串行通信将信息传输给上位机PC机，由PC机进行全局管理。 本次课程设计采用keil编译软件编写C语言源代码。经调试好后，装载入单片机进行仿真，完成智能仪器的核心设计。 关键字：STC89C51单片机，AD转换器，铂金属电阻，EPROM，智能仪器，数字测温温度计0.2 Abstract:Using single chip microcomputer principle and applications-based on 51 with high speed and new single chip microcomputer intelligent instrument do C8051F330

7、 contains a microcomputer or micro processor measuring instrument for data storage operations with logic and automatic operation etc. Function. The emergence of the traditional instruments greatly expanded the range. Intelligent instrument with its small size, the function is strong, low power consu

8、mption advantages, quickly in home appliances, scientific research units and industrial enterprise in a wide range of applications. This course is designed based on the single chip microcomputer STC89C51 digital temperature measuring intelligent instrument.Sensor measured parameters to take informat

9、ion and translated into electrical signals, the filter remove interference into more road after analog switch; By way of microcomputer choose the analog switch will each input channel one signal into program-controlled gain amplifier, enlarge the signal after the A/D converter converted into the pul

10、se signal into the single chip microcomputer after; Single chip set by the instrument according to the initial corresponding data operation and treatment (such as nonlinear correction etc.); Operation result was converted to data display and print; At the same time the operation result and single ch

11、ip microcomputer stored in pieces (FlashROM (flash memory) or EPROM (electric can erase memory) set parameters in operations after comparison, according to the operation result and control requirements, the output corresponding control signals (such as alarm device trigger, relay Implement contacts,

12、 etc.). This design uses PT100 heat resistance.The current intelligent temperature sensor (also called digital temperature sensor) is in the mid 1990 s came, it is microelectronics technology, computer technology and automatic test technology (ATE) crystallization, characteristic is to output data a

13、nd related temperature of temperature control quantity, adaptation various micro controller (MCU). The development of the society to the requirements of the sensor to make people more and more is also high, now of the temperature sensor is based on the basis of single chip from analog to digital, fr

14、om integration, network to the direction of the intelligent rapid development, and high precision, multi-function, bus toward standardization, high reliability and security, development virtual sensor and network sensor, development monolithic temperature measuring system and other high-tech directi

15、on of rapid development, this article will introduce intelligent integrated temperature sensor platinum resistance of the features of the structure of and control methods, and to the sensor, a single chip microcomputer controller for digital temperature measurement device's working principle and

16、 program design is analyzed in detail. Compared with the traditional thermometer, it has convenient readings, temperature measuring range, temperature measurement accuracy, the temperature output digital display, mainly used for temperature measurement demand is accurated. the place, or scientific r

17、esearch laboratory use. In addition, intelligent instrument can also with PC unit into distributed measurement and control system, by single chip microcomputer as a machine acquisition under various measurement signal and data, through serial communication information transmission to the upper machi

18、ne will-PC, by a PC global management.This course design uses keil software compiler language C source code. After the commissioning, loaded into the single chip microcomputer, and simulation complete intelligent instrument the core design.Keyword: STC89C51 single-chip microcomputer, A/D converter,

19、platinum of resistance, EPROM, intelligent instrument, digital temperature thermometer第一章 设计目的及原理1.1设计题目和目的:1.1.1设计题目题目要求：27. 试设计智能仪表实现智能数字显示仪表。要求8位数码管显示（4位显示测量值，4位显示设定值），4输入按钮（功能选择、数码管选择、数字增加、数字减少），可设定上下限报警（蜂鸣器报警）。适配PT100热电阻，测温范围为0300。采用比例控制、并用晶闸管脉宽调制驱动1000W电加热器（电源电压为AC220V）。.1.1.2设计目的涉及智能仪表硬件与软件设计

20、。智能仪器课程设计是智能仪器课程教学的重要环节，根据设计智能仪表产品的课程改革目的，特选择一些小型智能仪表产品作为课设题目，满足教学需求。单片机综合练习是一项综合性的专业实践活动，目的是让学生将所学的基础理论和专业知识运用到具体的工程实践中，以培养学生综合运用知识能力、实际动手能力和工程实践能力。1.2 设计基本要求:（1）正确理解设计题目，经过查阅资料，给出正确设计方案，画出详细仪表原理框图（各个功能部分用方框表示，各块之间用实际信号线连接）。在网上收集题目中所用到的器件资料，例如传感器（热偶分度表等）、信号调理电路、AD转换器、单片机、继电器、电源、显示器件等。通过课程学习熟悉单片机内部资

21、源，学会ADC、SPI接口、定时器、中断、串口、I/O引脚等模块的编程。相关单片机的显示、AD转换、显示、控制算法等程序。在充分研究这些资料基础之上，给出设计方案（选择信号调理电路、单片机、显示、按键输入、继电器驱动、电源等，简要说明选择的理由）（2）用Protel99SE软件设计仪表详细原理图要求正确标记元件序号、元件数值、封装名。（3）设计PCB图。在画PCB前应该购买元件，因为有了元件才知道封装尺寸，本次设计只到元件商店测量实际元件尺寸后，使用Protel99SE画封装图。（4）采用C语言开发所设计仪表的程序。按照题目要求，确定仪表需要完成的任务（功能），然后分别编制各任务的程序。程序应

22、该有说明，并有详细注释。1.3设计原理：PT100是温度敏感元件，由于温度不同，它的电阻值不同变化。可以实现温度采集并转化为电量。由热电阻传感器送来的电信号在测量桥路进行冷端自动补偿后，送入放大器，一面把信号进行放大，同时把非线性信号校正为线性信号，经线性放大信号一路转换电路把模拟量转换成数字信号进行数字显示，另一路传输到调节网络，进行规定的比较运算，同时输出一个需要的控制信号和进行工作状态指示。通过数字滤波等信号调理电路将所得数字量，传送至数码管显示，即可实时读出所测得温度值第二章 硬件设计2.1系统原理框图：图1 基本原理图本设计智能温度数显表由温度监测、信号处理、输出控制三部分组成。其系

23、统框图如图1所示,它通过Pt100热电阻传感器获取绕组温度值,经信号调理电路处理后直接送入控制器的A/D转换输入端。微控制器根据信号数据及设定的各种控制参数,按照嵌入的软件控制规律执行计算与处理,自动显示智能仪表数显表可测的温度范围、并根据当前状态输出正常、设定上下限报警等。2.1.1 STC89C51简介：图2 STC89C51单片机引脚STC89C52系列单片机是从引脚到内核都完全兼容标准8051的单片机，有PDIP-40、PLCC-44、PQFP-44三种封装形式。Intel公司MCS-51单片机的基本结构如图1-4所示。该单片机具有如下资源：（1）一个8位算术逻辑单元（CPU）。（2）

24、4组，共32个I/O口，每口8个引脚，可单独寻址，其中P0、P2口具有地址/数据总线功能。（3）两个16位定时/计数器（简称为定时器）。（4）全双工串行通信口。（5）5个中断源，具有两个中断优先级。（6）128B内置RAM。（7）具有64KB可寻址数据和代码区。（8）各个模块采用三总线（地址、数据和控制）连接。（9）开放总线接口，P0口分时作为8位数据总线与8位地址总线，P2口作为地址总线高8位。每个MCS-51单片机处理周期包括12个时钟周期（又称为一个机器周期），每12个时钟（一个机器）周期用来完成一个操作，例如取指令等，指令执行时间为时钟频率除以12后取倒数，如果系统时钟是12MHz，则

25、相当于执行每条指令所需要的时间1s。1.I/O端口I/O端口0、1、2、3驱动器与锁存器。2.存储器部分RAM：51单片机具有128字节的片内RAM，FLASH：片内ROM，用于保存代码等，片内ROM采用FLASH结构的存储器构成，具有ISP功能，容量随型号不同而不同，对于AT89S51单片机，FLASH容量为4KB。SP：栈指针3.算术与逻辑运算部分寄存器B：用于乘除等操作的寄存器，常保存运算的第2操作数。ACC：累加器，TMP1、TMP2：暂存器，用于暂时保存数据。ALU：8位算术逻辑单元ALU，PSW：程序状态字，4.指令处理部分程序地址寄存器：用于保存程序地址。缓冲器：缓冲总线数据。P

26、C+1：程序计数器加1处理模块。PC：保存下一条指令地址的16位地址寄存器，可寻址范围为64K。DPTR：双数据指针，DPTR为两个8位缓存器（DPH和DPL）组成的16位缓存器，。5.时序控制与指令寄存部分定时与控制单元：指令寄存器：保存指令并指令译码后，在定时与控制单元的配合下，使CPU执行各种操作。WDT：看门狗。用于程序不运行时，自动复位单片机。OSC：时钟振荡器，与外接石英晶体一起组成时钟振荡器。6.ISP部分ISP端口：通过该端口与PC通信，实现在系统编程（ISP）。编程逻辑：控制ISP操作。7.外围模块部分该单片机的外围模块包括两个定时器，串行接口、4个I/O口与外中断模块。2.

27、1.2 产品外观：图3 举例产品2.2 基本模块简介：由题目可知，该测温仪表需要如下电路模块：（1）单片机电路（包括单片机最小系统、ADC、数码显示、按键、LED灯、电源等）。（2）热电阻PT100信号调理电路（3）420mA输出电路与加热功率驱动电路。2.2.1 Pt100温度测量接口技术：下图为Pt100电阻外观：图4 Pt100电阻（1）铂金属热电阻简介铂金属电阻精度高，稳定性好，具有一定的非线性，温度越高电阻变化率越小；最常用铂电阻按照0时的电阻值分为R0=10、R0=100和R0=1000等几种，称为Pt10、Pt100、Pt1000；铂电阻阻值与温度之间的关系呈非线性,即Rt =

28、R0 ( I +t +t2 ) (t在0630之间) 式中: Rt是铂热电阻的电阻值，单位为;R0是铂热电阻在0时的电阻值，对于PT100，R0 = 100;是一阶温度系数， = 3.912 ×10 -3 ()是二阶温度系数， = 6.179 ×10 -7 ()铂热电阻PT100的阻值与温度之间的关系称为分度表，分度表给出温度每变化10对应的阻值。如下表（0300）：（2）PT100 设计参数PT100 铂热电阻A 级在0时的电阻值R0=100±0.06；B 级R0=100±0.12。PT100 铂热电阻允许通过的最大测量电流为5mA，由此产生的温升不大

29、于0.3。设计时PT100 上通过的电流不能超过5mA。由于非线性计算浪费时间，温度测量会有很大的滞后，所以编程时不会用计算法，而是利用PT100热电阻的分度表通过查表，找到对应温度的阻值，即可得到实时温度值。若R-T分度表没该温度下的电阻值，通过线性内插法，大概估算温度值。下表即为PT100的分度表。范围是-2003902.2.2 热电阻PT100信号调理电路设计：1. 铂热电阻的工作原理：铂热电阻元件作为一种温度传感器，其工作原理是在温度的作用下，铂电阻丝的电阻值随着温度的变化而变化。温度和电阻的变化接近于线性关系，偏差极小且随着时间的增长，偏差可以忽略，具有可靠性好、热响应时间短等特点，

30、且电气性能稳定。铂热电阻是一种精确、灵敏、稳定的温度传感器。铂热电阻元件是用微型陶瓷管、孔内绕制好的铂热电阻丝脱胎线圈制成的感温元件，由于感温元件可以做的相当小，因此它可以制成各种微型温度传感器探头。可用于-200+240范围内的温度测量。2. PT100铂电阻传感器接线方式：PT100铂电阻传感器有三条引线,可用A、B、C（或黑、红、黄）来代表三根线,三根线之间有如下规律：A与B或C之间的阻值常温下在110欧左右,B与C之间为0欧,B与C在内部是直通的,原则上B与C没什么区别. 仪表上接传感器的固定端子有三个：   A线接在仪表上接传感器的一个固定的端子.B和C接在仪表上

31、的另外两个固定端子，B和C线的位置可以互换,但都得接上，。如果中间接有加长线,三条导线的规格和长度要相同。热电阻的3线和4线接法：是采用2线、3线、4线，主要由使（选）用的二次仪表来决定。目前热电阻的引线主要有三种方式1二线制：在热电阻的两端各连接一根导线来引出电阻信号的方式叫二线制：这种引线方法很简单，但由于连接导线必然存在引线电阻r，r大小与导线的材质和长度的因素有关，因此这种引线方式只适用于测量精度较低的场合2三线制：在热电阻的根部的一端连接一根引线，另一端连接两根引线的方式称为三线制，这种方式通常与电桥配套使用，可以较好的消除引线电阻的影响，是工业过程控制中的最常用的引线电阻。3四线制

32、：在热电阻的根部两端各连接两根导线的方式称为四线制，其中两根引线为热电阻提供恒定电流I，把R转换成电压信号U，再通过另两根引线把U引至二次仪表。可见这种引线方式可完全消除引线的电阻影响，主要用于高精度的温度检测。图5 三种接线方式比较热电阻采用三线制接法。采用三线制是为了消除连接导线电阻引起的测量误差。这是因为测量热电阻的电路一般是不平衡电桥。热电阻作为电桥的一个桥臂电阻，其连接导线（从热电阻到中控室）也成为桥臂电阻的一部分，这一部分电阻是未知的且随环境温度变化，造成测量误差。采用三线制，将导线一根接到电桥的电源端，其余两根分别接到热电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上，这样消除了导线线路电阻带来

33、的测量误差。工业上一般都采用三线制接法。热电偶产生的是毫伏信号，不存在这个问题。图6 典型三线制方式 图7 尺寸图 图8 接线图图9 热电阻PT100信号调理电路设计2.2.3 功率输出电路：使用晶闸管过零驱动电路，实现功率放大和强弱电隔离，比例控制、并用晶闸管脉宽调制驱动1000W电加热器。经过计算：如下选型：晶闸管BTA12，光隔离过零型晶闸管MOC3063.图10 功率输出电路2.2.4 4-20mA电流输出电路：图11 4-20mA电流输出电路2.2.5 数码管显示及指示电路：依据题目要求：要求8位数码管显示（4位显示测量值，4位显示设定值），4输入按钮（功能选择、数码管选择、数字增加

34、、数字减少）图12,13皆只画出一半。驱动芯片、 图12 数码管段驱动 图13 数码管位驱动图14 显示电路图15 HC595驱动芯片图16 指示电路指示电路是指示按键的输入状态的。D1、D2、D3、D4与S1、S2、S3、S4一一对应，当某个按键按下时，单片机相应的引脚将置低电平，使该按键相对应的二极管发光。2.2.6 按键电路：图17 按键电路4个按键与单片机的接线图及个按键的作用如上图所示；当单片机的引脚输入为低电平时，表示该引脚所对应的按键按下，单片机实现相应的功能。2.2.7 报警电路：图18 报警电路当温度超过报警限时，单片机相应管脚输出一定频率的电平。蜂鸣器发出声。2.2.8 下

35、载电路：图19 SPI接口下载程序代码用的是SPI接口，用ISP电缆对单片机进行编程。2.2.9 通信电路：图20 通信接口该模块用到跳线，不通信时D0、D1口作为常规I/O口使用；通信时其作为通信口使用，实现单片机与单片机或是其它上位机的通信。2.2.10 输出驱动电路：图21 输出驱动电路采用光控过零驱动晶闸管，进而控制电加热器的通断电。元器件选型MOC3063。MOC3063是双向晶闸管过零检测输出：6引脚位,单组器件图22 MOC3063引脚图 图23 MOC3063实物图双向晶闸管选型BTA12-600，主要电气特性如下：表2 BTA12-600电气特性图24 BTA12-600外观

36、2.2.11 电源电路： 图25 电源电路由于STC89C51是单一+5V供电，而且需要从直流电源整流变压，再由7805芯片稳压，加上接线插座。2.2.12 DS1302时钟电路设计:DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个31×8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/

37、后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。本设计中采用DS1302时钟芯片产生时钟信号，通过单片机进行处理控制，并显示出实时的时间，可以用于对温度进行实时的数据采集。本次设计用它来作为时钟电路。1. 引脚功能及结构 DS1302 引脚：X1 X2 32.768KHz 晶振管脚GND 地CE 复位脚I/O 数据输入/输出引脚SCLK 串行时钟Vcc1,Vcc2 电源供电管脚各引脚的功能为：Vcc1：主电源；Vcc2：备份电源。当Vcc2>Vcc1+0.2V时，由Vcc2向DS1302供电，当Vcc2< Vcc1时，由Vcc1向DS1302供电。SCLK：串行时钟

38、，输入，控制数据的输入与输出；I/O：三线接口时的双向数据线；CE：输入信号，在读、写数据期间，必须为高。该引脚有两个功能：第一， CE开始控制字访问移位寄存器的控制逻辑；第二， CE 提供结束单字节或多字节数据传输的方法。X1和X2是振荡源，外接32.768kHz晶振。RST是复位/片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST输入有两种功能：首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段。当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中RST置为低电平，则会终止此次数据传

39、送，I/O引脚变为高阻态。上电运行时，在Vcc2.5V之前，RST必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。I/O为串行数据输入输出端(双向)，后面有详细说明。SCLK始终是输入端。 DS1302的引脚功能图如图26所示：图26 DS1302引脚图2. DS1302的控制字节 DS1302 的控制字如图27所示。控制字节的最高有效位(位7)必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入DS1302中，位6如果为逻辑0，则表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据;位5至位1指示操作单元的地址输入或输出。最低有效位(位0)如为0表示要进行写操作，为1表示进行读操作，控制字节

40、总是从最低位开始输出。 3. 数据输入输出(I/O) 在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写DS1302，数据输入从低位即位0开始。同样，在紧跟8位的控制指令字后的下一个SCLK脉冲的下降沿读出DS1302的数据，读出数据时从低位0位到高位7。 4. DS1302的寄存器 DS1302有12个寄存器，其中有7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为BCD码形式,其控制字见图27所示。图27 DS1302的控制字节图28 典型电路此外，DS1302 还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与RAM相关的寄存器等。时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所

41、有寄存器内容。 DS1302与RAM相关的寄存器分为两类：一类是单个RAM单元，共31个，每个单元组态为一个8位的字节，其命令控制字为C0HFDH，其中奇数为读操作，偶数为写操作；另一类为突发方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性读写所有的RAM的31个字节，命令控制字为 FEH（写）和FFH（读）。5.DS1302与单片机的连接DS1302与CPU的连接需要三条线，即SCLK(7)、I/O(6)、RST(5)。这三条线分别接到CPU的I/O线上。 第三章系统流程图软件设计.软件设计算法分析：.比例控制算法：比例控制(P)是一种控制算法，其输出量out与温度偏差e=SV-PV成比例关系，写成数

42、学公式是：out= kp * e+out0式中，e是测量温度值PV与设定温度值SV之间的偏差，Kp是比例系数。out是输出量。out0是对应e=0时的控制量，可由人工确定，通常取输出控制量。图29比例控制曲线不同比例系数Kp下对象温度变化示意图，但达不到无净差输出。若是假设比例带为pb，控制量为out，设最大偏差值就是温度设置值。则有如下的伪代码：e=PV-SV;kp=1/pb;out=kp*e+out0;if(out>outmax)out=outmax;if(out<0)out=0;3.1.2 热非线性校正算法:由于R-t关系式非线性，虽然是连续性变化，但这样计算太困难，所以采用

43、查表法，并加以非线性校正。温度范围0200的热电阻PT100的表格如下：unsigned char code R_TABLE21=100，119.40，138.51,157.33,175.86，194.10，212.05;若是对于热电阻，有如下方法计算测得量Rx：假设Ri代表对应温度Ti的热电阻，测量得到的热电阻值为Rx，查表可知它位于（Ri，Ti）和R(i+1)，T(i+1)两个标定点之间，则热电阻Rx所对应的温度值Tx可由下式求得，其算法示意如图所示。两相邻电阻之间差50，则（Ri+1Ri）/50为直线斜率。可以得到Ri到RX的温度差为： T（RxRi）=（50/（Ri+1Ri）*（RxR

44、i）线性标度变换的前提条件是传感器的输出信号与被测参数之间呈线性关系: (3-1)Ax 实际测量值(工程量) A0 一次测量仪表的下限（测量范围最小值）。Am 一次测量仪表的上限（测量范围最大值）。N0仪表下限所对应的数字量。Nm仪表上限所对应的数字量。 Nx实际测量值所对应的数字量。3.1.3 温度数据显示子程序： 显示数据子程序主要是对显示缓冲器中的显示数据进行刷新操作，查表送段码至LED，开位码显示，采用动态扫描方式。3.1.4 晶闸管脉宽调制位式控制算法：位式控制又称为“开/关”或是“通/断“型控制，位式控制又分为二位式、三位式两种。（1）二位式控制二位式调节只有开、关两种状态，当测量

45、对象温度（PV）低于设定温度值（SV）时，加热器得电全功率加热；当对象温度高于给定温度值时加热器失电停止加热。通常采用接触器J控制加热器，当接触器触点闭合，电热器通电开始加热，而停止加热就是断开接触器触点。该算法伪代码为：if（PV>=SV）out =OFF；else out =ON；程序中，SV是设定值，通常保存在单片机系统中的E2PROM中，PV是测量值。out是表示加热电流。图32 二位式控制（2）具有回差的二位式控制由于实际测量温度值常带有噪声，当测量值在接近设定值，与设定值比较时，会出现不确定的比较结果，使接触器多次得电与失电，影响接触器寿命。因此常采用具有回差的二位式控制。若

46、SV+为正设定值，SV-为负设定值，则该算法伪代码如下：if（PV >SV+）out =OFF；if （PV <SV-）out =ON；图33 具有回差的二位式控制（3）三位式控制三位式控制比二位式控制多了一个半功率加热区，当测量温度低于下限设定值SV-时，全功率加热，当高于下限设定值SV-，低于上限设定值SV+时，半功率加热，在高于上限设定值SV+时，停止加热。  若out1、out2为两个加热器控制信号，则三位式控制伪代码如下：if(PV<=SV-) out1=ON; out2=ON;else if (PV>SV-) and (PV<=SV

47、+)out1=ON; out2=OFF;else out1=OFF; out2=OFF;图34 三位式控制依据情况，选择（2）具有回差的二位式控制3. 软件设计基础:3.2.1 基于STC89C51单片机实现智能测温仪表软件设计:（1）初始化任务I/O引脚初始化（按钮、LED灯、ADC、DAC、E2PROM和SPI用引脚初始化）。定时器0初始化。中断初始化。（2）按钮任务：检测按钮并执行按钮动作，需要软件消除抖动。功能选择按钮：循环选择功能，例如，正常运行、设置报警上限值、设置报警下限值、设置温度给定值、设置比例控制回差值等功能。在数值设置状态，每按一次按钮，上排4位数码管显示功能码，下排显示

48、设置值；在正常运行状态，上排显示测量值，下排显示设定温度值。数码管选择按钮：选择需要设置数值的数码管。数值增加按钮：用于设置数值的增加，每按下一次，数值加1。数值减少按钮：用于设置数值的减少，每按下一次，数值减1。按钮设置值应该随时保存到24C02中。（3）扫描显示任务：数码管位选择与段码输出，就是将显示缓冲区的内容发送到数码管显示，将要显示的数据，组合成数组，再转换成十进制数字，发送到74HC595。不需要每个主程序循环都发送显示任务，因此可在定时器0中断中设置显示任务执行标记，当标记为1时，执行显示任务。由于显示内容随按钮选择的功能不同而不同，因此功能选择按钮任务中应该给出显示控制标记，控

49、制显示内容。（4）TLC1549数据获取任务，需要将读TLC1549的程序写成函数。在定时器0中设置ADC任务执行标记，当该标记为1时，执行ADC数据获取任务。要求连续读取8个数据，然后取平均值。并将完成滤波后的数据存入显示数组。TLC1549 是由TI 公司开发的开关电容式AD 转换器，该芯片具有如下的一些特点：10 位精度、11 通道、三种内建的自测模式、提供EOC（转换完成）信号等。该芯片与单片机的接口采用串行接口方式，引线很少，与单片机连接简单。图35 是TLC1549 的引脚示意图，其中A0A10 是11路输入，Vcc 和GND 分别是电源引脚，REF+和REF-分别是参考电源的正负

50、引脚，使用时一般将REF-接到系统的地，达到一点接地的要求，以减少干扰。其余的引脚是TLC1543 与CPU 的接口，其中CS 为片选端，如不需选片，可直接接地。I/O Clock 是芯片的时钟端，Adress 是地址选择端，Data Out 是数据输出端，这三根引脚分别接到CPU 的三个I/O 端即可。EOC 用于指示一次AD 转换已完成，CPU 可以读取数据，该引脚是低电平有效，根据需要，该引脚可接入CPU 的中断引脚，一旦数据转换完成，向CPU 提出中断请求；此外，也可将该引脚接入一个普通的I/O 引脚，CPU 通过查询该引脚的状态来了解当前的状态，甚至该引脚也可以不接，在CPU 向TL

51、C1549发出转换命令后，过一段固定的时间去读取数据即可。图35 TLC1549 的引脚示意图TLC1549时有六种基本串行接口时序模式可供选用，这些模式的区分主要取决于I/O CLOCK的速度和CS的变化，如表3。模式CSI/O时钟数MSB高速模式模式1转换期间保持高电平10CS下降沿模式2时而为低1021 s内模式3转换期间保持高电平11至16CS下降沿模式4时而为低1621 s内低速模式模式5转换期间保持高电平11至16CS下降沿模式6时而为低16第16个时钟下降沿表3 TLC1549工作模式（5）24C02读写任务，需要编制读写24C02的函数。单片机用软件控制引脚实现I2C接口，在上

52、电时，应该读出所有保存在24C02中的数据到数组中；在设置各种数据时，应该随时将设置的数据字节写入24C02。24C02存储器组织结构 256 X 8 (2K bits)图36 24C02引脚*器件寻址： 起始条件使能芯片读写操作，EEPROM都要求有8位的器件地址信息，器件地址信息由“1”、“0”序列组成，前4位如下图37所示，对于所有串行EEPROM都一样，对于24C02/32/64，随后3位A2、A1、A0为器件地址位，必须与硬件输入引脚保持一致。图37 24CXX系列器件地址信息（6）TLC5615任务，该任务是把温度转换成的代表电流的数字写入TLC5615，实现电流输出。该任务在定时器0给出的标记控制下执行。TLC5615是一个串行10位DAC芯片，性能比早期电流型输出的DAC要好。只需要通过3根串行总线就可以完成10位数据的串行输入，易于和工业标准的微处理器或微控制器(单片机DSP)接口，适用于数字失调与增益调整以及工业控制场合。其主要特点如下：单5V电源工作；3线串行接口；高阻抗基准输入端(见图38)；DAc输出的最大电压为2倍基准输入电压；上电时内部自动复位；微功耗，最大功耗为175mw；转换速率快，更新率为121MHz；TLC5615的内部功能框图如图39所示，它