多路温度采集和显示系统设计方案与实现

1、目录第一章多路温度采集显示系统的设计要求与设计方案 31.1系统设计任务与要求 131.2系统总体方案的设计3第二章主控模块的设计 62.1 8051单片机的特点及引脚62.2 8051芯片的引脚62.3 8051单片机的扩展及系统电路 8第三章信号输入通道与信号采样模块的设计 113.1 A/D芯片的选用及说明113.2信号采样模块的电路设计 15第四章显示系统、报警系统及键盘控制 204.1显示系统的设计204.2报警系统的设计 234.3键盘控制的设计25第五章系统的电源设计 265.1电源系统的组成265.2电源设计原理265.3电路27第六章系统软件设计 286.1 主控模块的程序设

2、计 286.2 LED显示程序设计326.3报警系统的程序设计33结论 36致谢 37参考文献 39附录1:程序清单39摘要基于51单片机的车用数字温度仪表设计与实现 众所周知，车辆仪表作为驾驶员 与汽车进行信息交流的重要接口和平台，是车辆安全行驶的重要保证。随着电子技术 的广泛应用，传统汽车仪表逐渐被微处理器为核心的电子控制数字仪表取代已成为必 然趋势。然而，目前国内车辆仪表数字化水平还不高，绝大部分仪表还是模拟式的， 而大多数模拟仪表表头的体积较大、数量多，使得显示系统拥挤不堪，影响美观；另 外一些模拟仪表故障率高，增加了用户的经济负担，减小了车辆行使的安全系数。为克服这些缺点，文中提出用

3、 51单片机、模/数转换器件ADC0809及霍尔开关及 数字式温度传感器 DS18B20等对其进行技术改进，设计并实现了新型全数字仪表系 统，该仪表系统有显示直观准确、灵敏度高、使用寿命长、灵巧美观、成本低等优点。 本文设计是以MCS-51单片机系统为基础的，通过热电阻变送器对热电阻随温度的变化 而得到的模拟信号进行采集，连接多路模拟开关实现多路模拟信号的采集，并通过A/D转换器对模拟信号进行数模转换，把转换得到的数字信号按照顺序分别送入单片机或 把指定的那路信号送入单片机，通过单片机进行控制操作，通过对单片机的数据存储 器的扩展和程序存储器的扩展来提高片内存储器数据存储器的容量，以便于在单片

4、机 的应用中满足单片机在定时器、中断、串行口等方面的要求；本设计是通过LED来实现单片机的现实系统的，通过单片机对多路模拟开关的控制进行多选一，把其中一路 的信号经过A/D转换器的转换，在通过单片机把采集到的信号送到LED电路当中进行显示，此设计中LED显示使用的串行接口来显示的，它是通过人的视觉斩留特性，只 观赏感觉是连续点亮的；本文通过单片机报警系统来实现热电阻传感器随测量的温度 范围200700摄氏度，若超出这个温度范围则报警。以单片机为核心完成温度巡测、 数据处理显示及上下限报警功能。关键字：A/D转换器，DBV热电阻变送器，单片机，LED报警器ABSTRACTIt is based

5、on MCS-51 one-chip computer system for this text not to design, is it gather to go on through thermal resistance changer to analog signal that thermal resistance receive with change of temperature, join many way analog switch realize many way collection of an alog sig nal , is it count through A/D c

6、onv erter to an alog sig nal mould cha nge to go on. Send digital signal received to change according to order into one-chip computer or designated those dista nce sig nal send into the on e-chip computer separately, carry on con trol operati on through on e-chip computer , is it improve scenes of m

7、emory storing device to come through data expansion and expansion , procedure of memory of memory in on e-chip computer. Capacity of the data memory ,So that the dema nd in meeting the one-chip computer in the timer , cuts off , the serial mouth in the application of the on e-chip computer etc.; Is

8、it is it realize realistic system of on e-chip computer to come through LED , is it select for one more through one-chip computer control on analog switch of many ways to go on to design origi nally, un dergo conversion , A/D of con verter among them one No. of sig nals , send through on e-chip comp

9、uter sig nal got to gather LED show among the circuit, desig n this LED serial in terface used to show is it show to come, it to cut characteristic of staying through vision of people, only view and admire and feel and light in succession ; This text realizes 200700 degrees Centigrade of temperature

10、 ranges that the thermal resista nce sen sor measure at the same time through the warni ng system of the on e-chip computer, if bey ond the scope of this temperature to report to the police. Regard on e-chip computer as the core and finish temperature and patrol exam ining , data process ing . Show

11、and the warning function of upper and lower limits.KEY WORDS: A/D con verter, DBW thermal resista nce cha nger , an on e-chip computer, LED, an alarm单片机以其体积小、功能齐全、价格低廉、可靠性高等待点，在各个领域获得了 广泛的应用，特别在工业控制、智能化仪器仪表、产品自动化、分布式控制系统中部 已取得了可喜的成果。单片机已经成为衡量工业发展水平的标志之一，是产品更新换 代、发展新技术、改造老产品的主要手段。目前，在众多的单片机产品中，MCS 51

12、系列、PIC系列及MCS96系列单片机是我国单片机应用的主流机种。大家知道，在单片机系统设计中，程序设计是非常重要的一环，它的质量直接影 响到整个系统的性能。用汇编语言进行程序设计的过程和用高级语言设计程序有相似 之处，其设计过程大致可以分为以下几个步骤：1明确课题对程序功能、运算精度、执行速度等方面的要求及硬件条件。2把复杂问题分解为若干个模块，确定各模块的处理方法，画出程序流程图。如果各模块仍较为复杂，还应分别画出分模块流程图和总的流程图。3 正确分配存储器资源，如各程序段的存放地址、数据区地址、工作单元分配 等。4根据流程图精心组合合适的指令和编制源程序。数据采集是单片机的一个重要应用，

13、同时它也是单片机和传感器的重要接口。在 实际应用中，单片机的数据采集信号类型有以下几种：一种是模拟的电压信号和电流 信号，另一种就是数字信号，例如PWM信号和串行通信信号。一般的单片机就是通过 A/D转换实现对外部电压信号的采集，利用电流/电压转换芯片和A/D转换实现对电流 信号的检测，通过脉冲计数和串行通信处理数字信号。温度是工业生产过程中最普遍.最重要的操作参数之一。温度检测和温度控制都直 接与安全生产、产品质量.、生产效率、节约能源等重大技术经济指标相联系。单片机以其体积小、性能价格比高、指令丰富、提供多种外围接口部件、控制灵 活等优点，广泛应用于各种家电产品自动化仪表、工业控制系统和过

14、程控制系统中， 在温度控制领域和温度检测的应用也十分广泛。温度采集即温度检测通过温度检测元件随温度的变化而进行数据采集的，按检测 元件份温度传感器：1、热电阻温度传感器；2热电偶传感器；3、热敏电阻传感器。 本文采用的是热电阻传感器。单片机的显示系统和单片机的输入部分是单片机的外围电路，同时它是人机交流 的重要的接口。在实际应用中，单片机系统都会有输入和显示部分。其中输入主要是 按键、键盘等提供给使用者进行状态和参数输入的器件。该器件将通过按键或者键盘 将操作状态和参数变成单片机能够识别的电信号输入到单片机；另一方面，单片机通 过输出设备，例如数码管、液晶和微型打印机等。本文是基于单片机的多路

15、温度采集和显示系统，即单片机控制的温度采集及其显 示，温度传感器采用电阻元件热电阻随温度的变化而采集到的信号，用LED显示其结果：有铂热电阻温度计 PtIOO感受的温度，经测温电桥变成电信号，再经放大器放大 及非线性补偿器，把非线形电信号转变成线性电信号，它和多路选择电信号，同时进 入选择开关，再经过A/D转换器可分别在数码显示器显示测量温度或设定温度值。第一章多路温度采集显示系统的设计要求与设计方案1.1系统设计任务与要求本设计要求利用单片机对8路热电阻温度信号进行采集和显示。熟悉单片机在温 度巡回检测仪表中的应用。掌握单片机系统的设计方法。本设计要求采用逐渐逼近式 A/D转换器来进行对信号

16、的采集转换，并通过 LED来 实现温度采集的显示，设计是通过8个热电阻来进行温度采集的，要求温度范围在200700摄氏度。要求能够实现巡回显示和指定显示， 通过完成本次设计来加深对单片 机系统的掌握和了解。1. 21.2系统总体方案的设计单片机应用系统的一般过程如图1-1所示开始r明确任务"划分功能模块r确定输入输出选单片机型号划分软硬件功能硬件设计软件设计*仿真调试安装统调I交付使用产品化图1-1单片机应用系统设计的一般过程1. 确定总体设计方案根据应用系统的目标、任务，确定总体方案。（1）明确应用系统的目标、任务系统外围设备：单片机的 ROM、RAM的扩展，ADC0809的数模转

17、换，键盘 的指定显示，LED的串行显示，报警系统。（2）确定参数与数字信号的转换和方法单片机只能接收、处理、输出数字信号，所以必须进行信号转换，本设计是经过 数模转换后驱动的。（3）机型选择根据应用系统的复杂程度来选择 4位、8位还是16位机，根据场合、精度要 求等确定使用那种类型，选择机型一般为市场流行的，也考虑经济因素。本设计 机型选用的是MCS-51单片机及其数据存储器和程序存储器的扩展。（4）划分硬件和软件的功能本设计中，热电阻的温度采集和热电阻变送器输出的电压信号15v是直接用电路实现的，键盘的指定显示、LED的显示、报警系统、主控模块系统既需要硬 件电路，也需要软件来实现。2. 硬

18、件设计硬件设计的具体步骤：输入数据、输出数据的传送方式为中断方式，查询方式。 本系统的主要电路是小规模的扩展系统资源分配：输入信号使用的是ADC0809的输入端口，单片机使用的是P0并行口; 输出信号用的是P1 口。3. 软件设计软件设计程序坟主控制模块、显示模块、报警模块等，其程序见各章。4. 仿真调试一个应用系统并非一次就可以正确无误的设计出来，尤其是涉及的程序，必须 经过多次调试才能保证却砸无误地工作。先安装部分硬件，在专用的仿真器或开发试 验台上进行调试。5. 安装统调 在线仿真调试确认软、硬件设计无误，达到要求后，就可以进行安转统调，包括 固化程序、电路板制作、元件线路焊接、安装、整

19、机统调。所谓统调就是对整个 系统地个元件的参数进行统一调整。6. 投入使用和产品化第二章主控模块的设计2.1 8051单片机的特点及引脚要学习单片机，首先要对它的部件组成有一个整体概念。 美国的In tel公司人1980 年推出了 MCs 53系列（以F简称8051单片机）高档8位单片机。8051系列单片机的基 本产品有8051、8031、8751、8951。8051单片机的片内程序存储器是掩膜型的， 8031 单片机无片内程序行储器，8751单片机的片内程序存储器是 EPROM型的，8951单片 机片内程序存储器是FLASH型的。805l系列单片机是HMos工艺的，其硬件结构如下。1.8 位

20、 CPU8051系列单片机都是8位机，数据线是8位的。2. 输入/输出线8051单片机的I/O线有32根，即4个并行接口，P0、P1、P2、P3其中一个有两 个I/O线构成的全双工的串行口。3. 存储器805l系列单片机都有128kB或者256kB片内RAM，4Kb或者8kB片内ROM。外 部存储器可以寻址 ROM空间为64kB，RAM空间为64kB。4. 定时/计数器8051系列单片机具有两个16位的定时/计数器，可以通过编程实现4种工作模式。5. 中断源8051单片机有5个中断源，分为两个优先级，每个中断源的优先级是可以编程的。6. 布尔处理器805l系列单片机的布尔处理器是一个完整的一位

21、微控制器。8051单片机的8位机硬件资源和一位机的硬件资源是复合在一起的。2.2 8051芯片的引脚8051系列单片机有40引脚双列直插封装的， 也有44引脚PLcc方形封装工艺的。 在8051系列单片机的40个引脚中，2个引脚是芯片主电源的引脚，2个引脚是外 接晶振的引脚，4个引脚是控制用引脚，剩下32个引脚是32条输入/输出线的引脚。1. 芯片主电源引脚第40引脚是Vcc引脚，接电源的+5v电压为弹片机芯片提供电能。第20引脚是Vss引脚，接地。2. 晶振引脚第19引脚是晶振引脚XTAL1，它接单片机内部一个反相放大器的输入瑞 *该放大 器构成片内振荡器。第18引脚是晶振引脚XTAL2，它

22、按单片机内部反相放大器的输出 端。当采用外部振荡器时，XTAL1引脚接地，XTAL2引脚接外部振荡器信号。3. 控制引脚控制引脚共有 4 个，分别是 RST/VPD、ALE /PROG、PSEN、EA/Vpp。复位引脚RST/VPD是第9脚，需要外接复位电路，在此引脚上出现两个机器周 期的高电平就会使单片机复位。一般来说复位电路是在此引脚和Vss引脚之间加一个10k欧姆的电阻，在和 Vcc引脚之间加一个10pF的电容。复位引脚还有数据掉电保护作用，该引脚需接备用电源，芯片电源Vcc掉电并下降到规定购电压后，该引脚就向内部 RAM提供备用电源。地址锁存使能引脚ALE /PR0G是第30引脚，当访

23、问外部器件时，ALE输出用 于锁存地址的低位字节。对于8751单片机，该引脚在编程时被用于编程脉冲的输入端。PSEN是第29引脚，该引脚的输出是外部程序存储器的选通信号，输出低电平有效。EA/Vpp引脚是第31引脚，该引脚主要是用于区分片内外程序存储器。EA/Vpp 为高平时，访问的是片内程序存储器，如果地址范围超出了片内程序存储器，则自动 转到片外程序存储器。EA/Vpp为低电平时，则访问的是片外程序存储器。4. 输入/输出引脚P0 口是第32引脚到第39引脚。P0 口是8位三态I/O 口，一般复用作地址数 据线，即数据线与地址线的低 8位复用。P1 口是第1引脚到第8引脚。P1 口是8位准

24、 双向口，其输出没有高阻态，输入不能锁存。对于8052，P1.0引脚还是T2定时器/计数器的输入，P1.1是T2的外部控制端，P2 口是第21引脚到第28引脚o P2 口也是 8位准双向口。一般用作地址线的高 8位。P3 口是第10引脚到第17引脚。P3 口也是 8位难双向口。可以用作普通I/O 口，也可以夏用如下功能： P3.0作串行通信输入口 RxD ; P3.1作串行通气输出口 TxD ; P3.2作外剖中断0输入； P3.3作外部中断1输入； P3.4作定时器o外部输入； P3.5作定时器1外部输入； P3.6作外部数据存储器写脉冲： P3.7作外部数据存储器读脉冲。可见，P1 口只能

25、做I/O 口用，而其余3个口 P0、P1、P2即可以做普通的I/O 口用 可以用作特殊功能。4个接口的负载能力也不一样，P1、P2、P3 口能驱动3个LS TTL 门，并且不需要外接电阻就能直接驱动 Mos电路，而P0 口能驱动8个LS TTL门，但 驱动MOS电路时若作为地址/数据总线，可以直接驱动，而作为I/O 口时需要外接上拉 电阻。2.3 8051单片机的扩展及系统电路由于单片机的输入/输出引脚有限，一般的，我们采用地址存储器进行单片机系统 总线的扩展。常用的单片机地址锁存器芯片有74LS373、8282、74LS273等。图2-1所示为74LS373的引脚以及他们用作地止锁存器的连接

26、方法。74LS373是 带三态输出的8位锁存器。当三态门为有效低电平，使能端 G为有效 高电平时，输出跟随输入变化；当 G由高变低时，输出端8位信息被锁存，直到G端 再次有效为止。I M *M J R S t；> c c ciawIX炉1厂图2-1 74LS373的引脚图2-2 2764的各个功能引脚 在2764中主要有7种功能引脚：Vcc :电源电压，+5v.GND:地。A0A12:地址线。D0D7 :数据线。0E:片输出允许，连接单片机的读信号线。CE:片选信号引脚，由地址线译码器或单线选通。Vpp :编程写入电压。图2-3 6264的各个功能引脚6264是8k*8的SRAM芯片，在

27、6264中主要有6种功能引脚:WE:写允许引脚，低电平有效。A0A12 :地址线。D0D7 :数据线。OE :片输出允许，低电平有效。CS1:片选信号引脚，低电平有效。CS2:片选信号引脚，高电平有效。8051单片机与ADC0809、2764及6264的接线电路如图2-4所示图2-4主控制模块电路第三章信号输入通道与信号采样模块的设计3.1 A/D芯片的选用及说明A/D转换器从原理上通常分为四类：计数器式A/D转换器、双积分式A/D转换器、逐渐逼近式A/D转换器和并行A/D转换器。计数式A/D转换器结构简单，但转换速度很慢，所以很少采用。双积分 A/D转换 器抗干扰能力强，转换精度也很高，但速

28、度不够理想。逐渐逼近式A/D转换器的结构不太复杂，转换速度也很高。并行 A/D转换器的转换速度最快，但结构复杂而且造价 高。因此，选用逐渐逼近式 A/D转换器。逐渐逼近式A/D转换器的工作原理逐渐逼近式A/D转换器是一种采用对分搜索原理来实现A/D转换的方法，逻辑框图如图3-1所示。图3-1逐渐逼近式A/D转换器的逻辑框图有图可以看出，逐渐逼近式 A/D转换器，由N位寄存器、N位D/A转换器、比较器以及控制逻辑部分组成。其工作原理如下当启动信号作用后，时钟信号在控制逻辑作用下，首先使寄存器Dn-仁1,N位寄存器的数字量一方面作为输出用，另一方面经D/A转换器转换成模拟量Vc后，送到比较 器。在

29、比较器中与被转换的模拟量 Vx进行比较，控制逻辑根据比较器的输出进行判断。若Vx>=Vc,则保留这一位；若 VxvVc,则Dn-1=0.Dn-1位比较完后，再对下一位 Dn-2进行比较，使Dn-2=1,与上一位Dn-1位一起进入D/A转换器，转换后再进入比较器，与Vx进行比较，如此一位一位地继续下去，直到最后一位D0比较完为止。此时， N位寄存器的数字量即为 Vx所对应地数字量。3.1.2 A/D转换器的性能指标1 转换精度A/D转换器的转换精度分为绝对精度和相对精度。所谓绝对精度，是指对应于一个给定的数字量A/D转换器的误差，其误差的大小优实际模拟量输入值和理论值之差 来度量。实际上，

30、对于同一个数字量，其模拟量输入不是固定值得，而是一个范围。产生已知数字量的模拟输入值，定义为输入范围的中间值。例如，在理论上，5v模拟量输入电压应产生12位数字量的一半，即1000 0000 000Q但实际上从4.997v都能产 生数字量1000 0000 000Q则绝对误差为：(4.997+4.999)/2-5=-0.002=-2mV绝对误差包括增益误差，零点误差和非线性误差等。绝对误差的测量应该在标准 条件下进行。相对误差是指绝对误差与满刻度值之笔，一般用百分数来表示，对A/D转换器也常用PPM或最低有效值得位数LSB来表示。1LSB=满刻度值/2N2. 转换时间A/D转换器完成一次转换所

31、需要的时间成为转换时间。一般用的8位A/D转换器的转换时间为几十至几百微秒。3. 分辨率分辨率是指A/D转换器对微小输入信号变化的敏感程度。分辨率高，转换时对输 入量微小变化的反映越灵敏。通常用数字量得位数来表示，如8位、10位、12位等。分辨率为N,表示它可以对满刻度的1/2n的变化量做出反应。即：分辨率二满刻度值/2N4. 电源灵敏度当电源电压变化时，将使 A/D转换器的电源发生变化，这种变化的实际作用相当 于A/D转换器的输入量的变化，从而产生误差。3.1.3 典型的A/D转换芯片 ADC0809ADC0809时带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的 CMOS组件

32、。它是逐次逼近式 A/D转换器，可以和微机直接接口。七姐妹芯片是 ADC0808，可以互相替换。1. ADC0809的内部逻辑结构ADC0809的内部逻辑结构如图3-2所示。由图3-2可以看出，ADC0809有一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一 个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用一个 A/D转换器进行转换。三态输出锁存器用于锁存 A/D转换 完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。2. 引脚结构ADC0809采用双列直插式封装，共有28条引脚。其引脚结构图如图3-3所示。图3-3ADC0809

33、引脚图ST CLK1-IEOC0INI1N21N3L1N4INb 1LrXT8路A/D转换器II-存译器 地锁与码1 D21 D3I D41 )b1卜1 D7图3-2 ADC0809内部逻辑结构(1) IN0IN7:8条模拟量通道ADC 0809对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是05v,若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需 在输入前增加采样保持电路。(2) 地址输入和控制线：4条ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE现为高电平时，地止锁存与译 码器将ADDA、ADDB和ADDC三条地址输入线，用于选通IN0IN7上的一路模拟量

34、 输入。通道选择如表3-1所示。ADDCADDBADDA选择的通道000IN0001IN1010IN2011IN300IN4101IN50IN6IN7表3-1被选通道和地址的关系(3) 数字量输出及控制线：11条START为转换启动信号。当START上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时， 开始进行A/D转换；在转换期间，START应保持低电平。EOC位转换结束信号。当 EOC为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D转换。OE为输出允许信号，用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=1,输出转换得到的数据；OE=O,输出数据线呈高阻状态。D7D0位数字数出线。(4) 电

35、源线及其他：5条CLOCK为时钟输入信号线。因ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必 须有外界提供，通常使用频率为 500KHZ的时钟信号。Vcc为+5V电源线。GND为地 线。Vref(+)和Vref(-)为参考电压输入，参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作 为逐次逼近的基准。其典型去值：Vref(+)=+5v,Vref(-)=0v.3.2信号采样模块的电路设计热电式传感器是温度变化转换为电量变化的装置，它利用敏感元件的电磁参数随 温度变化而变化的特性来达到测量目的。本设计是用热电阻传感器来进行测量的，热 电阻的特点是精度高，适用于测低温。热电阻的材料及工作原理虽然大多数金属的

36、电阻值随温度变化而变化，然而并不是所有的金属都能作为测 量温度的热电阻。作为测量温度热电阻的金属材料应具有如下特性：电阻温度系数大, 电阻率要大，热容量下；在整个测量范围内应具有稳定的物理和化学性质；电阻与温 度的关系最好近似于线性，或为平滑的曲线；并要求容易加工，复制性好，价格便宜。目前应用最广发的热电阻材料试铂和铜并且已做成标准测温热电阻，本设计选用 的是铂电阻。铂电阻的特点是精度高，稳定性好，性能可靠。铂在氧化性气氛中，甚至在高温 下的物理、化学性质非常稳定。因此铂被公认为是目前制造热电阻的最好材料。铂电 阻作为标准电阻温度计使用，也常被用在工业测量中。此外，还被广乏地应用于温度 的基准

37、、标准的传递。铂电阻的阻值温度之间的关系，在 0850摄氏度范围内可用下式表示，2Rt=Ro(1+At+Bt )(3-1)在-2000范围内用下式表示，Rt=Ro1+At+Bt 2+C(t-100)3(3-2)式中 Rt-温度为t摄氏度时的铂电阻的阻值；Ro-温度为0时的铂电阻值；A、B、C-常数，A=3.940*10-3/摄氏度B=-5.802*10-7/ 摄氏度C=-4.274*10- /摄氏度对满足上诉关系的热电阻，其温度系数约为3.9*10-3/摄氏度。由式(3-1)、式(3-2)可见，电阻值与t及Ro有关，当Ro值不同时，即使在同 样的温度下其Rt的值也不同。因此作为测量用热电阻必须

38、规定 Ro值。根据国家从1988 年开始采用的IEC标准，工业用铂电阻Ro有100和50欧姆两种，并将电阻值Rt与温 度t的对应关系列成表格，成为铂电阻分度表，分度号分别为Pt100和Pt50。铂电阻材料的纯度通常用百度电阻比W(100)来表示，即W(100)=R100/Ro( 3-3)式中R100-水费点时的铂电阻的电阻值；Ro-水冰点时的铂电阻的电阻值。目前技术水平已达到 W(100)=1.3930,与之相应的铂纯度为 99.9995%，工业用铂 电阻纯度 W(100)=1.3871.390.测量电路测量电路是通过DBW系列的热电阻变送器来实现的。DBW系列热电阻温度变送器.概述DBW型热

39、电阻温度变送器是DD川系列电动单元组合仪表变送单元之一。它的作用是把测温元件（热电阻）所测得的温度信号转换成420mA（或15V）直流电流信号，供给记录仪、温度指示仪或调节器以组成检测系统或调节系统，对生产过程实 现检测或自动控制。.技术参数1输入信号：测温电阻所检测的温度变化电阻信号。2输出信号：420mAD 或 15VDC3负载电阻：0300 Q4工作条件：环境温度：0+50C相对湿度：w 85%工作振动：频率w 25Hz全振幅w 0.1 mm周围空气中不应含有对铬、镍镀层，有色金属及其合金起腐蚀作用的介质5、电源电压：24VD± 10%6功耗：2W7、重量:2 kg三.型号及规

40、格名称型号测量元件测量范围基本误差DBV 1210Gcu50热电阻DBV 1220Gcu100温度区间在温度变10C以上的任± 0.5%送器DBV1230G（Pt10）意温度范围DBV1240Gpt100由以上参数选择DBW-1240G型号的热电阻变送器。功能简介：DBW型热电阻温度变送器是 DDZm型DBV热电阻温度变送器的改进型产品DBW型热电阻温度变送器与各种不同型号的热电阻配套使用，将被测温度线 性地转换成统一的标准信号15V DC（或420mA DC，输出供给指示。记录仪, 摸拟电动调节器，可编程数字调节器，分数控制系统及工业过程控制机使用。特点:本仪表采可用三、四线制连接

41、方式，由于在电路设计上采用了高性能的功能模块 结构方式，使整机结构紧凑，体积小，重量轻，安装调校简单，维护工作量小。本设 计采用三线制连接方式。接线端子:接线端子图图3-3热电阻变送器接线端子图由于热电阻变送器提供的是15V电压，而ADC0809所需要的是05V电压，所 以还需要加个减法电路即差值运算放大器来实现15V到05V的电压转换。图3-4是一个集成放大器组成的基本差值运算电路，它的同向输入端和反向输入端 都接有输入信号，理想情况下，li=O,U-=U+,于是可以列出11=12(Uii-U-)/R仁(UUo)/R2U+=Ui2*R4/(R3+R4)解得(3-4)Uo=Ui2*R4/(R3

42、+R4)* ( R1+R2)/R1-Uii*R2/R1当外电路电阻满足平衡对称条件时 R仁R3,R2=R4时，式（3-4）可写成(3-5)Uo=-R2/R1*(U 11-U12)图3-4差值运算放大器式3-5表明输出电压与两个输入电压的差值Uid=Ui1-Ui2成正比，电路实现了差值运算。差值运算防大器也成为差动运算放大器。U id称为差模信号，At=Uo/U id=-R2/R1称为电路的差模放大倍数。当输入电压Ui1=Ui2时，输出电压Uo=0，把Uic=（ Ui1+Ui2）/2称为共模信号，可见电路对功模信号无放大作用，共模放大倍数为零。热电阻变送器与差值运算放大器的连接时，6号引脚接地，

43、5号引脚接Ui2,Ui1接+1V电压。第四章 显示系统、报警系统及键盘控制4.1显示系统的设计显示系统是单片机控制系统的重要组成部分，主要用于显示各种参数的值，以便 使现场工作人员能够及时掌握生产过程。工业控制系统中常用的显示器件有 CRT、LED、LCD等。CRT不仅可以进行字符 显示，而且可以进行画面显示，和计算机配合使用，可十分方便地实现生产过程的管 理和监视。但由于CRT体积大，价格昂贵，所以只适用于大型微机控制系统。在中小 型的控制过程中，为了使工作人员能够在现场直接看到生产情况和报警信号，经常选 用LED和LCD作为显示器件。LED和LCD都具有体积小，功耗低，响应速度快，易 于匹

44、配，可靠性高和寿命高等优点。LCD是一种功耗极低的显示元件，在仪表和低功 耗应用系统中的使用较多，而 LED成本低廉，培植灵活，多用于单片机控制系统中， 所以选用LED显示。4.1.1 LED显示器件的工作原理LED是一种电流发光器件它既可以工作在恒定电流状态，又可以工作在脉冲电 流状态。在平均电流相同的情况下，脉冲工作状态可产生比直流工作状态较强的亮度， 一般每秒钟可导通100 500次，每次为几个毫秒：LED有单个发光二极管、七段(或 八段儿ED显示器和LED点阵显示器等类型。发光颜色有红、绿、黄等。 LLD显示器 每段正常发光需直流电流1020mA,发光二极管发光时.其正向导通压降为1.

45、7v左右。七段LED显示器是由7个LED按一定的图形排列组成，如图4-1(a)所示，七 段LED显示器的各个二极管分别称为 a b、c、d、e、f、g段，有些七段显示器增加 一个dp段表示小数点，也称为八段 LED显示器。七段LED显示器有两种结构：共阴极七段LED显示器和共阳极七段LED显示器， 如图4-1(b)、(c)所示。所有二极管的阴极接在一起的称为共阴极七段 LED显示器；所 有二极管的阳极接在一起的称为共阳极七段 LLD显示器。共阳极七段LED显示器工作时，二极管的公共阳极接向电平“ 1”各段的阴极接与共阳七段码相对应的电平。共 阴极七段LED显示器工作时，其公共极接到低电平，各段

46、的阳级接与共阴七段码相对 应的电平。在实际应用中，除公共极外，其他各极应串接一个电阻后再接到相应电平。电阻的作用是限制流过LED中的电流以(b)(c)图4-1七段LED显示器的结构原理（a）典型的七段 LED器件（b）共阳极LED显示器（c）共阴极LED显示器保证在发光时二极管不因电流过大而被烧坏。将数码管的引脚和单片机的数据输出口相连，控制输出的数据可以使数码管显示不同的数字和字符，通常称控制发光二极管的8位字节数据为段选码。7段LED段选码如表4-1所示。可以看出，共阳极和共阴极的段选码互为补数。表4-17段LED段选码显示字符共阴极段选码共阳极段选码显示字符共阴极段选码共阳极段选码3FH

47、C0HC3EHC6H06HF9HD5EHAH5BHA4HE79H86H""34FHB0HF7TH8EH56DH92HU3EHC1H67DH82Hr31HCEHr07HF8HY6EH91H87FH80H8.FFH00H96FH90H“灭”00HFFHA77H88H7CH83H4.1.2 LED显示电路设计LED的显示份静态显示方式和动态显示方式在静态显示方式下，N块显示器件都处于选通状态；每一块显示器件的段选线和 一个8位的并行口相连，只要控制显示位的段选码，就可显示出相应的字幅。由于显 示器件由不同的I/O控制，所以静态显示方式中的每一位都可以独立显示， 在同一时刻 每一位

48、显示的字符可以各不相同。LED动态显示就是将所有显示位的段选线并联在一起，有一个 8位I/O 口控制, 而位选线则有其他的I/O 口控制，通过程序控制，不断循环输出相应的段选码和位选码， 由于人的视觉暂留效应，就可以获得视觉稳定的显示状态。本设计选用的是串行口动态扫描显示，其电路图如4-2所示。+ 5VVccTKRXRETF3 2P3_ 3UcQ单片机97VccMR74LS1S4LED! LED 2 LED 3 LED4巫 iT1.T2T3+5v7415136Hr-1审行动态扫描电蹄图4-2串行动态LED扫描电路图4-2是电原理图，采用 MCS-8051单片机，同时用廉价易得的 74LS164

49、和 74LS138作为扩展芯片。74LS164是一个8位串入并出的移位寄存器，其此处的功能 是将C2051串行通信口输出的串行数据译码并在其并口线上输出，从而驱动LED数码管。74LS138是一个3-8译码器，它将单片机输出的地址信号译码后动态驱动相应的 LED。但74LS138电流驱动能力较小，为此，使用了未级驱动三极管2SA1015作为地址驱动。4.2报警系统的设计报警处理程序一般都需要根据系统的要求编写，如有的报警系统要求能够发出声光 报警信号、记录报警时间参数或进行自动处理等。虽然不同的系统的报警处理程序是 不一样的，但报警程序的设计基本思想是相同的。报警程序主要有以下几个步骤组成：（

50、1）采样被测参数。（2）比较采样值和给定的上下限。（3）根据比较结果执行相应的处理程序。报警系统的电路图如图4-3所示。图4-3报警系统的电路图图4-4报警程序流程图报警处理程序，只有采样值连续3次异常时，系统才进行报经处理。报警程序 的设计思想是预设允许的连续异常的次数 N，将采样值和预先设定的报警值进行比较， 如果发现采样值超过报警值，则判断上一次采样值 是否正常。如果正常，则重置允许 的连续不正常的次数 N，并设置本次采样不正常标志，然后继续采样。如果上一次采 样值不正常，则判断是否连续 N次采样异常，不是则设置本次采样不正常标识以及计 算允许的连续异常次数，然后继续采样；否则发出执行报

51、警处理程序。设上限报警值 存放在Amax单元，下限报警值存放在 Amin单元，采样值存放在SAMP单元，允许 的连续异常次数存放在 NUM单元。FLAG为上次采样异常标志位，FLAG=O,上次采样 正常；FLAG=1,上次采样异常。报警程序流程框图 4-4所示。报警是微机控制系统的一项重要功能，主要用于保证生产过程的正常运行和操作 者的生命安全。在生产过程中控制系统随时检测被控对象的一些重要参数，当超出允 许范围是，控制系统便会发出声光报警信号，引起操作者的注意以便采取相应的措施。 智能型的报警系统不仅能够发出声光报警信号，甚至可以实现简单故障的自动处理。4.3键盘控制的设计键盘按结构的不同可

52、分为独立式按键和行列式键盘两类，每类按译码方式的不同 又分为编码式和非编码式两种。单片机中一般使用的都是用软件来识别和产生键代码 的非编码键盘。行列式键盘的编码方式由静态和动态两种。静态接口主要由一个行编码器和一个 列编码器构成；动态接口可采用计数器、译码器和数据选择器构成。这两种键盘由硬 件完成键的编码任务。一般在小型仪器仪表和控制系统中，使用较多的是行列式和独立式的非编码键盘；如果系统要求实现多键同时按下的处理，则用非编码独立方式较为合适。本设计采用独立式按键方式，主要通过 4个键，S1、S2、S3、S4来实现指定显 示某一电路，当S1断开时，为巡回检测电路，当 S1闭合时，指定显示电路的

53、通道数 与S2、S3、S4的关系见下表4-2S4S3S2对应通道 数000#0001#1010#2011#3100#4101#5110#6111#7表4-2键对应的通道数“ 1'”表示键闭合“ 0”表示键断开第五章系统的电源设计5.1电源系统的组成仅就单片机系统（最小系统）而言，只需要5v的直流电源，而对实际的单片机应用 系统来说，由于需要扩展一定的测控转换通道和与其相应的接口电路及外设，除5v的直流外，还需要其他的直流（如12v等）、交流（50Hz和其他频率）电源.乃至特殊电源（如 各种频率的方波、锯齿波等）。如图5-1所示，单片机应用系统的电源一般是由市电通过变压、整流、稳压、滤

54、波及Ac/De变换、波形变换后提供系统所需的直流、交流和特殊电源，也有从直流供 电设备取得电能后通过 De/De变换、稳压、滤波后提供系统所需电源。因而单片机应用系统购电源通常包括变压电路、整流电路 （Dc/Dc变换电路）、稳压电路、滤波电路, 有些还有De/AC换流电路、特殊波形发生电路。而本设计电源只有交流供电设备， 无特殊电路和交流电路直流DC/D（变换供电 电路设备交变压电路DC/A（换流电路流交流 供电 设备5-1单片机应用系统电源组成框图5.2电源设计原理电源电压的设计主要是针对系统要求的不同工作电压进行电源分配。一般有两种方法，一种是多电源方案，一种是单电源方案。本设计采用的是单地缘方案，主要供系 统电压+5V电源。为降低成本，采用“变压器降压-整流-滤波-稳压”的线性电源。采用单电源方案的优点是系统简单、工作可靠。尽管单片机系统目前难以实现系统 内全部器件采用单一电源。5.3电路稳压电源是单片机测控系统的重要组成部分，它不仅为测控系统提供多路电源电 压，还直接影响到系统的技术指标和抗干扰性能。近年来，传统的线性稳