1、電子設計應用軟件訓練總結報告電子信息工程學院電子設計應用軟件訓練任務【訓練任務】：1、熟練掌握PROTEUS軟件的使用； 2、按照設計要求繪制電路原理圖； 3、能夠按要求對所設計的電路進行仿真；【基本要求及說明】: 1、按照設計要求自行定義電路圖紙尺寸； 2、設計任務如下：基于熱敏電阻的數字溫度計設計要求使用熱敏電阻類的溫度傳感器件利用其感溫效應，將隨被測溫度變化的電壓或電流用單片機采集下來，將被測溫度在顯示器上顯示出來：l 測量溫度范圍50110。l 精度誤差小于0.5。l LED數碼直讀顯示。本題目使用鉑熱電阻PT100，其阻值會隨著溫度的變化而改變。PT后的100即表示它在0時阻值為10

2、0歐姆，在100時它的阻值約為138.5歐姆。廠家提供有PT100在各溫度下電阻值值的分度表，在此可以近似取電阻變化率為 0.385/。向PT100輸入穩恒電流，再通過A/D轉換后測PT100兩端電壓，即得到PT100的電阻值，進而算出當前的溫度值。采用2.55mA的電流源對PT100進行供電，然后用運算放大器LM324搭建的同相放大電路將其電壓信號放大10倍后輸入到AD0804中。利用電阻變化率0.385/的特性，計算出當前溫度值。3、按照設計任務在Proteus 6 Professional中繪制電路原理圖； 4、根據設計任務的要求編寫程序，在Proteus下進行仿真，實現相應功能。【按照

3、要求撰寫總結報告】成績：1、 任務說明 使用熱敏電阻類的溫度傳感器件利用其感溫效應，將隨被測溫度變化的電壓或電流用單片機采集下來，將被測溫度在顯示器上顯示出來：l 測量溫度范圍50110。l 精度誤差小于0.5。l LED數碼直讀顯示。本題目使用鉑熱電阻PT100，其阻值會隨著溫度的變化而改變。PT后的100即表示它在0時阻值為100歐姆，在100時它的阻值約為138.5歐姆。廠家提供有PT100在各溫度下電阻值值的分度表，在此可以近似取電阻變化率為 0.385/。向PT100輸入穩恒電流，再通過A/D轉換后測PT100兩端電壓，即得到PT100的電阻值，進而算出當前的溫度值。采用2.55mA

4、的電流源對PT100進行供電，然后用運算放大器LM324搭建的同相放大電路將其電壓信號放大10倍后輸入到AD0804中。利用電阻變化率0.385/的特性，計算出當前溫度值。二、元器件簡介1、 AT89C51簡介 AT89C51是一種帶4K字節FLASH存儲器的低電壓、高性能CMOS，8位微處理器，俗稱單片機。AT89C51 提供以下標準功能：4k 字節Flash 閃速存儲器，128字節內部RAM，32 個I/O 口線，兩個16位定時/計數器，一個5向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。其引腳圖如圖一所示。圖一 AT89C51引腳圖VCC: 電源GND: 地P0 口：P0

5、口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數據存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數據復用。在這種模式下，P0具有內部上拉電阻。 P1口：P1口是一個具有內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1輸出緩沖器能驅動4個TTL邏輯電平。對P1 端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分別作定時器/計數器2的外部計數輸入（P1.0/T2）和時器/計數器2的觸發輸入（P1.1/T2EX）。P2口

6、：P2口是一個具有內部上拉電阻的8位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅動4個TTL邏輯電平。對P2 端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數據存儲器（例如執行MOVX DPTR）時，P2口送出高八位地址。在這種應用中，P2口使用很強的內部上拉發送1。在使用8位地址（如MOVX RI）訪問外部數據存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內容。在flash編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節和一些控制信號。P3口：P3口是一個具有內部上拉電阻的8位雙向I/O

7、口，對P3 端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3口亦作為AT89C51特殊功能（第二功能）使用，如表一所示。表一 AT89C51引腳號第二功能P3.0 RXD（串行輸入）P3.1 TXD（串行輸出）P3.2 INT0（外部中斷0）P3.3 INT0（外部中斷0）P3.4 T0（定時器0外部輸入）P3.5 T1（定時器1外部輸入）P3.6WR（外部數據存儲器寫選通）P3.7 RD（外部數據存儲器讀選通）RST:復位輸入，晶振工作時，RST腳持續2個機器周期高電平將使單片機復位。ALE/PRO

8、G：地址鎖存控制信號（ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8 位地址的輸出脈沖。XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器配置為片內振蕩器時，石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。2、 ADC0804 ADC0804是屬于連續漸進式（SuccessiveApproximationMethod）的A/D轉換器，這類型的A/D轉換器除了轉換速度快（幾十至幾百us）、分辨率高外，還有價錢便宜的優點，普遍被應用于微電腦的接口設計上，其引腳圖如圖二所示。圖二 ADC0804引腳圖 芯片參數： 工作電壓： 5V，即VCC= 5V。 模擬輸入電壓范圍：0 5V，即0Vin 5V。 分辨率：8位

9、，即分辨率為1/2=1/256，轉換值介于0255之間。 轉換時間：100us（fCK=640KHz時）。 轉換誤差：1LSB。 參考電壓：2.5V，即Vref=2.5V。 各個管腳的作用： D0-D7：數字量輸出端，輸出結果為八位二進制結果； CLK：為芯片工作提供工作脈沖，時鐘電路如圖所示，時鐘頻率計算方式是： FCK=1/(1.1RC） CS：片選信號； WR：寫信號輸入端； RD：讀信號輸入端； INTR：轉換完畢中斷提供端； 其他管腳連接如圖，是供電和提供參考電壓的管腳輸入端。3、鉑熱電阻PT100鉑熱電阻PT100，它的阻值跟溫度的變化成正比。PT100的阻值與溫度變化關系為:當P

10、T100溫度為0時它的阻值為100歐姆，在100時它的阻值約為138.5歐姆。它的工業原理:當PT100在0攝氏度的時候他的阻值為100歐姆，它的阻值會隨著溫度上升而成勻速增長的。在高溫下其物理、化學性質都非常穩定，因此它具有精度高、穩定性好、性能可靠的特點。它的電阻溫度關系的線性度非常好,在-200650溫度范圍內線性度已經非常接近直線，電阻與溫度的關系：R=T+100。4、 LM324 LM324系列器件帶有差動輸入的四運算放大器。它采用14腳雙列直插塑料封裝。它的內部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨立。它們有一些顯著優點。該四放大器可以工作在低到3.0伏或者

11、高到32伏的電源下，靜態電流為MC1741的靜態電流的五分之一。引腳圖如圖三所示。圖三 LM324引腳圖三、方案論證 本次設計以AT89C51和ADC0804為核心，利用熱敏電阻的熱敏效應，把溫度變化轉換成阻值變化，進而電壓變化，把轉換過來的模擬電壓輸送給模數轉換電路ADC0804，將模擬量轉換成數字量，再將數字量輸送給單片機，單片機進行數據處理，處理的結果是，使輸出的數據給數碼管，數碼管能夠顯示當前溫度。其各個元器件的主要職能如下：鉑熱電阻PT100：溫度傳感器，將非直接測量的溫度轉換成可測量可用的模擬電壓電壓信號。LM324：由于測溫電路輸出的電壓信號很微小，如果直接輸送給模數轉換器將會造

12、成很大的誤差，LM324主要用來放大測溫電路的輸出電壓，使其輸出的電壓能夠進行模數轉換。ADC0804：模數轉換器，將LM324輸送來的模擬電壓轉換成數字量，并輸送給單片機進行數據處理。AT89C51單片機：對ADC0804輸送過來的數字信號，進行數據處理，處理結果送給數碼管，使其能夠顯示當前的溫度。另外，他還控制著ADC0804模數轉換器的工作狀態如控制著模數轉換器的選通、開啟、轉換和完成輸出等。 數碼管：顯示當前的溫度值。 其設計思路如圖四所示。ADC0804模數轉換電路ATC80C51數據處理LM324放大電路 數碼管 顯示 PT100 溫度 傳感器 圖四 設計方框圖四、電路設計1、 P

13、T100測溫電路鉑熱電阻PT100采用恒流源測量電路，其測量電路如圖五所示。圖五 PT100測溫電路PT100溫度與電阻值的對應關系如表二所示。溫度/-50-30-1001020阻值/80.3188.2296.09100.00103.90107.79溫度/30507090100110阻值/111.67119.40130.90134.71138.51142.29表二 PT100溫度與電阻值的對應關系當溫度的變化范圍是-50-110，則電阻由80.31變化到142.29。根據U=IR可得，則電壓變化范圍為0.2048v0.3628v，電壓變化為0.1580v。2、 ADC0804模數轉換器的連接

14、CS：芯片片選信號，低電平有效，高電平時芯片不工作。RD：啟動ADC0804進行ADC采樣，該信號低電平有效，即信號由低電平變成高電平時，觸發一次ADC轉換。WR：低電平有效，即=0時，DAC0804把轉換完成的數據加載到DB口，可以通過數據端口DB0DB7讀出本次的采樣結果。INTR:轉換完成輸出端，輸出低電平。CLK IN和CLK R：外接RC振蕩電路產生模數轉換器所需的時鐘信號，VREF/2：參考電壓接入引腳，該引腳可外接電壓也可懸空，若外接電壓，則ADC的參考電壓為該外界電壓的兩倍，如不外接，則VREF與Vcc共用電源電壓，此時ADC的參考電壓即為電源電壓Vcc的值。其連接電路如圖六所

15、示。圖六 ADC0804的電路連接3、 AT89C51單片機的連接電路 單片機作為控制中心和數據處理中心，他連接著ADC0804模數轉換器和數碼管顯示電路，其中P0.0P0.3分別連接四個數碼管，作為數碼管的選通控制端，P3的八個輸出端口作為數碼管的數據輸入端，P2.5P2.7四個端口連接ADC0804控制著模數轉換器的選通、轉換、輸出等等，P1口連接著ADC0804的八位輸出端口。其他端口的功能：RST:復位輸入，晶振工作時，RST腳持續2個機器周期高電平將使單片機復位。ALE/PROG：地址鎖存控制信號（ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8 位地址的輸出脈沖。XTAL1和XTAL2分別

16、為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器配置為片內振蕩器時，石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。其連接電路如圖七所示。圖七 ATC89C51的連接電路五、PROTEUS設計1、創建新工程 雙擊Proteus 8 Professional圖標，點擊File(文件)中New Project項，新建一個工程項目,在Name項輸入項目名，在Path項中選擇保存路徑，點擊New project,再點擊Next設置完成，如圖八所示。圖八 創建新工程2、 設置原理圖 在原理圖設計Schematic design對話框中選擇創建原理圖（Create a Schematic from the selected templ

17、ate），如果不需要繪制原理圖，可直接選擇Do not create a schematic。在此選擇創建原理圖，原理圖大小可以根據需要選擇，本次選擇默認（DEFAULT)，如圖九所示。圖九 創建原理圖4、創建PCB設計 本次設計不需要PCB板，可以直接選擇（Do not create a PCB layout），如果需要可以選擇（Create a PCB layout from the selected template），如圖十所示。圖十 創建PCB設計5、選擇芯片 在Create Firmware Project界面中，設置Family（系列）-8051，Contoller控制器-AT8

18、9C51，Compiler（編譯器）-ASEM-51，也就是在此設計外部代碼編譯器。如果不需要進行仿真，則可直接選擇No Firmware Project即可。按下Next，設置完成，如圖十一所示。圖十一 選擇芯片6、所有設置完之后，進入Protues原理圖繪制界面，中間大部分網格區域是原理圖繪制區，左側為工具欄，各種元器件、各種儀表等等，可以在此工具欄中查找。原理圖繪制界面如圖十二所示。圖十二 原理圖繪制界面7、 添加元器件 點擊工具欄中的P按鈕，將會彈出元器件搜索界面(Pick Divce)，在Keyword一欄中輸入將要查找的元器件的關鍵詞，在搜索界面將會出現有關的元器件，選擇想要的元器

19、件，按下OK則添加成功，如圖十三所示。圖十三 添加元器件8、 布局布線選中元器件，將元器件放進原理圖繪制界面，雙擊放下，所有元器件都放進之后，并進行布局布線，原理圖繪制結果如圖十四所示。圖十四 電路原理圖六、程序流程圖軟件設計采用C語言編程，運用模塊化程序設計思想，對整個程序分為四個模塊，分別是初始化單片機、定時器、顯示器模塊，獲得AD轉換數據模塊，數據處理模塊和顯示模塊，對不同功能模塊的程序進行分別編程，其流程圖如圖十五所示。 開始 結束調用顯示子程序調用數據處理子程序調用中斷子程序中獲得的A/D轉換后的數據調用初始化模塊子程序，初始化AT89C51，初始化顯示器，定時器T0賦初值 圖十五

20、程序流程圖在初始化AT89C51，初始化顯示器，定時器T0時，首先進行函數說明和管腳定義，例如定義P1口作為AD的數據口，定義P2.4、P2.5、P2.6和P2.7口作為AD的控制端口等等。初始化話程序完成后，將是數據采集裝換程序，其流程圖如圖十六所示。啟動AD轉換器是否轉換完成數據轉換 否將數字信號保存到單片機 是圖十六 AD數據采集轉換AD轉換后的數字信號保存在了單片機，單片機將對保存的數字信號進行數據處理，數據處理的結果輸送給數碼管，使數碼管顯示當前溫度值，其流程圖如圖十七所示。從存儲單元取數據T=614.422-7.811*ad_data數據是否小于79 YT=7.990*ad_dat

21、a-628.491數據是否小于204 N Y T=8.124*ad_data-655.742 N數碼管顯示圖十七 數據處理流程圖七、生成.Hex文件啟動Keil軟件，編譯源文件，并對源文件進行編譯，如果有錯誤，從錯誤的第一條開始改正，直到編譯沒有錯誤，編譯完成后，會產生.Hex文件，其源文件編譯如圖十八所示。圖十八 源文件編譯八、Proteus仿真 1、導入.Hex文件 雙擊原理圖中的單片機，將會彈出編輯元器件對話框，在對話框中的Program file中導入生成的.Hex文件，點擊OK，導入成功，如圖十九所示。圖十九 導入.Hex文件2、 電路仿真 點擊繪制原理圖界面左下角中的小三角仿真開始

22、按鈕，電路開始工作，數碼管顯示示數，改動PT100的溫度，數碼管的溫度也隨之改變，并且誤差在+0.5，符合設計要求，仿真結果如圖二十所示。圖二十 仿真結果九、總結本次課設我學會了Protues軟件的基本應用，首先創建新工程，創建原理圖，選擇芯片，添加元器件，布局連線，向單片機導入.Hex文件，最后對電路進行仿真。除此之外，通過這次課設，我懂得了數字溫度計的工作原理，了解了各個部分電路的職能作用，同時也加深了我對單片機、數電和模電的學習，同時我也發現了自己的不足，在軟件編程發面存在一些不足的知識，以后要加強這方面的學習。十、參考文獻【1】張毅剛，劉杰.MCS-51單片機原理及應用.M哈爾濱工藝大

23、學出版社，2004年.【2】郭天祥.51單片機C語言教程.M電子工業出版社，2012年.【3】童師白.模擬電子技術基礎.M高等教育出版社.2006年.【4】閻石.數字電子技術基礎.M高等教育出版社，2006年.【5】張靖武.周靈杉.單片機系統的PROTUSE設計與仿真.M電子工業出版社，2007年【6】張毅剛.基于Proteus的單片機課程的基礎實驗與課程設計.M人民郵電出版社，2012年.【7】周潤景，張麗娜.基于PROTUSE的電路及單片機系統設計與仿真.M北京航空航天大學出版社，2006年.附錄I 仿真電路圖附錄II 程序#include#include #define uchar un

24、signed char#define uint unsigned int#define ad0_7 P1 sbit cs=P24; sbit rd=P27; sbit wr=P26; sbit intr=P25; uchar i;uchar led11= 0x3F, /0 0x06, /1 0x5B, /2 0x4F, /3 0x66, /4 0x6D, /5 0x7D, /6 0x07, /7 0x7F, /8 0x6F, /9 0x40, /-;uchar dat_AD4=0;void start_ad(void) /啟動AD cs=0; wr=0; _nop_(); wr=1; while(intr); cs=1; read_ad() uint ad_data; ad0_7=0xff; cs=0; rd=0; _nop_(); ad_data=ad0_7; rd=1;cs=1; retur