1、PAGE20 / NUMPAGES20開題信息摘 要根據要求設計一個基于STC12C5A60S2單片機處理,PT100為傳感器的溫度測量系統。在本設計中，是以鉑電阻PT100作為溫度傳感器，采用恒流測溫的方法，通過單片機進行控制，以LM358作為信號放大，用ADC0832進行溫度信號轉換。利用3位共陽數碼管作為溫度顯示。采用了兩線制鉑電阻溫度測量電路，通過對電路的設計，減小了測量電路與PT100自身的誤差，使溫控精度在0100圍分辨率為1。本設計簡單實用，具有外圍電路簡潔，可靠性高等優點。主要由電源電路，單片機復位電路，單片機晶振電路，ADC0832轉換電路，鉑電阻PT100與3位共陽數碼管組

2、成系統，編寫了相應的軟件程序,使其實現溫度的實時顯示。該系統的特點是：使用簡便；測量精確、穩定、可靠；測量圍大；使用對象廣。目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc328661655 1 設計要求 HYPERLINK l _Toc328661656 1.1任務要求 HYPERLINK l _Toc328661658 2 系統方案設計 HYPERLINK l _Toc328661659 2.1總系統方案2.1.1電源系統 HYPERLINK l _Toc328661660 2.1.2溫度檢測與處理 HYPERLINK l _Toc328661661 2.1.3模數

3、轉換 HYPERLINK l _Toc328661662 2.1.4溫度顯示 HYPERLINK l _Toc328661662 2.1.5信號放大部分 HYPERLINK l _Toc328661663 2.2系統方案圖 HYPERLINK l _Toc328661664 3 硬件設計 HYPERLINK l _Toc328661665 3.1溫度檢測模塊的設計 HYPERLINK l _Toc328661666 3.1.1PT100溫度傳感器簡介 HYPERLINK l _Toc328661667 3.1.2溫度檢測與信號處理電路 HYPERLINK l _Toc328661668 3.2

4、模數轉換 HYPERLINK l _Toc328661669 3.2.1 ADC0809簡介 HYPERLINK l _Toc328661670 3.2.2模數轉換電路圖 HYPERLINK l _Toc328661671 3.3 3位共陽數碼管的顯示電路的設計 HYPERLINK l _Toc328661672 3.3.1 LED數碼管編碼 HYPERLINK l _Toc328661673 3.3.2 LED數碼管顯示方式選擇 HYPERLINK l _Toc328661674 4 軟件設計 HYPERLINK l _Toc328661675 4.1程序設計語言的選用 HYPERLINK

5、l _Toc328661676 4.2軟件程序的設計 HYPERLINK l _Toc328661677 4.2.1總體程序流程 HYPERLINK l _Toc328661678 4.2.2溫度信號采集處理 PAGEREF _Toc328661678 h 1 HYPERLINK l _Toc328661679 5 系統調試 HYPERLINK l _Toc328661680 結論 HYPERLINK l _Toc328661681 參考文獻 HYPERLINK l _Toc328661682 附錄A系統總電路圖 HYPERLINK l _Toc328661683 附錄B元件清單 HYPERL

6、INK l _Toc328661684 附錄C系統源程序1 設計要求1.1任務要求單片機實現測量溫度檢測圍0100 C，分辨率1C。硬件要求；采用的溫度傳感器為PT100，單片機STC12C5A60S22 系統方案設計2.1總系統方案該設計由四部分組成：電源系統，溫度檢測與處理，模數轉換，溫度顯示。測溫的模擬電路是把當前PT100熱電阻傳感器的電阻值，轉換為容易測量的電壓值，經過放大器放大信號后送給A/D轉換器把模擬電壓轉為數字信號后傳給單片機STC12C5A60S2，單片機再根據公式換算把測量得的溫度傳感器的電阻值轉換為溫度值，并將數據送出到數碼管進行顯示。另外，以實現溫度的實時監控。包括溫

7、度信號采集單元，時間信號采集單元，單片機數據處理單元，溫度顯示單元。其中溫度信號的數據采集單元部分包括溫度傳感器、溫度信號的獲取電路（采樣）、放大電路、A/D轉換電路。2.1.1電源系統電源為所有的電路供電，一個質量穩定的電源在系統中起到至關重要的作用。按設計要求選擇了一個5V直流電源作為系統供電。2.1.2溫度檢測與處理根據導體電阻隨溫度而變化的規律來測量溫度的溫度計。最常用的電阻溫度計都采用金屬絲繞制成的感溫元件，主要有鉑電阻溫度計和銅電阻溫度計，在低溫下還有碳、鍺和銠鐵電阻溫度計。精密的鉑電阻溫度計是目前最精確的溫度計，溫度覆蓋圍約為14903K，其誤差可低到萬分之一攝氏度，它是能復現國

8、際實用溫標的基準溫度計。我國還用一等和二等標準鉑電阻溫度計來傳遞溫標，用它作標準來檢定水銀溫度計和其他類型的溫度計。分為金屬電阻溫度計和半導體電阻溫度計，都是根據電阻值隨溫度的變化這一特性制成的。金屬溫度計主要有用鉑、金、銅、鎳等純金屬的與銠鐵、磷青銅合金的；半導體溫度計主要用碳、鍺等。電阻溫度計使用方便可靠，已廣泛應用。它的測量圍為-260至600左右。2.1.3模數轉換模擬信號只有通過A/D轉化為數字信號后才能用軟件進行處理，這一切都是通過A/D轉換器（ADC）來實現的。與模數轉換相對應的是數模轉換，數模轉換是模數轉換的逆過程，接下來本文將主要介紹幾種模數轉換的方法以與模數轉換器的參數等。

9、 HYPERLINK l _Toc328661662 2.1.4溫度顯示當數碼管特定的段加上電壓后，這些特定的段就會發亮，以形成我們眼睛看到的字樣了。如：顯示一個“2”字，那么應當是a亮b亮g亮e亮d亮f不亮c不亮dp不亮。LED數碼管有一般亮和超亮等不同之分，也有0.5寸、1寸等不同的尺寸。小尺寸數碼管的顯示筆畫常用一個發光二極管組成，而大尺寸的數碼管由二個或多個發光二極管組成，一般情況下，單個發光二極管的管壓降為1.8V左右，電流不超過30mA。發光二極管的陽極連接到一起連接到電源正極的稱為共陽數碼管，發光二極管的陰極連接到一起連接到電源負極的稱為共陰數碼管。常用LED數碼管顯示的數字和字

10、符是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。圖2.1 系統方案圖2.1.5信號放大部分結合實際設計考慮，放大部分采用了LM358運放。LM358是雙運算放大器。部包括有兩個獨立的、高增益、部頻率補償的運算放大器，適合于電源電壓圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關。它的使用圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合.特性部頻率補償直流電壓增益高(約100dB)單位增益頻帶寬(約1MHz)電源電壓圍寬：單電源(330V)雙電源(1.5 一15V)壓擺率(0.3V/us)低功耗電流，適合于電池

11、供電 低輸入偏流低輸入失調電壓和失調電流共模輸入電壓圍寬，包括接地差模輸入電壓圍寬，等于電源電壓圍輸出電壓擺幅大(0 至Vcc-1.5V)圖2.1 LM358示意圖3 硬件設計3.1溫度檢測模塊的設計3.1.1PT100溫度傳感器簡介pt100是鉑熱電阻，它的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。它的工作原理：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近似勻速的增長。但他們之間的關系并不是簡單的正比的關系，而更應該趨近于一條拋物線。鉑電阻的阻值隨溫度的變化而變化的計算公式：-200t0

12、Rt=R01+At+Bt*t+C(t-100)t*t*t （1）0t850 Rt=R0（1+At+Bt2） （2）Rt為t時的電阻值，R0為0時的阻值。公式中的A,B,系數為實驗測定。這里給出標準的DIN IEC751系數：A=3.9083E-3、 B=-5.775E-7、 C=-4.183E-12根據韋達公式求得阻值大于等于100歐姆的Rt -t的換算公式：0t850 t=(sqrt(A*R0)2-4*B*R0*(R0-Rt)-A*R0)/2/B/R0PT100溫度感測器是一種以白金(Pt)作成的電阻式溫度檢測器,屬于正電阻系數,其電阻和溫度變化的關系式如下：R=Ro(1+T)其中=0.00

13、392,Ro為100(在0的電阻值),T為攝氏溫度因此白金作成的電阻式溫度檢測器,又稱為PT100。1：Vo=2.55mA 100(1+0.00392T)=0.255+T/1000 。2：量測Vo時,不可分出任何電流,否則測量值會不準。電路分析由于一般電源供應較多零件之后,電源是帶雜訊的,因此我們使用齊納二極體作為穩壓零件,由于7.2V齊納二極體的作用,使得1K電阻和5K可變電阻之電壓和為6.5V,靠5K可變電阻的調整可決定電晶體的射(集極)極電流,而我們須將集極電流調為2.55mA,使得量測電壓V如箭頭所示為0.255+T/1000。其后的非反向放大器,輸入電阻幾乎無限大,同時又放大10倍,

14、使得運算放大器輸出為2.55+T/100。6V齊納二極體的作用如7.2V齊納二極體的作用,我們利用它調出2.55V,因此電壓追隨器的輸出電壓V1亦為2.55V。其后差動放大器之輸出為Vo=10(V2-V1)=10(2.55+T/100-2.55)=T/10,如果當前室溫為25,則輸出電壓為2.5V。3.1.2溫度檢測與信號處理電路熱電阻測溫是基于金屬導體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進行溫度測量的。通常將其放在電橋的橋臂上，溫度變化時，熱電阻兩端的電壓信號被送到儀器放大器AD623的輸入端，經過儀器放大器放大后的電壓輸出送給A/D轉換芯片，從而把熱電阻的阻值轉換成數字量。ADC0832

15、是美國國家半導體公司生產的一種8 位分辨率、雙通道A/D轉換芯片。由于它體積小，兼容性，性價比高而深受單片機愛好者與企業歡迎，其目前已經有很高的普與率。其最高分辨可達256級，可以適應一般的模擬量轉換要求。其部電源輸入與參考電壓的復用，使得芯片的模擬電壓輸入在05V之間。芯片轉換時間僅為32S，據有雙數據輸出可作為數據校驗，以減少數據誤差，轉換速度快且穩定性能強。獨立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過DI 數據輸入端，可以輕易的實現通道功能的選擇。溫度檢測電路圖如3-1所示。3.2模數轉換3.2.1 ADC0832簡介特點 輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容； 5V電

16、源供電時輸入電壓在05V之間； 工作頻率為250KHZ，轉換時間為32S； 一般功耗僅為15mW； 8P、14PDIP（雙列直插）、PICC 多種封裝；商用級芯片溫寬為0C to +70C，工業級芯片溫寬為40C to +85C；芯片接口說明： CS_片選使能，低電平芯片使能。 CH0 模擬輸入通道0，或作為IN+/-使用。 CH1 模擬輸入通道1，或作為IN+/-使用。 GND 芯片參考0 電位（地）。 DI 數據信號輸入，選擇通道控制。 DO 數據信號輸出，轉換數據輸出。 CLK 芯片時鐘輸入。 Vcc/REF 電源輸入與參考電壓輸入（復用）。 ADC0832 為8位分辨率A/D轉換芯片，

17、其最高分辨可達256級，可以適應一般的模擬量轉換要求。其部電源輸入與參考電壓的復用，使得芯片的模擬電壓輸入在05V之間。芯片轉換時間僅為32S，據有雙數據輸出可作為數據校驗，以減少數據誤差，轉換速度快且穩定性能強。獨立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過DI 數據輸入端，可以輕易的實現通道功能的選擇。ADC0832引腳如圖3.2所示。3.2.2模數轉換電路圖圖3.4 模擬轉換原理圖3.3 LED顯示電路的設計在單片機應用系統中，如果需要顯示的容只有數碼和某些字母，使用LED數碼管是一種較好的選擇。LED數碼管顯示清晰、成本低廉、配置靈活，與單片機接口簡單易行。3.3.1

18、LED數碼管編碼LED數碼管是由發光二極管作為顯示字段的數碼型顯示器件。圖3.5(a)所示為0.5英尺LED數碼管的外形和引腳圖，其中七只發光二極管分別對應ag筆段構成“”字形另一只發光二極管dp作為小數點。因此這種LED顯示器稱為七段數碼管或八段數碼管。 圖3.5 led數碼管 數碼管按電路中的連接方式可以分為共陰極和共陽極兩大類，如圖3.5（b）所示。共陽型是將各段發光二極管的正極連在一起，作為公共端COM，公共端COM接高電平，ag、dp各筆段通過限流電阻接控制端。某筆段控制端低電平時，該筆段發光，高電平時不發光。控制這幾段筆段發光，就能顯示出某個數碼或字符。共陰型是將各數碼發光二極管的

19、負極連在一起，作為公共端COM接地，某筆段通過限流電阻接高電平時發光。管特定的段加上電壓后，這些特定的段就會發亮，以形成我們眼睛看到的字樣了。如：顯示一個“2”字，那么應當是a亮b亮g亮e亮d亮f不亮c不亮dp不亮。LED數碼管有一般亮和超亮等不同之分，也有0.5寸、1寸等不同的尺寸。小尺寸數碼管的顯示筆畫常用一個發光二極管組成，而大尺寸的數碼管由二個或多個發光二極管組成，一般情況下，單個發光二極管的管壓降為1.8V左右，電流不超過30mA。發光二極管的陽極連接到一起連接到電源正極的稱為共陽數碼管，發光二極管的陰極連接到一起連接到電源負極的稱為共陰數碼管。常用LED數碼管顯示的數字和字符是0、

20、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、3.3.2 LED數碼管顯示方式選擇 LED數碼管顯示電路在單片機應用系統中可分為靜態顯示方式和動態顯示方式。本設計選動態顯示方式。LED數碼管顯示電路如圖3.6所示。圖3.6 LED數碼管顯示電路4 軟件設計4.1程序設計語言的選用本設計采用C51高級語言編寫，因為其提供了庫函數包含許多標準子程序，具有較強的數據處理能力，關鍵字與控制轉移方式更接近人的思維方式，且本身并不依賴于機器硬件系統，移植方便。4.2軟件程序的設計4.2.1總體程序流程程序主要由主程序和子程序兩部分構成。主程序主要實現系統的初始化， A/D轉換，顯示數據。系統的初始化包括

21、寄存器的初始化（控制寄存器、堆棧、中斷寄存器等），通信的初始化（串口的初始化，ADC0832的初始化，通信緩沖區的初始化），LED顯示的初始化，輸出端口的初始化，采集、累計數據的初始化。顯示數據包括數據轉換（主要實現將各類參數、測量數據、計算累計值等轉換成LED顯示所需的數據類型）和顯示屏的刷新子程序主要由溫度信號采集程序組成。主程序流程圖如圖4.1所示。調用AD0832參數開始調用顯示函數初始化圖4.1主程序流程圖4.2.2溫度信號采集處理單片機通過寫信號使START有效，啟動AD轉換，AD轉換結束后，ADC0832通過INT0向CPU發出轉換結束信號，引起CPU中斷，可在中斷程序中讀取AD

22、轉換的結果。分別對8路模擬信號輪流采集一次，轉換結果依次存放在片外數據RAM中。AD轉換子程序流程圖如圖4.2所示。讀取數據子程序入口啟動ADC0832P3口數據送入adat變量標度變換數據處理圖4.2 AD轉換子程序流程圖由ADC0832行標度變換后，信號送給單片機顯示，顯示部分由一個三位數碼管，單片機與其最小系統構成。四位數碼管的顯示原理都一樣，因此列出其中一個的程序流程圖即可：顯示程序流程圖如圖4.3所示。子程序入口顯示模除數據圖4.3 顯示程序流程圖5 系統調試整個溫度檢測系統由測控電路、數模轉換電路以與顯示部分構成，其中顯示部分用的是數碼管顯示，電路的設計主要是測控、數模轉換的部分。

23、1.測控電路為了消除線電阻，采用的是兩線制接法的橋式電路。根據橋式電路原理，電路中的電阻應采用熱電阻傳感器在0時的阻值，為100。為了能達到測試的目的，所以在橋式電路中應該接入傳感器的位置，放入一個100的可調電阻，并使之與兩個100的色環電阻串聯。這樣，可調的阻值圍可以從50到150，這個圍大于傳感器在0到100的阻值，進而達到在調試過程中模擬傳感器變化的目的。2.AD通道4腳接地，5腳為電源輸入。2腳信號由IN0輸入。經數模轉換，信號從5，6腳送入單片機P3.3P3.5。3.調試做實際的電路板時為了調零的需要先將Pt100 用100的電阻來代替，模擬出一個外界溫度為0的環境，以便于通過對電

24、位器的調節使其輸出電壓為0V。先檢查電路各個模塊是否能正常工作，如T431 的參考極的電壓是否為2.5V，代替Pt100 的100電阻兩端的電壓是否是0.1V，通過對信號放大模塊中的電位器的調節是否能正常影響信號放大模塊和運放加減模塊的輸出電壓。將電路板調試正常后，調節電位器使電路最終輸出端的電壓降到0V，但是在實際調節中輸出電壓調節到0.6V 時就沒有辦法繼續下調了，由于輸出電壓是隨電位器的電壓上升而下降的，故可能是和電位器串聯的電阻R8 設置得太小了。將100電阻拆下換上Pt100 熱敏電阻進行實際測量,測得電壓為2.1V，測得的溫度為21，而這時用標準的溫度傳感器測得的溫度也為21，在用

25、Pt100 測體溫，測得3.6V，為36，誤差很小，電路設計成功。故前面的0.6V 的誤差可能是其他原因照成的，但是由于沒有嘗試其他標準溫度的測量還不能對產生誤差的原因進一步分析。結論本課題以STC12C5A60S22單片機系統為核心，對單點的溫度進行實時檢測。采用模擬溫度傳感器PT100對溫度進行檢測；采用模數轉換器ADC0832進行A/D轉換把溫度信號調解轉換為電壓信號與STC12C5A60S2單片機接口設置LED八段數碼管實時顯示溫度值。本設計包括溫度傳感器、A/D轉換模塊、數據傳輸模塊、溫度顯示模塊四個部分。在設計過程中，遇到了許多問題，如設計初始階段目的不明，思緒混亂，經過認真思考和

26、老師的指導，才使自己思路明確，抓住重點，不懂就問，在很短的時間系統有序的完成。大學三年多的時間都是在學習測控與儀器方面的專業知識，并未真正的應用和實習。雖然在上個學期有單片機課程設計練習，積累了一定的知識，并融合到具體的實物當中。但是經過這次檢測技術課程設計，我接觸到了更多平時沒有接觸到的儀器設備、元器件以與相關的使用調試經驗，發現了自己很多不足之處。我還體會到了所學理論知識的重要性：知識掌握得越多，設計的就更全面、更順利、更好了解進行一項相對比較大型的設計所必不可少的幾個階段。課程設計能夠從理論設計和工程實踐相結合、鞏固基礎知識與培養創新意識相結合、個人作用和集體協作相結合等方面全面的培養學

27、生的全面素質。我經過這次系統的課程設計，熟悉了對一項課題進行研究、設計和實驗的詳細過程。這些在我將來的工作和學習當中都會用很大的幫助。學會了怎樣查閱資料和利用工具書。平時課堂上所學的知識大多比較舊，作為測控技術專業的學生，由于專業特點自己要更積極查閱當前最新電子信息資料。一個人不可能什么都學過，什么都強，因此，當你在設計過程中需要用一些不曾學過的東西時，就要去有針對性的查找資料，然后加以吸收利用，以提高自己的應用能力，而且還能增長自己見識，補充最新的專業知識。與隊友的合作更是一件快樂的事情，只有彼此都付出，彼此都努力維護才能將作品做的更加完美。而團隊合作也是當今社會最提倡的。雖然課程設計結束了

28、，也留下了很多遺憾，因為由于時間的緊缺和許多課業的繁忙，并沒有做到最好，但是，最起碼我們沒有放棄，它是我們的驕傲！相信以后我們會以更加積極地態度對待我們的學習、對待我們的生活。參考文獻1 周航慈.單片機應用程序設計M，航空航天大學，1991年8版；2 志全等.智能儀表設計原理與應用M，國防工業，1998年6版；3 建民.單片機在溫度控制系統中的應用M，江漢大學學報，1996年6版；4 振江等.智能儀器與數據采集系統中的新器件與應用M，電子科技大學，2001年12 版；5 坤.51單片機C語言應用開發技術大全M，人民郵電，2008年9版。附錄A系統總電路圖附錄B元件清單名稱標號標志封裝原理圖原件

29、名稱數量電容104C9RAD0.1ECAPE1電容0.1uFC48CAP-SCAP1電容30pFC51, C52CAP-SCAP2發光二極管D25LED-SLED1數碼管F33618HDS13LED3LED1穩壓管TL431IC1TO-92AHTL4311排針J7SIP4CON41排針J8, POWERIN1SIP2CON22開關K1KAIGUANSW-SPST1排針Header 3P53H-DIP8*5MMHeader 31可調電阻10kPOT1POT1RES4E1三極管8550Q9, Q10, Q119012PNP3電阻100R16, R22AXIAL0.4ERES2電阻2KR18, R19AXIAL0.4ERES2電阻1KR20, R23, R24AXIAL0.4ERES3電阻100KR21, R25AXIAL0.4ERES2電阻1KR36, R37, R38, R75AXIAL0.3Res1, RES24電阻10KR82AXIAL0.3RES21按鍵S11SW-SSW-PB1單片機STC12C5A60S2U1DIP40AT89C511ADCADC0832U2DIP8ADC08321運放LM358U3DIP8LM3581晶振11.0592MY