基于PT100傳感器的溫度測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì).doc

信息與控制工程學(xué)院硬件課程設(shè)計(jì)說明書 基于基于 PT100PT100 傳感器的溫度測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)傳感器的溫度測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 學(xué)生學(xué)號(hào) 09540217 學(xué)生姓名 李默默 專業(yè)班級(jí) 測(cè)控 0902 指導(dǎo)教師 金炳濤 職 稱 講師 起止日期 2012 03 05 2012 03 25 吉林化工學(xué)院 Jilin Institute of Chemical Technology 信息與控制工程學(xué)院硬件課程設(shè)計(jì) I 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 一 設(shè)計(jì)題目 基于一 設(shè)計(jì)題目 基于 PT100PT100 傳感器的溫度測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)傳感器的溫度測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 二 設(shè)計(jì)目的二 設(shè)計(jì)目的 1 熟悉 Keil uVision 開發(fā)軟件及 Protel 電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)軟件的使用 2 掌握 SST89E51 單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)及 C 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)方法 3 掌握 PT100 熱電阻測(cè)溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及電路板的焊接 檢測(cè)方法 三 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求三 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 1 設(shè)計(jì)熱電阻測(cè)溫電路 并應(yīng)用 Protel 畫出其電路原理圖 2 完成 SST89E51 單片機(jī)熱電阻測(cè)溫系統(tǒng)的焊裝和硬件調(diào)試 3 學(xué)習(xí) SST89E51 單片機(jī) 編寫完整的實(shí)驗(yàn)程序 下載到單片機(jī)并進(jìn)行調(diào)試 4 撰寫設(shè)計(jì)說明書 四 設(shè)計(jì)時(shí)間及進(jìn)度安排四 設(shè)計(jì)時(shí)間及進(jìn)度安排 設(shè)計(jì)時(shí)間共三周 2012 3 5 2012 3 25 具體安排如下表 周次設(shè) 計(jì) 內(nèi) 容設(shè)計(jì)時(shí)間 第一周 1 設(shè)計(jì)熱電阻測(cè)溫電路 并用 Protel 畫出電路原理圖 2 完成 SST89E51 的熱電阻測(cè)溫系統(tǒng)的焊裝和硬件調(diào) 試 2012 3 5 2012 3 11 第二周 1 查找相關(guān)資料 編寫實(shí)驗(yàn)程序 2 進(jìn)行整機(jī)調(diào)試并完成功能 2012 3 12 2012 3 18 第三周 1 撰寫設(shè)計(jì)說明書 2 答辯 2012 3 19 2012 3 25 五 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及學(xué)生成績(jī)五 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及學(xué)生成績(jī) 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ) 年 月 日 年 月 日 成績(jī)指導(dǎo)教師 簽字 基于 pt100 傳感器的溫度測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì) II 目 錄 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 I 目 錄 II 摘要 III 第 1 章 概述 1 第 2 章 硬件設(shè)計(jì)及相關(guān)介紹 2 2 1 恒流源部分 2 2 1 1 PT100 傳感器特性和測(cè)溫原理 2 2 1 2 PT100 溫度傳感器原理 3 2 2 信號(hào)采集調(diào)理電路 3 2 3 A D 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 4 2 4 顯示模塊 8 2 5 串口電路及 MAX232 芯片簡(jiǎn)介 8 2 6 SST89E51 單片機(jī)簡(jiǎn)介 9 第 3 章 軟件設(shè)計(jì)及相關(guān)介紹 12 3 1 編程語(yǔ)言 C 語(yǔ)言 介紹 12 3 2 編程軟件 Keil 簡(jiǎn)介 12 3 3 程序設(shè)計(jì)流程圖 15 3 4 初始化程序 15 3 5 液晶顯示 17 3 6 用插值法計(jì)算數(shù)據(jù) 18 3 7 運(yùn)行結(jié)果 18 3 8 數(shù)據(jù)測(cè)試及誤差分析 18 結(jié)論 19 參考文獻(xiàn) 20 信息與控制工程學(xué)院硬件課程設(shè)計(jì) III 摘要 近幾年我國(guó)熱電阻行業(yè)發(fā)展速度較快 受益于熱電阻行業(yè)生產(chǎn)技術(shù)不斷提高以 及下游需求市場(chǎng)不斷擴(kuò)大 熱電阻行業(yè)在國(guó)內(nèi)和國(guó)際市場(chǎng)上發(fā)展形勢(shì)都十分看好 本文正是介紹了熱電阻 PT100 的特性以及測(cè)溫的方法 在此基礎(chǔ)上闡述了基于 PT100 的溫度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì) 在本設(shè)計(jì)中 是以鉑電阻 PT100 作為溫度傳感器 采 用恒流測(cè)溫的方法 通過 SST89E51 單片機(jī)進(jìn)行控制 用放大器 A D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行溫 度信號(hào)的采集 另外 還設(shè)計(jì)了 NOKIA5110 顯示電路 能實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的顯示 本設(shè) 計(jì)采用了兩線制鉑電阻溫度測(cè)量電路 通過對(duì)電路的設(shè)計(jì)和軟件中對(duì)測(cè)量值的插值 計(jì)算 減小了測(cè)量電路及 PT100 自身的誤差 使溫控精度在 120 260 范圍內(nèi) 達(dá)到 0 1 本文采用 SST89E51 單片機(jī) LM358 放大器 ICL7135A D 轉(zhuǎn)換器 鉑電阻 PT100 及 NOKIA5110 組成測(cè)量系統(tǒng) 編寫了相應(yīng)的軟件程序 使其實(shí)現(xiàn)溫度的顯示 該系 統(tǒng)的特點(diǎn)是 使用簡(jiǎn)便 價(jià)格低廉 測(cè)量精確 穩(wěn)定 可靠 測(cè)量范圍大 使用對(duì) 象廣 稍加改動(dòng)之后應(yīng)用會(huì)更加廣泛 信息與控制工程學(xué)院硬件課程設(shè)計(jì)說明書 1 第 1 章 概述 熱電阻應(yīng)用領(lǐng)域廣泛 覆蓋了工業(yè) 農(nóng)業(yè) 交通 科技 環(huán)保 國(guó)防 文教衛(wèi) 生 人民生活等各方面 在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)各行各業(yè)的運(yùn)行過程中承擔(dān)著把關(guān)者和指 導(dǎo)者的任務(wù) 由于其地位特殊 作用大 對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)有巨大倍增和拉動(dòng)作用 有著 良好的市場(chǎng)需求和巨大的發(fā)展?jié)摿?具體的需求對(duì)象可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行表述 1 在人類社會(huì)進(jìn)入知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代 信息技術(shù)高速發(fā)展的背景下 熱電阻及其測(cè) 量控制技術(shù)得到日益廣泛應(yīng)用 給熱電阻行業(yè)的快速發(fā)展提供了良好契機(jī) 熱電阻 是信息產(chǎn)業(yè)的源頭和組成部分 是信息技術(shù)的重要基礎(chǔ) 2 熱電阻廣泛應(yīng)用于裝備 改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的工藝流程的測(cè)量和控制 是現(xiàn)代化 大型重點(diǎn)成套裝備的重要組成部分 是信息化帶動(dòng)工業(yè)化的重要紐帶 3 高水平科學(xué)研究和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展迅速提高了對(duì)熱電阻的需求 熱電阻 在實(shí)施科教興國(guó) 知識(shí)創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新的過程中 正發(fā)揮十分重要的作用 4 熱電阻已成為現(xiàn)代國(guó)防建設(shè)技術(shù)裝備的重要組成部分 我國(guó)航天工業(yè)的固定 資產(chǎn) 1 3 是熱電阻和計(jì)算機(jī) 運(yùn)載火箭的儀器開支占全部研制經(jīng)費(fèi)的 1 2 左右 導(dǎo)彈 的高精度制導(dǎo) 控制 航天精緯測(cè)量和紅外成像 專用高溫實(shí)驗(yàn)設(shè)備等都是國(guó)防裝 備中的重點(diǎn)產(chǎn)品 5 熱電阻在探索人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展 抵御自然災(zāi)害 依法治國(guó)并實(shí)施有關(guān)法 律 質(zhì)量 商檢 計(jì)量 環(huán)保等 的過程中作為重要實(shí)施手段和保障工業(yè)被普遍采用 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)包括熱電阻 PT100 信號(hào)放大器 A D 轉(zhuǎn)換模塊 數(shù)據(jù)處理與控制模 塊 顯示模塊六個(gè)部分 文中對(duì)每個(gè)部分功能 實(shí)現(xiàn)過程作了詳細(xì)介紹 整個(gè)系統(tǒng) 的核心是進(jìn)行溫度測(cè)量與顯示 完成了課題所有要求 基于 pt100 傳感器的溫度測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 2 第 2 章 硬件設(shè)計(jì)及相關(guān)介紹 本系統(tǒng)的電路主要由線性電源模塊 信號(hào)采集與調(diào)理模塊 A D 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 顯示模塊 單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊組成 具體電路和工作原理下面一一介紹 2 1 恒流源部分 恒流源的作用是提供 1mA 的恒定電流供后續(xù)電路使用 具體電路如圖 2 1 所示 1k R6 LM385B12 1KR5 10K R8 8550 100uF 5V 5 104 C1 104 C2 10K R7 100 PT1 VO LM358 U2A 2 3 4 8 1 Iout 圖 2 1 1mA 恒流源 當(dāng)恒流源工作時(shí) 由于 LM385B12 穩(wěn)壓管 1 2V 的穩(wěn)壓作用 其兩端的電壓 U U1 U2 1 2V 根據(jù)虛短原理 運(yùn)放正反相輸入端電壓 U U 即 R2 兩端電壓為 U 故 I U R2 1 2v 1k 1 2mA 根據(jù)虛斷原理 流過 R2 的電流將幾乎全部流入復(fù) 合管而不流入運(yùn)放的 2 腳 為了減小溫度對(duì)恒流源的影響 本設(shè)計(jì)采用兩只三級(jí)管 組成的復(fù)合管 復(fù)合三極管 又叫達(dá)林頓管 將 系數(shù)放大 即 1 2 2 使達(dá)林頓管集電極和發(fā)射極電流相等 即 Ic Ib 1 Ib Ie I 電路中 R8 和 R6 分別起限流和保護(hù)作用 從而大大增強(qiáng)了恒流源的抗干擾能力 2 1 1 PT100 傳感器特性和測(cè)溫原理 PT100 溫度傳感器 是一種以鉑 Pt 作成的電阻式溫度傳感器 屬于正電阻系 數(shù) Pt100 就是說它的阻值在 0 度時(shí)為 100 歐姆 PT100 溫度傳感器是一種高精準(zhǔn) 信息與控制工程學(xué)院硬件課程設(shè)計(jì)說明書 3 的測(cè)溫儀器 在工業(yè)生產(chǎn)中有著重要的作用 本文介紹 PT100 溫度傳感器原理及其 產(chǎn)品特征 2 1 2 pt100 溫度傳感器原理 PT100 是一個(gè)溫度傳感器 是一種穩(wěn)定性和線性都比較好的鉑絲熱電阻傳感器 可以工作在 200 至 650 的范圍 電阻式溫度檢測(cè)器 RTD Resistance Temperature Detector 是一種物質(zhì)材料作 成的電阻 它會(huì)隨溫度的上升而改變電阻值 如果它隨溫度的上升而電阻值也跟著上 升就稱為正電阻系數(shù) 如果它隨溫度的上升而電阻值反而下降就稱為負(fù)電阻系數(shù) 大 部分電阻式溫度檢測(cè)器是以金屬作成的 其中以白金 Pt 作成的電阻式溫度檢測(cè)器 最為穩(wěn)定 耐酸堿 不會(huì)變質(zhì) 相當(dāng)線性最受工業(yè)界采用 PT100 溫度感測(cè)器是一種以白金 Pt 作成的電阻式溫度檢測(cè)器 屬于正電阻系數(shù) 其 電阻和溫度變化的關(guān)系式如下 R Ro 1 T 其中 0 00392 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(cè)器 又稱為 PT100 PT100 是電阻式溫度傳感器 測(cè)溫的本質(zhì)其實(shí)是測(cè)量傳感器的電阻 通常是將 電阻的變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流等模擬信號(hào) 然后再將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào) 再 由處理器換算出相應(yīng)溫度 主要技術(shù)指標(biāo) 1 測(cè)溫范圍 200 650 2 測(cè)溫精度 0 1 3 穩(wěn)定性 0 1 PT100 溫度傳感器測(cè)量范圍廣 200 650 偏差小 響應(yīng)時(shí)間短 還具 有抗振動(dòng) 穩(wěn)定性好 準(zhǔn)確度高 耐高壓等優(yōu)點(diǎn) 其得到了廣泛的應(yīng)用 本設(shè)計(jì)采 用 PT100 作為溫度傳感器 采取方案 設(shè)計(jì)一個(gè)恒流源通過 PT100 熱電阻 通過檢測(cè) PT100 上的電壓的變 化來(lái)?yè)Q算出溫度 2 2 信號(hào)采集調(diào)理電路 信號(hào)采集調(diào)理電路 就是信號(hào)處理電路 把模擬信號(hào)變換為用于數(shù)據(jù)采集 控 制過程 執(zhí)行計(jì)算顯示讀出或其他目的的數(shù)字信號(hào) 模擬傳感器可測(cè)量很多物理量 如溫度 壓力 光強(qiáng)等 但由于傳感器信號(hào)不能直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù) 這是因?yàn)閭?感器輸出是相當(dāng)小的電壓 電流或電阻變化 因此 在變換為數(shù)字信號(hào)之前必須進(jìn) 行調(diào)理 調(diào)理就是放大 緩沖或定標(biāo)模擬信號(hào)等 使其適合于模 數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC 的 輸入 然后 ADC 對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化 并把數(shù)字信號(hào)送到 MCU 或其他數(shù)字器件 以便用于系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理 該測(cè)溫系統(tǒng)這部分電路的主要作用是用熱電阻 Pt100 配 基于 pt100 傳感器的溫度測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4 合電流源采集當(dāng)前的溫度并將其轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào) 調(diào)理電路將這個(gè)微小的電壓信號(hào) 轉(zhuǎn)換為可以輸入 A D 轉(zhuǎn)換器的合適電壓值 具體組成電路如圖 2 2 所示 5V 3K R9 20K R10 AD IN 5 6 4 7 8 LM358 U2B VO 100uF 圖 3 2 信號(hào)采集調(diào)理電路 根據(jù)運(yùn)放的 虛短 虛斷 作用 有 RptIUUUvo 運(yùn)放的 7 引腳輸出端電壓 UvoUout67 7 R9 U R10 R9 結(jié)果將微小的電壓信號(hào)放大轉(zhuǎn)換為可以輸入 A D 轉(zhuǎn)換器的合適電壓值 2 3 A D 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 2 3 1 ICL7135 功能介紹 ICL7135 是一種四位半的雙積分 A D 轉(zhuǎn)換器 可以轉(zhuǎn)換出 20000 個(gè)數(shù)字量選通 控 BCD 碼輸出 與單片機(jī)接口十分方便 它具有精度高 相當(dāng)于 14 位 A D 轉(zhuǎn)換 價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn) 其轉(zhuǎn)換速度與時(shí)鐘頻率相關(guān) 每個(gè)轉(zhuǎn)換周期均有 自校準(zhǔn) 調(diào)零 正向積分 被測(cè)模擬電壓積分 反向積分 基準(zhǔn)電壓積分 和過零檢測(cè)四個(gè)階段組 成 其中自校準(zhǔn)時(shí)間為 10001 個(gè)脈沖 正向積分時(shí)間為 10001 個(gè)脈沖 反向積分直 至電壓到零為止 最大不超過 20001 個(gè)脈沖 故設(shè)計(jì)者可以采用從正向積分開始計(jì) 數(shù)脈沖個(gè)數(shù) 到反向積分為零時(shí)停止計(jì)數(shù) 將計(jì)數(shù)的脈沖個(gè)數(shù)減 10000 即得到對(duì) 應(yīng)的模擬量 具體電路如圖 2 3 所示 信息與控制工程學(xué)院硬件課程設(shè)計(jì)說明書 5 V 1 REF 2 ANALOG COM 3 INT OUT 4 AZ IN 5 BUFF OUT 6 REF CAP 7 REF CAP 8 IN LO 9 IN HI 10 V 11 D5 12 B1 13 B2 14 B4 15 B8 16 D4 17 D3 18 D2 19 D1 20 BUSY 21 CLOCK IN 22 POL 23 DIGIT AL IN 24 R H 25 STROBE 26 OVERRANGE 27 UNDERRANGE 28 U6 ICL7135 5 1K R11 100K R15 27 R13 100K R14 0 1uf C17 105C15 105 C16105 C14 CBB 474 5 5 5 D1 1N4148 R12 10K D2 LM7825 5 CLK INT0 圖 2 3 A D 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 圖 2 4 給出了 ICL7135 時(shí)序 由圖可見 當(dāng) BUSY 變高時(shí)開始正向積分 反向積 分到零時(shí) BUSY 變低 所以 BUSY 可以用于控制計(jì)數(shù)器的啟動(dòng) 停止 圖 2 4 ICL7135 時(shí)序圖 計(jì)數(shù)的時(shí)鐘脈沖是由單片機(jī)的 ALE 引腳經(jīng)過 74HC393 分頻后得到的 在平時(shí) 單片機(jī) ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào) 此頻率為振蕩器頻率的 1 6 因 此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖 若外部時(shí)鐘為 12MHZ 則 ALE 端輸出的時(shí)鐘頻率為 基于 pt100 傳感器的溫度測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 6 2MHZ 由于 ICL7135 芯片在時(shí)鐘脈沖為 125KHZ 時(shí)對(duì) 50HZ 工頻干擾有較大抑制能力 此時(shí)轉(zhuǎn)換速度為 3 次 s 故將 ALE 端的時(shí)鐘脈沖經(jīng)過 74HC393 芯片 16 分頻后得到所 需的 125KHZ 74HC393 芯片如圖 2 5 所示 1CP 1 1MR 2 1Q0 3 1Q1 4 1Q2 5 1Q3 6 GND 7 2Q3 8 2Q2 9 2Q1 10 2Q0 11 2MR 12 2CP 13 VCC 14 U4 74HC393 5 ALE CLK 圖 2 5 74HC393 芯片及電路圖 2 3 2 ICL7135 引腳圖 ICL7135 為 DIP28 封裝 芯片引腳排列如圖 2 6 所示 圖 2 6 ICL7135 芯片引腳圖 信息與控制工程學(xué)院硬件課程設(shè)計(jì)說明書 7 2 3 3 引腳含義及功能 1 與供電及電源相關(guān)的引腳 共 7 腳 V 負(fù)電源引入端 典型值 5V 極限值 9V V 正電源引入端 典型值 5V 極限值 6V DGND 數(shù)字地 ICL7135 正負(fù)電源的低電平基準(zhǔn) REF 參考電壓輸入 REF 的地為 AGND 引腳 典型值 1V 輸出數(shù)字量 10000 VIN VREF AC 模擬地 典型應(yīng)用中 與 DGND 數(shù)字地 一點(diǎn)接地 INHI 模擬輸入正 此設(shè)計(jì)中與恒流源連接 INLO 模擬輸入負(fù) 當(dāng)模擬信號(hào)輸入為單端對(duì)地時(shí) 直接與 AC 相連 2 與控制和狀態(tài)相關(guān)的引腳 共 12 腳 CLKIN 時(shí)鐘信號(hào)輸入 當(dāng) T 80ms 時(shí) fcp 125KHz 對(duì) 50HZ 工頻干擾有較 大抑制能力 此時(shí)轉(zhuǎn)換速度為 3 次 極限值 fcp 1MHZ 時(shí) 轉(zhuǎn)換速度為 25 次 REFC 外接參考電容正 典型值 F REFC 外接參考電容負(fù) BUFFO 緩沖放大器輸出端 典型外接積分電阻 INTO 積分器輸出端 典型外接積分電容 AZIN 自校零端 LOW 欠量程信號(hào)輸出端 當(dāng)輸入信號(hào)小于量程范圍的 10 時(shí) 該端輸出 高電平 HIGH 過量程信號(hào)輸出端 當(dāng)輸入信號(hào)超過計(jì)數(shù)范圍 20001 時(shí) 該端輸出 高電平 STOR 數(shù)據(jù)輸出選通信號(hào) 負(fù)脈沖 寬度為時(shí)鐘脈沖寬度的一半 每次 A D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí) 該端輸出 5 個(gè)負(fù)脈沖 分別選通由高到低的 BCD 碼數(shù)據(jù) 5 位 該端用于將轉(zhuǎn)換結(jié)果打到并行 I O 接口 R H 自動(dòng)轉(zhuǎn)換 停頓控制輸入 當(dāng)輸入高電平時(shí) 每隔 40002 個(gè)時(shí)鐘脈沖自 動(dòng)啟動(dòng)下一次轉(zhuǎn)換 當(dāng)輸入為低電平時(shí) 轉(zhuǎn)換結(jié)束后需輸入一個(gè)大于 300ns 的正脈 沖 才能啟動(dòng)下一次轉(zhuǎn)換 POL 極性信號(hào)輸出 高電平表示極性為正 BUSY 忙信號(hào)輸出 高電平有效 正向積分開始時(shí)自動(dòng)變高 反向積分結(jié)束 時(shí)自動(dòng)變低 3 與選通和數(shù)據(jù)輸出相關(guān)的引腳 共 9 腳 B8 B1 BCD 碼輸出 B8 為高位 對(duì)應(yīng) BCD 碼 D5 萬(wàn)位選通 D4 D1 千 百 十 個(gè)位選通 基于 pt100 傳感器的溫度測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 8 2 4 顯示模塊 本顯示模塊用 NOKIA5110 液晶來(lái)顯示 設(shè)計(jì)為 48 84 矩陣 LCD 控制 驅(qū)動(dòng) 所有 顯示的功能集成在一塊芯片上 包括 LCD 電壓及偏置電壓發(fā)生器 只需很少外部元 件 且功耗少 可以顯示字符和漢字 具有很多優(yōu)點(diǎn) 如體積小 性價(jià)比高 接口 簡(jiǎn)單 僅四根 I O 線即可驅(qū)動(dòng) 速度快 工作電壓 3 3V 正常顯示時(shí)工作電流 200uA 以下 具有掉電模式 適合電池供電的便攜式移動(dòng)設(shè)備 液晶接口電路如圖 2 7 所示 1 2 3 4 5 6 7 U1 NOKIA5110 GND VCC VLED SCLK SDIN DC RST 10K R1 10K R2 10K R3 10K R4 5 5 P1 0 P1 1 P1 2 P1 3 圖 2 7 液晶接口電路 引腳功能如下表 D C 數(shù)據(jù) 命令選擇端 SDIN 串行數(shù)據(jù)輸入端 SCLK 串行時(shí)鐘輸入端 GND 接地端 VCC 5V 電源 RST 復(fù)位 2 5 串口電路及MAX232 芯片簡(jiǎn)介 MAX232 是美信公司專門為電腦的 RS 232 標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的電源電平轉(zhuǎn)換芯片 信息與控制工程學(xué)院硬件課程設(shè)計(jì)說明書 9 使用 5V 單電源供電 功能是產(chǎn)生 12V 和 12V 兩個(gè)電源 提供給 RS 232 串口電平 的需要 串口電路圖如圖 2 8 所示 C1 1 VDD 2 C1 3 C2 4 C2 5 VEE 6 T2OUT 7 R2IN 8 R2OUT 9 T2IN 10 T1IN 11 R1OUT 12 R1IN 13 T1OUT 14 GND 15 VCC 16 U3 MAX232 0 1uf C7 0 1uf C8 TXD RXD 0 1uf C9 VCC 1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 10 J1 D Connector 9 串串串串串 0 1uf C10 圖 2 8 串口電路 MAX232 芯片引腳介紹 第一部分是電荷泵電路 由 1 2 3 4 5 6 腳和 4 只電容構(gòu)成 功能是產(chǎn)生 12v 和 12v 兩個(gè)電源 提供給 RS 232 串口電平的需要 第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道 由 7 8 9 10 11 12 13 14 腳構(gòu)成兩個(gè)數(shù)據(jù) 通道 其中 13 腳 R1IN 12 腳 R1OUT 11 腳 T1IN 14 腳 T1OUT 為第一 數(shù)據(jù)通道 8 腳 R2IN 9 腳 R2OUT 10 腳 T2IN 7 腳 T2OUT 為第二數(shù)據(jù)通道 TTL CMOS 數(shù)據(jù)從 T1IN T2IN 輸入轉(zhuǎn)換成 RS 232 數(shù)據(jù)從 T1OUT T2OUT 送到電 腦 DB9 插頭 DB9 插頭的 RS 232 數(shù)據(jù)從 R1IN R2IN 輸入轉(zhuǎn)換成 TTL CMOS 數(shù)據(jù)后從 R1OUT R2OUT 輸出 第三部分是供電 15 腳 GND 16 腳 VCC 5v 2 6 SST89E51 單片機(jī)簡(jiǎn)介 SST89E51 是一種帶 4K 字節(jié) FLASH存儲(chǔ)器 FPEROM Flash Programmable and Erasable Read Only Memory 的低電壓 高性能 CMOS 8 位微處理器 俗稱單片機(jī) AT89C2051 是一種帶 2K 字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī) 單片機(jī)的可擦 基于 pt100 傳感器的溫度測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 10 除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 1000 次 該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技 術(shù)制造 與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS 51 指令集和輸出管腳相兼容 由于將多功能 8 位 CPU 和 閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中 ATMEL 的 SST89E51 是一種高效微控制器 AT89C2051 是它的一種精簡(jiǎn)版本 AT89C 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈 活性高且價(jià)廉的方案 外形及引腳排列如圖 2 9 所示 EA VPP 31 XTAL1 19 XTAL2 18 RST 9 P3 7 RD 17 P3 6 WR 16 P3 2 INT0 12 P3 3 INT1 13 P3 4 T0 14 P3 5 T1 15 P1 0 1 P1 1 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 P1 7 8 AD0 P0 0 39 AD1 P0 1 38 AD2 P0 2 37 AD3 P0 3 36 AD4 P0 4 35 AD5 P0 5 34 AD6 P0 6 33 AD7 P0 7 32 A8 P2 0 21 A9 P2 1 22 A10 P2 2 23 A11 P2 3 24 A12 P2 4 25 A13 P2 5 26 A14 P2 6 27 A15 P2 7 28 PSEN 29 ALE PROG 30 TXD P3 1 11 RXD P3 0 10 GND 20 VCC 40 U5 SST89C51 RST XTAL1 XTAL2 RXD TXD INT0 CLK ALE 12 Y1 12MHz 22pF C11 22pF C12 XTAL1 XTAL2 10K R11 10uF C13 5 VCC 圖 2 9 SST89E51 引腳及連線圖 2 6 1 引腳及功能 P0 口 雙向 8 位三態(tài) I O 口 為地址總線及數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用口 可驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載 P1 口 8 位準(zhǔn)雙向 I O 口 可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載 P2 口 8 位準(zhǔn)雙向 I O 口 與地址總線復(fù)用 可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載 P3 口 8 位準(zhǔn)雙向 I O 口 雙功能復(fù)用口 可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載 RST VPP RST 是復(fù)位信號(hào)輸入端 高電平有效 VPP 為本引腳的第二功能 即 備用電源輸入端 ALE PROG ALE 輸出為地址鎖存允許信號(hào) PROG 為本引腳的第二功能 PSEN 程序存儲(chǔ)器允許輸出控制端 EA VPP EA 功能為內(nèi)外程序存儲(chǔ)器選擇控制端 此設(shè)計(jì)中 采用定時(shí)計(jì)數(shù)器 0 INT0 外部脈沖計(jì)數(shù)方法 通過公式 2 6 獲 得 10000 Vref Vin C 2 6 信息與控制工程學(xué)院硬件課程設(shè)計(jì)說明書 11 其中 Vin 為輸入電壓 Vref 為參考電壓 C 為計(jì)數(shù)值 由上公式可求出 Vin 就可以求出 R 根據(jù) R 和溫度 T 的關(guān)系就可以求出當(dāng)前溫度值 這就是編程中 A D 轉(zhuǎn)換函數(shù)的算法和思想 基于 pt100 傳感器的溫度測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 12 第 3 章 軟件設(shè)計(jì)及相關(guān)介紹 本章主要介紹編程語(yǔ)言 C 語(yǔ)言和編程工具 Keil3 軟件 以及本系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì) 和在程序設(shè)計(jì)時(shí)所遇到的問題及解決辦法 3 1 編程語(yǔ)言介紹 C 語(yǔ)言是一種面向過程的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言 它是目前眾多計(jì)算機(jī)語(yǔ)言中舉 世公認(rèn)的優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言之一 C 語(yǔ)言主要有以下特點(diǎn) 1 C 是中級(jí)語(yǔ)言 它把高級(jí)語(yǔ)言的基本結(jié)構(gòu)和語(yǔ)句與低級(jí)語(yǔ)言的實(shí)用性結(jié)合 起來(lái) C 語(yǔ)言可以像匯編語(yǔ)言一樣對(duì)位 字節(jié)和地址進(jìn)行操作 而這三者是計(jì)算機(jī) 最基本的工作單元 2 C 是結(jié)構(gòu)式語(yǔ)言 結(jié)構(gòu)式語(yǔ)言的顯著特點(diǎn)是代碼及數(shù)據(jù)的分隔化 即程序的 各個(gè)部分除了必要的信息交流外彼此獨(dú)立 這種結(jié)構(gòu)化方式可使程序?qū)哟吻逦?便 于使用 維護(hù)以及調(diào)試 3 C 語(yǔ)言功能齊全 具有各種各樣的數(shù)據(jù)類型 并引入了指針概念 可使程序 效率更高 另外 C 語(yǔ)言也具有強(qiáng)大的圖形功能 支持多種顯示器和驅(qū)動(dòng)器 4 C 語(yǔ)言適用范圍大 適合于多種操作系統(tǒng) 如 Windows DOS UNIX 等等 也適用于多種機(jī)型 基于 C 語(yǔ)言的這些特點(diǎn) 我們選用 C 語(yǔ)言來(lái)作為編程語(yǔ)言 3 2 編程軟件Keil 簡(jiǎn)介 KeilC51 是美國(guó) Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機(jī) C 語(yǔ)言軟件開發(fā) 系統(tǒng) 與匯編相比 C 語(yǔ)言在功能上 結(jié)構(gòu)性 可讀性 可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì) 因而易學(xué)易用 Keil C51 軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具 全 Windows 界面 另外重要的一點(diǎn) 只要看一下編譯后生成的匯編代碼 就能體會(huì)到 Keil C51 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高 多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊 容易理解 在開 發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì) 下面詳細(xì)介紹 KeilC51 開發(fā)系統(tǒng)各部分功 能和使用 我們用開發(fā)軟件 Keil uVision3 來(lái)編寫 修改所需程序和下載程序到單片機(jī)運(yùn) 行 其下介紹 Keil uVision3 的使用步驟 1 雙擊 Keil uVision3 得到主畫面 如圖 3 1 所示 信息與控制工程學(xué)院硬件課程設(shè)計(jì)說明書 13 圖 3 1 Keil uVision3 主畫面 2 新建工程界面 Project new project 如圖 3 2 所示 圖 3 2 Keil uVision3 的新建界面 3 單片機(jī)的選擇 如圖 3 3 所示 基于 pt100 傳感器的溫度測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 14 圖 3 3 單片機(jī)的選擇界面 如圖所示能找到本次設(shè)計(jì)所需主要芯片 SST89E51 4 C 文件的建立與添加 如圖 3 4 所示 圖 3 4 添加 C 文件 在添加 C 文件之后 就可以在里面編寫自己的程序了 在編寫完后編譯 如果 沒有錯(cuò)誤 就可以下載到芯片當(dāng)中進(jìn)行調(diào)試并得到最終可用程序 信息與控制工程學(xué)院硬件課程設(shè)計(jì)說明書 15 3 3 程序設(shè)計(jì)流程圖 本溫度測(cè)量系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)流程圖如圖 3 5 所示 圖 3 5 程序流程圖 3 4 初始化程序 3 4 1 單片機(jī)初始化 本次設(shè)計(jì)采用 ICL7135 進(jìn)行 A D 的轉(zhuǎn)換 在程序的編制時(shí)需要使用到單片機(jī)的 計(jì)數(shù)器和外部中斷 所以有必要對(duì)單片機(jī)進(jìn)行初始化設(shè)置 初始化時(shí)應(yīng)設(shè)置計(jì)數(shù)器 0 為 16 位計(jì)數(shù)模式 gate 位設(shè)置為高限制計(jì)數(shù)器在外部中斷 0 引腳為高電平時(shí)開始 計(jì)數(shù) 關(guān)于中斷的初始化應(yīng)該打開外部中斷及總中斷允許位 并設(shè)置外部中斷 0 的 觸發(fā)方式為下降沿觸發(fā) 程序如下 void T0 Init TMOD 0 x0D 00001101 設(shè)置定時(shí)器 0 為 16 位計(jì)數(shù)器模式 TH0 0 清空計(jì)數(shù)器 TL0 0 EX0 1 開外部總中斷 單片機(jī)初始化 液晶初始化 根據(jù) AD 碼算出電阻 值 根據(jù)電阻值算出溫度 值 液晶顯示 延時(shí) 開始 基于 pt100 傳感器的溫度測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 16 IT0 1 設(shè)置外部中斷 0 為下降沿觸發(fā)方式 TR0 1 啟動(dòng)計(jì)數(shù)器 等待 busy 端高電平開始計(jì)數(shù) EA 1 開總中斷 3 4 2 NOKIA5110 初始化 在 NOKIA5110 液晶工作前應(yīng)對(duì)其進(jìn)行初始化操作 其指令集如圖 3 6 所示 圖 3 6 NOKIA5110 指令集 初始化步驟為 復(fù)位 指令集的選擇 設(shè)置顯示模式 設(shè)置顯示地址 清屏 初始化程序?yàn)?void LCD Init LCD Reset LCD WriteCmd 0 x21 芯片激活 并采用指令集 信息與控制工程學(xué)院硬件課程設(shè)計(jì)說明書 17 LCD WriteCmd 0 xff 寫 vop 寄存器為 0 LCD WriteCmd 0 x20 芯片激活 采用基本指令集 LCD WriteCmd 0 x0c 正常顯示模式 LCD WriteCmd 0 x80 設(shè)置 X 地址為 0 LCD WriteCmd 0 x40 設(shè)置 Y 地址為 0 LCD ClearScreen 3 5 液晶顯示 本次設(shè)計(jì)使用串行方式進(jìn)行液晶的數(shù)據(jù)傳送 根據(jù)圖 3 7 的液晶時(shí)序圖可知 進(jìn)行數(shù)據(jù) 命令 的發(fā)送時(shí) 應(yīng)首先設(shè)置 D C 1 D C 0 然后在 SCLK 的上升沿進(jìn) 行數(shù)據(jù)的按位發(fā)送 圖 3 7 液晶時(shí)序圖 void LCD WriteByte BYTE bt 寫單字節(jié)函數(shù) char i SCLK 0 for i 0 i 8 i 下降沿串行發(fā)送 8 位數(shù)據(jù) bt 1 SDIN CY SCLK 1 SCLK 0 void LCD WriteCmd BYTE x 寫命令函數(shù) DC 0 DC 0 送命令 LCD WriteByte x 基于 pt100 傳感器的溫度測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 18 void LCD WriteData BYTE x 寫數(shù)據(jù)函數(shù) DC 1 DC 1 送數(shù)據(jù) LCD WriteByte x 3 6 用插值法計(jì)算數(shù)據(jù) 在科學(xué)和工程問題上可以通過租入采樣 實(shí)驗(yàn)等方法或得若干離散的數(shù)據(jù) 根 據(jù)這些數(shù)據(jù) 我們往往希望得到一個(gè)連續(xù)的函數(shù) 也就是曲線 或者更加密集的離 散方程與已知數(shù)據(jù)相吻合 這個(gè)過程叫擬合 插值是曲線必須通過已知點(diǎn)的擬合 是離散函數(shù)逼近的重要方法 利用它可通過函數(shù)在有限個(gè)點(diǎn)處的取值狀況 估算出 函數(shù)在其它點(diǎn)的近似值 由于