自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)課程設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的溫度自動(dòng)檢測(cè)儀表設(shè)計(jì)

1、 自動(dòng)檢測(cè)技術(shù) 基于單片機(jī)的溫度自動(dòng)檢測(cè)儀表設(shè)計(jì) 指導(dǎo)老師：王* 學(xué)號(hào)：201224* 姓名：* 班級(jí)：交控2班1. 設(shè)計(jì)要求（1）自動(dòng)完成溫度測(cè)量，溫度自動(dòng)完成溫度測(cè)量，溫度測(cè)量范圍通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)定（如1060），檢測(cè)精度為0.5。（2）要求將ad590采集的模擬溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，用3位共陰極led顯示結(jié)果，小數(shù)點(diǎn)后顯示一位。（3）超上、下限需要報(bào)警。2. 系統(tǒng)的硬件要求（1） 給出系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)和系統(tǒng)組成框圖。總體設(shè)計(jì) 功能：溫度自動(dòng)檢測(cè)儀表測(cè)溫范圍在55125，誤差在0.5以內(nèi)。溫度測(cè)量間隔時(shí)間選擇12s, 通過(guò)鍵盤(pán)擴(kuò)展（行列式或獨(dú)立式按鍵），有溫度上下限值及溫度報(bào)警功

2、能。在數(shù)字式溫度計(jì)的制作中主要以51單片機(jī)來(lái)控制，用溫度傳感器ad590檢測(cè)外界的溫度，軟件的顯示子程序用四位一體數(shù)碼管顯示出來(lái)，精確到1位小數(shù)點(diǎn)，在超出測(cè)溫范圍時(shí)，進(jìn)行報(bào)警功能。在焊接電路時(shí)要預(yù)留電源線，外接單片機(jī)at89s51調(diào)試設(shè)計(jì)要求。 系統(tǒng)框圖：（2） 完成單片機(jī)的選型（需要考慮成本），介紹其主要特點(diǎn)，給出單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。選型：mcs-51單片機(jī)是美國(guó)inte公司于1980年推出的產(chǎn)品，與mcs-48單片機(jī)相比，它的結(jié)構(gòu)更先進(jìn)，功能更強(qiáng)，在原來(lái)的基礎(chǔ)上增加了更多的電路單元和指令,指令數(shù)達(dá)111條，mcs-51單片機(jī)可以算是相當(dāng)成功的產(chǎn)品，一直到現(xiàn)在，mcs-51系列或其兼容

3、的單片機(jī)仍是應(yīng)用的主流產(chǎn)品，各高校及專業(yè)學(xué)校的培訓(xùn)教材仍與mcs-51單片機(jī)作為代表進(jìn)行理論基礎(chǔ)學(xué)習(xí)。簡(jiǎn)介：?jiǎn)纹⑿陀?jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)，即把組成微型計(jì)算機(jī)的各個(gè)功能部件，如中央處理器、隨機(jī)存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器、i/o接口電路、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及串行通信接口等集成在一塊芯片上，構(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)。由于單片機(jī)主要面對(duì)的是測(cè)控對(duì)象，突出的是控制功能，所以它從功能和形態(tài)上來(lái)說(shuō)都是應(yīng)測(cè)控功能領(lǐng)域應(yīng)用的要求而誕生的。隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，它在芯片內(nèi)集成了許多面對(duì)測(cè)控對(duì)象的接口電路，如adc、dac、高速i/o口、脈沖寬度調(diào)制器、監(jiān)視定時(shí)器等，這些接口電路已經(jīng)突破了微型計(jì)算機(jī)傳統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，所以單片機(jī)也成

4、為微型控制。51單片機(jī)是對(duì)目前所有兼容intel 8031指令系統(tǒng)的單片機(jī)的統(tǒng)稱。該系列單片機(jī)的始祖是intel的8031單片機(jī)，后來(lái)隨著flash rom技術(shù)的發(fā)展，8031單片機(jī)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，成為目前應(yīng)用最廣泛的8位單片機(jī)之一，其代表型號(hào)是atmel公司的at89系列，它廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)之中。目前很多公司都有51系列的兼容機(jī)型推出，在目前乃至今后很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)將占有大量市場(chǎng)。主要特點(diǎn)：8位cpu4kbytes 程序存儲(chǔ)器(rom)128bytes的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(ram)32條i/o口線111條指令，大部分為單字節(jié)指令21個(gè)專用寄存器2個(gè)可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器5個(gè)中斷源，2個(gè)優(yōu)先級(jí)一個(gè)

5、全雙工串行通信口外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器尋址空間為64kb外部程序存儲(chǔ)器尋址空間為64kb邏輯操作位尋址功能雙列直插40pindip封裝單一+5v電源供電最小應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：主控制器單片機(jī)at89s51具有低電壓和小體積等特點(diǎn)，兩個(gè)端口剛好滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)使用。其中時(shí)鐘振蕩電路使用了石英晶體振蕩器，接18、19腳，配置了相應(yīng)的晶振、電容，提供單片機(jī)脈沖信號(hào)，使單片機(jī)能正常的工作。 31腳的ea引腳則接到正電源端，使用片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。單片機(jī)要正常運(yùn)行，必須具備一定的硬件條件，其中最主要的就是三個(gè)基本條件：1.電源正常；2.時(shí)鐘正常；3.復(fù)位正常。at89s51單片機(jī)構(gòu)成的最小系

6、統(tǒng)（僅驅(qū)動(dòng)1個(gè)發(fā)光二極管）的電路，在at89s51單片機(jī)的40個(gè)引腳中：電源引腳2根，晶振引腳2根，控制引腳4根，可編程輸入輸出引腳32根。1、工作電源：電源是單片機(jī)工作的動(dòng)力源泉，對(duì)應(yīng)的接線方法為：40腳（vcc）電源引腳，工作時(shí)接+5v電源，20腳（gnd）為接地線。2、時(shí)鐘電路：時(shí)鐘電路為單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)序脈沖，單片機(jī)所有運(yùn)算與控制過(guò)程都是在統(tǒng)一的時(shí)序脈沖的驅(qū)動(dòng)下的進(jìn)行的，同樣，如果單片機(jī)的時(shí)鐘電路停止工作（晶振停振），那么單片機(jī)也就停止運(yùn)行了。當(dāng)采用內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，連接方法如下圖所示，在晶振引腳xtal1（19腳）和xtal2（18腳）引腳之間接入一個(gè)晶振，兩個(gè)引腳對(duì)地分別再接入一個(gè)電容即可產(chǎn)

7、生所需的時(shí)鐘信號(hào)，電容的容量一般在幾十皮法，如30pf。3、接著我們給單片機(jī)加一個(gè)指示燈。我們?cè)趩纹瑱C(jī)p1.7（8腳）上接一個(gè)發(fā)光二極管，這樣就可以用來(lái)做單片機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管的簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)了，圖中發(fā)光二極管負(fù)極對(duì)單片機(jī)引腳p1.7之間串接了一個(gè)560歐姆的限流電阻，防止發(fā)光二極管和單片機(jī)的引腳p1.7因?yàn)殡娏鬟^(guò)大燒壞，使發(fā)光二極管和單片機(jī)都工作在安全狀態(tài)。4、控制引腳ea接法。ea/vpp（31腳）為內(nèi)外程序存儲(chǔ)器選擇控制引腳，當(dāng)ea為低電位時(shí)，單片機(jī)從外部程序存儲(chǔ)器取指令；當(dāng)ea接高電平時(shí)，單片機(jī)從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器取指令。at89s51單片機(jī)內(nèi)部有4kb可反復(fù)擦寫(xiě)1000次以上的程序存儲(chǔ)器，因此我

8、們把ea接到+5v高電平，讓單片機(jī)運(yùn)行內(nèi)部的程序，我們就可以通過(guò)反復(fù)燒寫(xiě)來(lái)驗(yàn)證我們的程序了。5、復(fù)位電路：在復(fù)位引腳（9腳）腳持續(xù)出現(xiàn)24個(gè)振蕩器脈沖周期（即2個(gè)機(jī)器周期）的高電平信號(hào)將使單片機(jī)復(fù)位。如下圖所示電容c和電阻r構(gòu)成了單片機(jī)上電自動(dòng)復(fù)位電路，復(fù)位后，單片機(jī)從0000h單元開(kāi)始執(zhí)行程序，并初始化一些專用寄存器為復(fù)位狀態(tài)值，受影響的專用寄存器如下表所示：寄存器狀態(tài)寄存器狀態(tài)pc0000htcon00hacc00htl000hpsw00hth000hsp07htl100hdptr0000hth100hp0 - p3ffhscon00hipxxx00000hsbuf不確定ie0xx0000

9、0hpcon0xxx0000htmod00h（3）系統(tǒng)各功能模塊設(shè)計(jì)溫度傳感器采樣以及信號(hào)放大處理（給出ad590放大處理后電壓與溫度關(guān)系列表），顯示模塊，鍵盤(pán)輸入模塊、報(bào)警模塊設(shè)計(jì)。（1） 溫度傳感器采樣以及信號(hào)放大處理測(cè)溫電路則主要采用了型號(hào)為ad590測(cè)溫傳感器。ad590是ad公司利用pn結(jié)構(gòu)正向電流與溫度的關(guān)系制成的電流輸出型兩端溫度傳感器。ad590是美國(guó)模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。它的主要特性如下：1、 流過(guò)器件的電流（ma）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開(kāi)爾文）度數(shù)，即：式中：流過(guò)器件（ad590）的電流，單位為ma；t熱力學(xué)溫度，單位為k。2、ad590的測(cè)溫范

10、圍為-55+150。3、 ad590的電源電壓范圍為4v30v。電源電壓可在4v6v范圍變化，電流變化1ma，相當(dāng)于溫度變化1k。ad590可以承受44v正向電壓和20v反向電壓，因而器件反接也不會(huì)被損壞。4、輸出電阻為710mw。5、精度高。ad590共有i、j、k、l、m五檔，其中m檔精度最高，在-55+150范圍內(nèi)，非線性誤差為0.3。ad590放大處理后電壓與溫度關(guān)系列表ad590的輸出電流i=（273+t）a（t為攝氏溫度），因此測(cè)量的電壓v為（273+t）a10k=（2.73+t/100）v。攝氏溫度輸出電流（a）輸出電壓（v）-102632.6302732.73102832.83

11、202932.93303033.03403133.13503233.23603333.33703433.43803533.53903633.631003733.731103833.831203933.93（2） 顯示模塊顯示驅(qū)動(dòng)與顯示電路采用了三位共陰led數(shù)碼管，用三極管做驅(qū)動(dòng)。用輪詢的方法，送第一位顯示數(shù)據(jù)時(shí)，給第一位通電，送第二位顯示數(shù)據(jù)時(shí)，給第二位通電，送第三位顯示數(shù)據(jù)時(shí)，給第三位通電。（3） 鍵盤(pán)輸入模塊按鍵1和按鍵2用來(lái)設(shè)定溫度的上限，分別是加和減，按鍵3和按鍵4是用來(lái)設(shè)定溫度的下限，同樣分別是加和減，按鍵用來(lái)表示確認(rèn)。抖動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短由按鍵的機(jī)械特性決定，一般為5ms10ms。這是

12、一個(gè)很重要的時(shí)間參數(shù)，在很多場(chǎng)合都要用到。按鍵穩(wěn)定閉合時(shí)間的長(zhǎng)短則是由操作人員的按鍵動(dòng)作決定的，一般為零點(diǎn)幾秒至數(shù)秒。鍵抖動(dòng)會(huì)引起一次按鍵被誤讀多次。為確保cpu對(duì)鍵的一次閉合僅作一次處理，必須去除鍵抖動(dòng)。在鍵閉合穩(wěn)定時(shí)讀取鍵的狀態(tài)，并且必須判別到鍵釋放穩(wěn)定后再作處理。如果按鍵較多，常用軟件方法去抖，即檢測(cè)出鍵閉合后執(zhí)行一個(gè)延時(shí)程序，5ms10ms的延時(shí)，讓前沿抖動(dòng)消失后再一次檢測(cè)鍵的狀態(tài)，如果仍保持閉合狀態(tài)電平，則確認(rèn)為真正有鍵按下。當(dāng)檢測(cè)到按鍵釋放后，也要給5ms10ms的延時(shí)，待后沿抖動(dòng)消失后才能轉(zhuǎn)入該鍵的處理程序。（4） 報(bào)警模塊設(shè)計(jì)當(dāng)傳感器測(cè)試的溫度超過(guò)測(cè)量范圍（自己手動(dòng)設(shè)置的溫度上限或者下限），單片機(jī)buzz引腳輸出高電平，觸使三極管導(dǎo)通，蜂鳴器導(dǎo)電鳴叫報(bào)警。3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)主模塊，采樣處理模塊、數(shù)據(jù)處理模塊（標(biāo)度變換等）、鍵盤(pán)輸入模塊、led數(shù)碼顯示模塊，上、下限報(bào)警模塊。要求給出程序流程圖。（1） 系統(tǒng)主模塊主程序的主要功能是負(fù)責(zé)溫度的實(shí)時(shí)顯示、讀出并處理 ad590 的測(cè)量溫度。主模塊程序圖（2） 采樣處理模塊讀出溫度子程序采樣處理模塊的主要功能是讀出 ram 中的 9 字節(jié)。在讀出時(shí)須進(jìn)行 crc 校驗(yàn)，