溫度傳感系統(tǒng)

1、溫度檢測(cè)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 專業(yè)：電子信息工程 學(xué)號(hào)：1228401083 姓名：楊海藝 指導(dǎo)老師：周鳴籟摘要 溫度檢測(cè)系統(tǒng)是一種應(yīng)用非常廣泛且較熱門的系統(tǒng)，對(duì)現(xiàn)代社會(huì)越來(lái)越重要。此次溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)在硬件方面主要采用STC89C52單片機(jī)作為主控核心并通過(guò)1602LCD液晶顯示屏顯示、蜂鳴器上下限溫度報(bào)警實(shí)現(xiàn)溫度顯示；溫度檢測(cè)則是由鉑電阻溫度傳感器PT100的熱電效應(yīng)產(chǎn)生的電動(dòng)差通過(guò)橋式差分輸入LM324組成的放大電路及低通濾波電路進(jìn)行放大濾波，然后通過(guò)16位的高精度A/D1100數(shù)模轉(zhuǎn)換到單片機(jī)進(jìn)行處理。STC89C52單片機(jī)是由Atmel公司推出的，功耗小，電壓可選用46V電壓供電；熱電

2、阻PT100電阻溫度系數(shù)為3.9×103，0時(shí)電阻值為100，電阻變化率為0.3851/鉑電阻溫度傳感器精度高，穩(wěn)定性好，應(yīng)用溫度范圍廣，是中低溫區(qū)（-200650）最常用的一種溫度檢測(cè)器，不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制成各種標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)。關(guān)鍵詞:STC89C52；LM324；A/D1100AbstractRecently,Temperature detection system is a widely used and more popular systems, more and more important in modern society. The temperature d

3、etection system design in terms of hardware used mainly as a master STC89C52 microcontroller core and through 1602LCD LCD display, a buzzer sound and temperature alarm limit for temperature display; the temperature is detected by the thermoelectric effect of platinum resistance temperature sensor PT

4、100 power generated by the difference between the differential input bridge consisting LM324 amplifier and low pass filter circuit amplifies the filter, and then by 16 high-precision A / D1100 digital-analog conversion to the microcontroller for processing. STC89C52 SCM was introduced by Atmel's

5、 low power consumption, voltage can be selected 4 6V voltage power supply; RTD PT100 resistance temperature coefficient of 3.9 × 10-3 / , 0 when the resistance value of 100, resistance change was 0.3851 / platinum resistance temperature sensor high accuracy, good stability, wide application tem

6、perature range is in the low temperature (-200 650 ) most commonly used temperature detector, not only widely used in industrial temperature measurement, and is made from a variety of standard thermometer.Key words: STC89C52; LM324;A/D1100目 錄第一章 基于單片機(jī)溫度檢測(cè)系統(tǒng)的方案研究1.1 系統(tǒng)基本方案選擇和論證1.1.1 測(cè)量溫度傳感器選擇方案與論證1.1

7、.2 放大電路的選擇方案與論1.1.3 濾波電路的選擇方案與論證1.1.4 A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換的選擇方案和論證1.1.5 顯示模塊選擇方案和論證1.1.6 溫度上限聲光報(bào)警模塊的選擇方案與論證1.2 熱電阻PT100,LM324,AD1100和LCD1602的原理及說(shuō)明1.2.1 熱電阻PT100工作原理及說(shuō)明1.2.2 LM324工作原理及說(shuō)明1.2.3 AD1100作原理及說(shuō)明1.2.4 LCD1602的工作原理及說(shuō)明1.2.5 蜂鳴器工作原理及說(shuō)明第二章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)2.1系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框圖2.2電路模塊的設(shè)計(jì)和原理圖2.2.1溫度采集模塊的設(shè)計(jì)2.2.2 A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計(jì)2.2

8、.3放大電路模塊的設(shè)計(jì)2.2.4濾波電路模塊的設(shè)計(jì)2.2.5振蕩電路原理圖2.2.6蜂鳴器電路原理圖2.2.7顯示電路原理圖第三章 系統(tǒng)測(cè)試3.1仿真調(diào)試3.2 硬件測(cè)試3.3 軟件測(cè)試第五章 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析參考文獻(xiàn)附錄 【程序代碼】第一章 基于單片機(jī)溫度檢測(cè)系統(tǒng)的方案研究1.1 系統(tǒng)基本方案選擇和論證1.1.1 測(cè)量溫度傳感器選擇方案與論證方案一：使用數(shù)字型DS18B20溫度傳感器。它是單線接口方式，在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊；測(cè)溫范圍 55125，在10-50°C范圍內(nèi)精度高達(dá)0.1°C；支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20

9、可以并聯(lián)在唯一的三線上；且在使用中不需要任何外圍元件。方案二：采用鉑電阻溫度傳感器PT100，電阻溫度系數(shù)為3.9×103，0時(shí)電阻值為100，電阻變化率為0.3851/鉑電阻溫度傳感器精度高，穩(wěn)定性好，應(yīng)用溫度范圍廣，是中低溫區(qū)（-200650）最常用的一種溫度檢測(cè)器，不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制成各種標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)。它測(cè)量精度高（熱電阻直接與被測(cè)對(duì)象接觸，不受中間介質(zhì)的影響），測(cè)量范圍廣。在使用時(shí)，它能將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成熱電勢(shì)信號(hào), 通過(guò)電氣測(cè)量?jī)x表的配合, 就能測(cè)量出被測(cè)的溫度。由于實(shí)驗(yàn)要求模擬電路為主，此次采用方案二。1.1.2 放大電路的選擇方案與論 方案一：采用兩片數(shù)字AD

10、603級(jí)聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)放大和增益控制。AD603最高帶寬可達(dá)到90MHz,最高可達(dá)到51dB增益，通過(guò)DA輸出控制GPOS和GNEG引腳之間壓差實(shí)現(xiàn)增益控制，兩片級(jí)聯(lián)即可滿足增益要求。但AD603價(jià)格昂貴，且電路設(shè)計(jì)要求沒(méi)有那么高的精度帶寬要求。 方案二：采用LM324三運(yùn)放差分電路進(jìn)行放大，盡可能提高輸入阻抗和共模抑制比，盡可能減小輸出噪聲和溫漂，從而盡可能減小信號(hào)的失真。在實(shí)際使用時(shí)可以根據(jù)需要調(diào)整放大倍數(shù)的大小，靈活方便，通用性強(qiáng)，極具實(shí)用價(jià)值。 所以此次采用方案二。1.1.3 濾波電路的選擇方案與論證方案一：為了去掉50Hz信號(hào)和其他隨機(jī)噪聲的干擾。從濾波效果好和電路盡可能簡(jiǎn)單的角度考慮，采

11、用高清度運(yùn)放LM324設(shè)計(jì)一個(gè)二階壓控電壓源低通濾波電路,該電路沒(méi)有較高的帶寬及精度要求。 方案二：采用AD713構(gòu)成狀態(tài)變量濾波器進(jìn)行濾波。該電路濾波效果好，決定截止頻率和Q值的元件相互獨(dú)立，且元件靈敏度低，可達(dá)到較高的Q值，通過(guò)改變數(shù)字電位器的阻值實(shí)現(xiàn)中心頻率的調(diào)節(jié)，但由于AD713屬于高精度，高帶寬芯片，價(jià)格昂貴。 由于此次對(duì)濾波性能要求不高，所以采用方案一。1.1.4 A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換的選擇方案和論證 方案一：A/D轉(zhuǎn)換電路的采用ADC0804進(jìn)行設(shè)計(jì)，顯示電路采用發(fā)光二極管進(jìn)行設(shè)計(jì)。555振蕩電路產(chǎn)生1KHz的脈沖信號(hào)觸發(fā)ADC0804的WR完成A/D轉(zhuǎn)換操作。ADC0804是分辯率為

12、8位的逐次逼近型的A/D轉(zhuǎn)換器，完成一次轉(zhuǎn)換大約需要100us，輸入電壓為0-5V引出端是芯片內(nèi)部電阻所用的基準(zhǔn)電源電壓，為芯片電源電壓的1/2，即2.5V。 方案二：采用16位的高精度AD1100數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片,內(nèi)部自帶時(shí)鐘，不需要外部脈沖信號(hào)的驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，且精度較高，軟件要求不高。 所以此次采用方案二。1.1.5 顯示模塊選擇方案和論證溫度數(shù)據(jù)的顯示模塊我們一共有兩種選擇方案，分別是：數(shù)碼管顯示，LCD1602液晶屏顯示：方案一: 采用通用的LED數(shù)碼管，這樣顯示的相對(duì)來(lái)說(shuō)要簡(jiǎn)單許多。對(duì)程序的編程也相對(duì)來(lái)說(shuō)較方便。但是，數(shù)碼管占用的IO口較多。方案二: 1602液晶模塊內(nèi)部的字

13、符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼。這樣在顯示溫度數(shù)據(jù)的時(shí)候就比較的直觀同時(shí)在一定程度上也增加了字符的豐富感。比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時(shí)模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來(lái)，我們就能看到字母“A”。方案三：采用LCD12864顯示，帶中文字庫(kù)的128X64是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128×64, 內(nèi)置8192個(gè)16*

14、16點(diǎn)漢字，和128個(gè)16*8點(diǎn)ASCII字符集.利用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面?？梢燥@示8×4行16×16點(diǎn)陣的漢字. 也可完成圖形顯示.低電壓低功耗是其又一顯著特點(diǎn)。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡(jiǎn)潔得多，且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。為了更加方便的滿足設(shè)計(jì)要求及減少軟件上帶來(lái)的不便，此次采用了方案二。1.1.6 溫度上限聲光報(bào)警模塊的選擇方案與論證聲音報(bào)警我們選擇蜂鳴器來(lái)達(dá)到報(bào)警目的，光提醒我們選擇體積小、亮度高等優(yōu)點(diǎn)的led發(fā)光二極管。方案一：

15、有源蜂鳴器內(nèi)部帶有振蕩源，所以，只需要通上其正常的工作直流電壓就可以有效的工作。故，其連接線路簡(jiǎn)單，占用的程序儲(chǔ)存空間小。方案二：無(wú)源蜂鳴器內(nèi)部不帶振蕩源，所以，直接用工作的直流電是不會(huì)有效的發(fā)出聲響的。必須用2kHz5kHz的方波信號(hào)去控制驅(qū)動(dòng)它，那樣它才能順利的工作。綜上所述，我們會(huì)選擇操作簡(jiǎn)單的方案一。1.2 熱電阻PT100,LM324,AD1100和LCD1602的原理及說(shuō)明1.2.1 熱電阻PT100工作原理及說(shuō)明 熱電阻是利用物質(zhì)在溫度變化時(shí)本身電阻也隨著發(fā)生變化的特性來(lái)測(cè)理溫度的，在工業(yè)上被廣泛地應(yīng)用于測(cè)量中低溫區(qū)（-200500）的溫度。目前主工的熱電阻有鉑、銅、鎳等，為適應(yīng)

16、低溫測(cè)量的需要，還研制出川銦、錳、碳等作為熱電阻材料。l 鉑熱電阻鉑電阻在氧化性介質(zhì)中，甚至在高溫下，物理、化學(xué)性能比較穩(wěn)定，因此，它有很好的穩(wěn)定性和測(cè)量精度，主要用于高精度的溫度測(cè)量和標(biāo)準(zhǔn)測(cè)溫裝置中。鉑電阻與溫度的關(guān)系，在0630.74以內(nèi)為 （13）在-1930以內(nèi)為 （14）式中是溫度為時(shí)的電阻值；是溫度為0時(shí)的電阻值；t為任一溫度值；A、B、C為分度系數(shù)，A=3.940 / ，B=-5.84 / ，C=-4.22 / 。由上式可知，要確定與t的關(guān)系，首先要確定的數(shù)值。在工業(yè)上將相應(yīng)于=50 和=100的t的關(guān)系制成分度表，稱為熱電阻分度表，供讀者查閱。l 熱電阻溫度傳感器的連線方式熱電

17、阻由于溫度高，性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)在工業(yè)測(cè)量中得到廣泛應(yīng)用。但其缺點(diǎn)是熱慣性大，需輔助電源。另外，值得注意的是，流過(guò)熱電阻絲的電流一般為45mA，不能過(guò)大，否則會(huì)因?yàn)楫a(chǎn)生的熱量過(guò)多而影響測(cè)量精度。由于熱電阻的阻值很小，所以以它的測(cè)量誤差與其接線電阻有關(guān)。如50 的鉑電阻，1 的導(dǎo)線電阻將產(chǎn)生5 的誤差。一般為了降低導(dǎo)線的電阻影響。如下圖7所示，實(shí)際溫度測(cè)量中，常用電橋作為熱電阻的車來(lái)那個(gè)電路。因此，利用電橋接線法能精確的測(cè)量溫度。由于這種方法精確并且簡(jiǎn)單，所以，在工業(yè)上用鉑電阻測(cè)溫時(shí)，幾乎都是這種接線方法。1.2.2 LM324工作原理及說(shuō)明LM324系列器件為價(jià)格便宜的帶有真差動(dòng)輸入的四運(yùn)算放大器

18、，與單電源應(yīng)用場(chǎng)合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，他們有一些顯著的優(yōu)點(diǎn)，該四放大器可以工作在低到3V或者32V的電源下，共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場(chǎng)合中采用外部偏置元件的必要性，輸出電壓范圍也包括負(fù)電源電壓。由于LM324四運(yùn)放電路具有電源電壓范圍寬,靜態(tài)功耗小,可單電源使用,價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn),因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中。LM324性能指標(biāo)：l 短路保護(hù)輸出l 真差動(dòng)輸入級(jí)l 單電源工作：3.0V至32Vl 低輸入偏置電流：100nAl 每一封裝有四個(gè)放大器l 內(nèi)部補(bǔ)償l 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)引腳輸出l 在輸入端的靜電放電位增加可靠性而不影響器件的工作1.2.3 AD1100作原理及說(shuō)明 ADS11

19、00全差分輸入、16位分辨率、有自校準(zhǔn)功能的精密A/D轉(zhuǎn)換器，該芯片的內(nèi)置自校準(zhǔn)系統(tǒng)對(duì)于用戶是透明的。ADS1100使用I2C串行接口以電源電壓作用參考電壓，片內(nèi)可編程增益放大器（PGA）可提供最大的為8的增益，因此，即使在高分辨情況下也能采樣到小信號(hào)，在單次轉(zhuǎn)換模式下，ADS1100在一次轉(zhuǎn)換結(jié)束后可自動(dòng)關(guān)閉自身電源，因而可減少系統(tǒng)在空閑周期的電流消耗，由于ADS1100的易用性，故可以大大降低精密測(cè)量設(shè)備工作的工作量，ADS1100主要應(yīng)用在空間和功耗方面要求比較嚴(yán)格的高分辨率采樣測(cè)量電路中，ADS1100以其獨(dú)特的精度特性可廣泛應(yīng)用便攜設(shè)備、工業(yè)過(guò)程控制器、智能發(fā)射器、消費(fèi)類產(chǎn)品、工廠自

20、動(dòng)化設(shè)備和溫度測(cè)量等系統(tǒng)。l ADS1100引腳排列： 圖3 ADS1100l ADS1100的主要特點(diǎn)如下：16位無(wú)丟碼 8個(gè)地址范圍有連續(xù)自校準(zhǔn)功能單周期轉(zhuǎn)換 內(nèi)部帶有系統(tǒng)時(shí)鐘具有I2C接口精度：0.0125（FSR MAX）可編程增益放大器的增益可在1、2、4或8中進(jìn)行選擇低噪聲：4Vpp 可編程數(shù)據(jù)采樣速率：8SPS128SPS電源電壓為2.75.5V電流損耗可低至90Al ADS1100的內(nèi)部結(jié)構(gòu) ADS1100的內(nèi)部包括A/D轉(zhuǎn)換器，可編程增益放大器，時(shí)鐘發(fā)生器和I2C接口四大部分，芯片內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)可直接送給A/D轉(zhuǎn)換核及I2C接口，而無(wú)需片外時(shí)鐘，A/D轉(zhuǎn)換核包括

21、差分開關(guān)電容轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)以及其后的數(shù)字濾波器。差分模擬信號(hào)經(jīng)PGA到A/D轉(zhuǎn)換核轉(zhuǎn)換后可輸出二進(jìn)制編碼。l 工作原理 1) 上電和復(fù)位ADS1100上電時(shí)會(huì)自動(dòng)復(fù)位并將控制字寄存器設(shè)置成默認(rèn)值。此外，它也能響應(yīng)I2C復(fù)位指令（全局調(diào)用復(fù)位指令GENERAL CALL RESET：地址字節(jié)是00H接著是數(shù)據(jù)字節(jié)06H），在接收到復(fù)位指令后，ADS1100將執(zhí)行內(nèi)部復(fù)位，此時(shí)如果正在轉(zhuǎn)換，則中斷，輸出寄存器置0，并將控制字寄存器恢復(fù)默認(rèn)值。 2) ADS1100的I2C地址ADS1100的I2C地址是1001xxxB，其中"xxx"由廠家設(shè)定，ADS1100有8個(gè)不同的I2C地址（

22、從000到111）。根據(jù)I2C的不同地址可分為8個(gè)獨(dú)立器件，其各自封裝的打標(biāo)字樣（在芯片的頂部）如表3所列。 3) 輸出編碼輸出編碼是一個(gè)和輸出電壓成正比例的數(shù)，并與位數(shù)相關(guān)，而位數(shù)又與轉(zhuǎn)換速率有關(guān)，它們的對(duì)應(yīng)如表4所列。 對(duì)于給定的最小編碼、PGA增益設(shè)置，正負(fù)輸入端電壓VIN和VIN、以及電源電壓來(lái)說(shuō)，輸出編碼可由表達(dá)式（1）給出，由于ADS1100集成了自校準(zhǔn)系統(tǒng)且具有自校準(zhǔn)功能，故可以補(bǔ)償增益和失調(diào)所引起的誤差，因此該表達(dá)式不必考慮這些參數(shù)。輸出編碼1×最小編碼×PGA× 如轉(zhuǎn)換速率是16SPS，PGA2，那么：表5給出了不同輸入電平所對(duì)應(yīng)的輸出編碼。 4

23、) 寄存器ADS1100有兩個(gè)寄存器，輸出寄存器和控制字寄存器，輸出寄存器用于存放最后一次的轉(zhuǎn)換結(jié)果，控制字寄存器則可以改變ADS1100的操作模式和進(jìn)行狀態(tài)查詢。 （1）輸出寄存器16位的輸出寄存器存儲(chǔ)的是以二進(jìn)制補(bǔ)碼表示的最后一次的轉(zhuǎn)換結(jié)果，在ADS1100復(fù)位或上電之后，輸出寄存器清零，輸出寄存器的格式如表6所示。（2）控制字寄存器 8位控制字寄存器用于控制ADS1100的工作模式，轉(zhuǎn)換速率和PGA設(shè)置，控制字寄存器的格式如表7所列，默認(rèn)值是8CH?，F(xiàn)將各位說(shuō)明如下： 位7（ST/BSY）：在單次轉(zhuǎn)換模式下，向ST/BSY寫入1可使一次開始，寫入0無(wú)影響，在連續(xù)轉(zhuǎn)換模式下，ADS1100

24、忽略寫入ST/BSY的值。另外，在單次轉(zhuǎn)換模式下，如果ST/BSY讀到了1值，表明A/D轉(zhuǎn)換器正忙，即正在轉(zhuǎn)換中；如果是0，則表明當(dāng)前沒(méi)有轉(zhuǎn)換工作，輸出寄存器保存的是最后一次的轉(zhuǎn)換結(jié)果，在連續(xù)模式下，ST/BSY總是讀到1。位65：保留字。使用時(shí)必須設(shè)置成0。位4（SC）：用于控制ADS1100是連續(xù)轉(zhuǎn)換模式還是單次轉(zhuǎn)換模式，當(dāng)SC為1時(shí)，ADS1100是單次轉(zhuǎn)換模式（Single Conversion），為0則為連續(xù)轉(zhuǎn)換模式，該位的默認(rèn)值是0。位32（DR）；用于控制ADS1100的轉(zhuǎn)換速率，見表8所列。 位10（PGA）：用于ADS1100的增益設(shè)置，設(shè)置方法見表9所列。l 工作模式ADS

25、1100有兩種工作模式：連續(xù)轉(zhuǎn)換模式和單次轉(zhuǎn)換模式，連續(xù)轉(zhuǎn)換模式下，當(dāng)一次轉(zhuǎn)換結(jié)束后，ADS1100將結(jié)果放入輸出寄存器并立刻開始下一次轉(zhuǎn)換，ST/BSY位在控制字寄存器中始終讀到的是1。如果是單次轉(zhuǎn)換模式，則在ST/BSY位被置1后，ADS1100上電并執(zhí)行一次轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束后，ADS1100會(huì)把結(jié)果放入輸出寄存器，并復(fù)位ST/BSY成0，關(guān)斷電源。在轉(zhuǎn)換中，ST/BSY置1無(wú)效，如果要從連續(xù)模式切換到單次模式，ADS1100可在執(zhí)行完當(dāng)前轉(zhuǎn)換后ST/BSY置0，然后斷電。l 讀/寫操作ADS1100的輸出寄存器和控制字寄存器的內(nèi)容是可讀的。要讀ADS1100，可將其設(shè)為讀狀態(tài)（7位的ADS

26、1100地址后加1位高電平有效的讀信號(hào)，高位在前，如ADS1100A0則是10010001），以讀取三個(gè)字節(jié)的內(nèi)容，其中前兩個(gè)字節(jié)是輸出寄存器的內(nèi)容（高位在前），第三個(gè)字節(jié)是控制字寄存器的內(nèi)容（高位在前，從第四個(gè)字節(jié)開始起均為FFH。如果只想知道輸出寄存器的內(nèi)容是否合理，可僅讀取前兩個(gè)字節(jié)而忽略其后的字節(jié)。ADS1100的輸出寄存器是只讀的，只能向控制字寄存器寫內(nèi)容，寫的方法是將ADS1100設(shè)置為寫（在ADS1100地址后加1位低電平有效的寫信號(hào)，高位在前），然后寫入一個(gè)字節(jié)（高位在前）。ADS1100忽略在第一個(gè)字節(jié)以后的內(nèi)容。1.2.4 LCD1602的工作原理及說(shuō)明 顯示電路由1602

27、液晶接口插槽組成，如下圖3.12所示。液晶顯示器R/W端直接接地，表示只允許寫入，而不可以從中讀取。使能端E由單片機(jī)P0.7引腳控制，數(shù)據(jù)/命令選擇端由單片機(jī)的P2.6引腳控制。偏壓信號(hào)VL端與滑動(dòng)變阻器RH1相連，通過(guò)RH1可以調(diào)節(jié)顯示器的顯示對(duì)比度。RD1主要用于限流作用，起到一定的保護(hù)作用。顯示器數(shù)據(jù)端口與單片機(jī)的P0對(duì)應(yīng)相連，單片機(jī)通過(guò)P0口可以向顯示器中輸入控制命令或要顯示的字符。1.2.5 蜂鳴器工作原理及說(shuō)明 蜂鳴器發(fā)聲原理是電流通過(guò)電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)來(lái)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)膜發(fā)聲的，因此需要一定的電流才能驅(qū)動(dòng)它，單片機(jī)IO引腳輸出的電流較小，單片機(jī)輸出的TTL電平基本上驅(qū)動(dòng)不了蜂鳴

28、器，因此需要增加一個(gè)功率放大的電路。由單片機(jī)P3.7 接口外接一個(gè)1K電阻和兩個(gè)NPN型三極管來(lái)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。其主要任務(wù)是輸出大信號(hào)和大功率，對(duì)音頻信號(hào)有效不失真的進(jìn)行放大以推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。第二章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)2.1系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框圖STC89C52單片機(jī)放大電路濾波電路溫度上下限報(bào)警溫度采集A/D1100數(shù)模轉(zhuǎn)換 LCD1602液晶顯示 圖2.1 系統(tǒng)流程圖2.2電路模塊的設(shè)計(jì)和原理圖2.2.1溫度采集模塊的設(shè)計(jì) 電阻電橋輸出的電壓信號(hào)反應(yīng)了兩個(gè)輸出端之間的電壓信號(hào)看成是由差摸信號(hào)（兩個(gè)輸出端之間的信號(hào)變化）和共模信號(hào)（每一個(gè)輸出端靜態(tài)時(shí)的對(duì)地電壓）所組成。l 電路圖如下：圖2.2.1

29、 橋式電路輸出l 電路原理：溫度為0橋平衡時(shí)有將帶入上式可得 當(dāng)時(shí)有 即電橋輸入電壓與熱電阻的變化量成正比，并且輸出電壓與之間是線性關(guān)系。所以，在設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)中一定要注意要滿足<< 這一條件。2.2.2 A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計(jì)l 如圖：2.2.3放大電路模塊的設(shè)計(jì)在進(jìn)行放大電路設(shè)計(jì)時(shí)，主要應(yīng)該考慮盡可能提高輸入阻抗和共模抑制比，盡可能減小輸出噪聲和溫漂，從而盡可能減小信號(hào)的失真。測(cè)理技術(shù)中常需要把橋路的雙端差模小信號(hào)放大并轉(zhuǎn)換為單端輸也的信號(hào)，而且既要對(duì)共模信號(hào)具有相當(dāng)強(qiáng)的抑制能力又要盡可能地減小溫漂。差分放大電路的特點(diǎn)正好能夠滿足這些需求，差分放大電路的設(shè)計(jì)可以采取三極管、場(chǎng)效應(yīng)管

30、和集成運(yùn)放等多種方案進(jìn)行。在工程實(shí)際中，為了提高系統(tǒng)的抗干攏能力，以獲得純凈的信號(hào)，一般使用運(yùn)算放大器來(lái)設(shè)計(jì)差分放大電路。這里我們采用集成運(yùn)放來(lái)設(shè)計(jì)差分放大器。如圖所示，為三運(yùn)放構(gòu)成的差分電路，這是一種現(xiàn)代工程常用的差分放大器的結(jié)構(gòu)。運(yùn)放A1和A2構(gòu)成輸入放大部分，A3為差分放大部分。從電路結(jié)構(gòu)可知，該電路具有輸入阻抗高、共模抑制比高、溫漂影響小和二級(jí)放大信號(hào)失真小等優(yōu)點(diǎn)。l 電路參數(shù)分析 （1）電路的輸入輸出電阻 根據(jù)圖2的等效電路，對(duì)三運(yùn)放差分放大電路來(lái)說(shuō)，其輸入端對(duì)信號(hào)源來(lái)說(shuō)具有相當(dāng)高的電阻，輸出電阻則是輸出差分放大電路的輸出電阻。 （2）偏置電流和失調(diào)電壓 圖2表明，三運(yùn)放差分放大電路

31、并沒(méi)有提供直流偏置電流通道。盡管電阻RW是運(yùn)算大器A1和A2的同相端各加一個(gè)接電阻，才能構(gòu)成偏置電流通道。實(shí)際上，在A1和A2中任何一個(gè)同相輸入端加上一個(gè)接電阻即可，但為了保持較小的失調(diào)電壓，應(yīng)當(dāng)各加一個(gè)電阻。 （3）共模抑制比三運(yùn)放差分放大電路的共模抑制比KCMR由差分電路的電阻決定。目前工程中經(jīng)常使用的是集成化的三運(yùn)放差分放大電路，共模抑制比可以達(dá)到100dB以上。除此之外，還必須注意共模信號(hào)的幅度一般比較大，需要考慮運(yùn)算放大器對(duì)輸入信號(hào)最大值的承受能力，保證每個(gè)輸入端的最大輸入信號(hào)幅度在允許范圍內(nèi)。l 電路行為特性（1）差分輸出部分在理想運(yùn)算放大器條件下，根據(jù)電路圖和差分放大器行為特征，

32、得到A3運(yùn)算放大器差分電路的輸出為： （1）（2）輸入放大部分對(duì)于信號(hào)輸入端，可以得到有關(guān)電阻上電流的方程 （2） 從上式可以解出： （3） 把上式帶入（1）式后可得： （4）式（4）就是理想運(yùn)算放大器條件下，三運(yùn)放差分放大器的行為特征。其中，是差分放大部分的差分信號(hào)放大倍數(shù)， 是輸入放大部分的差分信號(hào)放大倍數(shù)。對(duì)式（4）的討論如下：1） 如果設(shè)輸入信號(hào)由差模信號(hào)和共模信號(hào)疊加組成，則在理想條件下（理想的運(yùn)放和對(duì)稱的電阻元件），電路的共模抑制比可以達(dá)到無(wú)窮大；2） 設(shè)輸入共模信號(hào)為，在式（3）中令，可以得到。這說(shuō)明在三運(yùn)放組成的差分放大器中，A1和A2組成的輸入放大部分對(duì)共模信號(hào)沒(méi)有任何放大作

33、用。 以上分析還說(shuō)明，在理想條件下，如果考慮 上電流代數(shù)和為零，對(duì)于輸入的差分信號(hào)來(lái)說(shuō)，可以認(rèn)為A1和A2組成的輸入放大部分相當(dāng)于兩個(gè)相互獨(dú)立的同相放大器，同相放大器的反相輸入端的接地電阻為，由此也可以得到式（4）。但由于忽略了電流的抵消的原理，所以這種分析方法不適合于對(duì)共模輸入信號(hào)的分析。l 電路設(shè)計(jì)如圖：圖 LM324三運(yùn)放放大電路2.2.4濾波電路模塊的設(shè)計(jì)l 通帶電壓放大倍數(shù) LPF的通帶電壓放大倍數(shù)就是f=0是輸入電壓與輸出電壓之比。而對(duì)于直流信號(hào)而言，電路中的電容相當(dāng)于開路，因此它的通帶電壓放大倍數(shù)就是同相比例電路的電壓放大倍數(shù)，即： （5）l 傳遞函數(shù)集成運(yùn)放同相輸入端的對(duì)地電壓

34、與輸出電壓的關(guān)系是 （6）與M點(diǎn)的電位關(guān)系是 （7）由節(jié)點(diǎn)電流法（M點(diǎn)）可得： （8）將式（6）、（7）、（8）聯(lián)立求解，圖4所示的濾波電路的傳遞函數(shù)是 （9）上式表明電路的通帶電壓放大倍數(shù)應(yīng)小于3，否則將有極點(diǎn)處于右半S平面或虛軸上，電路不能穩(wěn)定工作。l 頻率特性將式（9）中的s換成，并令，可得 （10）當(dāng)時(shí)，式（10）可化簡(jiǎn)為 （11） 當(dāng)時(shí)電壓放大倍數(shù)的模與通帶電壓放大倍數(shù)之比成為Q值。 （12） 當(dāng)二階壓控LPF的幅頻特性可知，當(dāng)=0.7時(shí)濾波效果最好，此時(shí)=1.57.l 電路設(shè)計(jì)如圖： 圖2.2.3 二階壓控電壓源低通濾波電路2.2.6蜂鳴器電路原理圖圖 蜂鳴器電路圖2.2.7顯示電

35、路原理圖圖2.2.5 LCD1602液晶顯示第三章 系統(tǒng)測(cè)試 3.1放大及濾波電路仿真調(diào)試3.1.1 放大及濾波仿真電路圖l 調(diào)節(jié)R11改變?cè)鲆妫簣D3.12 R11調(diào)至4%時(shí)的放大及增益圖 圖3.13 R11調(diào)至84%時(shí)的放大及增益圖綜上分析：此設(shè)計(jì)的放大電路增益可以在50HZ以內(nèi)達(dá)到等值0至60dB放大， 且波形無(wú)失真。3.2 硬件測(cè)試l 放大及濾波電路的調(diào)試參數(shù)表一 放大及濾波電路的調(diào)試參數(shù)輸入f=10/HzUi/mV2345678910Uo/V0.6240.9121.281.581.982.242.562.923.20l 放大電路及濾波電路檢測(cè)圖 圖 放大電路可調(diào)增益(Vp-p=648m

36、V)圖 放大電路可調(diào)增益(Vp-p=768mV)圖 放大電路可調(diào)增益(Vp-p=3.48mV)圖 放大電路可調(diào)增益(Vp-p=3.48mV)綜上分析：當(dāng)輸入10HZ峰峰值為2mV的正弦波時(shí)，放大及濾波硬件電路輸出波 形有波動(dòng)，但整體上無(wú)失真，電路工作正常。l 整塊模擬電路輸出參數(shù) 由于熱電阻已損壞 ，此次實(shí)驗(yàn)采用滑動(dòng)變阻器代替鉑熱電阻PT100; 表二 輸出電路參數(shù)Ui2=67mV,R299.7(PT00,0)Rt=100)R(PT100)99.7100.1100.9101.2101.8Ui1/mV67.067.367.568.168.5Uo/V0.5880.8671.652.23Ui2=67

37、mV,R299.7(PT00,0)Rt=100)R(PT100)102.2102.8103.4103.5103.9Ui1/mV68.769.269.769.970.2Uo/V2.503.133.814.184.56l Pt100熱電阻分度表溫度 /0123456789電阻值（）-4084.2783.8783.4883.0882.6982.2981.8981.581.180.7-3088.2287.8387.4387.0486.6486.2585.8585.4685.0684.67-2092.1691.7791.3790.9890.5990.1989.889.489.0188.62-1096.0

38、995.6995.394.9194.5294.1293.7393.3492.9592.55010099.6199.2298.8398.4498.0497.6597.2696.8796.480100100.39100.78101.17101.56101.95102.34102.73103.12103.5110103.9104.29104.68105.07105.46105.85106.24106.63107.02107.420107.79108.18108.57108.96109.35109.73110.12110.51110.9111.2930111.67112.06112.45112.831

39、13.22113.61114114.38114.77115.1540115.54115.93116.31116.7117.08117.47117.86118.24118.63119.0150119.4119.78120.17120.55120.94121.32121.71122.09122.47122.8660123.24123.63124.01124.39124.78125.16125.54125.93126.31126.6970127.08127.46127.84128.22128.61128.99129.37129.75130.13130.5280130.9131.28131.66132

40、.04132.42132.8133.18133.57133.95134.3390134.71135.09135.47135.85136.23136.61136.99137.37137.75138.13綜上分析：將測(cè)量到的熱電阻阻值參照熱電阻PT100的分度表可以估計(jì)出當(dāng)下 環(huán)境/物體的溫度大約所在范圍。3.2 軟件測(cè)試 將檢測(cè)到的放大及濾波電路的輸出電壓經(jīng)過(guò)AD1100轉(zhuǎn)換輸入單片機(jī)內(nèi)，然后根據(jù)熱電阻分度表通過(guò)電壓轉(zhuǎn)換到所對(duì)應(yīng)的溫度，通過(guò)LCD1602液晶顯示出來(lái)當(dāng)下環(huán)境/物體的溫度值。第五章 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析參考文獻(xiàn)【1】郭天祥.51單片機(jī)C語(yǔ)言教程M.北京：電子工業(yè)出版社.2009-12.【2

41、】陳蕾.單片機(jī)原理與接口技術(shù)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2012-8.【3】網(wǎng)上關(guān)于溫度檢測(cè)的文獻(xiàn)資料.附錄 【硬件實(shí)路圖】【程序代碼】/*溫度檢測(cè)顯示程序*/ /*AD1100模數(shù)轉(zhuǎn)換*/ /*1602液晶顯示*/#include<reg52.h> #include <intrins.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned char/*ADS1100管腳定義*/sbit Sda=P20; sbit Scl=P21;/*1602管腳定義*/sbit RS=P22;sbit RW=P23;sbit E=P24;/*

42、段和位選*/ sbit DU=P26;sbit WE=P27;uchar code table=" TEMP IS ："/*延時(shí)函數(shù)*/void delay_xms(uint xms)uint i,j;for(i=xms;i>0;i-)for(j=112;j>0;j-);/*1602液晶顯示*/*寫命令*/ write_com(uchar com)RS=0; /數(shù)據(jù)/命令選擇端H/LRW=0; /讀寫選擇端H/LP0=com;delay_xms(5);E=1; /打開使能信號(hào)delay_xms(5);E=0;/*寫數(shù)據(jù)*/write_data(uchar dat

43、e)RS=1;RW=0;P0=date;delay_xms(5);E=1;delay_xms(5);E=0;/*1602初始化*/init_1602()RS=0;RW=0;E=0;DU=1;P0=0X00;DU=0;write_com(0X01);write_com(0X38);write_com(0X0f);write_com(0X06);write_com(0X80+0X03); /*AD TRANSFER*/*- 啟動(dòng)IIC總線-*/ void start(void) Sda=1; _nop_(); Scl=1; _nop_(); Sda=0; _nop_(); Scl=0; /*- 停

44、止IIC總線-*/ void stop(void) Sda=0; _nop_(); Scl=1; _nop_(); Sda=1; _nop_(); Scl=0; /*- 應(yīng)答IIC總線-*/ void ack(void) Sda=0;_nop_();Scl=1;_nop_();Scl=0;_nop_();/*- 非應(yīng)答IIC總線-*/void noack(void) Sda=1; _nop_(); Scl=1; _nop_(); Scl=0; _nop_(); /*- 發(fā)送一個(gè)字節(jié)配置寄存器-*/ void send(unsigned char Data) unsigned char BitCounter=8; unsigned