畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-基于pt100單片機(jī)的溫度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　基于PT100單片機(jī)的溫度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文首先簡(jiǎn)要介紹了鉑電阻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

2、設(shè)計(jì)了時(shí)鐘電路模塊，能實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的實(shí)時(shí)測(cè)量。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)，減小了測(cè)量電路及PT100自身的誤差，使溫控精度在0℃～100℃范圍內(nèi)達(dá)到±0.1℃。</p><p>　　本文采用AT89S51單片機(jī)，TLC2543 A/D轉(zhuǎn)換器，DS1302時(shí)鐘芯片，AD620放大器，鉑電阻PT100及6位數(shù)碼管組成系統(tǒng)，編寫了相應(yīng)的軟件程序,使其實(shí)現(xiàn)溫度的實(shí)時(shí)顯示。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是

3、：使用簡(jiǎn)便；測(cè)量精確、穩(wěn)定、可靠；測(cè)量范圍大；使用對(duì)象廣。</p><p><b>　　關(guān)鍵詞：</b></p><p>　　PT100 單片機(jī) 溫度測(cè)量 DS1302</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This article briefly descr

4、ibes the characteristics of PT100 platinum resistance and temperature measurement method, on the basis it describes the design of temperature measurement system based on PT100. In this design, it is use a PT100 platinum

5、resistance as temperature sensor, in order to acquisition the temperature signal, it use of constant-current temperature measurement method and use single-chip control, Amplifier, A / D converter. In addition, it designs

6、 a clock circuit modules to achiev</p><p>　　The system contains SCM(AT89S51), analog to digital convert department (TLC2543), DS1302 chip, AD620 amplifier, PT100 platinum, LED Digital tube with six, write th

7、e corresponding software program to achieve real-time temperature display. The system is simple , accurate , stable and wide range. </p><p>　　Keywords: </p><p>　　PT100 SCM Temperature Measure

8、s DS1302</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　前 言1</b></p><p>　　第一章 方案設(shè)計(jì)與論證2</p><p>　　第一節(jié) 傳感器的選擇2</p><p>　　第二節(jié) 方案論證3</p><

9、;p>　　第三節(jié) 系統(tǒng)的工作原理3</p><p>　　第四節(jié) 系統(tǒng)框圖4</p><p>　　第二章 硬件設(shè)計(jì)5</p><p>　　第一節(jié) PT100傳感器特性和測(cè)溫原理5</p><p>　　第二節(jié) 信號(hào)調(diào)理電路6</p><p>　　第三節(jié) 恒流源電路的設(shè)計(jì)6</p><p

10、>　　第四節(jié) 放大電路的設(shè)計(jì)7</p><p>　　第五節(jié) A/D轉(zhuǎn)換器的選擇與設(shè)計(jì)電路9</p><p>　　第六節(jié) DS1302時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)12</p><p>　　第七節(jié) 單片機(jī)控制電路14</p><p>　　第八節(jié) 按鍵和顯示電路14</p><p>　　第三章 軟件設(shè)計(jì)錯(cuò)誤！未定義書簽。&

11、lt;/p><p>　　第一節(jié) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)說明16</p><p>　　第二節(jié) 軟件的有關(guān)算法16</p><p>　　第三節(jié) 軟件的流程圖17</p><p>　　第四節(jié) 部分設(shè)計(jì)模塊19</p><p>　　第四章 電路仿真的設(shè)計(jì)與分析24</p><p>　　第一節(jié) Proteus

12、仿真軟件介紹24</p><p>　　第二節(jié) 電路仿真設(shè)計(jì)24</p><p>　　第三節(jié) 仿真分析26</p><p><b>　　結(jié) 論27</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)28</b></p><p><b>　　附錄A29</b

13、></p><p><b>　　附錄B:30</b></p><p><b>　　致 謝31</b></p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　隨著科技的發(fā)展和“信息時(shí)代”的到來，作為獲取信息的手段——傳感器技術(shù)得到了顯著的進(jìn)步，其應(yīng)用領(lǐng)域越來

14、越廣泛，對(duì)其要求越來越高，需求越來越迫切。因此，了解并掌握各類傳感器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及特性是非常重要的。</p><p>　　傳感器主要用于測(cè)量和控制系統(tǒng)，它的性能好壞直接影響系統(tǒng)的性能。因此，不僅必須掌握各類傳感器的結(jié)構(gòu)、原理及其性能指標(biāo)，還必須懂得傳感器經(jīng)過適當(dāng)?shù)慕涌陔娐氛{(diào)整才能滿足信號(hào)的處理、顯示和控制的要求，而且只有通過對(duì)傳感器應(yīng)用實(shí)例的原理和智能傳感器實(shí)例的分析了解，才能將傳感器和信息通信與信息處理

15、結(jié)合起來，適應(yīng)傳感器的生產(chǎn)、研制、開發(fā)和應(yīng)用。另一方面，傳感器的被測(cè)信號(hào)來自于各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，每個(gè)領(lǐng)域都為了改革生產(chǎn)力、提高工效和時(shí)效，各自都在開發(fā)研制適合應(yīng)用的傳感器，于是種類繁多的新型傳感器及傳感器系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)。溫度傳感器是其中重要的一類傳感器。其發(fā)展速度之快，以及其應(yīng)用之廣，并且還有很大潛力。</p><p>　　為了提高對(duì)傳感器的認(rèn)識(shí)和了解，尤其是對(duì)溫度傳感器的深入研究以及其用法與用途，基于實(shí)用、廣泛和典型

16、的原則而設(shè)計(jì)了本系統(tǒng)。本文利用單片機(jī)結(jié)合溫度傳感器技術(shù)而開發(fā)設(shè)計(jì)了這一溫度測(cè)量系統(tǒng)。文中將傳感器理論與單片機(jī)實(shí)際應(yīng)用有機(jī)結(jié)合，詳細(xì)地講述了利用熱電阻作為溫度傳感器來測(cè)量實(shí)時(shí)的溫度，以及實(shí)現(xiàn)熱電轉(zhuǎn)換的原理過程。</p><p>　　本設(shè)計(jì)應(yīng)用性比較強(qiáng)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)可以作為溫度測(cè)量顯示系統(tǒng)，如果稍微改裝可以做熱水器溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、生產(chǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)等等。本課題主要任務(wù)是完成環(huán)境溫度檢測(cè)并顯示溫度和實(shí)時(shí)的時(shí)間。設(shè)計(jì)后的系統(tǒng)具有

17、操作方便，控制靈活移植性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)系統(tǒng)包括溫度傳感器，信號(hào)放大電路，A/D轉(zhuǎn)換模塊，時(shí)鐘模塊，數(shù)據(jù)處理與控制模塊，溫度、時(shí)間顯示模塊六個(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。</p><p>　　第一章 方案設(shè)計(jì)與論證</p><p>　　第一節(jié) 傳感器的選擇</p

18、><p>　　溫度傳感器從使用的角度大致可分為接觸式和非接觸式兩大類，前者是讓溫度傳感器直接與待測(cè)物體接觸，而后者是使溫度傳感器與待測(cè)物體離開一定的距離，檢測(cè)從待測(cè)物體放射出的紅外線，達(dá)到測(cè)溫的目的。在接觸式和非接觸式兩大類溫度傳感器中，相比運(yùn)用多的是接觸式傳感器，非接觸式傳感器一般在比較特殊的場(chǎng)合才使用，目前得到廣泛使用的接觸式溫度傳感器主要有熱電式傳感器，其中將溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻變化的稱為熱電阻傳感器，將溫度變化

19、轉(zhuǎn)換為熱電勢(shì)變化的稱為熱電偶傳感器。</p><p>　　熱電阻傳感器可分為金屬熱電阻式和半導(dǎo)體熱電阻式兩大類，前者簡(jiǎn)稱熱電阻，后者簡(jiǎn)稱熱敏電阻。常用的熱電阻材料有鉑、銅、鎳、鐵等，它具有高溫度系數(shù)、高電阻率、化學(xué)、物理性能穩(wěn)定、良好的線性輸出特性等，常用的熱電阻如Pt100、Pt1000等。近年來各半導(dǎo)體廠商陸續(xù)開發(fā)了數(shù)字式的溫度傳感器，如DALLAS公司DS18B20，MAXIM公司的MAX6576、MAX6

20、577，ADI公司的AD7416等，這些芯片的顯著優(yōu)點(diǎn)是與單片機(jī)的接口簡(jiǎn)單，如DS18B20該溫度傳感器為單總線技術(shù)，MAXIM公司的2種溫度傳感器一個(gè)為頻率輸出，一個(gè)為周期輸出，其本質(zhì)均為數(shù)字輸出，而ADI公司的AD7416的數(shù)字接口則為近年也比較流行的I2C總線，這些本身都帶數(shù)字接口的溫度傳感器芯片給用戶帶來了極大的方便，但這類器件的最大缺點(diǎn)是測(cè)溫的范圍太窄，一般只有-55～+125℃，而且溫度的測(cè)量精度都不高，好的才±0

21、.5℃,一般有±2℃左右，因此在高精度的場(chǎng)合不太滿足用戶的需要。</p><p>　　熱電偶是目前接觸式測(cè)溫中應(yīng)用也十分廣泛的熱電式傳感器，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、測(cè)溫范圍寬、熱慣性小、準(zhǔn)確度高、輸出信號(hào)便于遠(yuǎn)傳等優(yōu)點(diǎn)。常用的熱電偶材料有鉑銠-鉑、銥銠-銥、鎳鐵-鎳銅、銅-康銅等，各種不同材料的熱電偶使用在不同的測(cè)溫范圍場(chǎng)合。熱電偶的使用誤差主要來自于分度誤差、延伸導(dǎo)線誤差、動(dòng)態(tài)誤差以及使用的儀表誤差

22、等。</p><p>　　非接觸式溫度傳感器主要是被測(cè)物體通過熱輻射能量來反映物體溫度的高低，這種測(cè)溫方法可避免與高溫被測(cè)體接觸，測(cè)溫不破壞溫度場(chǎng)，測(cè)溫范圍寬，精度高，反應(yīng)速度快，既可測(cè)近距離小目標(biāo)的溫度，又可測(cè)遠(yuǎn)距離大面積目標(biāo)的溫度。目前運(yùn)用受限的主要原因一是價(jià)格相對(duì)較貴，二是非接觸式溫度傳感器的輸出同樣存在非線性的問題，而且其輸出受與被測(cè)量物體的距離、環(huán)境溫度等多種其它因素的影響。</p>&l

23、t;p>　　由于本設(shè)計(jì)的任務(wù)是要求測(cè)量的范圍為0℃～100℃，測(cè)量的分辨率為±0.1℃，綜合價(jià)格以及后續(xù)的電路，決定采用線性度相對(duì)較好的PT100作為本課題的溫度傳感器，具體的型號(hào)為WZP型鉑電阻，該傳感器的測(cè)溫范圍從－200℃～＋650℃。具體在0℃～100℃的分度特性表見附錄A所示。</p><p><b>　　第二節(jié) 方案論證</b></p><p&

24、gt;　　溫度測(cè)量的方案有很多種，可以采用傳統(tǒng)的分立式傳感器、模擬集成傳感器以及新興的智能型傳感器。 方案一：采用模擬分立元件 如電容、電感或晶體管等非線形元件，該方案設(shè)計(jì)電路簡(jiǎn)單易懂，操作簡(jiǎn)單，且價(jià)格便宜，但采用分立元件分散性大，不便于集成數(shù)字化，而且測(cè)量誤差大。 方案二：采用溫度傳感器   通過溫度傳感器采集溫度信號(hào)，經(jīng)信號(hào)放大器放大后，送到A/D轉(zhuǎn)換芯片，將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，傳

25、送給單片機(jī)控制系統(tǒng)，最后經(jīng)過LED顯示溫度。 熱電阻也是最常用的一種溫度傳感器。它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定，使用方便，測(cè)量范圍為-200℃～650℃，完全滿足要求，考慮到鉑電阻的測(cè)量精確度是最高的，所以我們?cè)O(shè)計(jì)最終選擇鉑電阻PT100作為傳感器。該方案采用熱電阻PT100做為溫度傳感器、AD620作為信號(hào)放大器，TLC2543作為A/D轉(zhuǎn)換部件，對(duì)于溫度信號(hào)的采集具有大范圍、高精度的特點(diǎn)。相對(duì)與方案一，在功能、性能、可操

26、作性等方面都有較大的提升。在這里我選用方案二完成本次設(shè)計(jì)。</p><p>　　第三節(jié) 系統(tǒng)的工作原理</p><p>　　測(cè)溫的模擬電路是把當(dāng)前PT100熱電阻傳感器的電阻值，轉(zhuǎn)換為容易測(cè)量的電壓值，經(jīng)過放大器放大信號(hào)后送給A/D轉(zhuǎn)換器把模擬電壓轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)后傳給單片機(jī)AT89S51，單片機(jī)再根據(jù)公式換算把測(cè)量得的溫度傳感器的電阻值轉(zhuǎn)換為溫度值，并將數(shù)據(jù)送出到數(shù)碼管進(jìn)行顯示。另外，外接一

27、個(gè)時(shí)鐘芯片DS1302產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)送入到單片機(jī)中進(jìn)行處理控制，并將時(shí)間顯示出來，以實(shí)現(xiàn)溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控。</p><p><b>　　第四節(jié) 系統(tǒng)框圖</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要包括溫度信號(hào)采集單元，時(shí)間信號(hào)采集單元，單片機(jī)數(shù)據(jù)處理單元，時(shí)間、溫度顯示單元。其中溫度信號(hào)的數(shù)據(jù)采集單元部分包括溫度傳感器、溫度信號(hào)的獲取電路（采樣）、放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路

28、。</p><p>　　系統(tǒng)的總結(jié)構(gòu)框圖如圖1-1所示。</p><p>　　圖1-1 系統(tǒng)的總結(jié)構(gòu)框圖</p><p><b>　　第二章 硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　第一節(jié) PT100傳感器特性和測(cè)溫原理</p><p>　　電阻式溫度傳感器(RTD, Resistance Tem

29、perature Detector)是指一種物質(zhì)材料作成的電阻,它會(huì)隨溫度的改變而改變電阻值。</p><p>　　PT100溫度傳感器是一種以鉑(Pt)做成的電阻式溫度傳感器，屬于正電阻系數(shù),</p><p>　　其電阻阻值與溫度的關(guān)系可以近似用下式表示：</p><p>　　在0～650℃范圍內(nèi)：</p><p>　　Rt =R0 (1+

30、At+Bt2)</p><p>　　在-200～0℃范圍內(nèi)：</p><p>　　Rt =R0 (1+At+Bt2+C(t-100)t3)</p><p>　　式中A、B、C 為常數(shù)，</p><p>　　A=3.96847×10-3；</p><p>　　B=-5.847×10-7；</p&

31、gt;<p>　　C=-4.22×10-12；</p><p>　　由于它的電阻—溫度關(guān)系的線性度非常好，因此在測(cè)量較小范圍內(nèi)其電阻和溫度變化的關(guān)系式如下：R=Ro(1+αT) </p><p>　　其中α=0.00392, Ro為100Ω(在0℃的電阻值),T為華氏溫度，因此鉑做成的電阻式溫度傳感器，又稱為PT100。</p><p>

32、;　　PT100溫度傳感器的測(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)即采用PT100作為溫度傳感器。</p><p>　　主要技術(shù)指標(biāo)：1. 測(cè)溫范圍：-200～650攝氏度；2. 測(cè)溫精度：0.1攝氏度；</p><p>　　3. 穩(wěn)定性：0.1攝氏度</p><p>　　P

33、t100 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。采用Pt100 測(cè)量溫度一般有兩種方案：</p><p>　　方案一：設(shè)計(jì)一個(gè)恒流源通過Pt100 熱電阻，通過檢測(cè)Pt100 上電壓的變化來換算出溫度。</p><p>　　方案二：采用惠斯頓電橋，電橋的四個(gè)電阻中三個(gè)是恒

34、定的，另一個(gè)用Pt100 熱電阻，當(dāng)Pt100電阻值變化時(shí)，測(cè)試端產(chǎn)生一個(gè)電勢(shì)差，由此電勢(shì)差換算出溫度。</p><p>　　兩種方案的區(qū)別只在于信號(hào)獲取電路的不同，其原理上基本一致。</p><p>　　第二節(jié) 信號(hào)調(diào)理電路</p><p>　　調(diào)理電路的作用是將來自于現(xiàn)場(chǎng)傳感器的信號(hào)變換成前向通道中A/D轉(zhuǎn)換器能識(shí)別的信號(hào)，作為本系統(tǒng)，由于溫度傳感器是熱電阻PT

35、100，因此調(diào)理電路完成的是怎樣將與溫度有關(guān)的電阻信號(hào)變換成能被A/D轉(zhuǎn)換器接受的電壓信號(hào)。</p><p><b>　　第三節(jié) 恒流源電路</b></p><p>　　從上述關(guān)于PT100傳感器測(cè)溫原理可知，由PT100構(gòu)成信號(hào)的獲取電路常用的方法有2種，一種是構(gòu)成的十分常見的電橋電路，當(dāng)然，在本系統(tǒng)中，考慮成本的問題，一般采用單臂橋；還有一種是運(yùn)用恒流源電路，將恒

36、流源通過溫度傳感器，溫度傳感器兩端的電壓即反映溫度的變化。上述兩種電路的結(jié)構(gòu)形式見圖2-1所示。</p><p>　　A圖單臂橋式 B圖恒流源式</p><p>　　圖2-1 兩種信號(hào)獲取的結(jié)構(gòu)電路</p><p>　　根據(jù)測(cè)試技術(shù)的有關(guān)知識(shí)，圖2-1中的a圖的輸出與電阻的阻值不是個(gè)正比的關(guān)系，因而數(shù)據(jù)處理起來特別麻煩，尤其是用單片機(jī)來

37、處理這些非線性的問題；而圖B的由于恒流源的作用，使得電壓輸出與電阻成良好的線性關(guān)系，因此，本系統(tǒng)采用恒流源電路來獲取溫度信號(hào)。</p><p>　　恒流源電路的設(shè)計(jì)，有用三極管構(gòu)成的，有用專門的恒流管，也有用價(jià)格低廉的器件通過比較巧妙的設(shè)計(jì)構(gòu)成的，本系統(tǒng)是采用價(jià)格低廉的運(yùn)放為核心來構(gòu)成的，恒流效果十分理想，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的恒流源電路見下圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2 由運(yùn)放構(gòu)成的恒

38、流源電路</p><p>　　上圖中，由于運(yùn)放虛地的結(jié)果，造成OP-07的反相輸入端為0V，而圖中1.5K電阻的下端由于運(yùn)用精密的電壓源LM336-2.5，外加調(diào)整電路，該點(diǎn)電壓可調(diào)整為2.500V，而由于運(yùn)放的輸入阻抗極高，輸入端可以認(rèn)為不吸入電流，因此從1.5K電阻上流過的電流大小固定而且一定等于OP-07輸出端流入溫度傳感器PT100的電流，從而達(dá)到恒流的效果，連接PT100兩端的壓差正好反映溫度變化的信號(hào)

39、送入后級(jí)的放大器。</p><p>　　這里值得注意的是恒流效果的好壞與下面幾個(gè)因素有關(guān)，圖示1.5K電阻的精度及溫度穩(wěn)定性要好，我們采用的是高精度高穩(wěn)定的電阻；還有是一定要選擇輸入阻抗高的運(yùn)放，包括產(chǎn)生虛地處的運(yùn)放（圖中OP-07）和后級(jí)的放大器（圖中的AD620），否則較大的輸入電流也將直接影響恒流的效果；最后一點(diǎn)是參考電壓（圖中是－2.5V）的穩(wěn)定性要高，這里的參考電壓采用是LM336-2.5V作為參考電壓

40、基準(zhǔn)。</p><p>　　第四節(jié) 放大電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　放大器的選擇好壞對(duì)提高測(cè)量精度也十分關(guān)鍵，根據(jù)查閱的相關(guān)資料，在放大器電路精選中，一般在首級(jí)放大器有低噪聲、低輸入偏置電流、高共模抑制比等要求的大多采用自制的三運(yùn)放結(jié)構(gòu)，如下圖2-3所示，三運(yùn)放中由A1、A2構(gòu)成前級(jí)對(duì)稱的同相、反相輸入放大器，后級(jí)為差動(dòng)放大器，在這個(gè)結(jié)構(gòu)圖中，要保證放大器高的性能，參數(shù)的對(duì)稱性與一致性

41、顯得尤為重要，不僅包括外圍的電阻元件R1與R2、R3與R4、R5與R6，還包括A1與A2放大器的一致性，因此，要自制高性能的放大器對(duì)器件要求相當(dāng)高。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，市場(chǎng)上出現(xiàn)了專用的高性能的儀用放大器，它的內(nèi)部核心結(jié)構(gòu)還是三運(yùn)放，但是，采用微電子來解決剛才的參數(shù)匹配問題已不是什么復(fù)雜的問題。</p><p>　　圖2-3 三運(yùn)放結(jié)構(gòu)的高性能放大器原理圖</p><p>　　隨著近年來

42、微電子技術(shù)的發(fā)展，市面上出現(xiàn)了不少專用的高性能的芯片，AD620、AD623就是具有上述描述的三運(yùn)放結(jié)構(gòu)，在本設(shè)計(jì)中我們根據(jù)手中的元器件材料最終選擇了AD620作為放大器電路的首級(jí)放大。</p><p>　　AD620是低價(jià)格、低功耗儀用放大器，它只需要一只外部電阻就可設(shè)置1～1000倍的放大增益，它具有較低的輸入偏置電流、較快的建立時(shí)間和較高的精度，特別適合于精確的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，如稱重和傳感器接口，也非常適合醫(yī)

43、療儀器的應(yīng)用系統(tǒng)（如ECG檢測(cè)和血壓監(jiān)視）、多路轉(zhuǎn)換器及干電池供電的前置放大器使用。</p><p>　　AD620的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由OP-07組成的三運(yùn)放結(jié)構(gòu)，性能大大優(yōu)于自制的三運(yùn)放IC電路設(shè)計(jì)，其基本接法是在1腳與8腳之間外接一RG電阻，增益由式G=1+49.4KΩ/RG確定，由于它的外圍電路十分簡(jiǎn)單，所以它在本系統(tǒng)中的應(yīng)用見下圖2-4所示。</p><p>　　由于我們的溫度測(cè)量范圍是

44、0～100℃，而此時(shí)的溫度傳感器的電阻值根據(jù)分度表為100歐姆～138.51歐姆，由于我們?cè)O(shè)計(jì)的恒流源為5/3毫安，因此AD620的輸入端為166.7毫伏，假設(shè)考慮我們的TLC2543的最大輸入為5.000V，我們?cè)O(shè)計(jì)的放大器的增益在盡量保證分辨率的條件下，則為20倍，假設(shè)我們只用一個(gè)AD620，則AD620的輸出為2V～5V(TLC只能轉(zhuǎn)換5V)，這樣12位的A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率則大于題目的要求0.1℃，因此，我們必須將100歐姆以下

45、的值通過偏置的方法將其減掉，然后通過增加放大倍數(shù)來盡量提高分辨率，這里我們?cè)O(shè)計(jì)的偏置電路同樣見下圖2-4所示。這里設(shè)計(jì)的首級(jí)放大器的倍數(shù)是20倍，而后級(jí)放大則為4倍，合計(jì)的放大倍數(shù)為80倍，這樣就完全滿足設(shè)計(jì)分辨率的要求。</p><p><b>　　圖2-4 放大電路</b></p><p>　　第五節(jié) A/D轉(zhuǎn)換器的選擇與設(shè)計(jì)電路</p><p

46、>　　在我們所測(cè)控的信號(hào)中均是連續(xù)變化的物理量，通常需要用計(jì)算機(jī)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行處理，則需要將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，A/D轉(zhuǎn)換器就是為了將連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能接受的數(shù)字量。根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理，常用的A/D轉(zhuǎn)換器可分為兩種，雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器和逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。</p><p>　　1. 雙積分A/D轉(zhuǎn)換器工作原理</p><p>　　雙積分A/D轉(zhuǎn)換器采用間接測(cè)量的

47、方法，它將被測(cè)電壓轉(zhuǎn)換成時(shí)間常數(shù)T，雙積分A/D轉(zhuǎn)換器由電子開關(guān)，積分器，比較器，計(jì)數(shù)器和控制邏輯等部分組成。</p><p>　　所謂雙積分就是進(jìn)行一次A/D轉(zhuǎn)換需要兩次積分。電路先對(duì)被測(cè)的輸入電壓Vx進(jìn)行固定時(shí)間(T0)的正向積分，然后控制邏輯將積分器的輸入端通過電子開關(guān)接參考電壓Vr，由于參考電壓與輸入電壓反向且參考電壓值是恒定的，所以反向積分的斜率是固定的，從反向積分開始到結(jié)束，對(duì)參考電壓進(jìn)行反向積分的時(shí)

48、間T,正比于輸入電壓。輸入電壓越大反向積分時(shí)間越長(zhǎng)，用高頻標(biāo)準(zhǔn)脈沖計(jì)數(shù)測(cè)此時(shí)間，即可得到相應(yīng)于輸入電壓的數(shù)字量。特點(diǎn)：可以有效的消除干擾和電源噪聲，轉(zhuǎn)換精度高，但是轉(zhuǎn)換速度慢。</p><p>　　2. 逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器工作原理</p><p>　　逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器由D/A轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，比較環(huán)節(jié)和控制邏輯等幾部分組成。</p><p>　　其轉(zhuǎn)換原理為：A/

49、D轉(zhuǎn)換器將一待轉(zhuǎn)換的模擬輸入電壓Ui與一個(gè)預(yù)先設(shè)定的電壓Ui（預(yù)定的電壓由逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器中的D/A輸出獲得）電壓相比較，根據(jù)預(yù)設(shè)的電壓Ui是大于還是小于待轉(zhuǎn)換成的模擬輸入電壓Uin來決定當(dāng)前轉(zhuǎn)換的數(shù)字量是“0” 還是“1”，據(jù)此逐位比較，以便使轉(zhuǎn)換結(jié)果（相應(yīng)的數(shù)字量）逐漸與模擬輸入電壓相對(duì)應(yīng)的數(shù)字量接近。 </p><p>　　在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，為了將模擬量溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，采用德州儀器公司生產(chǎn)的12位開關(guān)

50、電容型逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器TLC2543，它具有三個(gè)控制輸入端，采用簡(jiǎn)單的3線SPI串行接口可方便地與微機(jī)進(jìn)行連接，是12位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的最佳選擇器件之一。</p><p>　　TLC2543與外圍電路的連線簡(jiǎn)單，三個(gè)控制輸入端為CS(片選)、輸入/輸出時(shí)鐘(I/O CLOCK)以及串行數(shù)據(jù)輸入端(DATA INPUT)。片內(nèi)的14通道多路器可以選擇11個(gè)輸入中的任何一個(gè)或3個(gè)內(nèi)部自測(cè)試電壓中的

51、一個(gè)，采樣－保持是自動(dòng)的，轉(zhuǎn)換結(jié)束，EOC輸出變高。</p><p>　　3、TLC2543的主要特性</p><p>　　(1) 11個(gè)模擬輸入通道；(2) 66ksps的采樣速率；(3) 最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為10μs； </p><p>　　(4) SPI串行接口；(5) 線性度誤差最大為±1LSB；(6) 低供電電流(1mA典型值

52、)；(7) 掉電模式電流為4μA。 </p><p>　　TLC2543的引腳排列如圖2-5所示。</p><p>　　圖2-5 TLC2543的引腳</p><p>　　AIN0～AIN10：模擬輸入端，由內(nèi)部多路器選擇。對(duì)4.1MHz的I/O CLOCK，驅(qū)動(dòng)源阻抗必須小于或等于50Ω。</p><p>　　CS：片

53、選端，CS由高到低變化將復(fù)位內(nèi)部計(jì)數(shù)器，并控制和使能DATA OUT、DATA INPUT和I/O CLOCK。CS由低到高的變化將在一個(gè)設(shè)置時(shí)間內(nèi)禁止DATA INPUT和I/O CLOCK。</p><p>　　DATA INPUT：串行數(shù)據(jù)輸入端，串行數(shù)據(jù)以MSB為前導(dǎo)并在I/O CLOCK的前4個(gè)上升沿移入4位地址，用來選擇下一個(gè)要轉(zhuǎn)換

54、的模擬輸入信號(hào)或測(cè)試電壓，之后I/O CLOCK將余下的幾位依次輸入。</p><p>　　DATA OUT：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果三態(tài)輸出端，在CS為高時(shí)，該引腳處于高阻狀態(tài)；當(dāng)CS為低時(shí)，該引腳由前一次轉(zhuǎn)換結(jié)果的MSB值置成相應(yīng)的邏輯電平。</p><p>　　EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束端。在最后的I/O CLOCK下降沿之后，EOC由高電平變?yōu)榈碗娖讲⒈３值睫D(zhuǎn)換完成及數(shù)據(jù)

55、準(zhǔn)備傳輸。 </p><p>　　VCC、GND：電源正端、地。</p><p>　　REF＋、REF－：正、負(fù)基準(zhǔn)電壓端。通常REF＋接VCC，REF－接GND。最大輸入電壓范圍取決于兩端電壓差。</p><p>　　I/O CLOCK：時(shí)鐘輸入/輸出端。</p><p>　　TLC2543每次轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳送使用16個(gè)時(shí)

56、鐘周期，且在每次傳送周期之間插入CS的時(shí)序。根據(jù)TLC2543時(shí)序圖可以看出，在TLC2543的CS變低時(shí)開始轉(zhuǎn)換和傳送過程，I/O CLOCK的前8個(gè)上升沿將8個(gè)輸入數(shù)據(jù)位鍵入輸入數(shù)據(jù)寄存器，同時(shí)它將前一次轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)的其余11位移出DATA OUT端，在I/O CLOCK下降沿時(shí)數(shù)據(jù)變化。當(dāng)CS為高時(shí)， I/O CLOCK和DATA INPUT被禁止，DATA OU

57、T為高阻態(tài)。</p><p>　　TLC2543與單片機(jī)的連接如圖2-6所示。</p><p>　　圖2-6 TLC2543電路</p><p>　　第六節(jié) DS1302時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)</p><p>　　DS1302是美國(guó)DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年

58、補(bǔ)償功能，工作電壓為2.5V～5.5V。采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個(gè)31×8的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級(jí)產(chǎn)品，與DS1202兼容，但增加了主電源/后背電源雙電源引腳，同時(shí)提供了對(duì)后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。本設(shè)計(jì)中采用DS1302時(shí)鐘芯片產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，通過單片機(jī)進(jìn)行處理控制，并顯示出實(shí)時(shí)的時(shí)間，可以用

59、于對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集。</p><p>　　1. 引腳功能及結(jié)構(gòu) </p><p>　　DS1302的引腳排列,其中Vcc1為后備電源，VCC2為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中的較大者供電。當(dāng)Vcc2大于Vcc1＋0.2V時(shí)，Vcc2給DS1302供電。當(dāng)Vcc2小于Vcc1時(shí)，DS1302由Vcc1供電。X1和X2是振蕩

60、源，外接32.768kHz晶振。RST是復(fù)位/片選線，通過把RST輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送。RST輸入有兩種功能：首先，RST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng)RST為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對(duì)DS1302進(jìn)行操作。如果在傳送過程中RST置為低電平，則會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時(shí)，在Vcc≥2.5V之前，RST必須保持低電

61、平。只有在SCLK為低電平時(shí)，才能將RST置為高電平。I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)，后面有詳細(xì)說明。SCLK始終是輸入端。 DS1302的引腳功能圖如圖2-7所示。</p><p>　　圖2-7 DS1302引腳圖</p><p>　　2. DS1302的控制字節(jié) </p><p>　　DS1302 的控制字如圖2.8所示。控制字節(jié)的最高有效位(位7)必須是邏

62、輯1，如果它為0，則不能把數(shù)據(jù)寫入DS1302中，位6如果為邏輯0，則表示存取日歷時(shí)鐘數(shù)據(jù)，為1表示存取RAM數(shù)據(jù);位5至位1指示操作單元的地址輸入或輸出。最低有效位(位0)如為0表示要進(jìn)行寫操作，為1表示進(jìn)行讀操</p><p>　　作，控制字節(jié)總是從最低位開始輸出。 </p><p>　　3. 數(shù)據(jù)輸入輸出(I/O) </p><p>　　在控制指令字輸入后的下

63、一個(gè)SCLK時(shí)鐘的上升沿時(shí)，數(shù)據(jù)被寫入DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位0開始。同樣，在緊跟8位的控制指令字后的</p><p>　　下一個(gè)SCLK脈沖的下降沿讀出DS1302的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時(shí)從低位0位到高位7。 </p><p>　　4. DS1302的寄存器 </p><p>　　DS1302有12個(gè)寄存器，其中有7個(gè)寄存器與日歷、時(shí)鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為BCD

64、碼形式,其日歷、時(shí)間寄存器及其控制字見圖2.8所示。</p><p>　　圖2.8DS1302的控制字節(jié)</p><p>　　此外，DS1302 還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時(shí)鐘突發(fā)寄存器及與RAM相關(guān)的寄存器等。時(shí)鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫除充電寄存器外的所有寄存器內(nèi)容。 DS1302與RAM相關(guān)的寄存器分為兩類：一類是單個(gè)RAM單元，共31個(gè)，每個(gè)單元組態(tài)為一個(gè)8位的字節(jié)

65、，其命令控制字為C0H～FDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作；另一類為突發(fā)方式下的RAM寄存</p><p>　　器，此方式下可一次性讀寫所有的RAM的31個(gè)字節(jié)，命令控制字為 FEH（寫）和FFH（讀）。</p><p>　　5.DS1302與單片機(jī)的連接</p><p>　　DS1302與CPU的連接需要三條線，即SCLK(7)、I/O(6)、RST(5)。這

66、三條線分別接到CPU的I/O線上。 </p><p>　　第七節(jié) 單片機(jī)控制電路</p><p>　　本設(shè)計(jì)是采用AT89S51單片機(jī)作為主控電路，其中P1口為A/D轉(zhuǎn)換器和DS1302時(shí)鐘芯片的通信端口，P3.0,P3.1,P3.2為按鍵控制，P0口接數(shù)碼管的段碼，P2口接數(shù)碼管的片選端，用于對(duì)數(shù)碼管進(jìn)行片選。如圖2-9所示。</p><p>　　圖2-9 單片

67、機(jī)控制電路</p><p>　　第八節(jié) 按鍵和顯示電路</p><p><b>　　1. 按鍵電路 </b></p><p>　　本設(shè)計(jì)共設(shè)計(jì)3個(gè)按鍵，用來設(shè)置和修改時(shí)間。設(shè)置鍵，接單片機(jī)的P3.2腳用于申請(qǐng)中斷，以執(zhí)行鍵盤中斷修改設(shè)置時(shí)間；加鍵，用于修改時(shí)間使時(shí)間按增形式調(diào)整；減鍵，用于修改時(shí)間使時(shí)間按減形式調(diào)整。其電路圖如下圖2-10所示

68、。</p><p>　　圖2-10 按鍵電路</p><p><b>　　2. 顯示電路 </b></p><p>　　本設(shè)計(jì)采用6個(gè)LED共陽極數(shù)碼通過三極管驅(qū)動(dòng)來進(jìn)行時(shí)間溫度數(shù)據(jù)的顯示。其中數(shù)碼管的段碼位分別接單片機(jī)的P0口，公共端通過三極管接到單片機(jī)P2.0～P2.5端對(duì)數(shù)碼管進(jìn)行位選。其電路圖如下圖2-11所示。</p>

69、<p>　　圖2-11 數(shù)碼管顯示電路 </p><p><b>　　第三章 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　第一節(jié) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)說明</p><p>　　進(jìn)行微機(jī)測(cè)量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，除了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)外，大量的工作就是如何根據(jù)每個(gè)測(cè)量對(duì)象的實(shí)

70、際需要設(shè)計(jì)應(yīng)用程序。因此，軟件設(shè)計(jì)在微機(jī)測(cè)量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中占重要地位。對(duì)于本系統(tǒng)，軟件設(shè)計(jì)更為重要。</p><p>　　在單片機(jī)測(cè)量控制系統(tǒng)中，大體上可分為數(shù)據(jù)處理、過程控制兩個(gè)基本類型。數(shù)據(jù)處理包括：數(shù)據(jù)的采集、數(shù)字濾波、標(biāo)度變換等。過程控制程序主要是使單片機(jī)按一定的方法進(jìn)行計(jì)算，然后再輸出，以便達(dá)到測(cè)量控制目的。</p><p>　　軟件設(shè)計(jì)主要是對(duì)溫度進(jìn)行采集、顯示,通過按鍵操作，

71、進(jìn)行時(shí)間的設(shè)置與修改。因此，整個(gè)軟件可分為溫度采集子程序、時(shí)鐘讀取程序、按鍵子程序、顯示子程序、及系統(tǒng)主程序。</p><p>　　第二節(jié) 軟件的有關(guān)算法</p><p>　　1、最小二乘理論獲取溫度―電阻公式</p><p>　　根據(jù)誤差理論，我們要獲得較高精度的溫度測(cè)量值，辦法一般有2個(gè)，要么采用查表法，要么建立高精度的數(shù)學(xué)模型。如果用查表法，主要有2個(gè)問題，如

72、果要提高測(cè)量精度，則需要建立大量的表格，而且得提前做大量得試驗(yàn)來進(jìn)行多點(diǎn)校正，還有一個(gè)問題是程序的通用性差，這臺(tái)儀器上校正好得數(shù)據(jù)可能在另一臺(tái)上不合適。而采用已知的分度表，建立數(shù)學(xué)模型，然后通過工程量（標(biāo)度）變換，通過測(cè)量A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果后計(jì)算得到。這里我們考慮第2種方法的優(yōu)點(diǎn)，首先采用分段的方法，將測(cè)量范圍分段，然后查出該段的數(shù)學(xué)模型的各個(gè)系數(shù)，然后計(jì)算出溫度值，這里，由于時(shí)間的關(guān)系，我們對(duì)整個(gè)測(cè)量范圍分了3段，分別為0－49℃、50

73、－70℃、71－100℃，利用分度表進(jìn)行離線的數(shù)學(xué)擬合，得到各段的數(shù)學(xué)模型系數(shù)。同時(shí)，可通過再將標(biāo)度值代入可粗略估計(jì)在各個(gè)測(cè)量段內(nèi)的最大誤差值。</p><p>　　我們通過最小二乘法進(jìn)行線性擬合，得到如下的數(shù)學(xué)模型為：</p><p>　　T1=2.5772R-257.7708 0-49℃</p><p>　　T2=2.6366R-267.01

74、 50－70℃</p><p>　　T3=2.7206R-281.90 71－100℃</p><p>　　上述3個(gè)數(shù)學(xué)模型中，最大的理論誤差值都小于0.1℃，能夠滿足精度要求，實(shí)際上如果有足夠的時(shí)間，我們完全可以分得再細(xì)一些，這樣理論的誤差將會(huì)變得更小。</p><p>　　2. 標(biāo)度變換公式的獲取</p><p>　　根據(jù)上述

75、的線性擬合結(jié)果：T=A·R-B，這里的A、B是上述不同溫度段的系數(shù)，而R值由于在輸出為0V時(shí)，實(shí)際上有個(gè)對(duì)應(yīng)于100歐姆的偏置電路，因此根據(jù)R-R0=U/I，而I=2.500V/1.500K，而AD/U/G=4096/4.900V，這里的AD值為A/D轉(zhuǎn)換得結(jié)果G為放大器的增益，本設(shè)計(jì)中的二級(jí)放大器放大的倍數(shù)為80倍。將上述條件代入得：</p><p>　　T=A·(4.9·AD/4

76、096/G/I+100)-B</p><p>　　第三節(jié) 軟件的流程圖</p><p>　　圖3-1 系統(tǒng)總流程圖</p><p>　　圖3-2 按鍵流程圖</p><p>　　圖3-3 DS1302時(shí)鐘流程圖 圖3-4 溫度轉(zhuǎn)換流程圖 </p><p>　　圖3-5 顯示流程圖

77、 圖3-6 主函數(shù)流程圖</p><p>　　第四節(jié) 部分設(shè)計(jì)模塊</p><p><b>　　時(shí)鐘數(shù)據(jù)采集模塊</b></p><p>　　先向DS1302中寫入數(shù)據(jù)，再根據(jù)DS1302時(shí)間信號(hào)的地址讀取數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　程序如下：</b>&l

78、t;/p><p>　　void write_byte(uchar dat) //1302寫入一字節(jié) </p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uchar a;</b></p><p><b>　　ACC=dat;</b></p>

79、<p>　　for(a=8;a>0;a--)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　IO=ACC0;</b></p><p><b>　　SCLK=0;</b></p><p>　　//delayus(10);</p>

80、;<p><b>　　SCLK=1;</b></p><p>　　ACC=ACC>>1;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　uchar read_byte()

81、 //向1302讀出一字節(jié)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uchar a;</b></p><p>　　for(a=8;a>0;a--)</p><p><b>　　{</b></p><p><b&g

82、t;　　ACC7=IO;</b></p><p><b>　　SCLK=1;</b></p><p><b>　　SCLK=0;</b></p><p>　　ACC=ACC>>1;</p><p><b>　　}</b></p><p

83、>　　return(ACC);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void write_1302(uchar add,uchar dat) //向1302寫入數(shù)據(jù)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　RST=0;</

84、b></p><p><b>　　SCLK=0;</b></p><p>　　//delayus(5);</p><p><b>　　RST=1;</b></p><p>　　write_byte(add);</p><p>　　write_byte(dat);<

85、/p><p>　　//delayus(5);</p><p><b>　　SCLK=1;</b></p><p><b>　　RST=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　uchar read_1302(uchar add

86、) //向1302讀出數(shù)據(jù)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar temp;</p><p><b>　　RST=0;</b></p><p><b>　　SCLK=0;</b></p><p>　　/

87、/delayus(5);</p><p><b>　　RST=1;</b></p><p>　　write_byte(add);</p><p>　　temp=read_byte();</p><p>　　//delayus(5);</p><p><b>　　SCLK=1;</b

88、></p><p><b>　　RST=0;</b></p><p>　　return (temp);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　uchar BCD_Decimal(uchar bcd)</p><p><b>　　{<

89、/b></p><p>　　uchar Decimal;</p><p>　　Decimal=bcd>>4;</p><p>　　return(Decimal=Decimal*10+(bcd&=0x0F));</p><p><b>　　}</b></p><p>　　

90、2. 溫度采集模塊 </p><p>　　通過恒流源電路采集到的信號(hào)經(jīng)過放大電路進(jìn)行放大后，送入到A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,再送到單片機(jī)進(jìn)行處理，將電壓轉(zhuǎn)換溫度。程序如下：</p><p>　　void delay(uchar n) //延時(shí)程序</p><p><b>　　{</b></p><p

91、><b>　　uchar i;</b></p><p>　　for(i=0;i<n;i++);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　uint read2543(uchar port) //TLC2543驅(qū)動(dòng)程序</p><p><b>　　{

92、 </b></p><p>　　uint ad=0,i;</p><p><b>　　CLOCK=0;</b></p><p><b>　　_CS=0;</b></p><p><b>　　port<<=4;</b></p><p&g

93、t;　　for(i=0;i<12;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(D_OUT) ad|=0x01;</p><p>　　D_IN=(bit)(port&0x80);</p><p><b>　　CLOCK=1;</b></p>

94、<p><b>　　delay(6);</b></p><p><b>　　CLOCK=0;</b></p><p><b>　　delay(6);</b></p><p><b>　　port<<=1;</b></p><p>&l

95、t;b>　　ad<<=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　_CS=1;</b></p><p><b>　　ad>>=1;</b></p><p>　　return(ad);</p&g

96、t;<p><b>　　}</b></p><p>　　uint Read_Temp() //電壓轉(zhuǎn)換函數(shù)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uint j;</b></p><p>　　fl

97、oat m1,m2,m3,m4,m5;</p><p>　　j=read2543(0);</p><p>　　m1=2.76243;</p><p><b>　　m2=4.9;</b></p><p><b>　　m3=2.5;</b></p><p>　　m5=276.24

98、3;</p><p>　　m4=m1*(m2*1500*j/4096/80/m3+100)-m5;</p><p><b>　　m4=m4*10;</b></p><p>　　/*m1=j*231;</p><p>　　m2=m1+2576700;</p><p>　　m3=m2-2570200;

99、</p><p>　　m4=m3/10000;*/</p><p>　　return m4;}</p><p>　　第四章 電路仿真的設(shè)計(jì)與分析</p><p>　　第一節(jié) Proteus仿真軟件介紹</p><p>　　Proteus ISIS是英國(guó)Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)行于Win

100、dows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點(diǎn)是：①實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動(dòng)態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等。②支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機(jī)類型有：6800系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、P

101、IC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片。③提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能，同時(shí)可以觀察各個(gè)變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如Keil C51 uVision2等軟件。④具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能?？傊撥浖且豢罴瘑纹瑱C(jī)和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大。</p>&l

102、t;p>　　第二節(jié) 電路仿真設(shè)計(jì)</p><p>　　啟動(dòng)Proteus軟件，按本次設(shè)計(jì)的原理圖畫出電路仿真圖，根據(jù)元件屬性設(shè)置相應(yīng)元件參數(shù)。由于PT100溫度傳感器在仿真過程中波動(dòng)較大，使得顯示的溫度跳躍變化，不易于溫度顯示與測(cè)量。因此在本次仿真中用一個(gè)電阻來代替PT100熱電阻,通過改變電阻阻值來反映PT100溫度測(cè)量。另外，由于在Proteus軟件中不能仿真LM336恒壓源，所以在本次仿真過程中采用軟

103、件自帶的-2.5V的恒壓原代替。對(duì)于數(shù)碼管顯示電路，在仿真過程中沒有用三級(jí)管來驅(qū)動(dòng)是為了畫圖的方便，這對(duì)仿真結(jié)果沒多大影響，但在實(shí)際電路連接中必須在數(shù)碼管加上三極管驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　系統(tǒng)電路仿真圖如圖4-1所示。</p><p>　　圖4-1 電路仿真圖</p><p><b>　　第三節(jié) 仿真分析</b></p>&l

104、t;p>　　Proteus軟件的仿真是依靠單片機(jī)程序來實(shí)現(xiàn)的，因此先將程序通過第三方Keil C51軟件編譯，連接，執(zhí)行后產(chǎn)生一個(gè)HEX文件，再與Proteus仿真軟件進(jìn)行關(guān)聯(lián)就可以實(shí)現(xiàn)仿真。本仿真電路的前置電路的兩級(jí)放大電路中，通過調(diào)節(jié)一級(jí)放大器和二級(jí)放大電路的偏置電路中滑動(dòng)變阻器范圍來調(diào)節(jié)測(cè)溫范圍，使輸入到A/D轉(zhuǎn)換器的模擬電壓在0-5V范圍內(nèi)，這樣才能進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。本設(shè)計(jì)的前級(jí)放大電路的放大倍數(shù)為-20倍，二級(jí)放大電路放大

105、倍數(shù)為-4倍，合起來整個(gè)放大電路放大了80倍，這樣輸入到A/D轉(zhuǎn)換器的信號(hào)才能被A/D轉(zhuǎn)換器所轉(zhuǎn)換。其中二級(jí)放大器中設(shè)計(jì)了偏置調(diào)整電路，因?yàn)镻T100電阻傳感器在0℃時(shí)對(duì)應(yīng)電阻為100歐姆，所以要顯示0℃，就必須將此時(shí)對(duì)應(yīng)的有效數(shù)字減掉后再放大一定的倍數(shù)，才通過A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行處理。</p><p>　　在仿真過程中由于軟硬件影響，還有人為計(jì)算誤差因素，使得測(cè)量溫度結(jié)果與理想測(cè)量結(jié)果存在一定的誤差，因此可以通過改

106、變硬件參數(shù)和軟件程序設(shè)計(jì)來減少誤差。另外，在仿真過程中，按鍵會(huì)可能產(chǎn)生抖動(dòng)現(xiàn)象，可以通過硬件來消除抖動(dòng)。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　本溫度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)，是采用PT100溫度傳感器經(jīng)過放大和A/D轉(zhuǎn)換器送到單片機(jī)進(jìn)行控制溫度顯示和時(shí)間顯示。另外本系統(tǒng)還可以通過外接電路擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警功能，從而更好的實(shí)現(xiàn)溫度現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)控制。</

107、p><p>　　經(jīng)過多次的修改和調(diào)試測(cè)量，本設(shè)計(jì)基本符合設(shè)計(jì)要求，由于受人為因素和軟硬件的限制，系統(tǒng)難免不了帶來一些誤差，但通過調(diào)節(jié)和精確計(jì)算可以減小誤差。</p><p>　　通過本次溫度測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，我對(duì)溫度測(cè)量控制有了進(jìn)一步的熟悉和更深入的學(xué)習(xí)。在整個(gè)設(shè)計(jì)的過程中，本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)是：怎樣將PT100熱電阻的非電量信號(hào)轉(zhuǎn)換為單片機(jī)單片機(jī)能識(shí)別的電量信號(hào)，其中的信號(hào)如何放大及放大倍數(shù)的

108、確定等等。</p><p>　　這次畢業(yè)設(shè)計(jì)歷時(shí)至少2個(gè)月，從一開始的課題確定，到后來的資料查找、理論學(xué)習(xí)，再有就是近來的調(diào)試和測(cè)試過程，這一切都使我的理論知識(shí)和動(dòng)手能力進(jìn)一步得到提升。在畫原理圖、電路仿真和調(diào)試過程中不可避免地遇到各種問題，這要求保持沉著冷靜，聯(lián)系書本理論知識(shí)積極地思考，實(shí)在解決不了時(shí)候可以請(qǐng)教同學(xué)或指導(dǎo)老師。雖然在制作過程中不可避免地遇到很多問題，但是最后還是在老師以及同學(xué)的幫助下圓滿解決了這

109、些問題，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與最后調(diào)試，相關(guān)指標(biāo)達(dá)到預(yù)期的要求，很好地完成了本次設(shè)計(jì)任務(wù)。</p><p>　　通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我了解并掌握了傳感器的基本理論知識(shí)，更深入的掌握單片機(jī)的開發(fā)應(yīng)用和編程控制。為以后從事單片機(jī)軟硬件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)、打下了良好的基礎(chǔ)，樹立獨(dú)立從事產(chǎn)品研發(fā)的信心，并在這種能力上得到了比較充分的鍛煉。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b>

110、</p><p>　　[1] 張琳娜，劉武發(fā)．傳感檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用[M]，中國(guó)計(jì)量出版社，1999；</p><p>　　[2] 沈德金，陳粵初．MCS-51系列單片機(jī)接口電路與應(yīng)用程序?qū)嵗齕M]，北京航空航天大學(xué)出版，1990；</p><p>　　[3] 鄭建國(guó)，一種高精度的鉑電阻溫度測(cè)量方案，自動(dòng)化儀表[M]，1997；</p><p>

111、　　[4]馬家辰. MCS-51單片機(jī)原理及其接口技術(shù)[M]，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1997；</p><p>　　[5] 周航慈.單片機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)[M]，北京航空航天大學(xué)出版社，1991年8版；</p><p>　　[6] 李志全等.智能儀表設(shè)計(jì)原理及應(yīng)用[M]，國(guó)防工業(yè)出版社，1998年6版；</p><p>　　[7] 李建民.單片機(jī)在溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[

112、M]，江漢大學(xué)學(xué)報(bào)，1996年6版；</p><p>　　[8] 楊振江等.智能儀器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的新器件及應(yīng)用[M]，西安電子科技大學(xué)出版社，2001年12 版；</p><p>　　[9] 劉坤. 51單片機(jī)C語言應(yīng)用開發(fā)技術(shù)大全[M]，人民郵電出版社，2008年9版。</p><p>　　附錄A WZP型鉑熱電阻（Pt100）分度特性表</p>

113、;<p><b>　　R0=100歐</b></p><p><b>　　附錄B 總電路圖</b></p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我得到了指導(dǎo)老師的熱心指導(dǎo)。自始至終從設(shè)計(jì)的選題到設(shè)計(jì)任務(wù)書，開題報(bào)告，外文翻譯和論文的完成一直都關(guān)心督

114、促畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)程和進(jìn)度。幫助解決畢業(yè)設(shè)計(jì)中遇到的許多問題。還不斷向我們傳授分析問題和解決問題的辦法，并指出了正確的努力方向，使我在畢業(yè)設(shè)計(jì)中學(xué)習(xí)到許多新的知識(shí)，也培養(yǎng)了我分析問題的能力和實(shí)踐動(dòng)手能力。在這里非常感謝指導(dǎo)老師的指導(dǎo)和幫助，并致以誠(chéng)摯的謝意！同時(shí)，身邊的同學(xué)也給了我提供了許多的幫助。在此，我向身邊關(guān)心我的同學(xué)及在設(shè)計(jì)過程中給予我極大幫助的人致以誠(chéng)摯的謝意！</p><p>　　通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我深刻

115、地認(rèn)識(shí)到學(xué)好專業(yè)知識(shí)的重要性，也理解了理論聯(lián)系實(shí)際的含義，并且檢驗(yàn)了大學(xué)四年的學(xué)習(xí)成果。雖然在這次設(shè)計(jì)中對(duì)于知識(shí)的運(yùn)用和銜接還不夠熟練。但是我將在以后的工作和學(xué)習(xí)中繼續(xù)努力、不斷完善。這三個(gè)月的設(shè)計(jì)是對(duì)過去所學(xué)知識(shí)的系統(tǒng)提高和擴(kuò)充的過程，為今后的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。</p><p>　　由于自身水平有限，設(shè)計(jì)中一定存在很多不足之處，敬請(qǐng)各位老師批評(píng)指正。</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論