目 錄引言1第1章 方案設(shè)計(jì)與論證11.1傳感器的選擇11.2 方案論證21.3 系統(tǒng)的工作原理21.4 系統(tǒng)框圖2第2章 硬件設(shè)計(jì)32.1 PT100傳感器特性和測溫原理32.2 信號(hào)調(diào)理電路42.3 采樣電路的設(shè)計(jì)42.4 放大電路的設(shè)計(jì)62.5 A/D 轉(zhuǎn)換器的選擇與設(shè)計(jì)電路72.6 顯示電路92.7 單片機(jī)控制電路9第3章 軟件設(shè)計(jì)93.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)說明93.2 軟件的有關(guān)算法103.3 軟件的流程圖103.4 部分設(shè)計(jì)模塊11第4章 電路仿真的設(shè)計(jì)與分析134.1 Proteus 仿真軟件介紹134.2 電路仿真設(shè)計(jì)134.3 仿真分析14第5章 調(diào)試實(shí)驗(yàn)14結(jié) 論16致 謝17參考文獻(xiàn)：17ABSTRACT19附錄A20附錄B21附錄C29RTD電阻測量摘要：本設(shè)計(jì)利用鉑電阻PT100作為傳感器，通過采用了兩線制橋式測量電路，減小了測量電路及PT100自身的誤差。本文采用AT89S52單片機(jī)，ADC0808 A/D轉(zhuǎn)換器，LM358放大器，鉑電阻PT100及LCD1602字符液晶組成系統(tǒng)，編寫了相應(yīng)的軟件程序,使其進(jìn)行電阻測量及顯示對(duì)應(yīng)阻值和溫度。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是：使用簡便；測量精確、穩(wěn)定、可靠；測量范圍大；使用對(duì)象廣。關(guān)鍵詞： PT100；AT89S52；電阻測量引言RTD是 Resistance Temperature Detector 的縮寫，意思是電阻溫度探測器。 RTD的電阻值以0阻值作為標(biāo)稱值。0下鉑RTD電阻的阻值標(biāo)準(zhǔn)為100，100時(shí)為139.1。 RTD的誤差要比熱敏電阻相對(duì)的小，對(duì)于鉑來說，誤差一般在0.01%，鎳通常為0.5%。除誤差和電阻較小以外，RTD與熱敏電阻的接口電路大致相同。在RTD電阻測量系統(tǒng)中，RTD傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和放大器都是非常重要的器件，由于熱電阻RTD具有線性度高、穩(wěn)定、可重復(fù)性利用的特點(diǎn)，其中PT100/PT1000鉑熱電阻的阻值隨著溫度的變化而變化,利用這一特點(diǎn)來采集RTD電阻和溫度信號(hào),將采集到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào);經(jīng)過LM358雙運(yùn)算放大電路將電壓信號(hào)放大后，通過逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器ADC0808轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并由單片機(jī)系統(tǒng)讀取和采集，最后通過LCD1602字符液晶顯示出測量結(jié)果。本文在分析RTD溫度測量系統(tǒng)原理的基礎(chǔ)上，對(duì)于RTD電阻測量的方法進(jìn)行介紹，分析RTD器件的性能特征以及各項(xiàng)參數(shù)。第1章 方案設(shè)計(jì)與論證1.1傳感器的選擇本設(shè)計(jì)要求對(duì)電阻溫度探測器(RTD)進(jìn)行測量，常用的RTD電阻材料有銅、鉑、鎳及鎳/鐵合金等，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。RTD是目前接觸式測溫中應(yīng)用也十分廣泛的熱電式傳感器，它具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、測溫范圍寬、熱慣性小、準(zhǔn)確度高、輸出信號(hào)便于遠(yuǎn)傳等優(yōu)點(diǎn)。各種不同材料的RTD使用在不同的測溫范圍場合。RTD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等。由于本設(shè)計(jì)的任務(wù)是要求測量RTD電阻，決定采用RTD中線性度相對(duì)較好的PT100作為本課題的RTD傳感器，具體的型號(hào)為WZP 型鉑電阻，該傳感器的測溫范圍從-200+650。具體在0100的分度特性表見附錄A 所示。1.2 方案論證方案一：直接測量，直接用歐姆表粗測RTD電阻的值，宜選用量程適中且通過RTD電阻測量電流較小萬用表，如選用MF10型萬用表，主要用于精度要求低或測量電路好壞時(shí)使用，但是這種測量方案沒有作為設(shè)計(jì)的必要。方案二：間接測量，采用RTD傳感器通過電橋測量電路輸出信號(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，傳送給單片機(jī)控制系統(tǒng)，最后經(jīng)過LCD1602 顯示電阻和對(duì)應(yīng)溫度。RTD也是最常用的一種溫度傳感器。它的主要特點(diǎn)是測量精度高，性能穩(wěn)定，使用方便，測量范圍為-200+650，完全滿足要求，考慮到鉑電阻的測量精確度是最高的，所以我們?cè)O(shè)計(jì)最終選擇鉑電阻PT100 作為傳感器。該方案采用熱電偶PT100 做為傳感器、LM358作為信號(hào)放大器，ADC0808作為A/D轉(zhuǎn)換部件。相對(duì)與方案一，方案二在功能、性能、可操作性等方面都有較大的提升，所以在這里我選用方案二完成本次設(shè)計(jì)。1.3 系統(tǒng)的工作原理測RTD電阻的模擬電路是把當(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)AT89S52，單片機(jī)先對(duì)測量參數(shù)進(jìn)行修正再根據(jù)公式換算把測量得的RTD傳感器的電阻值轉(zhuǎn)換為溫度值，并將電阻和溫度數(shù)據(jù)送出到1602液晶進(jìn)行顯示。1.4 系統(tǒng)框圖本設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要包括RTD信號(hào)采集單元，單片機(jī)數(shù)據(jù)處理單元，電阻、溫度顯示單元。其中RTD信號(hào)的數(shù)據(jù)采集單元部分包括PT100傳感器、信號(hào)的獲?。ú蓸樱╇娐?、放大電路、A/D 轉(zhuǎn)換電路。系統(tǒng)的總結(jié)構(gòu)框圖如圖1.1所示：圖1.1 系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)框圖第2章 硬件設(shè)計(jì)2.1 PT100傳感器特性和測溫原理電阻式溫度傳感器(RTD, Resistance Temperature 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。 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), 其電阻阻值與溫度的關(guān)系可以近似用下式表示： 在0650范圍內(nèi)： Rt =R0 (1+At+Bt2) 在-2000范圍內(nèi)： Rt =R0 (1+At+Bt2+C(t-100)t3) 式中A、B、C 為常數(shù)， A=3.9684710-3； B=-5.84710-7； C=-4.2210-12； 由于它的電阻溫度關(guān)系的線性度非常好，因此在測量較小范圍內(nèi)其電阻和溫度變化的關(guān)系式如下：R=Ro(1+T)。其中 =0.00392, Ro 為100(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。 PT100 溫度傳感器的測量范圍廣：-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。 主要技術(shù)指標(biāo) 1. 測溫范圍：-200650 攝氏度2. 測溫精度：0.1 攝氏度3. 穩(wěn)定性：0.1 攝氏度Pt100 是電阻式溫度傳感器，測溫的本質(zhì)其實(shí)是測量傳感器的電阻，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 測量溫度一般有兩種方案： 方案一：設(shè)計(jì)一個(gè)恒流源通過 Pt100 熱電阻，通過檢測 Pt100 上電壓的變化來換算出溫度。方案二： 采用惠斯頓電橋，電橋的四個(gè)電阻中三個(gè)是恒定的，另一個(gè)用 Pt100 熱電阻，當(dāng) Pt100 電阻值變化時(shí)，測試端產(chǎn)生一個(gè)電勢差，由此電勢差換算出溫度。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。2.2 信號(hào)調(diào)理電路 信號(hào)調(diào)理電路的作用是將來自于現(xiàn)場傳感器的信號(hào)變換成采集通道中A/D轉(zhuǎn)換器能識(shí)別的信號(hào)，作為本系統(tǒng)，由于傳感器是熱電偶 PT100，因此信號(hào)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)。2.3 采樣電路的設(shè)計(jì)常用的采樣電路有兩種：一為橋式測溫電路，一為恒流源式測溫電路。下面分別對(duì)橋式電路和恒流源式電路的原理在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注意事項(xiàng)進(jìn)行說明。橋式測溫電路：橋式測溫的典型應(yīng)用電路如圖 1 所示（圖 2.1 和圖 2.2 均為橋式電路，分別畫出來是為了說明兩線制接法和三線制接法的區(qū)別）。 測溫原理：R2、R3、RV1和Pt100組成傳感器測量電橋，為了保證電橋輸出電壓信號(hào)的穩(wěn)定性，電橋的輸入電壓通過TL431穩(wěn)至2.5V，從電橋獲取的差分信號(hào)為傳感器信號(hào)輸入端。 圖2.1 三線制接法橋式測溫電路圖2.2 兩線制接法橋式測溫電路設(shè)計(jì)及調(diào)試注意點(diǎn)：1.同幅度調(diào)整 R2 和 R3 的電阻值可以改變電橋輸出的壓差大?。?.RV1 也可為電位器，調(diào)節(jié)電位器阻值大小可以改變溫度的零點(diǎn)設(shè)定，例如Pt100的零點(diǎn)溫度為 0，即 0時(shí)電阻為 100，當(dāng)電位器阻值調(diào)至 109.885時(shí)，溫度的零點(diǎn)就被設(shè)定在了 25。測量電位器的阻值時(shí)須在沒有接入電路時(shí)調(diào)節(jié)，這是因?yàn)榻尤腚娐泛鬁y量的電阻值發(fā)生了改變；3.電橋的正電源必須接穩(wěn)定的參考基準(zhǔn)，所以設(shè)計(jì)中采用了TL431可編程精密參考，TL431是三端可編程并聯(lián)穩(wěn)壓二極管，2.5伏參考使從5.0伏邏輯電源可方便地獲得穩(wěn)定參考電壓 。恒流源式測溫電路：恒流源式測溫的典型應(yīng)用電路如圖 2.3 所示，下圖中，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)送入后級(jí)的放大器。圖2.3 恒流源式測溫電路設(shè)計(jì)及調(diào)試注意點(diǎn)：1.圖示 1.5K電阻的精度及溫度穩(wěn)定性要好，需要采用高精度高穩(wěn)定的電阻；2.一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） ，否則較大的輸入電流也將直接影響恒流的效果；3.參考電壓的穩(wěn)定性要高，這里的參考電壓采用是 LM336-2.5V作為參考電壓基準(zhǔn)。2.4 放大電路的設(shè)計(jì)放大電路為增加電信號(hào)幅度或功率的電子電路。應(yīng)用放大電路實(shí)現(xiàn)放大的裝置稱為放大器。它的核心是電子有源器件，如電子管、晶體管等。為了實(shí)現(xiàn)放大，必須給放大器提供能量。常用的能源是直流電源，但有的放大器也利用高頻電源作為泵浦源。放大作用的實(shí)質(zhì)是把電源的能量轉(zhuǎn)移給輸出信號(hào)。輸入信號(hào)的作用是控制這種轉(zhuǎn)移，使放大器輸出信號(hào)的變化重復(fù)或反映輸入信號(hào)的變化?，F(xiàn)代電子系統(tǒng)中，電信號(hào)的產(chǎn)生、發(fā)送、接收、變換和處理，幾乎都以放大電路為基礎(chǔ)。20世紀(jì)初，真空三極管的發(fā)明和電信號(hào)放大的實(shí)現(xiàn)，標(biāo)志著電子學(xué)發(fā)展到一個(gè)新的階段。20世紀(jì)40年代末晶體管的問世，特別是60年代集成電路的問世，加速了電子放大器以至電子系統(tǒng)小型化和微型化的進(jìn)程。放大電路的基本形式有3種：共發(fā)射極放大電路，共基極放大電路和共集電極放大電路。在構(gòu)成多級(jí)放大器時(shí)，這幾種電路常常需要相互組合使用。本設(shè)計(jì)放大電路采用LM358集成運(yùn)算放大器，LM358 內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范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(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場合。為了防止單級(jí)放大倍數(shù)過高帶來的非線性誤差，放大電路采用兩級(jí)放大，如圖2.4所示，前一級(jí)放大約為10倍，后一級(jí)放大約為3倍。溫度在0100度變化，當(dāng)溫度上升時(shí)，Pt100阻值變大，輸入放大電路的差分信號(hào)變大，放大電路的輸入電壓Av對(duì)應(yīng)升高。設(shè)計(jì)注意要點(diǎn)：雖然電橋部分已經(jīng)經(jīng)過TL431穩(wěn)壓，但是整個(gè)模塊的電壓VCC一定要穩(wěn)定，否則隨著VCC的波動(dòng)，運(yùn)放LM358的工作電壓波動(dòng)，輸出電壓AV隨之波動(dòng)，最后導(dǎo)致A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果波動(dòng)，測量結(jié)果上下跳變。圖2.4 放大電路2.5 A/D 轉(zhuǎn)換器的選擇與設(shè)計(jì)電路 在我們所測控的信號(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。 1. 雙積分A/D轉(zhuǎn)換器工作原理 雙積分A/D轉(zhuǎn)換器采用間接測量的方法，它將被測電壓轉(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。 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)間 T,正比于輸入電壓。輸入電壓越大反向積分時(shí)間越長，用高頻標(biāo)準(zhǔn)脈沖計(jì)數(shù)測此時(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。 2. 逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器工作原理 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。 其轉(zhuǎn)換原理為：A/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。 在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，采用CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器ADC0808，ADC0808是采樣分辨率為8位的、以逐次逼近原理進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。3.ADC0808主要技術(shù)指標(biāo)和特性（1）分辨率： 8位。（2）總的不可調(diào)誤差： ADC0808為1/2LSB。（3）轉(zhuǎn)換時(shí)間：取決于芯片時(shí)鐘頻率，如CLK=500kHz時(shí)，TCONV=128s。（4）單一電源：+5V。（5）模擬輸入電壓范圍：單極性05V；雙極性5V,10V(需外加一定電路)。（6）具有可控三態(tài)輸出緩存器。（7）啟動(dòng)轉(zhuǎn)換控制為脈沖式(正脈沖)，上升沿使所有內(nèi)部寄存器清零，下降沿使A/D轉(zhuǎn)換開始。（8）使用時(shí)不需進(jìn)行零點(diǎn)和滿刻度調(diào)節(jié)。4.ADC0808引腳功能（外部特性）如下：ADC0808芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖2.5.1所示。各引腳功能如下： （1）IN0IN78路模擬輸入，通過3根地址譯碼線ADDA、ADDB、ADDC來選通一路。（2）D7D0A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)輸出端，為三態(tài)可控輸出，故可直接和微處理器數(shù)據(jù)線連接。8位排列順序是D7為最高位，D0為最低位。（3）ADDA、ADDB、ADDC模擬通道選擇地址信號(hào)，ADDA為低位，ADDC為高位。（4）VR(+)、VR(-)正、負(fù)參考電壓輸入端，用于提供片內(nèi)DAC電阻網(wǎng)絡(luò)的基準(zhǔn)電壓。在單極性輸入時(shí)，VR(+)=5V，VR(-)=0V；雙極性輸入時(shí)，VR(+)、VR(-)分別接正、負(fù)極性的參考電壓。（5）ALE地址鎖存允許信號(hào)，高電平有效。當(dāng)此信號(hào)有效時(shí)，A、B、C三位地址信號(hào)被鎖存，譯碼選通對(duì)應(yīng)模擬通道。在使用時(shí)，該信號(hào)常和START信號(hào)連在一起，以便同時(shí)鎖存通道地址和啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。（6）STARTA/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，正脈沖有效。加于該端的脈沖的上升沿使逐次逼近寄存器清零，下降沿開始A/D轉(zhuǎn)換。如正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)又接到新的啟動(dòng)脈沖，則原來的轉(zhuǎn)換進(jìn)程被中止，重新從頭開始轉(zhuǎn)換。（7）EOC轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，高電平有效。該信號(hào)在A/D轉(zhuǎn)換過程中為低電平，其余時(shí)間為高電平。該信號(hào)可作為被CPU查詢的狀態(tài)信號(hào)，也可作為對(duì)CPU的中斷請(qǐng)求信號(hào)。在需要對(duì)某個(gè)模擬量不斷采樣、轉(zhuǎn)換的情況下，EOC也可作為啟動(dòng)信號(hào)反饋接到START端，但在剛加電時(shí)需由外電路第一次啟動(dòng)。（8）OE輸出允許信號(hào)，高電平有效。當(dāng)微處理器送出該信號(hào)時(shí)，ADC0808/0809的輸出三態(tài)門被打開，使轉(zhuǎn)換結(jié)果通過數(shù)據(jù)總線被讀走。在中斷工作方式下，該信號(hào)往往是CPU發(fā)出的中斷請(qǐng)求響應(yīng)信號(hào)。圖2.5.1 ADC0808芯片引腳圖ADC0808與單片機(jī)的連接如圖2.5.2所示：圖2.5.2 ADC0808電路2.6 顯示電路本設(shè)計(jì)采用LCD1602字符液晶來顯示數(shù)據(jù)，所謂1602是指顯示的內(nèi)容為16*2，即可以顯示兩行，每行16個(gè)字符。字符型LCD1602通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD，多出來的2條線是背光電源線VCC（15腳）和地線GND（16腳），其控制原理與14腳的LCD完全一樣，其電路圖如圖2.6所示：圖2.6 顯示電路2.7 單片機(jī)控制電路本設(shè)計(jì)是采用AT89S52單片機(jī)作為主控電路，其中P2口為A/D轉(zhuǎn)換器的通信端口，P3.1為A/D芯片的時(shí)鐘控制端口，P0、P3口為LCD液晶的顯示端口。如圖2.7所示：圖2.7 單片機(jī)控制電路第3章 軟件設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)說明進(jìn)行微機(jī)測量控制系統(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)測量對(duì)象的實(shí)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。在單片機(jī)測量控制系統(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)到測量控制目的。軟件設(shè)計(jì)主要是對(duì)RTD電阻和溫度進(jìn)行采集、顯示。因此，整個(gè)軟件可分為RTD信號(hào)采集處理子程序、顯示子程序及系統(tǒng)主程序。3.2 軟件的有關(guān)算法 RTD信號(hào)采集處理主要通過A/D轉(zhuǎn)換，A/D處理包括兩方面的內(nèi)容，一是A/D值向?qū)嶋H數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。由于干擾或者電路噪聲的存在，在采樣過程但中會(huì)出現(xiàn)采樣信號(hào)與實(shí)際信號(hào)存在偏差的現(xiàn)象，甚至?xí)霈F(xiàn)信號(hào)的高低波動(dòng)，為了減小這方面原因造成的測量誤差，在實(shí)際采樣時(shí)采樣18個(gè)點(diǎn)，然后再除去其中偏差較大的兩個(gè)點(diǎn)，即一個(gè)最大值和一個(gè)最小值，再對(duì)剩余的16個(gè)點(diǎn)取均值，這樣得到的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果比較接近實(shí)際值。 首先對(duì)采樣得到的數(shù)值進(jìn)行濾波操作，利用公式：Result=(100*AD_Data)/51得到電壓信號(hào)，然后利用采樣得出的比率公式轉(zhuǎn)換A/D數(shù)值，計(jì)算并送出A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果到單片機(jī),RTD電阻：Result0=(Result-76)/6.010+100，RTD溫度：Result1=(Result-76)/0.234。3.3 軟件的流程圖圖3.1 系統(tǒng)總流程圖 圖3.2 A/D轉(zhuǎn)換流程圖 圖3.3 1602顯示流程圖圖3.4 主函數(shù)流程圖3.4 部分設(shè)計(jì)模塊1.RTD電阻及溫度采集模塊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)換成電阻及溫度。程序如下：void Delay()/延時(shí)程序。uint Count;for(Count=0;Count250;Count+);unsigned int uiADTransform(uint a)/uint b,AD_Data,Result,Result0,Result1;START=1;/啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換。START=0;while(EOC=0);/等待轉(zhuǎn)換結(jié)束。AD_Data=OUTPORT;/AD轉(zhuǎn)換函數(shù)，取轉(zhuǎn)換結(jié)果。Result=(100*AD_Data)/51;/處理數(shù)據(jù)結(jié)果。Result0=(Result-76)/6.010+100;/處理RTD電阻數(shù)據(jù)。Result1=(Result-76)/0.234;/處理RTD溫度數(shù)據(jù)。b=a=0? Result0:Result1;return(b);/AD轉(zhuǎn)換函數(shù)，返回轉(zhuǎn)換結(jié)果。2.LCD1602顯示模塊將從A/D轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)處理后通過單片機(jī)傳送到LCD1602字符液晶并顯示出來，其電阻顯示和溫度顯示程序如下：void ShowR(unsigned int Number)/電阻顯示unsigned char aNumber3,Count;aNumber0=Number/100;/把計(jì)算數(shù)字的每個(gè)位存入數(shù)組。aNumber1=(Number-100*(int)aNumber0)/10;aNumber2=Number-100*(int)aNumber0-10*aNumber1;for(Count=0;Count3;Count+)ShowOneChar(aNumberCount+48);/從首位到末位逐一輸出。void ShowT(unsigned int Number)/溫度顯示unsigned char aNumber3,Count;aNumber0=Number/100;/把計(jì)算數(shù)字的每個(gè)位存入數(shù)組。aNumber1=(Number-100*(int)aNumber0)/10;aNumber2=Number-100*(int)aNumber0-10*aNumber1;for(Count=0;Count3;Count+)ShowOneChar(aNumberCount+48);/從首位到末位逐一輸出。if(Count=1)/轉(zhuǎn)換結(jié)果是3位數(shù)，小數(shù)點(diǎn)在十位與個(gè)位之間。ShowOneChar(.);第4章 電路仿真的設(shè)計(jì)與分析4.1 Proteus 仿真軟件介紹Proteus 7 Professional 是英國Labcenter 公司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)行于Windows 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：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。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、PIC16 系列、PIC18 系列、Z80 系列、HC11 系列以及各種外圍芯片。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 uVision4 等軟件。具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能。總之，該軟件是一款集單片機(jī)和SPICE 分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大。4.2 電路仿真設(shè)計(jì)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)。仿真圖中可以添加電壓表來實(shí)時(shí)參看此處電壓值以確定分壓信息，由于PT100 溫度傳感器在仿真過程中波動(dòng)較大，所以顯示的溫度跳躍變化，需等待一段時(shí)間達(dá)到穩(wěn)定值。仿真中可以通過調(diào)節(jié)PT100的溫度值來改變采樣數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)變化，以確定仿真數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。其仿真圖如圖4.1所示：圖4.1 系統(tǒng)仿真圖4.3 仿真分析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KeilC51 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。本仿真電路中通過調(diào)節(jié)電橋的一個(gè)橋臂上的可調(diào)電阻RV1來調(diào)整輸入到運(yùn)放的差分電壓信號(hào)大小，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10倍，二級(jí)放大電路放大倍數(shù)為3倍，合起來整個(gè)放大電路放大了30倍。在仿真過程中由于軟硬件影響，還有人為計(jì)算誤差因素，使得測量電阻和溫度結(jié)果與理想測量結(jié)果存在一定的誤差，因此可以通過改變硬件參數(shù)和軟件程序設(shè)計(jì)來減少誤差。第5章 調(diào)試實(shí)驗(yàn) 對(duì)焊接好的實(shí)物進(jìn)行調(diào)試實(shí)驗(yàn)，整個(gè)調(diào)試實(shí)驗(yàn)可以分為以下幾個(gè)過程：（1）將KEIL軟件生成的.hex文件通過ISP接口燒錄進(jìn)AT89S52單片機(jī)，然后將單片機(jī)插入單片機(jī)底座，同時(shí)把雙運(yùn)放LM358芯片和ADC0808芯片插入其對(duì)應(yīng)的底座，如圖5.1所示：圖5.1未上電實(shí)物圖（2）將事先準(zhǔn)備好的RTD傳感器WZP型PT100鉑電阻與RTD電阻采集電路用導(dǎo)線進(jìn)行連接，如圖5.2所示：圖5.2 接入傳感器實(shí)物圖（3）將LCD1602字符液晶插入其對(duì)應(yīng)的20座的排針母座，如圖5.3所示，到此，整個(gè)實(shí)物的安裝已經(jīng)全部結(jié)束，下面將對(duì)實(shí)物進(jìn)行上電測試。圖5.3 未上電整體實(shí)物圖（4）用USB母座對(duì)整個(gè)電路進(jìn)行直流5V供電，打開電源開關(guān)，電源指示燈亮，表示上電成功，如圖5.4所示，LCD1602液晶第一行顯示測試內(nèi)容：（RTD）PT100Test，第二行顯示PT100對(duì)應(yīng)當(dāng)前環(huán)境下的阻值和溫度。圖5.4 上電整體實(shí)物圖（5）將PT100進(jìn)行加熱，觀測RTD電阻阻值變化情況，發(fā)現(xiàn)顯示其對(duì)應(yīng)當(dāng)前阻值上升，其溫度也隨著阻值的上升而上升，如圖5.5所示：圖5.5 上電整體實(shí)物圖（溫度上升）結(jié) 論本RTD測量系統(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RTD電阻和溫度顯示。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)場的實(shí)時(shí)控制。經(jīng)過多次的修改和調(diào)試測量，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。通過本次RTD電阻測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，我對(duì)RTD電阻測量有了進(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)的確定等等。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)從一開始的課題確定，到后來的資料查找、理論學(xué)習(xí)以及近來的調(diào)試和測試過程中使我的理論知識(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)。通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我了解并掌握了PT100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。致 謝在本次畢業(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老師一直都關(guān)心督促畢業(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。在這里非常感謝老師的指導(dǎo)和幫助，并致以誠摯的謝意！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摯的謝意！通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我深刻地認(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。這次畢業(yè)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)。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。參考文獻(xiàn)：1 錢靜,辛長宇,朱玉龍.Pt100溫度計(jì)電阻和溫度關(guān)系的擬合J.低溫與超導(dǎo),2007,35(4):290-292. 2 郭維廉,梁惠來,張世林等.平面型RTD及其MOBILE的設(shè)計(jì)與研制J.半導(dǎo)體學(xué)報(bào),2006,27(12):2167-21 72.3 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well as the deviation of PT100 itself. In this paper, applying the AT89S52 single-chip microcomputer (SCM), ADC0808 A / D converter, LM358 amplifier, and platinum resistance PT100 as well as LCD characters LCD1602 to compose the system, writing out the corresponding software program to make it carry out the measurement of resistance and the display of corresponding resistance and temperature. The characteristics of this system are: use easily; measure accurately, stable, and reliable; big measurement range; used objects widely.Key words:Resistance temperature detector (RTD);PT100; AT89S52; measurement of resistance.附錄AWZP 型鉑熱電阻（Pt100）分度特性表 R0=100 歐溫度（）0123456789電阻值（歐姆）0100.00100.40100.79101.19101.59101.98102.38102.78103.17103.6710103.96104.36104.75105.15105.54105.91106.33106.73107.12107.5220107.91108.31108.70109.10109.49109.88110.28110.67111.07111.4630111.85112.25112.64113.03113.43113.82114.21114.60115.00115.3940115.78116.17116.57116.96117.35117.74118.13118.52118.91119.3150119.70120.09120.43120.87121.26121.65122.01122.43122.82123.2160123.60123.99124.38124.77125.16125.55125.94126.33126.72127.1070127.49127.88128.27128.66129.05129.44129.82130.21130.60130.9980131.37131.76132.15132.54132.92133.31133.70134.08134.47134.8690135.24135.63136.02136.40136.79137.17137.56137.94138.33138.72100139.10139.49139.87140.26140.64141.02141.41141.79142.18142.66附錄B程序清單/*/頭文件及宏定義/*/#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define START P3_4/START接口。0-1-0:啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換。#define EOC P3_3/轉(zhuǎn)換完畢由0變1。#define CLK P3_1/CLK時(shí)鐘接口。#define LCDPORT P0/LCD數(shù)據(jù)接口。#define OUTPORT P2/A/D轉(zhuǎn)換接口uchar code table=0xF4,0xDF;bit DATransform=0;sbit LCDRS=P35;/寄存器選擇信號(hào)：0-數(shù)據(jù)寄存器；1-指令寄存器。sbit LCDRW=P36;/讀寫信號(hào)：1-讀LCD；0-寫LCD。sbit LCDE=P37;/片選信號(hào)，當(dāng)輸入下降沿信號(hào)時(shí)，/*/延時(shí)函數(shù)/*/void Delay()uint Count;for(Count=0;Count: WriteData(0x27);break;case (: WriteData(0x28);break;case ): WriteData(0x29);break;case *: WriteData(0x20);break;case +: WriteData(0x2A);break;case -: WriteData(0x2D);break;case /: WriteData(0x2F);break;case =: WriteData(0x3D);break;case : WriteData(0x3E);break;case ?: WriteData(0x3F);break;case .: WriteData(0x2E);break;case : WriteData(0x3A);break;case 0: WriteData(0x30);break;case 1: WriteData(0x31);break;case 2: WriteData(0x32);break;case 3: WriteData(0x33);break;case 4: WriteData(0x34);break;case 5: WriteData(0x35);break;case 6: WriteData(0x36);break;case 7: WriteData(0x37);break;case 8: WriteData(0x38);break;case 9: WriteData(0x39);break;case A: WriteData(0x41);break;case B: WriteData(0x42);break;case C: WriteData(0x43);break;case D: WriteData(