微機(jī)化儀表課程設(shè)計(jì)說明書摘要本設(shè)計(jì)簡要介紹了熱電偶測溫儀的測溫原理、所用的硬器件結(jié)構(gòu)與工作原理，并對其進(jìn)行了硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，然后對其最終顯示做了試驗(yàn)。通過測定，驗(yàn)證測溫儀的誤差大小，以便可以工程使用。該測溫儀是以AT89C51單片機(jī)為核心，由熱電偶測量溫度，并對其進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償。該熱電偶采用K型鎳鉻鎳硅熱電偶，測量范圍在0800之間。使用5V電源。采用4位共陰極LED數(shù)碼管顯示。并利用鍵盤設(shè)定溫度上下限，這樣當(dāng)所測溫度超越了可測溫度范圍，報(bào)警器鳴鏑，報(bào)警燈亮，以便通知工程人員做相應(yīng)處理。在工業(yè)測量中，被測對象常存在電場、磁場、噪聲等惡劣環(huán)境中，這樣采樣值可能偏離真實(shí)值。所以，在軟件設(shè)計(jì)中，還需要一組濾波程序，以提高信噪比，減少乃至消除各種干擾及噪音，提高測量精度。目錄第1章熱電偶測溫儀原理與方框圖11、熱電偶測溫原理412、熱電偶測溫儀系統(tǒng)方框圖4第2章器件說明21、AT89C51單片機(jī)522、LED數(shù)碼顯示器823、74LS1648位并行輸出串行移位寄存器824、X20451025、熱電偶1226、TCL083214第3章硬件電路設(shè)計(jì)第4章軟件電路設(shè)計(jì)41A/D轉(zhuǎn)換子程序設(shè)計(jì)1542線形化標(biāo)度變換子程序設(shè)計(jì)1643總程序設(shè)計(jì)17總結(jié)附錄參考文獻(xiàn)第1章熱電偶測溫儀原理與方框圖11、熱電偶測溫原理熱電偶傳感器是一種將溫度變化轉(zhuǎn)化為電勢變化的傳感器，它是由兩種不同的金屬A和B構(gòu)成一個(gè)閉合回路，當(dāng)兩個(gè)接觸端溫度不同，即TT0時(shí)，回路中會(huì)產(chǎn)生熱電勢EAB（T，T0），如圖1所示。其中，T稱為熱端，T0稱為冷端，A和B稱為熱電極。熱電勢EAB（T，T0）的大小是由兩種材料的接觸電勢和單一材料的溫差電勢所決定的。EAB（T，T0）E（T，TN）E（TN，T0）其中TN是參考溫度，T0零溫。圖1熱電偶12、熱電偶測溫儀系統(tǒng)方框圖基于熱電偶的溫度檢測框圖如圖2，溫度由K型熱電偶檢測，并經(jīng)冷端溫度補(bǔ)償和線形化轉(zhuǎn)化后送到模擬多路開關(guān)，由模擬開關(guān)切換后，經(jīng)放大器放大，再由A/D轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。AT89C51單片機(jī)讀取轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號并進(jìn)行必要的處理后，將結(jié)果存入RAM，同時(shí)送LED顯示器顯示。另外，AT89C51單片機(jī)還將依據(jù)由鍵盤輸入的溫度上下限報(bào)警溫度值對所檢測的溫度進(jìn)行越限光報(bào)警處理。其中溫度傳感器選用的是K型熱電偶（鎳鉻鎳硅熱電偶），測溫范圍選用0800度，冷端溫度補(bǔ)償選用補(bǔ)償導(dǎo)線法。放大電路選用自動(dòng)調(diào)零放大電路，A/D轉(zhuǎn)換器選用TLC0832，單片機(jī)選用AT89C51，并另外擴(kuò)存儲(chǔ)器EPROM，RAM，顯示選用4段LED數(shù)碼管，并加報(bào)警器，選用一個(gè)LED數(shù)碼管，燈亮表示超過測溫上限。熱電偶E0800度放大電路A/D轉(zhuǎn)換器（TLC0832）單片機(jī)（AT89C51）EPROMRAM報(bào)警74LS164LED鍵盤圖2熱電偶測溫儀方框圖第2章器件說明本設(shè)計(jì)中使用的硬件有AT89C51單片機(jī)，TLC0832A/D轉(zhuǎn)換芯片，74LS164驅(qū)動(dòng)器，X2045看門狗，共陰極LED數(shù)碼管，5V標(biāo)準(zhǔn)電源，萬用表。21、AT89C51單片機(jī)AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROMFALSHPROGRAMMABLEANDERASABLEREADONLYMEMORY）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100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MCS51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AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。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。211、主要特性與MCS51兼容4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器。壽命1000寫/擦循環(huán)。數(shù)據(jù)保留時(shí)間10年全靜態(tài)工作0HZ24HZ三級程序存儲(chǔ)器鎖定1288位內(nèi)部RAM32可編程I/O線兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器5個(gè)中斷源可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路212、管腳說明AT89C51管腳分布如圖3所示圖3AT89C51管腳分布圖VCC供電電壓。GND接地。P0口P0口為一個(gè)8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。P2口P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號和控制信號。P3口P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示口管腳備選功能P30RXD（串行輸入口）P31TXD（串行輸出口）P32/INT0（外部中斷0）P33/INT1（外部中斷1）P34T0（記時(shí)器0外部輸入）P35T1（記時(shí)器1外部輸入）P36/WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）P37/RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。RST復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN外部程序存儲(chǔ)器的選通信號。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2來自反向振蕩器的輸出。213、振蕩器特性XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對外部時(shí)鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。214、芯片擦除整個(gè)PEROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10MS來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。22、LED數(shù)碼顯示器在數(shù)字電路中，常用的顯示器是數(shù)碼顯示器。LC501111就是一種共陰極數(shù)碼顯示器。它的管腳排列如圖43所示，X為共陰極，DP為小數(shù)點(diǎn)。其內(nèi)部是段發(fā)光二極管的負(fù)極連在一起的電路。當(dāng)在它的A、B、C、D、E、F、G、DP加上正向電壓時(shí)，各段發(fā)光二極管就點(diǎn)亮。共陽極數(shù)碼顯示器的陽極是連在一體的，它的工作情況與共陰極數(shù)碼管是相反的，它的各段加上低電平時(shí)，所對應(yīng)的發(fā)光二極管就點(diǎn)亮。LC501111管腳圖4如下圖4LED管腳分布圖及內(nèi)外部結(jié)構(gòu)圖用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管有很多方法，按顯示方式分，有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)（掃描）顯示，按譯碼方式可分硬件譯碼和軟件譯碼之分。靜態(tài)顯示就是顯示驅(qū)動(dòng)電路具有輸出鎖存功能，單片機(jī)將所要顯示的數(shù)據(jù)送出后就不再管，直到下一次顯示數(shù)據(jù)需要更新時(shí)再傳送一次新數(shù)據(jù)，顯示數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用很少的CPU時(shí)間。動(dòng)態(tài)顯示需要CPU時(shí)刻對顯示器件進(jìn)行數(shù)據(jù)刷新，顯示數(shù)據(jù)有閃爍感，占用的CPU時(shí)間多。這兩種顯示方式各有利弊；靜態(tài)顯示雖然數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用很少的CPU時(shí)間，但每個(gè)顯示單元都需要單獨(dú)的顯示驅(qū)動(dòng)電路，使用的硬件較多；動(dòng)態(tài)顯示雖然有閃爍感，占用的CPU時(shí)間多，但使用的硬件少，能節(jié)省線路板空間。硬件譯碼就是顯示的段碼完全由硬件完成，CPU只要送出標(biāo)準(zhǔn)的BCD碼即可，硬件接線有一定標(biāo)準(zhǔn)。軟件譯碼是用軟件來完成硬件的功能，硬件簡單，接線靈活，顯示段碼完全由軟件來處理，是目前常用的顯示驅(qū)動(dòng)方式。本設(shè)計(jì)選用LED靜態(tài)顯示和軟件譯碼。23、74LS1648位并行輸出串行移位寄存器74LS164為8位移位寄存器，管腳定義如下圖5所示CLOCK時(shí)鐘輸入端CLEAR同步清除輸入端（低電平有效）A，B串行數(shù)據(jù)輸入端QAQH為輸出端當(dāng)清除端（CLEAR）為低電平，輸出端（QAQH）均為低電平；串行數(shù)據(jù)輸入端（A，B）可控制數(shù)據(jù)。當(dāng)A，B任意一個(gè)為低電平，則禁止新數(shù)據(jù)輸入，在時(shí)鐘端（CLOCK）脈沖上升沿作用下QO為低電平；當(dāng)A，B有一個(gè)為高電平。則另一個(gè)就允許輸入數(shù)據(jù)，并在CLOCK上升沿作用下決定QO的狀態(tài)。圖574LS164管腳圖74LS164為8位移位寄存器,其主要電特性的典型值如下型號FMPN74LS16436MHZ80MW邏輯及封裝圖雙列直插封裝極限值電源電壓7V輸入電壓55V工作環(huán)境溫度74LS164070儲(chǔ)存溫度65150推薦工作條件74LS164最小額定最大單位電源電壓VCC4755525V輸入高電平電壓VIH2V輸入低電平電壓VIL08V輸出高電平電流IOH400A輸出低電平電流IOL8MA時(shí)鐘頻率FCP025MHZ脈沖寬度TWCLOCK，CLEAR20NS123456ABCD654321DCBAA1B2QA3QB4QC5QD6CLK8CLR9QE10QF11QG12QH13U374LS164建立時(shí)間TSET25NS保持時(shí)間TH5NS靜態(tài)特性（TA為工作環(huán)境溫度范圍）74LS164單位參數(shù)測試條件最小最大VIK輸入嵌位電壓VCC最小，VIK12MA15VVOH輸出高電平電壓VCC最小VIH2VVIL08V,IOH400A24VVOL輸出低電平電壓VCC最小，VIH2V,VIL08V，IOL8MA04VII最大輸入電壓時(shí)輸入電流VCC最大，VI55V1MAIIH輸入高電平電流VCC最大，VIH24V40AIIL輸入低電平電流VCC最大，VIL04V16MA5410275IOS輸出短路電流VCC最大749275MAICC電源電流VCC最大，A和B接地，CLOCK接24V，CLEAR瞬間接地后接45V54MA動(dòng)態(tài)特性TA2574LS164參數(shù)測試條件最小最大單位FMAX25MHZTPLH27NSTPHLCLOCK任一Q32NSTPHLCLEAR任一QVCC5V,CL15PF,RL80036NSFMAX最大時(shí)鐘頻率TPLH輸出由低電平到高電平傳輸延遲時(shí)間TPHL輸出由高電平到低電平傳輸延遲時(shí)間24、X2045看門狗X25045是XICOR公司生產(chǎn)的監(jiān)控器，高電平復(fù)位輸出，可塊鎖定，傳輸密度4K的EEPROM。X25045有三種功能，看門狗定時(shí)器、電壓監(jiān)視、EEPROM，它們?nèi)齻€(gè)組合在一個(gè)封裝內(nèi)，這種組合降低了系統(tǒng)的成本并減少了電路板空間要求。圖6為X2045芯片引腳圖，引腳功能如下/CS為芯片選擇輸入,低電平有效SO串行輸出SI串行輸入SCK串行時(shí)鐘輸入WPEEPROM寫保護(hù)輸入RESET復(fù)位信號輸出VSS地VCC電源電壓它具有的特點(diǎn)如下低電平的看門狗定時(shí)器。低VCC檢測。直到VCCIV時(shí)復(fù)位信號有效。1MHZ時(shí)鐘頻率。低功耗CMOS。片內(nèi)偶然性寫保護(hù)。高可靠性，可擦寫次數(shù)為10萬次，數(shù)據(jù)保存期10年。27V至55V電源電壓。圖6X2045芯片引腳圖X25045在讀寫操作之前，需要先向它發(fā)出指令，指令名及指令格式如表22所示。指令名指令格式操作WREN00000110設(shè)置寫使能鎖存器（允許寫操作）WRDI00000100復(fù)位寫使能鎖存器（禁止寫操作）RDSR00000101讀狀態(tài)寄存器WRSR00000001寫狀態(tài)寄存器READ0000A8011把開始于所選地址的存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)讀出WRITE0000A8010把數(shù)據(jù)寫入開始于所選地址的存儲(chǔ)器表22X25045指令及其含義X25045芯片內(nèi)包含有一個(gè)看門狗定時(shí)器，可通過軟件預(yù)置系統(tǒng)的監(jiān)控時(shí)間。在看門狗定時(shí)器預(yù)置的時(shí)間內(nèi)若沒有總線活動(dòng)，則X25045將從RESET輸出一個(gè)高電平信號，使CPU復(fù)位?？撮T狗定時(shí)器的預(yù)置時(shí)間是通過X25045的狀態(tài)寄存器的相應(yīng)位來設(shè)定的。如表23所示，X25045狀態(tài)寄存器共有6位有含義，其中WD1、WD0和看門狗電路有關(guān)，其余位和EEPROM的工作設(shè)置有關(guān)。D7D6D5D4D3D2D1D0XXWD1WD0BL1BL0WELWIP表23X25045狀態(tài)寄存器芯片的看門狗定時(shí)器和VCC電壓監(jiān)視器都對微處理器提供獨(dú)立的保護(hù)。當(dāng)系統(tǒng)故障時(shí)，只要看門狗定時(shí)器記時(shí)達(dá)到其可編程的超時(shí)極限，RESET引腳立即自動(dòng)產(chǎn)生高電平復(fù)位信號。當(dāng)電源電壓VCC降至最小轉(zhuǎn)換點(diǎn)以下，芯片的RESET引腳立即自動(dòng)產(chǎn)生復(fù)位信號。該芯片在系統(tǒng)電源上電或掉電時(shí)也立即自動(dòng)產(chǎn)生復(fù)位信號。這樣，在電源的接通和關(guān)斷、瞬時(shí)的電源電壓不穩(wěn)定時(shí)就不會(huì)造成系統(tǒng)死機(jī)、數(shù)據(jù)誤寫及誤動(dòng)作等故障。25、熱電偶熱電偶為K型，測溫范圍01200，對應(yīng)的熱電勢048828MV。它的短期使用溫度為1200，長期使用溫度為1000。本設(shè)計(jì)選用0800度測溫范圍。其線性化標(biāo)度變換如下表格。冷端溫度補(bǔ)償用電橋補(bǔ)償?shù)姆椒?，四個(gè)橋臂的電阻在20阻值一樣，其中三個(gè)電阻用錳銅絲繞制，其電阻不隨溫度變化。另外一個(gè)電阻用銅絲繞制，其阻值隨溫度變化。因此，要把顯示儀表的起始點(diǎn)調(diào)到20的位置。線性化標(biāo)度變換表格理想溫度（0C）理想熱電勢K（MV）放大器輸出（V）碼值000020081371261400163952512860024902371898003327750255251、熱電偶信號的冷端補(bǔ)償根據(jù)國際溫標(biāo)規(guī)定，熱電偶的分度表是以TO0OC作為基準(zhǔn)進(jìn)行分度的，而在實(shí)際使用過程中，自由端溫度TO往往不能維持在0OC，那么工作溫度為T時(shí)在分度表中所對應(yīng)的熱電勢ET,0與熱電偶實(shí)際輸出的電勢值ET,TO之間的誤差為EABT,0EABT,TOETO,0由此可見，差值ETO,0是自由端溫度TO的函數(shù)，因此需要對熱電偶自由端溫度進(jìn)行處理。圖251為利用熱敏電阻進(jìn)行冷端補(bǔ)償?shù)碾娐穲D。圖252為利用AD590的冷端補(bǔ)償電路圖。圖251利用熱敏電阻進(jìn)行冷端補(bǔ)償圖252利用AD590的冷端補(bǔ)償電路252、熱電偶信號的線性化處理方法熱電偶溫度信號非線性是比較大的，如B偶，從0C升高到1800C，熱電勢從0MV變化到13585MV，每100C熱電勢增加最大的約為最小的8倍。B偶的最大輸出熱電勢只有13585MV，而且當(dāng)溫度升高到約1700C時(shí)，該增加值下降。其它熱電偶都存在類似的問題，盡管稍有不同。這又給線性化增加了難度。從這一特性出發(fā)，熱電偶溫度信號的線性化主要有如下幾種方法。1單反饋法利用負(fù)反饋，可以改善其線性，但是很有限。幾種非線稍小的熱電偶，可以采用這種方法，特別是在溫區(qū)要求不寬的情況下。有時(shí)，由于在其一溫區(qū)有精度要求，那么就在該溫區(qū)對信號進(jìn)行調(diào)理，達(dá)到要求的目標(biāo)；在其它溫區(qū)可以放寬精度要求，甚至不要求，只作監(jiān)視用。2折線近似法這是一種對非線性較大的信號處理的較好的方法。處理得好可以達(dá)到較高的精度。這種方法普遍適用于各種熱電偶的整個(gè)正信號溫區(qū)。圖253折線近似法該種方法的電路原理圖如圖253所示。該電路的工作過程是當(dāng)輸入的電壓信號較低時(shí)，IC1中的反相端電壓較同相端A低得多（同相端的電壓大小是根據(jù)線性化要求設(shè)定的，B點(diǎn)同樣），IC1的輸出端電壓較高，D1截止。當(dāng)輸入信號電壓接近IC1的同相端時(shí)，IC1的輸出逐漸降低，隨之，D1逐漸導(dǎo)通，V4逐漸增大，直到V4接近A點(diǎn)電壓為止。這就有效地限制了熱電偶信號迅速增加，降低了非線性。IC2的工作過程與此類似，不同的是B點(diǎn)電位比A點(diǎn)高。當(dāng)輸入電壓在A點(diǎn)電壓以下時(shí)，D2截止，IC2不工作；只有當(dāng)輸入電壓高于A點(diǎn)電壓或接近B點(diǎn)電壓時(shí)IC2才工作。工作過程與IC1相同。所用折線的段數(shù)是根據(jù)精度要求決定的。對于熱電偶信號處理來說，有三段就可以使精度達(dá)到05以上。當(dāng)D1、D2都導(dǎo)通后，可推出式中，VF為晶體管發(fā)射結(jié)的正向壓降。本設(shè)計(jì)選用折線近似法對熱電偶進(jìn)行線性化近似。26、TCL0832TCL0832美國德州儀器公司生產(chǎn)的串行控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器，有兩個(gè)可多路選擇的輸入通道，與單片機(jī)或控制器通過三線接口連線，性能比較高。TCL0832芯片具有以下特點(diǎn)（1）8位分辨率；（2）5V單電源供電，基準(zhǔn)電壓為5V；（3）輸入模擬信號電壓范圍為05V；（4）輸入和輸出電平與TTL和COMS兼容；（5）可直接和微處理器接口或獨(dú)立使用；（6）在250KHZ時(shí)鐘頻率時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間為32US；（7）有兩個(gè)可多路選擇的模擬輸入通道。TCL0832DIP封裝的引腳分配圖7如下圖7TCL0832DIP封裝的引腳分配圖各引腳說明如下/CS為片選端，低電平有效；CH0，CH1為模擬信號輸入端；DI為多路器地址選擇輸入端；DO為模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果串行輸出端；CLK為串行時(shí)鐘輸入端；GND為電源地；VCC/REF為正電源端和基準(zhǔn)電壓輸入端。TLC0832處于工作狀態(tài)時(shí),置CS端有效,并使所有的邏輯電路使能,方可啟動(dòng)轉(zhuǎn)換CS在整個(gè)轉(zhuǎn)換過程中必須置為低電平,接著從處理器接受一個(gè)時(shí)鐘當(dāng)一個(gè)時(shí)鐘的時(shí)間間隔被自動(dòng)插入后,可以使轉(zhuǎn)換器選定的通道穩(wěn)定。而當(dāng)DO脫離高阻狀態(tài)是，可提供一個(gè)時(shí)鐘的時(shí)間間隔的前導(dǎo)低電平，以使多路器穩(wěn)定。SAR比較器用于對電阻梯形網(wǎng)絡(luò)的輸出。在轉(zhuǎn)換過程中，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)同時(shí)從DO端輸出，并以最高位（MSB）開頭。在經(jīng)過8個(gè)時(shí)鐘后，轉(zhuǎn)換完成，CS變高，內(nèi)部所有寄存器清零，此時(shí)，輸出電路變?yōu)楦咦杼Ｈ绻Ｍ硪粋€(gè)轉(zhuǎn)換，CS必須有一個(gè)從高到低的跳變，且后面應(yīng)緊跟著輸入通道地址選擇數(shù)據(jù)。TLC0832的輸入配置可在多路器尋址時(shí)續(xù)中進(jìn)行，多路器地址通過DI端移入寄存器。第3章硬件電路設(shè)計(jì)如圖2所示本設(shè)計(jì)是以AT89C51單片機(jī)為核心，K型熱電偶采集數(shù)據(jù)，TLC0832轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，并最終由LDE數(shù)碼管顯示。則其具體硬件連線應(yīng)參考第2章有關(guān)內(nèi)容，在PROTEL99軟件中查找器件并進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，經(jīng)檢查無誤后最終確定硬件接線圖如附錄3硬件電路圖接線所示。第4章軟件電路設(shè)計(jì)41A/D轉(zhuǎn)換子程序設(shè)計(jì)A/D轉(zhuǎn)換子程序流程圖附錄2中A/D轉(zhuǎn)換子程序流程圖。在該子程序中，首先對TLC0832的采樣進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，之后判斷A/D轉(zhuǎn)換是否完成，如果沒有完成，則返回A/D轉(zhuǎn)換，直到轉(zhuǎn)換完成后，再進(jìn)行數(shù)字濾波。待數(shù)字濾波后，將碼值NX送到單片機(jī)緩沖單元存儲(chǔ)，等待下一步線性化子程序調(diào)用該碼值。在工業(yè)測量中，被測對象常存在電場、磁場、噪聲等惡劣環(huán)境中，這樣采樣值可能偏離真實(shí)值。所以，在軟件設(shè)計(jì)中，還需要一組濾波程序，以提高信噪比，減少乃至消除各種干擾及噪音，提高測量精度。一般在溫度測量系統(tǒng)中采用限幅法或者限速法。限幅濾波是把兩次相鄰的采樣值相減，求出增量（以絕對值表示），然后與兩次采樣允許的最大差值（由被控對象的實(shí)際情況決定）Y進(jìn)行比較，若小于或等于Y，則取本次采樣；若大于Y，則仍取上次采樣值作為本次采樣值。而限速濾波法是一種折衷的方法，它利用最多3次采樣值比較，決定采樣結(jié)果。其方法是當(dāng)|Y2Y1|Y時(shí)，不像限幅濾波那樣，用Y1作為本次采樣值，而是再采樣一次，取得Y3,然后根據(jù)|Y3Y2|與Y的大小關(guān)系來決定本次采樣值。其具體判別方式如下。設(shè)順序采樣時(shí)刻T1、T2、T3所采集的參數(shù)分別為Y1、Y2、Y3，那么當(dāng)|Y2Y1|Y時(shí)，則取Y2存入RAM當(dāng)|Y2Y1|Y時(shí)，則不采用Y2，但仍保留，繼續(xù)采樣取得Y3當(dāng)|Y3Y2|Y時(shí)，則取Y3存入RAM當(dāng)|Y3Y2|Y時(shí)，則取|Y2Y1|Y3Y2|/2輸入計(jì)算機(jī)。本設(shè)計(jì)采用限速法。其原理如上所述。42線形化標(biāo)度變換子程序設(shè)計(jì)線形化標(biāo)度變換子程序流程圖如附錄2中的線形化標(biāo)度變換子程序流程圖一般測溫儀表所采用的線性化方法大致有以下幾種1、計(jì)算方法即先用數(shù)學(xué)上的曲線擬合方法對熱電勢和對應(yīng)溫度進(jìn)行擬合，得出誤差最小的近似表達(dá)式TFE。為簡化起見，常常是分段表達(dá)式，然后用計(jì)算程序進(jìn)行分區(qū)計(jì)算得到溫度。2、直接查表法對分度表不經(jīng)處理，直接按一定的排列形式存入，用測得的A/D轉(zhuǎn)換值靠軟件搜索來查得相對應(yīng)的溫度值。3、數(shù)據(jù)壓縮法即將分度表進(jìn)行壓縮處理，減少數(shù)據(jù)表字節(jié)數(shù)，通過軟件的適當(dāng)計(jì)算得出所測溫度。以上幾種方法雖然都有其各自的優(yōu)點(diǎn)，但它們所占的字節(jié)數(shù)，對把十幾種分度好的線性修正數(shù)據(jù)或公式放入有限的單片機(jī)內(nèi)存中，都是很困難的。本設(shè)計(jì)采用分段直線擬合方法，既節(jié)省大量存儲(chǔ)器，又有很高的測量精度，程序流程圖如附錄2中的線形化標(biāo)度變換子程序流程圖。基本原理是預(yù)先根據(jù)分度值表計(jì)算出A/D轉(zhuǎn)換值所對應(yīng)折點(diǎn)的溫度值T0、T1TN，形成數(shù)據(jù)表，單片機(jī)進(jìn)行修正時(shí)，根據(jù)測量值的大小，找到合適的修正直線段兩個(gè)端點(diǎn)溫度值，通過簡單直線方程計(jì)算出被測溫度。光進(jìn)行線性化還不夠的，還需要進(jìn)行標(biāo)度變換。在該熱電偶測溫儀表中，需要將測量的溫度通過熱電偶轉(zhuǎn)換成05V的電壓信號，再將對應(yīng)的電壓信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的00FFH（8位）的數(shù)字量DX。之后還需將DX值濾波，濾波后的碼值為NX,最后在現(xiàn)行化程序進(jìn)行過程中，將轉(zhuǎn)換成實(shí)際測量溫度的顯示碼值。在這個(gè)信號轉(zhuǎn)換過程，就是標(biāo)度變換。線性化標(biāo)度變換的前提是被測量參數(shù)值與A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果為線性關(guān)系。線性標(biāo)度變換的公式為AXAMAONXNO/NMNOAO式41該式是線性化標(biāo)度變換的通用公式。式中，AO一次測量儀表的下限；AM一次測量儀表的上限；AX實(shí)際測量值（工程量）；NO儀表下限所對應(yīng)的數(shù)字量NM儀表上限所對應(yīng)的數(shù)字量；NX測量值所對應(yīng)的數(shù)字量其中AO、NO、AX、NM對于某固定的被測量來說是常數(shù)，不同的參數(shù)有著不同的值。為了使程序設(shè)計(jì)簡單，一般把一次測量儀表的下限所AO對應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換值置為0，也既NO0。這樣式41也可以寫成AXAMAONX/NMAO式42當(dāng)儀表下限值A(chǔ)O0，此時(shí)，對應(yīng)的NO0，進(jìn)一步將式42簡化為AXAMNX/NMAO式43或者是NX（AXAO）NM/（AMAO）式4443總程序設(shè)計(jì)電路連接完后，編寫軟件程序，如線形化標(biāo)度變換子程序，A/D轉(zhuǎn)換子程序并在KEILVISION2軟件上運(yùn)行程序，通過編譯無誤后，再編寫測溫儀總體程序，也即把線形化標(biāo)度變換子程序，A/D轉(zhuǎn)換子程序有機(jī)聯(lián)系起來，最后在KEILVISION2軟件上運(yùn)行，通過編譯若提示有誤，再核查更改程序，直至無誤后生成HEX文件，并通過RFE810燒路器軟件把程序代碼拷到單片機(jī)AT89C51內(nèi)?？偨Y(jié)通過7周的微機(jī)化儀表課程設(shè)計(jì)，接受認(rèn)識了新的知識PROTEL99SE設(shè)計(jì)系統(tǒng)它具有原理圖設(shè)計(jì)，PCB（印刷電路板）設(shè)計(jì)，層次電路圖設(shè)計(jì)，報(bào)表制作，電路仿真以及邏輯器件設(shè)計(jì)等功能，大大開闊了視野，同時(shí)也基本掌握了其使用技巧，操作技能。只有理論知識的我們，重新認(rèn)識了AT89C51單片機(jī)，TLC0832，74LS164等硬件，對其工作原理更加明了，知道了其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和管腳分布，讓我們基本了解了硬件結(jié)構(gòu)知識，也理解了其具體型號和封裝方式的不同。再有，燒路器軟件RFE810是新的知識，以前從未接觸過，現(xiàn)在了解了其操作界面和工作流程，理論和實(shí)踐有機(jī)地結(jié)合在了一起。總之，這7周是收獲的7周，是學(xué)知識的7周，是掌握本領(lǐng)的7周，是我們共同學(xué)習(xí)探討的7周，是我們互相學(xué)習(xí)的7周，是我們團(tuán)結(jié)合作的7周。我們既學(xué)習(xí)了知識，又緊緊地靠在一起，你幫助我我支持你，讓我們更加深刻了團(tuán)隊(duì)合作的重要性。零散的6個(gè)人，在李文濤老師的帶領(lǐng)下深入實(shí)踐，查找資料，借閱資料，學(xué)習(xí)知識等按部就班的進(jìn)行，終于工夫不負(fù)有心人，我們成功了，一個(gè)個(gè)燦爛的笑臉后滿懷的是收獲后的欣悅和滴水不忘的感激之情。感謝學(xué)校提供了這樣一個(gè)機(jī)會(huì)，也感謝李文濤老師的孜孜不倦的督導(dǎo)附錄附錄1硬件管腳分布圖圖3AT89C51管腳分布圖圖4LED管腳分布圖及內(nèi)外部結(jié)構(gòu)圖圖574LS164管腳圖圖7TCL0832DIP封裝的引腳分配圖圖6X2045芯片引腳圖開始初始化調(diào)線性化標(biāo)度變換子程序調(diào)顯示子程序送數(shù)據(jù)進(jìn)緩沖單元，用于顯示是否繼續(xù)結(jié)束YN主程序流程圖調(diào)A/D轉(zhuǎn)換子程序啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換讀A/D值XA/D完成數(shù)字濾波NY/轉(zhuǎn)換子程序送碼值NX至緩沖單元存儲(chǔ)返回主程序A/D轉(zhuǎn)換子程序流程圖NX1線性化公式1求值NX3線性化公式3求值線性化公式2求值NX2上限報(bào)警，返回碼轉(zhuǎn)溫度TX輸出數(shù)據(jù)到緩沖單元YYYNNN線性化標(biāo)度變換子程序流程圖線性化標(biāo)度變換子程序讀碼值NX主程序附錄2軟件流程圖附錄3硬件連接圖123456ABCD654321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEBDATE6NOV2007SHETOFFILEFBJK儀儀儀儀儀儀儀儀儀儀儀儀3DDBDRAWNBYABFCGDEDPY1234567ABCDEFG8DPDPDS1DPY_7SEG_DPABFCGDEDPY1234567ABCDEFG8DPDPDS2DPY_7SEG_DPABFCGDEDPY1234567ABCDEFG8DPDPDS3DPY_7SEG_DPABFCGDEDPY1234567ABCDEFG8DPDPDS4DPY_7SEG_DPA1B2QA3QB4QC5QD6CLK8CLR9QE10QF11QG12QH13U274LS164A1B2QA3QB4QC5QD6CLK8CLR9QE10QF11QG12QH13U374LS164A1B2QA3QB4QC5QD6CLK8CLR9QE10QF11QG12QH13U474LS164A1B2QA3QB4QC5QD6CLK8CLR9QE10QF11QG12QH13U574LS164R26R25R24R23R22R21R20R19R34R33R32R31R30R29R28R27R42R41R40R39R38R37R36R35R50R49R48R47R46R45R44R43R141K5Y112MHZC130PFC230PF2374618U9OP072374618U10OP07R1100KR2100KR5100KR6100KR3100KR4100KR7100KR8100KR1310K5GNDVCVC8RESET7SCK6SI5VS4WP3SO2CS1U6X25045CS1CH02CH13GND4VC/REF8CLK7DO6DI5U7TLC0832VCGNDC322UFC401UF12345678J1CON8儀儀儀儀儀儀J2AD590R1050K122374618U11OP07R1110KR1210KGND12R181KR161KR171KR151KS1SWPBR9POT2R51POT2CH0CH0CH1CH12374618U8OP07EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P10/T1P11/T2P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10VC40GND20U1AT89C51GND58220R8220R8220R8220R1212121212121212附錄4C51源程序本設(shè)計(jì)先運(yùn)行調(diào)試程序，顯示程序?yàn)閯?dòng)態(tài)變化09，通過驗(yàn)證，LED正常顯示，說明所接硬器件完好。故最后調(diào)試熱電偶線性化和A/D轉(zhuǎn)換程序，并最終顯示溫度，誤差在允許誤差之內(nèi)，即可說明設(shè)計(jì)成功了。41、動(dòng)態(tài)變化09程序INCLUDEINCLUDEDEFINEUINTUNSIGNEDINTDEFINEUCHARUNSIGNEDCHARUCHARCODETAB0XFC,0X60,0XDA,