1、單片機(jī)原理課程論文單片機(jī)原理課程論文題目：題目：壓力測(cè)量單片機(jī)壓力測(cè)量單片機(jī)學(xué)生姓名：學(xué)生姓名：齊鵬齊鵬學(xué)學(xué)號(hào)：號(hào)：1307403713074037院院 （系（系） ：工程學(xué)院工程學(xué)院專專業(yè)：業(yè)：農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化20122012 年年 7 7 月月1 1 摘要摘要溫度的測(cè)量是生產(chǎn)生活中時(shí)常需要的工作，進(jìn)入 21 世紀(jì)后，溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測(cè)溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。Abstract:Abstract:Temperature measurement is the production of

2、 life often need to work, in the 21stcentury, the temperature sensor is headed in high precision, multi-function, bus, standardization,high reliability and safety, development virtual sensor and network sensor, research monolithictemperature measuring system and other high-tech direction develop rap

3、idly.關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：High precision, multi-function, bus, standardization, high reliability andsafety1.11.1 指導(dǎo)思想指導(dǎo)思想本課題以 PT100 熱電阻為溫度檢測(cè)元件，設(shè)計(jì)了一個(gè)對(duì)單點(diǎn)溫度實(shí)時(shí)檢測(cè)的單片機(jī)溫度檢測(cè)系統(tǒng)。1.21.2 基本設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求基本設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求使用 PT100 溫度傳感器（電阻值隨溫度變化） ，設(shè)計(jì)傳感器放大電路，將傳感器的電阻值轉(zhuǎn)變?yōu)?05V 電壓信號(hào)，將溫度值顯示出來。再設(shè)計(jì)控制電路，控制一個(gè) 300W 電熱杯溫度，使其能夠穩(wěn)定在設(shè)定的溫度值。1.31.3 電路特點(diǎn)電路特點(diǎn)設(shè)

4、計(jì)以測(cè)量顯示部分電路為主，以單片機(jī)系統(tǒng)為核心，對(duì)單點(diǎn)的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量檢測(cè)。并采用熱電阻 PT100 作為溫度傳感器、op07 作為信號(hào)放大器、ADC0809 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)。在功能、性能、可操作性等方面都有較大的提升，具有更高的性價(jià)比。2 電路設(shè)計(jì)電路設(shè)計(jì)2.12.1 總體設(shè)計(jì)思想總體設(shè)計(jì)思想2.1.12.1.1 方案論證方案論證方案 1：采用單片機(jī)測(cè)量并控制溫度，測(cè)量電路采用電橋電路。此方案硬件電路簡(jiǎn)單，但是需設(shè)計(jì)復(fù)雜的軟件電路。方案 2：采用模擬電路測(cè)量并控制溫度，測(cè)量電路采用電橋電路。此方案電路復(fù)雜，但是不需要軟件電路的支持。采用

5、方案 1，此方案硬件電路簡(jiǎn)單，易于構(gòu)成。雖然軟件復(fù)雜，單片機(jī)程序易于獲取，且可以用軟件校正溫度的測(cè)量，使測(cè)量結(jié)果更加精確。2.1.22.1.2 原理框圖原理框圖控制電路控制電路測(cè)量測(cè)量電路電路2.1.32.1.3 硬件設(shè)計(jì)思想硬件設(shè)計(jì)思想電路中單片機(jī)采用的是 89C51，是我們書中常用的單片機(jī)型號(hào)。在溫度信號(hào)的獲取與放大電路中，以 PT100 為溫度傳感器獲取溫度信號(hào)，以放大器 op07 為信號(hào)放大器件。電熱杯控制電路中，由于電熱杯是使用 220v 的強(qiáng)電，故需要與單片機(jī)電路隔離，采用的是繼電器控制電熱杯。用 7409 驅(qū)動(dòng)繼電器，二極管作為繼電器的顯示顯示電路電路按鍵按鍵保護(hù)電路。顯示電路中

6、由于需要顯示帶小數(shù)點(diǎn)的 4 位數(shù)字，采用的是 4 個(gè) Bcd7 段帶小數(shù)點(diǎn)的共陰數(shù)碼管顯示測(cè)量值，用 8255 擴(kuò)展單片機(jī)的輸出端口。鍵盤電路中采用的是三個(gè)獨(dú)立式按鍵修改溫度的恒定值,按鍵分別是加、減、功能鍵。按下功能鍵便可修改溫度值，按功能鍵不同次數(shù)可以選擇加減的幅值，再次按功能鍵確定。A/D 轉(zhuǎn)換的好與壞直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的精確度。由于本系統(tǒng)測(cè)量的是溫度信號(hào)，響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，滯后大，不要求快速轉(zhuǎn)換，因此選用 8 位串型 A/D 轉(zhuǎn)換器ADC0809 便能能達(dá)到設(shè)計(jì)的基本要求。為進(jìn)一步提高精度，可以直接采用 12 位A/D 轉(zhuǎn)換器，也可以采用過采樣和求均值技術(shù)來提高測(cè)量分辨率。因?yàn)?8 位ADC

7、0809 其性價(jià)比更高，更重要的是我在課本上學(xué)的就是 ADC0809，對(duì)它更加熟悉，所以本次設(shè)計(jì)我選用了 ADC0809 作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器。2.22.2 各主要電路及部件工作原理各主要電路及部件工作原理2.2.12.2.1 單片機(jī)電路單片機(jī)電路單片機(jī)采用 89C51。AT89 系列單片機(jī)對(duì)于一般用戶來說，有下列明顯的優(yōu)點(diǎn)：內(nèi)部含有 Flash 存儲(chǔ)器，在系統(tǒng)開發(fā)過程中很容易修改程序，可以大大縮短了系統(tǒng)的開發(fā)時(shí)間。與 MCS-51 系列單片機(jī)引腳兼容，可以直接進(jìn)行代換。AT89 系列并不對(duì) 80C31 的簡(jiǎn)單繼承，功能進(jìn)一步增強(qiáng)，在我國(guó)這種單片機(jī)受到廣泛青睞。2.2.1.12.2.1.1 時(shí)鐘顯示

8、時(shí)鐘顯示單片機(jī)內(nèi)部的振蕩電路是一個(gè)高增益反相放大器，引線 XTAL1 和 XTAL2分別是放大器的輸入端和輸出端。單片機(jī)內(nèi)部雖然有振蕩電路，但要形成時(shí)鐘，外部還需附加電路。單片機(jī)的時(shí)鐘產(chǎn)生方式有兩種。 內(nèi)部時(shí)鐘方式。 外部時(shí)鐘方式。2.2.1.22.2.1.2 復(fù)位電路復(fù)位電路單片機(jī)的復(fù)位是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的。單片機(jī)工作后，只要在它的 RST 引線上加載高電平，單片機(jī)就能夠有效地復(fù)位。單片機(jī)通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種方式。2.2.22.2.2 溫度信號(hào)的獲取與放大溫度信號(hào)的獲取與放大在本電路中，以 PT100 為溫度傳感器獲取溫度信號(hào)，以放大器 op07 為信號(hào)放大器件。 熱電阻測(cè)溫是基

9、于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進(jìn)行溫度測(cè)量的。通常將其放在電橋的橋臂上，溫度變化時(shí)，熱電阻兩端的電壓信號(hào)被送到儀器放大器 OP07 的輸入端，經(jīng)過儀器放大器放大后的電壓輸出送給A/D 轉(zhuǎn)換芯片，從而把熱電阻的阻值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。2.2.2.1PT1002.2.2.1PT100 溫度傳感器溫度傳感器PT100 溫度傳感器為正溫度系數(shù)熱電阻傳感器，主要技術(shù)參數(shù)如下： 測(cè)量范圍：-200+850； 允許偏差值： A 級(jí)0.150.002 t， B 級(jí)0.300.005 t； 響應(yīng)時(shí)間30s； 最小置入深度：熱電阻的最小置入深度200mm； 允通電流5mA。另外，PT100 溫度傳感器還

10、具有抗振動(dòng)、穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高、耐高壓等優(yōu)點(diǎn)。鉑熱電阻的線性較好，在 0100 攝氏度之間變化時(shí)，最大非線性偏差小于0.5 攝氏度。鉑熱電阻阻值與溫度關(guān)系為： -200t0時(shí)，231001*100RtRAtBtCtt； 0t850時(shí)，21001RtRAtBt；式中，A=0.00390802；B=-0.000000580；C=0.0000000000042735?？梢?PT100在常溫 0100 攝氏度之間變化時(shí)線性度非常好，其阻值表達(dá)式可近似簡(jiǎn)化為：1001RtRAt，當(dāng)溫度變化 1，PT100 阻值近似變化 0.39。2.2.2.22.2.2.2 信號(hào)放大電信號(hào)放大電路路對(duì)信號(hào)放大，我使用了

11、低價(jià)格、高精度的儀器放大器 OP07，它運(yùn)用方便，O是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運(yùn)算放大器集成電路，可以通過外接電阻方便的進(jìn)行各種增益的調(diào)整。其增益計(jì)算公式為：RkA4 .491(1)2.2.2.32.2.2.3 溫度值計(jì)算過程溫度值計(jì)算過程由于 A/D 檢測(cè)到的模擬電壓值A(chǔ)RPRRRRRUTT2)(110109(2)計(jì)算可到的TR值，然后利用如下公式求出溫度值：211BtAtRPRT(3)其中710096847. 3A，310847. 5B。2.2.32.2.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換單元電路模數(shù)轉(zhuǎn)換單元電路ADC0809 是帶有 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器、8 路多路開關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的 C

12、MOS 組件。它是逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。它是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的產(chǎn)品，是目前國(guó)內(nèi)最廣泛的 8 位通用的 A/D 轉(zhuǎn)換的芯片。 ADC0809 的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)如圖 2-2 所示。由上圖可知，ADC0809 由一個(gè) 8 路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通 8 個(gè)模擬通道，允許 8 路模擬量分時(shí)輸入， 共用 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 三態(tài)輸出鎖器用于鎖存 A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng) OE 端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。 引腳結(jié)構(gòu)如圖 2-3 所示。ALE 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)

13、 ALE 線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將 A，B，C 三條地址線的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量送入轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A，B 和 C 為地址輸入線，用于選通 IN0IN7上的一路模擬量輸入。通道選擇表 1 如下：2.2.52.2.5 顯示電路顯示電路在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，如果需要顯示的內(nèi)容只有數(shù)碼和某些字母，使用 LED數(shù)碼管是一種較好的選擇。LED 數(shù)碼管顯示清晰、成本低廉、配置靈活，與單片機(jī)接口簡(jiǎn)單易行。LED 數(shù)碼管是由發(fā)光二極管作為顯示字段的數(shù)碼型顯示器件。圖 8 為 0.5英尺 LED 數(shù)碼管的外形和引腳圖，其中七只發(fā)光二極管分別對(duì)應(yīng) ag 筆段構(gòu)成“ ”字形另一只發(fā)光

14、二極管 Dp 作為小數(shù)點(diǎn)。因此這種 LED 顯示器稱為七段數(shù)碼管或八段數(shù)碼管。當(dāng) LED 數(shù)碼管與單片機(jī)相連時(shí)，一般將 LED 數(shù)碼管的各筆段引腳 a、b、g、Dp 按某一順序接到 MCS51 型單片機(jī)某一個(gè)并行 I/O 口 D0、D1、D7，當(dāng)該 I/O 口輸出某一特定數(shù)據(jù)時(shí)，就能使 LED 數(shù)碼管顯示出某個(gè)字符。LED 數(shù)碼管編碼方式有多種，按小數(shù)點(diǎn)計(jì)否可分為七段碼和八段碼； 按共陰共陽可分為共陰字段碼和共陽字段碼，不計(jì)小數(shù)點(diǎn)的共陰字段碼與共陽字段碼互為反碼；按 a、b、g、Dp 編碼順序是高位在前，還是低位在前，又可分為順序字段碼和逆序字段碼。甚至在某些特殊情況下將 a、b、g、Dp順序

15、打亂編碼。2.2.62.2.6 電熱杯控制電路電熱杯控制電路電熱杯控制電路采用的是繼電器控制電熱杯，用 7409 驅(qū)動(dòng)繼電器，二極管作為繼電器的保護(hù)電路。其電路仿真圖如下：3.3.小結(jié)小結(jié)本方案設(shè)計(jì)完成溫度測(cè)量及控制的任務(wù)。 由總體電路可知此溫度測(cè)量控制系統(tǒng)硬件電路由于單片機(jī)的使用簡(jiǎn)單明了，每一部分功能較為單一集中，便于設(shè)計(jì)及排查問題，但軟件方面較為復(fù)雜。使用 PT100 作為溫度傳感器元件，可用連續(xù)采樣取平均值的方法減少誤差，使結(jié)果較為準(zhǔn)確。4.4.改進(jìn)意見改進(jìn)意見本設(shè)計(jì)中使用單片機(jī)測(cè)量溫度，通過繼電器控制單片機(jī)的方案，需要準(zhǔn)確的單片機(jī)程序，并且可以嘗試設(shè)計(jì)智能系統(tǒng)，控制測(cè)量溫度的數(shù)值或范圍，功