1、I摘摘 要要本文首先簡要介紹了鉑電阻 PT100 的特性以及測溫的方法，在此基礎(chǔ)上闡述了基于PT100 的溫度測量系統(tǒng)設(shè)計。在本設(shè)計中，是以鉑電阻 PT100 作為溫度傳感器，采用恒流測溫的方法，通過單片機(jī)進(jìn)行控制，用放大器、A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行溫度信號的采集。另外，還設(shè)計了時鐘電路模塊，能實現(xiàn)對溫度的實時測量。本設(shè)計采用了兩線制鉑電阻溫度測量電路，通過對電路的設(shè)計，減小了測量電路及 PT100 自身的誤差，使溫控精度在 0100范圍內(nèi)達(dá)到0.1。本文采用 AT89S51 單片機(jī)，TLC2543 A/D 轉(zhuǎn)換器，DS1302 時鐘芯片，AD620 放大器，鉑電阻 PT100 及 6 位數(shù)碼管組成

2、系統(tǒng)，編寫了相應(yīng)的軟件程序,使其實現(xiàn)溫度的實時顯示。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；使用對象廣。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：PT100 單片機(jī) 溫度測量 DS1302IIAbstractThis article briefly describes the characteristics of PT100 platinum resistance and temperature measurement method, on the basis it describes the design of temperature measurement system based on PT1

3、00. In this design, it is use a PT100 platinum 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 a clock circuit modules to achie

4、ve real-time measurement of temperature.It can still improve the perform used two-wire temperature circuit and reduce the measurement eror. The temperature precision is reached 0.1 between 0100. The system contains SCM(AT89S51), analog to digital convert department (TLC2543), DS1302 chip, AD620 ampl

5、ifier, PT100 platinum, LED Digital tube with six, write the corresponding software program to achieve real-time temperature display. The system is simple , accurate , stable and wide range. Keywords: PT100 SCM Temperature Measures DS1302III目 錄前 言.1第一章 方案設(shè)計與論證.2第一節(jié) 傳感器的選擇 .2第二節(jié) 方案論證 .3第三節(jié) 系統(tǒng)的工作原理 .3第

6、四節(jié) 系統(tǒng)框圖 .4第二章 硬件設(shè)計.5第一節(jié) PT100 傳感器特性和測溫原理.5第二節(jié) 信號調(diào)理電路 .6第三節(jié) 恒流源電路的設(shè)計 .6第四節(jié) 放大電路的設(shè)計 .7第五節(jié) A/D 轉(zhuǎn)換器的選擇與設(shè)計電路 .9第六節(jié) DS1302 時鐘電路設(shè)計 .12第七節(jié) 單片機(jī)控制電路.14第八節(jié) 按鍵和顯示電路 .14第三章 軟件設(shè)計.錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。第一節(jié) 系統(tǒng)軟件設(shè)計說明 .16第二節(jié) 軟件的有關(guān)算法 .16第三節(jié) 軟件的流程圖 .17第四節(jié) 部分設(shè)計模塊.19第四章 電路仿真的設(shè)計與分析.24第一節(jié) Proteus 仿真軟件介紹 .24第二節(jié) 電路仿真設(shè)計 .24第三節(jié) 仿真

7、分析 .26結(jié) 論.27參考文獻(xiàn).28IV附錄 A.29附錄 B:.30致 謝.311前前 言言隨著科技的發(fā)展和“信息時代”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)域越來越廣泛，對其要求越來越高，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。傳感器主要用于測量和控制系統(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)整才能滿足信號的處理、顯示和控制的要求，而且只有通過對傳感器應(yīng)用實例的原理和智能傳感器實例的分析了解，才能將傳感器和信息通信與信息處理結(jié)合起來，適應(yīng)

8、傳感器的生產(chǎn)、研制、開發(fā)和應(yīng)用。另一方面，傳感器的被測信號來自于各個應(yīng)用領(lǐng)域，每個領(lǐng)域都為了改革生產(chǎn)力、提高工效和時效，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。為了提高對傳感器的認(rèn)識和了解，尤其是對溫度傳感器的深入研究以及其用法與用途，基于實用、廣泛和典型的原則而設(shè)計了本系統(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)計了這一溫度測量系統(tǒng)。文中將傳感器理論與單片機(jī)實際應(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量實時的溫度，以及實現(xiàn)熱電轉(zhuǎn)換的原理過程。本設(shè)計應(yīng)用性

9、比較強(qiáng)，設(shè)計系統(tǒng)可以作為溫度測量顯示系統(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)境溫度檢測并顯示溫度和實時的時間。設(shè)計后的系統(tǒng)具有操作方便，控制靈活移植性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計系統(tǒng)包括溫度傳感器，信號放大電路，A/D 轉(zhuǎn)換模塊，時鐘模塊，數(shù)據(jù)處理與控制模塊，溫度、時間顯示模塊六個部分。文中對每個部分功能、實現(xiàn)過程作了詳細(xì)介紹。整個系統(tǒng)的核心是進(jìn)行溫度測量與顯示，完成了課題所有要求。2第一章 方案設(shè)計與論證第一節(jié) 傳感器的選擇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物體接觸，而后者是使溫度傳感器與待測物體離開一定的

10、距離，檢測從待測物體放射出的紅外線，達(dá)到測溫的目的。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，將溫度變化轉(zhuǎn)換為熱電勢變化的稱為熱電偶傳感器。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，前者簡稱熱電阻，后者簡稱熱敏電阻。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

11、DALLAS 公司 DS18B20，MAXIM 公司的MAX6576、MAX6577，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 種溫度傳感器一個為頻率輸出，一個為周期輸出，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)是測溫的范圍太窄，一般只有-55+125，而且溫度的測量精度都不高，好的才0.5,一般有2左右，因此在高精度的場合不太滿足用戶的需要。熱電偶是目前

12、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溫范圍場合。熱電偶的使用誤差主要來自于分度誤差、延伸導(dǎo)線誤差、動態(tài)誤差以及使用的儀表誤差等。非接觸式溫度傳感器主要是被測物體通過熱輻射能量來反映物體溫度的高低，這種測溫方法可避免與高溫被測體接觸，測溫不破壞溫度場，測溫范圍寬，精度高，反應(yīng)速度快，既可測近距離小目標(biāo)的溫度，又可測遠(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格相對較貴，二是非接觸式溫度傳感器的輸出同樣存在非

13、線性的問題，而且其輸出受與被測量物體的距離、環(huán)境溫度等多種其它因素的影響。3由于本設(shè)計的任務(wù)是要求測量的范圍為 0100，測量的分辨率為0.1，綜合價格以及后續(xù)的電路，決定采用線性度相對較好的 PT100 作為本課題的溫度傳感器，具體的型號為 WZP 型鉑電阻，該傳感器的測溫范圍從200650。具體在 0100的分度特性表見附錄 A 所示。第二節(jié) 方案論證溫度測量的方案有很多種，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)計電路簡單易懂，操作簡單，且價格便宜，但采用分立元件分散性大，不便于集成數(shù)字化，而

14、且測量誤差大。 方案二：采用溫度傳感器 通過溫度傳感器采集溫度信號，經(jīng)信號放大器放大后，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 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)是測量精度高，性能穩(wěn)定，使用方便，測量范圍為-200650，完全滿足要求，考慮到鉑電阻的測量精確度是最高的，所以我們設(shè)計最終選擇鉑電阻 PT100 作為傳感器。該方案采用熱電阻 PT100 做為溫度傳感器、AD620 作為信號放大器，TLC2543 作為 A/D 轉(zhuǎn)換部件，對于溫度信號的采集具有大范圍、高精度的特點(diǎn)。相對與方案一，在功能、性能、可操作性等方面都有較大

15、的提升。在這里我選用方案二完成本次設(shè)計。第三節(jié) 系統(tǒng)的工作原理測溫的模擬電路是把當(dāng)前 PT100 熱電阻傳感器的電阻值，轉(zhuǎn)換為容易測量的電壓值，經(jīng)過放大器放大信號后送給 A/D 轉(zhuǎn)換器把模擬電壓轉(zhuǎn)為數(shù)字信號后傳給單片機(jī) AT89S51，單片機(jī)再根據(jù)公式換算把測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，外接一個時鐘芯片 DS1302 產(chǎn)生時鐘信號送入到單片機(jī)中進(jìn)行處理控制，并將時間顯示出來，以實現(xiàn)溫度的實時監(jiān)控。4第四節(jié) 系統(tǒng)框圖本設(shè)計系統(tǒng)主要包括溫度信號采集單元，時間信號采集單元，單片機(jī)數(shù)據(jù)處理單元，時間、溫度顯示單元。其中溫度信號的數(shù)據(jù)采集單元部分包括溫度傳感

16、器、溫度信號的獲取電路（采樣） 、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。信號放大調(diào)理電路PT100 溫度傳感器A/D 轉(zhuǎn)換電路時鐘電路按鍵控制電路AT89S51 單片機(jī)LED 數(shù)碼管顯示電路圖 1-1 系統(tǒng)的總結(jié)構(gòu)框圖5第二章 硬件設(shè)計第一節(jié) 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

17、=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)時間短，還具有抗振動、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)計即采用

18、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，然后再將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，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)計一個恒流源通過 Pt100 熱電阻，通過檢測 Pt100 上電壓的變化來換算出溫度。6方案二：采用惠斯頓電橋，電橋的四個電阻中三個是恒定的，另一個用 Pt100 熱電阻，當(dāng) Pt100 電阻值變化時，測試端產(chǎn)生一個電勢差，由此電勢差換

19、算出溫度。兩種方案的區(qū)別只在于信號獲取電路的不同，其原理上基本一致。第二節(jié) 信號調(diào)理電路調(diào)理電路的作用是將來自于現(xiàn)場傳感器的信號變換成前向通道中 A/D 轉(zhuǎn)換器能識別的信號，作為本系統(tǒng)，由于溫度傳感器是熱電阻 PT100，因此調(diào)理電路完成的是怎樣將與溫度有關(guān)的電阻信號變換成能被 A/D 轉(zhuǎn)換器接受的電壓信號。第三節(jié) 恒流源電路恒流源電路 從上述關(guān)于 PT100 傳感器測溫原理可知，由 PT100 構(gòu)成信號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，將恒流源通過溫度傳感器，溫度傳感器兩端的電壓即反映溫

20、度的變化。上述兩種電路的結(jié)構(gòu)形式見圖 2-1 所示。A 圖單臂橋式 B 圖恒流源式圖 2-1 兩種信號獲取的結(jié)構(gòu)電路根據(jù)測試技術(shù)的有關(guān)知識，圖 2-1 中的 A 圖的輸出與電阻的阻值不是個正比的關(guān)系，因而數(shù)據(jù)處理起來特別麻煩，尤其是用單片機(jī)來處理這些非線性的問題；而圖 B 的由于恒流7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。恒流源電路的設(shè)計，有用三極管構(gòu)成的，有用專門的恒流管，也有用價格低廉的器件通過比較巧妙的設(shè)計構(gòu)成的，本系統(tǒng)是采用價格低廉的運(yùn)放為核心來構(gòu)成的，恒流效果十分理想，系統(tǒng)設(shè)計的恒流源電路見下圖 2-2 所示。R161.5k1327L

21、M 336-2.5V85326741U1OP-07VR310kR17500R11PT100+12V-12VVCC23圖 2-2 由運(yùn)放構(gòu)成的恒流源電路上圖中，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送入后級的放大器。這里值得注意的是恒

22、流效果的好壞與下面幾個因素有關(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 作為參考電壓基準(zhǔn)。第四節(jié) 放大電路的設(shè)計 放大器的選擇好壞對提高測量精度也十分關(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

23、由 A1、A2 構(gòu)成前級對稱的同相、反相輸入放8大器，后級為差動放大器，在這個結(jié)構(gòu)圖中，要保證放大器高的性能，參數(shù)的對稱性與一致性顯得尤為重要，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器件要求相當(dāng)高。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，市場上出現(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。+-A1+-A2+-A3R2R1R7R6R3R5R4V INV OUT圖 2-3 三運(yùn)放結(jié)構(gòu)的高性能放大器原理圖隨著近年來微電子技術(shù)的發(fā)展，市面上出現(xiàn)了

24、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放大。AD620 是低價格、低功耗儀用放大器，它只需要一只外部電阻就可設(shè)置 11000 倍的放大增益，它具有較低的輸入偏置電流、較快的建立時間和較高的精度，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)療儀器的應(yīng)用系統(tǒng)（如 ECG 檢測和血壓監(jiān)視） 、多路轉(zhuǎn)換器及干電池供電的前置放大器使用。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，其基本接法是在 1 腳與 8 腳之間

25、外接一 RG 電阻，增益由式 G=1+49.4K/RG 確定，由于它的外圍電路十分簡單，所以它在本系統(tǒng)中的應(yīng)用見下圖 2-4 所示。由于我們的溫度測量范圍是 0100，而此時的溫度傳感器的電阻值根據(jù)分度表為100 歐姆138.51 歐姆，由于我們設(shè)計的恒流源為 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，我們設(shè)計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 AD620，則 AD620 的輸出為2V5V(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

26、，因此，我們必須將 100 歐姆以下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9提高分辨率，這里我們設(shè)計的偏置電路同樣見下圖 2-4 所示。這里設(shè)計的首級放大器的倍數(shù)是 20 倍，而后級放大則為 4 倍，合計的放大倍數(shù)為 80 倍，這樣就完全滿足設(shè)計分辨率的要求。R910kR740k85326741U3AD62085326741U2op-07VR12kR82kVR24kVCC+12V-12V+12V-12VR1010kA023傳傳傳傳傳傳傳1傳傳傳2傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳圖 2-4 放大電路第五節(jié) A/D 轉(zhuǎn)換器的選擇與設(shè)計電路在我們所測控的信號中均是連續(xù)變化的物理量，通常需要

27、用計算機(jī)對這些信號進(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。電路先對被測的輸入電壓 Vx 進(jìn)行固定時間(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

28、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，對參考電壓進(jìn)行反向積分的時間 T,正比于輸入電壓。輸入電壓越大反向積分時間越長，用高頻標(biāo)準(zhǔn)脈沖計數(shù)測此時間，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。102. 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

29、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應(yīng)的數(shù)字量接近。 在本設(shè)計系統(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)電容型逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器 TLC2543，它具有三個控制輸入端，采用簡單的 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。TLC2543 與外圍電路的連線簡單，三個控制輸入端為 CS(片選)、輸入/輸出時鐘(I/O CLOCK)以及串行數(shù)據(jù)輸入端(DATA INPUT)。片內(nèi)的 14 通道多

30、路器可以選擇 11 個輸入中的任何一個或 3 個內(nèi)部自測試電壓中的一個，采樣保持是自動的，轉(zhuǎn)換結(jié)束，EOC輸出變高。3、TLC2543 的主要特性(1) 11 個模擬輸入通道；(2) 66ksps 的采樣速率；(3) 最大轉(zhuǎn)換時間為 10s； (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)；(7) 掉電模式電流為 4A。 TLC2543 的引腳排列如圖 2-5 所示。 A01A12A23A34A45A56A67A78A89GND10A911A1012R-13R+14/CS15DO16DI17CLOK18EOC19VCC20TLC2543圖 2-

31、5 TLC2543 的引腳11AIN0AIN10：模擬輸入端，由內(nèi)部多路器選擇。對 4.1MHz 的 I/O CLOCK，驅(qū)動源阻抗必須小于或等于 50。CS：片選端，CS 由高到低變化將復(fù)位內(nèi)部計數(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設(shè)置時間內(nèi)禁止DATA INPUT 和 I/O CLOCK。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 個上升沿移入 4 位地址，用來選擇下一個要轉(zhuǎn)換的模擬輸入信號或測試電壓，之后 I/O CLOCK將余下的幾位依次輸入。DATA OU

32、T：A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果三態(tài)輸出端，在 CS 為高時，該引腳處于高阻狀態(tài)；當(dāng) CS為低時，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。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)準(zhǔn)備傳輸。 VCC、GND：電源正端、地。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。I/O CLOCK：時鐘輸入/輸出端。TLC2543 每次轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳送使用 16 個時鐘周期，且在每次傳送周期之間插入 CS 的時序。根據(jù) TLC2543 時序圖可以看出，在 TLC2543 的

33、 CS 變低時開始轉(zhuǎn)換和傳送過程，I/O CLOCK 的前 8 個上升沿將 8 個輸入數(shù)據(jù)位鍵入輸入數(shù)據(jù)寄存器，同時它將前一次轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)的其余 11 位移出 DATA OUT 端，在 I/O CLOCK 下降沿時數(shù)據(jù)變化。當(dāng) CS 為高時， I/O CLOCK 和 DATA INPUT 被禁止，DATA OUT 為高阻態(tài)。TLC2543 與單片機(jī)的連接如圖 2-6 所示。A01A12A23A34A45A56A67A78A89GND10A911A1012R-13R+14/CS15DO16DI17CLOK18EOC19VCC20TLC2543VCC5VCLOKD1D0/CSA0圖 2-6 TLC2

34、543 電路12第六節(jié) DS1302 時鐘電路設(shè)計DS1302 是美國 DALLAS 公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM 的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進(jìn)行計時，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為 2.5V5.5V。采用三線接口與 CPU 進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或 RAM 數(shù)據(jù)。DS1302 內(nèi)部有一個 318 的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM 寄存器。DS1302 是 DS1202 的升級產(chǎn)品，與 DS1202 兼容，但增加了主電源 /后背電源雙電源引腳，同時提供了對后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。本設(shè)計中采用DS1302 時鐘芯片產(chǎn)生時鐘信

35、號，通過單片機(jī)進(jìn)行處理控制，并顯示出實時的時間，可以用于對溫度進(jìn)行實時的數(shù)據(jù)采集。1. 引腳功能及結(jié)構(gòu) 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 Vcc10.2V 時，Vcc2 給 DS1302 供電。當(dāng) Vcc2 小于 Vcc1 時，DS1302 由Vcc1 供電。X1 和 X2 是振蕩源，外接 32.768kHz 晶振。RST 是復(fù)位/片選線，通過把RST 輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。 RST 輸入有兩種功能：首先， R

36、ST 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，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對DS1302進(jìn)行操作。如果在傳送過程中 RST 置為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送， I/O 引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時，在 Vcc2.5V 之前，RST 必須保持低電平。只有在 SCLK 為低電平時，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。Vcc21X12X23GND4RST5I/O6SCLK7Vcc8DS1302

37、圖 2-7 DS1302 引腳圖2. DS1302 的控制字節(jié) 13DS1302 的控制字如圖 2.8 所示?？刂谱止?jié)的最高有效位 (位 7)必須是邏輯 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)行讀操作，控制字節(jié)總是從最低位開始輸出。 3. 數(shù)據(jù)輸入輸出 (I/O) 在控制指令字輸入后的下一個 SCLK 時鐘的上升沿時，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

38、位的控制指令字后的下一個 SCLK 脈沖的下降沿讀出 DS1302 的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時從低位 0 位到高位7。 4. DS1302 的寄存器 DS1302 有 12 個寄存器，其中有 7 個寄存器與日歷、時鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為BCD 碼形式,其日歷、時間寄存器及其控制字見圖2.8 所示。圖 2.8DS1302 的控制字節(jié)此外，DS1302 還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時鐘突發(fā)寄存器及與RAM 相關(guān)的寄存器等。時鐘突發(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RAM 單元，共 31 個，每個單元組態(tài)為一個 8

39、位的字節(jié)，其命令控制字為 C0HFDH，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 寄存器，此方式下可一次性讀寫所有的RAM 的 31 個字節(jié)，命令控制字為 FEH（寫）和FFH（讀） 。5.DS1302 與單片機(jī)的連接 DS1302 與 CPU 的連接需要三條線，即 SCLK(7)、I/O(6)、RST(5)。這三條線分別接到 CPU 的 I/O 線上。 1RAM/CKA4A3A2A1A0RD/WR14第七節(jié) 單片機(jī)控制電路本設(shè)計是采用 AT89S51 單片機(jī)作為主控電路，其中 P1 口為 A/D 轉(zhuǎn)換器和 DS1302 時鐘芯片的通信端口，P3.0,P3.1,P3.2 為按

40、鍵控制，P0 口接數(shù)碼管的段碼，P2 口接數(shù)碼管的片選端，用于對數(shù)碼管進(jìn)行片選。如圖 2-9 所示。EA/VPP31XTAL119XTAL218RST/VPD9P3.7/RD17P3.6/WR16P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/T115P1.0/T1P1.1/T2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P0.039P0.138P0.237P0.336P0.435P0.534P0.633P0.732P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728PSEN29ALE/PROG30P3.1/T

41、XD11P3.0/RXD10Vcc40Gnd20AT 89S 5XAT89S51R20VCCabcdefgdp123456Y212MC3102C12104C1310uFR150.1KS1VCC12345678161514131211109RP1VCCP3.0P3.1P3.2CLOCKD1D0/CSSCLKI/ORST圖 2-9 單片機(jī)控制電路第八節(jié) 按鍵和顯示電路1. 按鍵電路 本設(shè)計共設(shè)計 3 個按鍵，用來設(shè)置和修改時間。設(shè)置鍵，接單片機(jī)的 P3.2 腳用于申請中斷，以執(zhí)行鍵盤中斷修改設(shè)置時間；加鍵，用于修改時間使時間按增形式調(diào)整；減鍵，用于修改時間使時間按減形式調(diào)整。其電路圖如下圖 2-1

42、0 所示。15KEY1KEY2KEY3R1210KR1310KR1410KVCCP3.0P3.1P3.2圖 2-10 按鍵電路2. 顯示電路 本設(shè)計采用 6 個 LED 共陽極數(shù)碼通過三極管驅(qū)動來進(jìn)行時間溫度數(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) P2.0P2.5 端對數(shù)碼管進(jìn)行位選。其電路圖如下圖 2-11 所示。Q1Q2Q3Q4Q5Q6R1R2R3R4R5R6VCC1234567abcdefg8dp9VCCabfcgdedpLED21234567abcdefg8dp9VCCabfcgdedpLED31234567abcdefg8dp9VCCabf

43、cgdedpLED41234567abcdefg8dp9VCCabfcgdedpLED51234567abcdefg8dp9VCCabfcgdedpLED61234567abcdefg8dp9VCCabfcgdedpLED1aaaaaabbbbbbccccccddddddeeeeeeffffffggggggdpdpdpdpdpdp123456傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳傳圖 2-11 數(shù)碼管顯示電路 16第三章 軟件設(shè)計第一節(jié) 系統(tǒng)軟件設(shè)計說明進(jìn)行微機(jī)測量控制系統(tǒng)設(shè)計時，除了系統(tǒng)硬件設(shè)計外，大量的工作就是如何根據(jù)每個測量對象的實際需要設(shè)計應(yīng)用程序。因此，軟件設(shè)計在微機(jī)測量控制系統(tǒng)設(shè)計中占重要地位。對

44、于本系統(tǒng)，軟件設(shè)計更為重要。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)行計算，然后再輸出，以便達(dá)到測量控制目的。軟件設(shè)計主要是對溫度進(jìn)行采集、顯示,通過按鍵操作，進(jìn)行時間的設(shè)置與修改。因此，整個軟件可分為溫度采集子程序、時鐘讀取程序、按鍵子程序、顯示子程序、及系統(tǒng)主程序。第二節(jié) 軟件的有關(guān)算法1、最小二乘理論獲取溫度電阻公式根據(jù)誤差理論，我們要獲得較高精度的溫度測量值，辦法一般有 2 個，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 個問題，如果要提高測量精度

45、，則需要建立大量的表格，而且得提前做大量得試驗來進(jìn)行多點(diǎn)校正，還有一個問題是程序的通用性差，這臺儀器上校正好得數(shù)據(jù)可能在另一臺上不合適。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，通過測量 A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)果后計算得到。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，將測量范圍分段，然后查出該段的數(shù)學(xué)模型的各個系數(shù)，然后計算出溫度值，這里，由于時間的關(guān)系，我們對整個測量范圍分了 3 段，分別為 049、5070、71100，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，可通過再將標(biāo)度值代入可粗略估計在各個測量段內(nèi)的最大誤差值。我們通過最小二乘法進(jìn)行線性擬合

46、，得到如下的數(shù)學(xué)模型為：T1=2.5772R-257.7708 0-49T2=2.6366R-267.01 5070T3=2.7206R-281.90 71100上述 3 個數(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，實際上如17果有足夠的時間，我們完全可以分得再細(xì)一些，這樣理論的誤差將會變得更小。2. 標(biāo)度變換公式的獲取 根據(jù)上述的線性擬合結(jié)果：T=AR-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，實際上有個對應(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

47、，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)計中的二級放大器放大的倍數(shù)為 80 倍。將上述條件代入得：T=A(4.9AD/4096/G/I+100)-B第三節(jié) 軟件的流程圖開始系統(tǒng)初始化DS1302 時鐘信號采集PT100 溫度數(shù)據(jù)采集處理讀到的數(shù)據(jù)結(jié)束圖 3-1 系統(tǒng)總流程圖 18Key1=0 ?NYYNNY開始初始化按鍵掃描調(diào)用加鍵調(diào)時調(diào)用顯示程序調(diào)用減鍵調(diào)時調(diào)用顯示程序返回主程序Key2=0 ?Key3=0 ?圖 3-2 按鍵流程圖19 開始初始化函數(shù)DS1302 數(shù)據(jù)的寫入DS1302 數(shù)據(jù)的讀取返回開始初始化函數(shù)A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換將轉(zhuǎn)換后的電壓轉(zhuǎn)換

48、為溫度返回圖 3-3 DS1302 時鐘流程圖 圖 3-4 溫度轉(zhuǎn)換流程圖 開始系統(tǒng)初始化調(diào)用時間、溫度子程序調(diào)用顯示子程序調(diào)用掃描按鍵程序開始將時間、溫度數(shù)據(jù)寫入到數(shù)碼管讀取時間、溫度值顯示時間、溫度值返回圖 3-5 顯示流程圖 圖 3-6 主函數(shù)流程圖第四節(jié) 部分設(shè)計模塊1. 時鐘數(shù)據(jù)采集模塊2. 先向 DS1302 中寫入數(shù)據(jù)，再根據(jù) DS1302 時間信號的地址讀取數(shù)據(jù)。程序如下：20void write_byte(uchar dat) /1302 寫入一字節(jié) uchar a;ACC=dat;for(a=8;a0;a-)IO=ACC0;SCLK=0;/delayus(10);SCLK=

49、1;ACC=ACC1;uchar read_byte() /向 1302 讀出一字節(jié)uchar a;for(a=8;a0;a-)ACC7=IO;SCLK=1;SCLK=0;ACC=ACC1;return(ACC);void write_1302(uchar add,uchar dat) /向 1302 寫入數(shù)據(jù)RST=0;SCLK=0;/delayus(5);21RST=1;write_byte(add);write_byte(dat);/delayus(5);SCLK=1;RST=0;uchar read_1302(uchar add) /向 1302 讀出數(shù)據(jù)uchar temp;RST=

50、0;SCLK=0;/delayus(5);RST=1;write_byte(add);temp=read_byte();/delayus(5);SCLK=1;RST=0;return (temp);uchar BCD_Decimal(uchar bcd) uchar Decimal; Decimal=bcd4; return(Decimal=Decimal*10+(bcd&=0 x0F);2. 溫度采集模塊 22 通過恒流源電路采集到的信號經(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：void delay(uchar n

51、) /延時程序uchar i;for(i=0;in;i+);uint read2543(uchar port) /TLC2543 驅(qū)動程序 uint ad=0,i;CLOCK=0;_CS=0;port=4;for(i=0;i12;i+) if(D_OUT) ad|=0 x01; D_IN=(bit)(port&0 x80); CLOCK=1; delay(6); CLOCK=0; delay(6); port=1; ad=1;return(ad);uint Read_Temp() /電壓轉(zhuǎn)換函數(shù)23uint j;float m1,m2,m3,m4,m5;j=read2543(0);m1

52、=2.76243;m2=4.9;m3=2.5;m5=276.243;m4=m1*(m2*1500*j/4096/80/m3+100)-m5;m4=m4*10;/*m1=j*231;m2=m1+2576700;m3=m2-2570200;m4=m3/10000;*/return m4;24第四章 電路仿真的設(shè)計與分析第一節(jié) Proteus 仿真軟件介紹Proteus ISIS 是英國 Labcenter 公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件。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：實現(xiàn)了單片機(jī)仿真和 SPICE 電路仿真相結(jié)合。具有模擬

53、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，同時可以觀察各個變量、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；同時支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如 Keil

54、C51 uVision2 等軟件。具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能?？傊?，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。第二節(jié) 電路仿真設(shè)計 啟動 Proteus 軟件，按本次設(shè)計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較大，使得顯示的溫度跳躍變化，不易于溫度顯示與測量。因此在本次仿真中用一個電阻來代替 PT100 熱電阻,通過改變電阻阻值來反映 PT100 溫度測量。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件自帶的-2.5V 的恒壓原代替。對于數(shù)碼管顯示電路，在仿真

55、過程中沒有用三級管來驅(qū)動是為了畫圖的方便，這對仿真結(jié)果沒多大影響，但在實際電路連接中必須在數(shù)碼管加上三極管驅(qū)動。系統(tǒng)電路仿真圖如圖4-1所示。25P33P34P35P36P15123456AXTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.0/T21P1.1/T2EX2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3

56、.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C52RST5SCLK7I/O6X12X23VCC18VCC21+5V23456781RP1RESPACK-7+5Vkey1key2key3停停止止，時時，分分，秒秒，開開始始加加鍵鍵減減鍵鍵C130pFC230pFC330pFC430pFX13267481U2OP07C32647851U4AD620R11k5R210k30%RV12k3267481U5OP07

57、C27%RV24k+5VV1-2.5V+5VR540kR4100C81nC91nR6100R810kR32kR7124.8+12v-12v-12v-12v+12v+12vAIN12AIN23AIN34AIN45AIN56AIN67AIN78AIN89AIN911AIN1012REF+14REF-13AIN01SDO16SDI17CS15EOC19CLK18U3TLC2543vccR9C5R10圖 4-1 電路仿真圖26第三節(jié) 仿真分析 Proteus 軟件的仿真是依靠單片機(jī)程序來實現(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 HEX 文件，再與 Proteus

58、 仿真軟件進(jìn)行關(guān)聯(lián)就可以實現(xiàn)仿真。本仿真電路的前置電路的兩級放大電路中，通過調(diào)節(jié)一級放大器和二級放大電路的偏置電路中滑動變阻器范圍來調(diào)節(jié)測溫范圍，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)計的前級放大電路的放大倍數(shù)為-20 倍，二級放大電路放大倍數(shù)為-4 倍，合起來整個放大電路放大了 80 倍，這樣輸入到 A/D 轉(zhuǎn)換器的信號才能被 A/D 轉(zhuǎn)換器所轉(zhuǎn)換。其中二級放大器中設(shè)計了偏置調(diào)整電路，因為 PT100 電阻傳感器在 0時對應(yīng)電阻為 100 歐姆，所以要顯示 0，就必須將此時對應(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。

59、 在仿真過程中由于軟硬件影響，還有人為計算誤差因素，使得測量溫度結(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)計來減少誤差。另外，在仿真過程中，按鍵會可能產(chǎn)生抖動現(xiàn)象，可以通過硬件來消除抖動。27結(jié) 論 本溫度測量系統(tǒng)設(shè)計，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間顯示。另外本系統(tǒng)還可以通過外接電路擴(kuò)展實現(xiàn)溫度報警功能，從而更好的實現(xiàn)溫度現(xiàn)場的實時控制。經(jīng)過多次的修改和調(diào)試測量，本設(shè)計基本符合設(shè)計要求，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)和精確計算可以減小誤差。 通過本次溫度測量系統(tǒng)的設(shè)計，我對

60、溫度測量控制有了進(jìn)一步的熟悉和更深入的學(xué)習(xí)。在整個設(shè)計的過程中，本設(shè)計的重點(diǎn)和難點(diǎn)是：怎樣將 PT100 熱電阻的非電量信號轉(zhuǎn)換為單片機(jī)單片機(jī)能識別的電量信號，其中的信號如何放大及放大倍數(shù)的確定等等。 這次畢業(yè)設(shè)計歷時至少 2 個月，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)試和測試過程，這一切都使我的理論知識和動手能力進(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)系書本理論知識積極地思考，實在解決不了時候可以請教同學(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，實現(xiàn)了整個系統(tǒng)設(shè)計