1、單片機(jī)技術(shù)課程設(shè)計名稱：課程設(shè)計題目：學(xué) 院 名 稱：溫度的采集與控制信息工程學(xué)院專業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù) 班級： 120431學(xué)號： 12043123姓名： 沈*評分：教師： 賈杰20 15 年 07 月03 日20 15 20 16學(xué)年 第 2 學(xué)期 分散一周 第 17 周 19周集中溫度的采集與控制進(jìn)度安排指導(dǎo)時間：第 1719周指導(dǎo)地點(diǎn)：綜合樓505室任務(wù)下達(dá)考核方式指導(dǎo)教師2013-06-171.評閱 2.答辯 3.實(shí)際操作 4.其它系（部）主任注：1、此表一組一表二份，課程設(shè)計小組組長一份；任課教師授課時自帶一份備查。2溫度的采集與控制摘要本系統(tǒng)將單片機(jī)應(yīng)用于溫度測量。系統(tǒng)的核心部

2、件是 STC89C52 單片機(jī)，系統(tǒng)采用模擬溫度傳感器 PT-100 作為測溫元件，將采集的模擬信號經(jīng) TL084 放大器放大后傳遞給ADC0832 模數(shù)轉(zhuǎn)換器。ADC0832 模數(shù)轉(zhuǎn)換器將采集得到的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳至STC89C52 單片機(jī)的 P2口和 P3 口。STC89C52 將信號處理后，經(jīng)過共陰數(shù)碼管顯示出來。它具有 0255范圍的溫度測量的能力，并且具有超溫報警功能，靈敏度較高。關(guān)鍵詞：TLC0832，TL084，STC89C51。1溫度的采集與控制目 錄前言3第一章 設(shè)計內(nèi)容及設(shè)計要求41.1 溫度的采集與控制4第二章 硬件電路設(shè)計52.1 方案52.2 復(fù)位電路62.3

3、 晶振電路62.4 電橋電路72.5 放大電路82.6 AD轉(zhuǎn)換電路92.7 顯示電路112.8 報警電路12第三章作品調(diào)試及結(jié)果分析133.1 電路的焊接133.2 實(shí)驗的調(diào)試143.3 設(shè)計中遇到的問題與解決方案17第五章 實(shí)驗結(jié)論和體會18參考文獻(xiàn)19致謝 20附錄一21附錄二22附錄三232溫度的采集與控制前 言在工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開關(guān)量都是常用的主要被控參數(shù)。其中，溫度控制也越來越重要。在工業(yè)生產(chǎn)的很多領(lǐng)域中，人們都需要對各類加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度進(jìn)行檢測和控制。采用單片機(jī)對溫度進(jìn)行控制不僅具有控制方便、簡單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅

4、度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。因此，單片機(jī)對溫度的控制問題是工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會遇到的控制問題。目前應(yīng)用的溫度檢測系統(tǒng)大多采用由模擬溫度傳感器、多路模擬開關(guān)、AD 轉(zhuǎn)換器及單片機(jī)等組成的傳輸系統(tǒng)。這種溫度采集系統(tǒng)需要大量的測溫電纜，才能把現(xiàn)場傳感器的信號送到采集卡上安裝和拆卸繁雜，成本也高。同時線路上傳送的是模擬信號，易受干擾和損耗，測量誤差也比較大，不利于控制者根據(jù)溫度變化及時做出決定。針對這種情況，3溫度的采集與控制第一章 設(shè)計要求及設(shè)計思路1.1 設(shè)計要求基本要求：（1 PT100溫度傳感器測溫（2 A/D轉(zhuǎn)換器 TLC083（30 - 255，分辨率為1（4 20

5、0時能用繼電器控制一 LED發(fā)光管亮。參考原理：電橋電路、放大電路、AD轉(zhuǎn)換電路、數(shù)碼管顯示電路、繼電器報警電路主要參考器件：ADC0832，TL084，STC89C51。1.2設(shè)計思路及總體設(shè)計框圖利用 AT89C52單片機(jī)、ADC0832及 PT-100溫度傳感器設(shè)計溫度的控制與采集。整個設(shè)計包括溫度轉(zhuǎn)換模塊、A/D是將隨溫度變化的電阻轉(zhuǎn)化為電壓變量。為了提高測溫靈敏度，用放大器將電壓信號放大為了提高測溫靈敏度。A/D轉(zhuǎn)換模塊采用 ADC0832范圍 0-255 P200 PT-100溫度傳感器，所以采用精密電阻代替。電橋經(jīng)過調(diào)零，調(diào)滿后使得放大器輸出端模擬電壓在 0V-5V范圍變化，再經(jīng)

6、過 ADC0832轉(zhuǎn)換器得到采集溫度在 0-255。系統(tǒng)原理框圖如圖 1-1所示：顯 示 電路圖 4溫度的采集與控制第二章 模塊方案比較與論證溫度轉(zhuǎn)換電路模塊方案比較由于電橋電路模塊將隨溫度變化的電阻轉(zhuǎn)化為電壓變量。此電壓為毫伏級的，非常小。因此需要采用放大電路。以下對兩種放大電路方案進(jìn)行分析比較。方案一分析：采用TL084差分放大電路，此電路放大倍數(shù)為Af=-（1+2R1/Rg如圖 2-1所示：圖 方案二分析：采用 ICL7650進(jìn)行一級放大。放大倍數(shù) Af=(R8+R9+Rw3)/(R9+Rw)。其中 Rw為 Rw3接入電路的電阻。電路圖如圖 2-2所示。圖對以上兩種方案對比分析總結(jié)：差分

7、放大電路可以有效的防止漂移現(xiàn)象，也比較好調(diào)5溫度的采集與控制試而且電路相對比較簡單，最主要的是采用差分放大不必考慮電橋地的問題，所以相對而言采用方案一比較簡單，而且方案一只需采用三級放大（放大倍數(shù)約為55 倍）即可達(dá)到要求。因此最終采用了方案一 TL084 放大電路。報警電路模塊方案一分析：單片機(jī) P1.1 口直接連接發(fā)光二極管。當(dāng) P1.1 口為高電平時，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，否則燈滅。再通過編程使得當(dāng)溫度到達(dá)200時發(fā)光二極管點(diǎn)亮，當(dāng)?shù)陀?00時則燈滅。電路圖如圖 2-3 所示。圖P方案二分析：采用繼電器報警，所以設(shè)計報警模塊如圖 2-4 所示圖 經(jīng)過比較，方案一較簡單，但是抗干擾能力較差方案二

8、相對比較復(fù)雜，但抗干擾6溫度的采集與控制能力較強(qiáng)。由于課設(shè)要求采用繼電器控制發(fā)光二極管報警，再綜合其他因素，最終采用了方案二。第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 STC89C52簡介STC89C52是STC CMOS8 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash存儲器。STC89C52使用經(jīng)典的 MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng) 51 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash STC89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash，512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器，內(nèi)置 4KB ，MAX810復(fù)位電路，3個 16 位定時器/計數(shù)器，4個外部中斷，一個 7向量 4

9、 51的 5向量 2 STC89C52可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許 RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35MHz，所以本電路采用 STC89C52作為電路的單片機(jī)來實(shí)施控制與輸出。本人使用現(xiàn)有的單片機(jī)下載程序，所以其中的復(fù)位電路與晶振電路直接采用其原理圖的電路。并且單片機(jī)的管腳如圖 3-1所示圖7溫度的采集與控制3.2 最小系統(tǒng)主控制系統(tǒng)采用了 AT89C52單片機(jī)。單片機(jī)最小系統(tǒng)，是指用最少的元件組成的單片機(jī)

10、可以工作的系統(tǒng)。最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括：單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路。復(fù)位電路和晶振電路是 AT89C52工作所需的最簡外圍電路。其基本系統(tǒng)電路原理圖如下圖 3-2所示。圖3.3 復(fù)位電路STC89C52單片機(jī)的9單片機(jī)復(fù)位，復(fù)位后，主要特征是各IO口呈現(xiàn)高電平，程序計數(shù)器從零開始執(zhí)行程序。如VCC通過復(fù)位電容給單片機(jī)復(fù)位腳加高電平，同時，通過10K電阻向電容反向充電，使復(fù)位腳電壓逐漸降低，經(jīng)約10毫秒時間后，復(fù)位腳變?yōu)?0V,單片機(jī)開始工作。復(fù)位電路如圖 3-3所示。圖 8溫度的采集與控制3.4 晶振電路圖 12M 的晶振。匹配電容是兩個30P 的瓷片電容。每種芯片的手冊上都會提供外部晶振輸入的

11、標(biāo)準(zhǔn) CPU 不同，單片機(jī)現(xiàn)在所能接收的晶振頻率相對較低，但對于一般控制電路來說足夠了。晶振電路如圖 3-4 所示。3.5 電橋電路圖 此電路采用 2 個電阻和 2 個滑動變阻器來實(shí)現(xiàn)電橋電路，上面的兩個固定電阻都為10k ，下面的滑動變阻器阻值范圍為0200 。其中左邊的滑動變阻器為參考電阻，右邊的9溫度的采集與控制滑動變阻器為 ，若固定左邊的滑動變阻器為 100，則調(diào)節(jié) PT-100 的阻值會產(chǎn)生不同的壓差，并將其傳遞給后面的放大電路。并且最大壓差經(jīng)計算后約為 0.09v。電橋電路如圖 3-5 所示3.6 放大電路圖 因為前面的電橋電路產(chǎn)生的壓差范圍為 mv使之產(chǎn)生 05v 范圍內(nèi)的電壓。

12、如圖 3-6 所示，本電路采用的是 TL084 放大器將電壓進(jìn)行放大，TL084 是一款高輸入電阻的四運(yùn)放，精度不高。管腳信息如圖3-7 123 腳是通道 1 的輸出端、反相輸入端、同相輸入端，567 腳是通道 2的同相輸入端、反相輸入端、輸出端，89、10 腳是通道 3 的輸出端、反相輸入端、同相輸入端，121314 腳是通道 4 的同相輸入端、反相輸入端、輸出端，4 腳是正電源，11 10溫度的采集與控制圖本人設(shè)計的放大電路圖的放大倍數(shù)為Af= （1+2R3/RV6RV6 的阻值，可方便的調(diào)節(jié)放大器的增益 根據(jù)需要，輸出電壓為05v，最大放大倍數(shù)約為55 倍。2.6 AD 轉(zhuǎn)換電路圖本電路

13、采用的是ADC0832芯片，ADC0832 是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種8 位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片，體積小，兼容性強(qiáng)，性價比高ADC0832 具有以下特點(diǎn)： 8位分辨率； 雙通道A/D轉(zhuǎn)換； 輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容； 5V電源供電時輸入電壓在05V之間； 工作頻率為250KHZ，轉(zhuǎn)換時間為32S；11溫度的采集與控制 一般功耗僅為15mW；芯片接口說明：CS_ 片選使能，低電平芯片使能；CH0 模擬輸入通道0，或作為IN+/-使用；CH1 模擬輸入通道1，或作為IN+/-使用；GND DI 數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制；DO 數(shù)據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出；CLK 芯片時鐘輸

14、入；Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入。ADC0832時序圖如圖所示：圖 當(dāng)要進(jìn)行A/DCS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時芯片開始轉(zhuǎn)換工作；同時由處理器向芯片時鐘輸入端CLK 輸入時鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能；在第1 個時鐘脈沖的下沉之前DI端必須是高電平，表示啟始信號。在第2、3個脈沖下沉之前DI端應(yīng)輸入2 位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能。如資料所示，當(dāng)此2 位數(shù)據(jù)為“1”、“0”時，只對CH0 進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“1”、“1”時，只對CH1進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)2 位數(shù)據(jù)為“0”、“0”時，將CH0作為正輸入端IN+CH1作為負(fù)輸入端IN-2 位數(shù)

15、據(jù)為“0CH0作為負(fù)輸入端IN-，CH1 作為正輸入端IN+進(jìn)行輸入。12溫度的采集與控制圖 到第 3 個脈沖的下沉之后 DI DO/DI 端則開始利用數(shù)據(jù)輸出 DO 進(jìn)行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。從第 4 個脈沖下沉開始由 DO 端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位DATA7。隨后每一個脈沖下沉 DO 端輸出下一位數(shù)據(jù)。直到第 11 個脈沖時發(fā)出最低位數(shù)據(jù)DATA0，一個字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。也正是從此位開始輸出下一個相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，即從第11 個字節(jié)的下沉輸出 DATA0 8 19 著一次 A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)束。最后將CS 置高電平禁用芯片，直接將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。因為采集的溫度為 025505v 256 2.7

16、顯示電路13溫度的采集與控制圖 本電路采用 CD4511驅(qū)動共陰數(shù)碼管顯示采集的數(shù)據(jù)。管腳圖和真值表如圖所示：圖 圖其功能介紹如下：BI4腳是消隱輸入控制端，當(dāng)BI=0 時，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅（消隱）狀態(tài)，不顯示數(shù)字。14溫度的采集與控制LT：3腳是測試輸入端，當(dāng) BI=1，LT=0 時，譯碼輸出全為 1，不管輸入 DCBA 狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“8LE：鎖定控制端，當(dāng) LE=0時，允許譯碼輸出。 LE=1時譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在 LE=0時的數(shù)值。A1、A2、A3、A4、為 8421BCD碼輸入端。a、b、c、d、e、f、g：為譯碼輸出端，輸

17、出為高電平 1有效。CD4511A1A2、A3、A4輸入 BCD碼，則共陰數(shù)碼管顯示相應(yīng)的數(shù)據(jù)。2.8 報警電路圖 報警電路接在單片機(jī)的 P1.1口，當(dāng) P1.1口為低電平時，三極管不導(dǎo)通，繼電器不工作，所以 LED燈滅，當(dāng) P1.1口為高電平時，三極管導(dǎo)通，繼電器工作，使得 LED燈亮。15溫度的采集與控制第四章 作品調(diào)試及結(jié)果分析4.1 電路的焊接調(diào)試過程中用到了直流電壓源和數(shù)字示波器和調(diào)節(jié)電位器的起子。電路安裝要注意幾個原則：1.需進(jìn)行整體布局的構(gòu)思，使元器件分布合理、整體上更加美觀；2.先裝矮后裝高、先裝小后裝大、先裝耐焊等等；3.布線盡量使電源線和地線靠近實(shí)驗電路板的周邊，以起一定的

18、屏蔽作用；4.最好分模塊安裝。此外焊接時不能出現(xiàn)虛焊、假焊、漏焊，更不能出現(xiàn)過焊，因為有些器件，不能耐高溫， 電烙鐵不能停留太久。16溫度的采集與控制3.2 實(shí)驗的調(diào)試1、首先調(diào)節(jié)電橋和放大電路部分。本人先將電橋部分的左邊和右邊的滑動變阻器都調(diào)為 100，此時測得放大電路的輸出電壓為 0.01v,調(diào)零成功。再將右邊的滑動變阻器調(diào)為198.5，再調(diào)節(jié) RV1，此時輸出電壓慢慢增大，當(dāng)增大為 5v 時停止，調(diào)滿成功。2、調(diào)試顯示部分和報警部分。將單片機(jī)的 P2 口，P3 口接至 CD4511 的輸入端，P0口接至報警電路端，將調(diào)試的子程序下載入單片機(jī)，顯示如圖，顯示200，并且LED 燈亮，說17

19、溫度的采集與控制圖 1圖調(diào)試 1圖程序：ORG 0000HLJMP MAINMAIN： CLR P0.0L0： MOV A,#0C8H;直接給 A賦值 200并顯示CJNE A,#0C8H,L1JC L2SETB P0.0L1:L2： MOV R0,#33HMOV R7,#03HLP： MOV B,#0AHDIV ABXCH A,BMOV R0,AXCH A,BDEC R0DJNZ R7,LP18溫度的采集與控制MOV A,32HRL ARL ARL ARL AORL A,31HMOV P2,AMOV A,33HMOV P3,ASJMP L0END修改程序中的 A值，顯示如圖，LED燈滅，調(diào)試

20、成功。圖 2圖3、前面電路和后面的電路沒問題就直接將整體電路連接起來，調(diào)節(jié) PT-100電阻，實(shí)驗數(shù)據(jù)如圖：19溫度的采集與控制圖 圖 示0圖 示圖 示圖 示圖 示20溫度的采集與控制圖 示因為供電電壓為 6.3v，理論上若顯示 0，則輸出電壓為 0v，所測值為 0.04v；理論上若顯示 50，則輸出電壓為 6.3/5=1.26v，所測值為 1.26v；理論上若顯示 100 6.3*2/5=2.52v 2.51v；理論上若顯示 150 6.3*3/5=3.78v 3.74v；理論上若顯示200 6.3*4/5=5.04v 4.96v；綜上可得，所測值與理論值相差甚少，誤差較小，說明作品較為成功

21、。3.3 設(shè)計中遇到的問題及解決方案第一次接上電源的時候，調(diào)節(jié)滑動變阻器，放大器 TL084 的輸出端電壓最大只會顯示3v 左右，經(jīng)過細(xì)心的檢查調(diào)試發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn) TL084 的電源地必須與電橋地共接（因為該放大采用的芯片不一樣，這點(diǎn)要注意！除了這部分電路的問題外，其余電路的電源地最好是接一起，除電橋和放大電路地方電源接直流穩(wěn)壓源外，其余電路本人是直接采用單片機(jī)開發(fā)TL084 輸出端電壓值會隨著滑動變阻器的阻值改變而改變，調(diào)試成功。軟件調(diào)試一次性成功。 004滑動變阻器，顯示值都不會變，經(jīng)過調(diào)節(jié)測量電橋電路與放大電路的輸出電壓，發(fā)現(xiàn)無問題，再用調(diào)節(jié)子程序測試數(shù)碼管部分有無問題，發(fā)現(xiàn)也會顯示最初設(shè)計

22、的初值，所以本人認(rèn)為是 ADC0832 芯片出現(xiàn)故障。在庫房里領(lǐng)取了一個新的 ADC0832 后，調(diào)試結(jié)果又和之前21溫度的采集與控制的一樣會顯示所測溫度，調(diào)試成功。第五章 實(shí)驗結(jié)論和體會結(jié)論，比如說原理圖和參數(shù)確定后并確定無誤就開始焊接電路，但在焊接時有虛焊的地的地方。最后就是調(diào)試電路了，也是整個系統(tǒng)設(shè)計的最后環(huán)節(jié)，這可就需要細(xì)心與耐心了，出現(xiàn)了什么意外情況不能著急，有的時候越著急就越難找出錯誤，冷靜是關(guān)鍵。通過此次實(shí)習(xí)，本人了解了溫度的采集與控制電路的設(shè)計，包括了電橋電路、放大電路、AD 轉(zhuǎn)換電路、數(shù)碼管顯示電路、繼電器報警電路，此設(shè)計中的 AD 轉(zhuǎn)換電路是本設(shè)計的精華部分，這種電路在以后

23、也會有許多用處，可以說是受益匪淺。此次設(shè)計還算是比較成功的，沒有出現(xiàn)比較大的錯誤。經(jīng)過此次的課程設(shè)計，對單作用，對動手能力的培養(yǎng)也非常的重要，讓知識學(xué)以致用。22溫度的采集與控制參考文獻(xiàn)（1）張鑫. 單片機(jī)原理及應(yīng)用（第 2 版）M. 電子工業(yè)出版社，2010 年（2）張毅剛. 單片機(jī)原理與應(yīng)用設(shè)計M. 電子工業(yè)出版社，2008 年（3）何立民. 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)配置與接口技術(shù)M. 北京航空航天大學(xué)出版社，2001 年（4）周立功. 單片機(jī)實(shí)驗與實(shí)踐教程（三）M. 北京航空航天大學(xué)出版社，2006 年（5）胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)（第 3 版）M. 清華大學(xué)出版社，2010 年.

24、年. C 年. 2 年. C . 2 年. 年致 謝23溫度的采集與控制本設(shè)計是在陳瓊導(dǎo)師教授的悉心指導(dǎo)下完成的，導(dǎo)師淵博的知識，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，一絲不茍的工作作風(fēng)，平易近人的性格都是本人學(xué)習(xí)的楷模。在完成這個課設(shè)的時間，導(dǎo)師給了本人很大的支持和鼓勵，才使得論文得以順利的完成，在此謹(jǐn)向?qū)煴硎局倚牡母兄x和崇高的敬意。同時感謝實(shí)驗室的等老師，他們給本人提供了必要的實(shí)驗器材，提供了很大的方便。最后還要感謝周鶴偉同學(xué)，能和他組隊完成這個課設(shè)本人十分榮幸，他給了本人很大的支持和幫助，使本人受益匪淺。附錄一24溫度的采集與控制1、元件清單其他繼電器共陰數(shù)碼管3 個2、 調(diào)試過程中所需的儀器設(shè)備：穩(wěn)壓直流

25、電源 1 臺附錄二25溫度的采集與控制1、實(shí)驗原理圖1 26溫度的采集與控制附錄三1.實(shí)驗程序及注釋;-端口注釋-;P1.3接 CLOCK;P1.4接 D0;P1.5接 DI;P1.6接 CS;-主程序-ORG 0000HLJMP MAINMAIN: CLR P0.0ST:CLR P1.6;使能選通LCALL SAMPLE ;調(diào)用采用程序MOV 40H,A;將采樣值 A值存于 40H中CJNE A,#0C8H,NEXTNEXT: JC NEXT2SETB P0.0;A0C8H LED亮SJMP OVERNEXT2: CLR P0.0OVER: LCALL CON_VSJMP ST;A0C8H LED滅;將采樣值轉(zhuǎn)換為 3位