第1章設(shè)計方案這次課程設(shè)計的目的是設(shè)計數(shù)顯溫度測量儀。要求為：測溫范圍-50℃～150℃；采用八位單片機(jī)作為控制芯片；測溫傳感器采用PT100；對應(yīng)溫度范圍要求變換為0～5V；用四位數(shù)碼顯示，顯示精度0.1℃；要求可通過鍵盤設(shè)置參數(shù)如：溫度上下限報警值；采用線性電源，AC220V±15%供電。下面的設(shè)計是采用單片機(jī)控制來實現(xiàn)數(shù)顯溫度測量儀的設(shè)計，設(shè)計思路如圖1-1所示：圖1-1數(shù)顯溫度測量儀的單片機(jī)控制原理框圖本設(shè)計采用pt100熱電阻作為溫度采集的傳感器，把采集到的溫度直接送到STC12C5A16S2單片機(jī)，經(jīng)過STC12C5A16S2單片機(jī)處理后送到顯示器，顯示器將顯示采集的溫度，最后將其顯示在四位數(shù)碼管上。加入鍵盤實現(xiàn)設(shè)定溫度上下限和控制溫度值。第2章數(shù)顯溫度測量儀的硬件設(shè)計2.1單片機(jī)控制模塊本系統(tǒng)要求實時顯示檢測值，因涉及到一些計算及BCD轉(zhuǎn)化的處理，以及考慮到功耗等問題，所以選擇ATmega16單片機(jī)作為控制器的核心。2.1.1STC12C5A16S2簡介STC12C5A16S2是片內(nèi)有ROM/EPROM的單片機(jī)，因此，這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡單﹑可靠。用STC單片機(jī)構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時，只要將單片機(jī)接上時鐘電路和復(fù)位電路即可，單片機(jī)最小模塊電路圖如圖3-1所示。由于集成度的限制，最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。其應(yīng)用特點：有可供用戶使用的大量I/O口線。內(nèi)部存儲器容量有限。應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性。2.1.2單片機(jī)接線如圖2-1所示的是單片機(jī)最小系統(tǒng)電路。溫度傳感器將采集到的模擬信號經(jīng)放大電路放大后，送到STC12C5A16S2單片機(jī)進(jìn)行處理。圖2-1單片機(jī)最小系統(tǒng)電路2.2傳感器檢測和數(shù)據(jù)采集電路2.2.1PT100簡介PT100是一種廣泛應(yīng)用的測溫元件，在-50℃—600℃℃范圍內(nèi)具有其他任何溫度傳感器無可比擬的優(yōu)勢，包括高精度、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)等。鉑電阻溫度傳感器是利用其電阻和溫度成一定函數(shù)關(guān)系而制成的溫度傳感器,由于其測量準(zhǔn)確度高、測量范圍大、復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性好等,被廣泛用于中溫(-200℃—650℃)范圍的溫度測量中。由于鉑電阻的電阻值與溫度成非線性關(guān)系，所以需要進(jìn)行非線性校正。校正分為模擬電路校正和微處理器數(shù)字化校正，模擬校正有很多現(xiàn)成的電路，其精度不高且易受溫漂等干擾因素影響，數(shù)字化校正則需要在微處理系統(tǒng)中使用，將Pt電阻的電阻值和溫度對應(yīng)起來后存入EEPROM中，根據(jù)電路中實測的AD值以查表方式計算相應(yīng)溫度值。2.2.2數(shù)據(jù)采集電路下面分別對橋式電路和恒流源式電路的原理在設(shè)計過程中應(yīng)注意事項進(jìn)行說明。（1）橋式測溫電路Pt電阻接法采用三線制，優(yōu)點是將PT100的兩側(cè)相等的的導(dǎo)線長度分別加在兩側(cè)的橋臂上，使得導(dǎo)線電阻得以消除，如圖3所示為三線制橋式測溫電路。測溫原理：電路采用TL431和電位器VR1調(diào)節(jié)產(chǎn)生4.096V的參考電源；采用R1、R2、VR2、Pt100構(gòu)成測量電橋（其中R1＝R2，VR2為100Ω精密電阻），當(dāng)Pt100的電阻值和VR2的電阻值不相等時，電橋輸出一個mV級的壓差信號，這個壓差信號經(jīng)過運(yùn)放LM324放大后輸出期望大小的電壓信號，該信號可直接連AD轉(zhuǎn)換芯片。差動放大電路中R3＝R4、R5＝R6、放大倍數(shù)＝R5/R3，運(yùn)放采用單一5V供電。圖2-2三線制橋式測溫點路（2）恒流源式測溫電路采樣電路采用恒流源式測溫電路。圖4為恒流源式測溫電路。測溫原理：通過運(yùn)放U1A將基準(zhǔn)電壓4.096V轉(zhuǎn)換為恒流源，電流流過Pt100時在其上產(chǎn)生壓降，再通過運(yùn)放U1B將該微弱壓降信號放大（圖中放大倍數(shù)為10），即輸出期望的電壓信號，該信號可直接連AD轉(zhuǎn)換芯片。然后根據(jù)虛地概念“工作于線性范圍內(nèi)的理想運(yùn)放的兩個輸入端同電位”，運(yùn)放U1A的“+”端和“-”端電位V+＝V-＝4.096V；假設(shè)運(yùn)放U1A的輸出腳1對地電壓為Vo，根據(jù)虛斷概念（0-V-）/R1+（Vo-V-）/RPt100＝0，因此電阻Pt100上的壓降VPt100＝Vo-V-＝V-*RPt100/R1，因V-和R1均不變，因此圖3.3虛線框內(nèi)的電路等效為一個恒流源流過一個Pt100電阻，電流大小為V-/R1，Pt100上的壓降僅和其自身變化的電阻值有關(guān)。圖2-3恒流源式測溫電路2.3數(shù)顯模塊在單片機(jī)系統(tǒng)中，常用的顯示器有：發(fā)光二極管顯示器，簡稱LED(LightEmittingDiode)，液晶顯示器，簡稱LCD(LiquidCrystalDisplay)，熒光管顯示器。近年來也開始使用簡易的CRT接口，顯示一些漢字及圖形。前三種顯示器都有兩種顯示結(jié)構(gòu)；段顯示(7段，“米”字型等)和點陣顯示(5X8，8X8點陣等)。而發(fā)光二極管顯示又分為固定段顯示和可以拼裝的大型字段顯示，此外還有共陽極和共陰極之分等。三種顯示器中，以熒光管顯示器亮度最高，發(fā)光二極管次之，而液晶顯示器最弱，為被動顯示器，必須有外光源。

LED顯示塊是由發(fā)光二極管顯示字段組成的顯示器，有8字段和“米”字段之分。顯示塊都有dp顯示段，用于顯示小數(shù)點。7段LED的字型碼，由于只有7個段發(fā)光二極管，所以字型碼為一個字節(jié)?！懊住弊侄蜭ED的字型碼由于有15個段發(fā)光二極管，所以字型碼為兩個字節(jié)。這種顯示塊有共陽極和共陰極兩種。共陰極LED顯示塊的發(fā)光二極管的陰極連接在一起，通常此公共陰極接地，當(dāng)某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮，相應(yīng)的段被顯示。同樣，共陽板LED顯示塊的發(fā)光二極管的陽極連接在一起，通常此公共陽極接正電壓。由N片LED顯示塊可拼接成N位LED顯示器。圖2-4數(shù)碼顯示電路2.4按鍵模塊溫度測量要用到很多按鍵，如果采用獨立按鍵的方式，在這種情況下，編程會很簡單，但是會占用大量的I/O口資源，因此在很多情況下都不采用這種方式，而是采用矩陣鍵盤的方案。矩陣鍵盤采用四條I/O線作為行線，四條I/O線作為列線組成鍵盤，在行線和列線的每個交叉點上設(shè)置一個按鍵。這樣鍵盤上按鍵的個數(shù)就為4×4個。這種行列式鍵盤結(jié)構(gòu)能有效地提高單片機(jī)系統(tǒng)中I/O口的利用率使用的MM74C922的DA引腳經(jīng)過一個非門連接到單片機(jī)的/INT0腳，當(dāng)MM74C922檢測到鍵盤輸入時，DA產(chǎn)生高電平，與之相連的/INT0檢測到低電平，給單片機(jī)一個中斷，單片機(jī)從P2口的低四位讀入鍵盤上按下的鍵值。具體的鍵盤電路如圖2-5所示。圖2-5鍵盤電路第3章設(shè)計總結(jié)及心得本次設(shè)計的數(shù)顯溫度測量儀是基于單片機(jī)控制的智能化儀表，它的主要特點有：（1）儀表適用于-50℃～150℃溫度范圍的測量并進(jìn)行溫度的實時顯示和控制；（2）選用了集成溫度傳感器PT100作為測溫元件，該元件體積小，精度高，價格低廉。這樣該儀表的成本就低，可以大規(guī)模生產(chǎn)；（3）元器件型號與規(guī)格經(jīng)仔細(xì)挑選和計算，抗干擾能力強(qiáng)；（4）可以在原有的硬件電路上進(jìn)行擴(kuò)展，實現(xiàn)更多的功能。任何產(chǎn)品都有一個不斷改進(jìn)和完善的過程，只有通過調(diào)試和使用，才能知道產(chǎn)