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1、智能仪器课程设计 段焱（南京理工大学）1智能仪器设计课程设计报告智能温度计的设计学生姓名： 段 焱 学 号： 06011701XX 班 级： 06011701 任课教师： 石晓晶 成 绩： 南京理工大学机械工程学院智能仪器课程设计 段焱（南京理工大学）2目 录引言 31 设计任务书 32 方案总体设计与论证 33 硬件电路设计 43.1 传感器调理电路模块设计43.2 A/D 转换模块设计53.3 显示模块设计73.4 键盘模块设计83.5 状态指示与接口模块设计83.6 硬件电路总体设计94 软件设计 104.1 主程序设计114.2 定时中断服务程序设计144.3 外部中断 0 服务程序设
2、计164.4 温度测量子程序设计184.5 温度测量转换子程序设计214.6 显示子程序设计254.7 设置键处理子程序设计275 参考文献 29程序清单 30智能仪器课程设计 段焱（南京理工大学）3引 言温度是日常生活、工业、医学、环境保护、化工、石油等领域最常遇到的一个物理量。测量温度的基本方法是使用温度计直接读取温度。最常见到的测量温度的工具是各种各样的温度计，例如，水银玻璃温度计，酒精温度计，热电偶或热电阻温度计等。它们常常以刻度的形式表示温度的高低，人们必须通过读取刻度值的多少来测量温度。利用单片机和温度传感器构成的电子式智能温度计就可以直接测量温度，得到温度的数字值，既简单方便，又
3、直观准确。1 设计任务书设计一个智能温度计，并使其具有如下特点： 1、一路水温检测, 误差：0.5；2、温度 3 位数码显示(XX.Xmm)；3、工作状态指示； 4、开机自检；5、配简单键盘；6、配微型打印机接口；7、配置通信接口。2 方案总体设计与论证图 21 是智能温度计的基本组成方框。主要由温度传感器（温敏二极管） ，信号调理电路，A/D 转换器（A/D574） ，单片机（80C51） ，8279 键盘输入，LED 显示器以及 74164，发光二极管（指示工作状态）等组成。温度传感器热敏二极管是把温度转换成电压的器件，温度传感器输出电压的大小随温度的高低变化而变化，热敏二极管在 0100
4、温度变化范围内，电压值的变化范围从 1 个毫伏到 200 个毫伏。信号调理电路的主要功能是把微弱的温度电压信号放大到（02.44）伏的范围内，以适应 AD574 单极性输入的要求。A/D 转换器把放大后的模拟电压信号转换成对应的数字信号。单片机 8051 是智能温度计的核心部分，一方面控制 A/D 转换器实现模拟信号到数字信号的转换，另一方面将采集到温度的数字信号，经过计算处理，得到相应的温度值的 BCD 码，送到 74164，由它驱动 LED 数码管显示器以数字形式显示测量的温度。通过键盘输入要报警的温度上限值，由单片机检测哪一位设定的键盘被按下，单片机可以直接将该位寄存器中的内容自动加一，
5、即可实现相应值的设定。通过缓冲器可以预留出微型打印机的接口和单片机与其他设备的通信接口，由相关的键盘智能仪器课程设计 段焱（南京理工大学）4控制打印机与单片机是否连接，并且由相应的键盘控制单片机否是把数据送74164 进行显示还是把数据发送至数据端口，与其他设备进行通信。温敏 二极管信号调理电路A / D 转换器单片机7 4 1 6 4L E D 显示键盘工作状态 指示通信接口 打印接口图 21 系统框图由上图可知系统硬件基本上由传感器信号调理模块，A/D 模块，键盘模块，显示模块，工作状态指示模块，以及接口模块组成。而软件设计是紧紧围绕系统的硬件结构展开的，软件主要是配合控制硬件完成预期的设
6、计要求，软件的基本模块也是针对上述硬件结构进行相应操作的。下面具体阐述系统各功能模块的设计。3 硬件电路设计3.1 传感器调理电路模块测温传感器选用热敏二极管传感器。这种传感器是利用半导体的温度特性来实现对温度的检测功能。硅二极管的结电压在温度每升高 1时，电压下降智能仪器课程设计 段焱（南京理工大学）52mV，它属于 PN 结型温度传感器，它在 0100温度范围内表现出良好的线性，尺寸小，热时间常数为 0.22s，灵敏度高，测温范围是 -50150。信号调理电路中包括电桥和放大部分。将测温二极管放入电桥的一个桥臂，可直接输出传感器相对 0时的电压输出，再将桥路输出送给 AD620 的差分输入
7、端，进行 50 倍的放大，在经过 OP07 组成的 100 倍的反相放大电路，使得传感器感受 0100的温度时，信号调理电路对应输出 02.44V 的电压值，这个电压值正好是 AD574 的 010V 单端输入电压的范围。图 31 传感器调理电路模块图图 31 是传感器调理电路图。该电路的分分辨率为 0.1，在 0100范围内精度可达到0.5。该电路的调节，先将传感器放入冰水混合物中，调节 W1 是调理电路的输出为 0；再将传感器放入沸水中，调节 W2 使调理电路的输出为 2.44V。2.44V 正好对应 AD574 输出为 999 的输入电压（单极性 10V输入） ，这样实现了 AD574
8、的输出，正好为外界温度的情况。这样就实现了这样就实现了对温度的有效测量信号的拾获和放大。3.2 A/D 转换模块设计AD574 是 12 位逐次逼近型的 A/D 转换芯片。转换时间为 25 35s。片内有数据输出寄存器，并有三态输出的控制逻辑。其运行方式灵活，可进行 12 位转换，也可作 8 位转换；转换结果可直接 12 位输出，也可先输出高 8 智能仪器课程设计 段焱（南京理工大学）6位，后输出低 4 位。可直接与 8 位或 16 位的 CPU 接口。输入可设置为单极性，也可设成双极性。片内有时钟电路，无需外部时钟。智能仪器课程设计 段焱（南京理工大学）7图 32 A/D 转换模块图智能仪器
9、课程设计 段焱（南京理工大学）8图 32 是 AD574 与单片机接口电路以，它分两次将单极性电压的 12 位转换结果送给单片机。具体先由单片机发出控制信号，使 A/D 转换器启动转换，等待转换结束，单片机再分两次将转换数据读到内存中。按上图接法 AD574 是单极性输入，接成 0+10V 的接法，按上图向 FF7C 写数据，就启动 AD574 转换器开始转换，检测 P1.0 口即可查看 AD574 是否转换结束，从 FF7D 端口即可读出转换结果的高八位，从 FF7F 端口中即可读出转换结果的低四位。3.3 显示模块设计利用串口和 74164 驱动 LED 显示器工作，采用静态显示方式。这种
10、方式可避免采用并行 I/O 接口占用资源较多的缺点。采用共阳极数码管，因而各位的COM 接口接 +5V 电源，若要显示某字段，则相应的移位寄存器 74164 输出必须为低电平，由于 74164 在低电平输出时，允许通过的电流为 8mA 左右，故不用再加驱动电路了，只需向串口发送要显示三位数的显示控制代码（段码） ，即可在 LED 显示器上显示出所要的字符，只需将各位的小数点控制位接低电平，使其显示，其他位的小数点控制位均接高电平即可，注意加限流电阻。图 33 显示模块原理图智能仪器课程设计 段焱（南京理工大学）93.4 键盘模块设计因为本设计中需要的按键不多，故设计采用独立式按键，分别占用P1
11、.4，P1.5，P1.6 和 P1.7 口。它们分别实现选择是正常运行还是设置模式的功能键，温度上限十位的设置键，温度上限个位的设置键以及温度上限的十分位的设置键。键盘的防抖动可有软件来实现，每个引脚上都引入上拉电阻。图 34 键盘模块原理图3.5 状态指示与接口模块设计当测量温度达到了上限温度时，P2.0 口输出高电平，驱动报警二极管发光，指示温度已经超过上限值，当温度下降到设定值以下是，P2.0 变成低电平，报警解除。当按下打印摁键时，单片机响应外部中断 0，进而要打印的数码发送至打印机的数据口，进行打印。打印时，需要先将要打印的字符转换为其ASCII 码，将此 ASCII 送入打印机数据
12、口进行打印。需要注意要将小数点也打印出来，打印完十位和个位再将小数点打印出来，再把十分位进行打印。而扩展接口采用简单的三线式接口，一线为接收数据，一线为发送数据，还有一线智能仪器课程设计 段焱（南京理工大学）10为查询状态。由 P2.6 控制其导通，还是高阻的状态。图 35 打印接口原理图图 36 扩展口及工作状态原理图3.6 硬件电路总体设计将上述功能模块合理有序连接即构成整体图，电路图参见图 37。智能仪器课程设计 段焱（南京理工大学）11图 37 硬件电路总体设计原理图4 软件设计4.1 主程序设计智能仪器课程设计 段焱（南京理工大学）124.1.1 主程序流程图开始在 L E D 上显示 8 和全关作为开机自检初始上限值设置为 5 0 . 0显示缓存清零打开外部中断 0 ， 设置触发方式设置定时器 0 的工作方式打开外部中断 0 和定时器 T 1 中断等待外部中断 0 和定时器 T 1 中断图 41 主程序流程图4.1.2 主程序汇编语言设计Org 0000H ；主程序入口地址KS: LJMP START ORG 0003H ；外部中断 0 服务程序入口地址智能仪器课程设计 段焱（南京理工大学）13LJMP INT_
