热电偶测温仪论文

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1、微机化仪表课程设计说明书内蒙古科技大学课程设计说明书 2 摘要本设计简要介绍了热电偶测温仪的测温原理、所用的硬器件结构与工作 原理，并对其进行了硬件设计和软件设计，然后对其最终显示做了试验。通过 测定，验证测温仪的误差大小，以便可以工程使用。该测温仪是以AT89C51单 片机为核心，由热电偶测量温度，并对其进行冷端温度补偿。该热电偶采用 K 型镍铬-镍硅热电偶，测量范围在 0800之间。使用5V 电源。采用 4位共 阴极 LED 数码管显示。并利用键盘设定温度上下限，这样当所测温度超越了可 测温度范围，报警器鸣镝，报警灯亮，以便通知工程人员做相应处理。在工业 测量中，被测对象常存在电场、磁场、

2、噪声等恶劣环境中，这样采样值可能偏 离真实值。所以，在软件设计中，还需要一组滤波程序，以提高信噪比 ，减少 乃至消除各种干扰及噪音，提高测量精度。内蒙古科技大学课程设计说明书 3 目录 第 1章 热电偶测温仪原理与方框图 1.1、热电偶测温原理. (4) 1.2、热电偶测温仪系统方框图(4) 第 2章 器件说明 2.1、AT89C51单片机. (5) 2.2、LED数码显示器.(8) 2.3、74LS164(8位并行输出串行移位寄存器) (8) 2.4、X2045.(10) 2.5、热电偶 (12) 2.6、TCL0832.(14) 第 3章 硬件电路设计 第 4章 软件电路设计 4.1 A/

3、D转换子程序设计.(15) 4.2 线形化标度变换子程序设计.(16) 4.3 总程序设计.(17) 总结 附录 参考文献内蒙古科技大学课程设计说明书 4 第 1章热电偶测温仪原理与方框图 1.1、热电偶测温原理 热电偶传感器是一种将温度变化转化为电势变化的传感器，它是由两种不 同的金属 A 和 B 构成一个闭合回路，当两个接触端温度不同，即 TT 0 时，回 路中会产生热电势 E AB （T，T 0 ） ，如图 1所示。其中，T 称为热端，T 0 称为冷 端，A 和 B 称为热电极。热电势 E AB （T，T 0 ）的大小是由两种材料的接触电势 和单一材料的温差电势所决定的。E AB （T，

4、T 0 ）= E（T，T n ）+ E（T n ，T 0 ）其 中 T n 是参考温度，T 0 零温。 图1 热电偶 1.2、热电偶测温仪系统方框图 基于热电偶的温度检测框图如图 2，温度由 K 型热电偶检测，并经冷端温 度补偿和线形化转化后送到模拟多路开关，由模拟开关切换后，经放大器放大， 再由 A/D 转化器转换成数字信号。AT89C51 单片机读取转换的数字信号并进行 必要的处理后，将结果存入 RAM，同时送 LED 显示器显示。另外，AT89C51 单片机还将依据由键盘输入的温度上下限报警温度值对所检测的温度进行越限 光报警处理。 其中温度传感器选用的是 K 型热电偶（镍铬-镍硅热电偶

5、） ，测温范围选用 0800 度，冷端温度补偿选用补偿导线法。放大电路选用自动调零放大电路， A/D 转换器选用 TLC0832，单片机选用 AT89C51，并另外扩存储器 EPROM，RAM，显示选用 4段 LED 数码管，并加报警器，选用一个 LED 数码 管，灯亮表示超过测温上限。内蒙古科技大学课程设计说明书 5 热电偶 E (0800度) 放 大 电 路 A/D转换器 （TLC0832） 单片机 （AT89C51 ） EPROM RAM 报警 74LS164 LED 键盘 图 2 热电偶测温仪方框图 第 2章器件说明 本设计中使用的硬件有AT89C51单片机，TLC0832 A/D转换

6、芯片，74LS164驱动 器，X2045看门狗，共阴极LED数码管，+5V标准电源，万用表。 2.1、AT89C51单片机AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能 CMOS8 位微处理器，俗称单片机。AT89C2051 是一种带 2K 字节闪烁可编程可擦除只 读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 100次。该器件 采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51 指令 集和输出管脚相兼容。由于将多功

7、能 8位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器，AT89C2051 是它的一种精简版本。 AT89C 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 2.1.1、主要特性 与MCS-51 兼容 4K字节可编程闪烁存储器。寿命：1000写/擦循环。数据保留时间：10年 全静态工作：0Hz-24Hz 三级程序存储器锁定 128*8位内部RAM 32可编程I/O线 两个 16位定时器/计数器 5个中断源 可编程串行通道内蒙古科技大学课程设计说明书 6 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 2.1.2、管脚说明 AT89C51管

8、脚分布如图3所示： 图 3 AT89C51 管脚分布图 VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口 P0 口为一个 8位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P1 口 的管脚第一次写 1时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器， 它可以被定义为数据/地址的第八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口， 当 FIASH 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。 P1口 P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外 部

9、下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程 和校验时，P1 口作为第八位地址接收。 P2口 P2 口为一个内部上拉电阻的 8位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输 入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部 上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或 16位地址外部数据存储器进行存 取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势， 当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。 P2 口在

10、FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口 P3 口管脚是 8个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4个 TTL 门电 流。当 P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入， 由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。内蒙古科技大学课程设计说明书 7 P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 口管脚 备选功能 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断 0） P3.3 /INT1（外部中断 1） P3.4 T0（记时器 0外部输入） P3.

11、5 T1（记时器 1外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高 电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地 址的地位字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用 作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存 储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。如想禁止 AL

12、E 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。此时， ALE 只有在执行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，该 引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每 个机器周期两次/PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 /PSEN 信号将不出现。/EA/VPP：当/EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H- FFFFH） ，不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1时，/EA 将内部锁定为 RESET；当/EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLAS

13、H 编程期间， 此引脚也用于施加 12V 编程电源（VPP） 。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。 2.1.3、振荡器特性XTAL1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配 置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件， XTAL2 应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外 部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 2.1.4、芯片擦除 整个 PEROM 阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并 保持 ALE 管脚处于低电平 10

14、ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写 “1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。 此外，AT89C51 设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支 持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU 停止工作。但 RAM，定时 器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存 RAM 的内容并 且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。 2.2、LED数码显示器 在数字电路中，常用的显示器是数码显示器。LC5011-11 就是一种共阴极内蒙古科技大学课程设计说明书 8 数码显示器。它的管脚排列如图 4.3所示，X 为共阴极，DP 为小数点。

15、其内部 是段发光二极管的负极连在一起的电路。当在它的 a、b、c、d、e、f、g、DP 加上正向电压时，各段发光二极管就点亮。共阳极数码显示器的阳极是连在一 体的，它的工作情况与共阴极数码管是相反的，它的各段加上低电平时，所对 应的发光二极管就点亮。LC5011-11 管脚图 4如下： 图4 LED管脚分布图及内外部结构图 用单片机驱动LED数码管有很多方法，按显示方式分，有静态显示和 动 态（扫描）显示，按译码方式可分硬件译码和软件译码之分。静态显示就是显 示驱动电路具有输出锁存功能，单片机将所要显示的数据送出后就不再管，直 到下一次显示数据需要更新时再传送一次新数据，显示数据稳定，占用很少的 CPU时间。动态显示需要CPU时刻对显示器件进行数据刷新，显示数据有闪烁 感，占用的CPU时间多。这两种显示方式各有利弊；静态显示虽然数据稳定， 占用很少的CPU时间，但每个显示单元都需要单独的显示驱动电路，使用的硬 件较多；动态显示虽然有闪烁感，占用的CPU时间多，但使用的硬件少，能节 省线路板空间。 硬件译码就是显示的段码完全由硬件完成，CPU只要送出标准 的BCD码即可，硬件接线有一定标准。软件译码是用软件来完成硬件的功能， 硬件简单，接线灵活，显示段码完全由软件来处理，