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1、1设计题目2设计任务和设计要求3总体方案论证与选择（设计23 个可以实现设计要求的总体方案，简要说明各方案的工作原理和优缺点， 简要说明被选中方案的特点） 。画出系统组成方框图。4各单元电路设计（各单元电路图设计，简述单元电路工作原理，电路参数和元件参数的计算，元器件的选择） 。5程序流程图。6评价自己的设计是否满足设计要求？总结所设计电路的特点与不足，提出改进意见。设计过程中的体会、收获和建议。7参考文献：作者、文献名称、出版单位和出版时间。8附录：.总电原理图（需标注元件编号和元件的主要特征参数）。.元器件表（包括序号、元件编号、元件名称、元件型号与规格、元件数量及必要说明）。.源程序清单
2、。六. 主要参考书单片机原理与接口技术李朝青北京航空航天大学出版社单片机原理与应用李建忠西安电子科技大学出版社智能仪器原理，设计及调试季建华等华东理工大学出版社单片机应用系统设计应用何立民主编北京航空航天大学出版社智能化仪器原理及应用曹建平西安电子科技大学出版社智能仪器原理与设计赵新民哈尔滨工业大学出版社智能仪器原理及应用赵茂泰电子工业出版社现代科学仪器中国分析测试协会主办自动化仪表中国仪器仪表学会上海工业自动化仪表研究所主办仪器仪表学报中国仪器仪表学会主办仪器仪表网（http:/www.china_）仪器商城网（http:/ ）附录：各个题目的功能要求与技术指标1. 智能型温度测量仪的设计功
3、能要求配合电阻温度传感器，实现温度的测量；具有开机自检、自动调零功能；具有克服随机误差的数字滤波功能；. 使用 220V/50Hz 交流电源，设置电源开关、电源指示灯和电源保护功能。主要技术指标测量温度范围：0200或（ -50 150）测量误差：1% 显示方式：4 位 LED数码管显示被测温度值。4.4.1 智能型温度测量仪的设计要求 一 功能要求 1 配合电阻温度传感器 （或集成 T/I（或 T/U）变换器），实现温度的测量； 2 具有开机自检、自动调零功能； 3 具有克服随机误差的数字滤波功能； 4（可以预置温度上限、下限，超限时声、光报警）； 5 使用 220V/50Hz 交流电源，设
4、置电源开关、电源指示灯和电源保护功能。 二 主要技术指标 1 测量温度范围： 0200（或 -50+150 ） 2 测量误差： 1% （最大引用误差） 3 分辨率： 0.1 4 显示方式： 4 位 LED 数码管显示被测温度值。 注意： （）中的内容是与智能仪器课程设计指导书要求不同的。 4.4.2 总体方案论证与选择 A 从功能要求看，系统功能并不复杂， MCS-51 单片机完全可以胜任主机的角色； B 从测温范围看，热电阻传感器或集成T/I（或 T/U）变换器均可满足要求； C 从分辨率看，普通运放和11位以上的 A/D 转换器可以满足精度要求； 分辨率 =0.1/(150-(-50)=1
5、/2000 D 由于温度变化缓慢，采用双积分型A/D 转换器，不需要采样保持器；也可选 用片内带有 12 位 A/D 转换器的单片机。这样，系统组成方案的雏形已经建立。 二 方案 集成 T/I 变换器 I/U 变换器 滤波器 A/D 转换器 单片机（键盘、显示器） 以上两个方案的主要区别是选用的传感器不同，两种传感器都具有测量精度 较高的特点。 热电阻传感器测温范围更宽，但需要非线性校正； 集成电路温度传 感器测温范围较窄，但线性很好，不需要非线性校正，软、硬件设计较简单。当 测温范围和精度满足设计要求时，应首选集成T/I 变换器。本设计采用方案2。 三 软、硬件分工： 1 硬件： T/I 变
6、换、 I/U 变换、滤波、 A/D 转换、标度变换等功能由硬件实现。 2 软件：自检、故障报警控制、自动调零、数字滤波、按键识别、显示译码等功 能由软件实现。 4.4.3硬件电路设计（以方案2 为例） 一 单片机的选择：从性能、功能、仿真调试器的普及程度等各方面考虑，MCS-51 系列单片机是一个很好的选择。初选应用广泛的AT89C51 单片机。 二 A/D 转换器 1 分辨率：温度分辨率要求为1/2000，须采用 11位的 A/D 转换器。 2 误差：系统误差要求 1%，考虑到传感器、放大电路增益、A/D 转换器、直 流基准电压等都会产生误差，一般选A/D 转换器的误差应 (1/51/10)
7、系统误差，故至少应选择 9 10 位（0.1%）精度的。两者相比以要求较高的为准。 3 转换速度：由于温度变化缓慢，对A/D 转换器转换速度无特殊要求。 4 选择芯片： 可考虑选择转换速度较慢、 精度较高、 抗干扰性能较好、 价格低廉 的双积分型 A/D 转换器，常用的芯片有MC14433（3 位半- 单极性输入时相当 于 11 位）和 ICL7135（4 位半-单极性输入时相当于15 位） 。这两种 A/D 转换 器的模拟输入电压范围均为：UI= 2V。MC14433 已经完全可以满足精度要求， 选之。直流基准电压由MC1403 提供。智能型温度测量仪的设计一试验目的 通过智能型温度测量仪的
8、设计， 了解智能型模拟量测量仪器设计的一般方法。 二 功能要求 1 配合电阻温度传感器 （或集成 T/I（或 T/U）变换器），实现温度的测量； 2 具有开机自检、自动调零功能； 3 具有克服随机误差的数字滤波功能； 4 使用 220V/50Hz 交流电源，设置电源开关、电源指示灯和电源保护功能。 三 主要技术指标 1 测量温度范围： 0200（或 -50+150 ） 2 测量误差： 1% （最大引用误差） 3 分辨率： 0.1 4 显示方式： 4位 LED 数码管显示被测温度值。总体方案论证与选择A 从功能要求看， 系统功能并不复杂， MCS-51 单片机完全可以胜任主机的角 色； B 从测
9、温范围看，热电阻传感器或集成T/I（或 T/U）变换器均可满足要求； C 从分辨率看，普通运放和11位以上的 A/D 转换器可以满足精度要求； 分辨率 =0.1/(150-(-50)=1/2000 D 由于温度变化缓慢，采用双积分型A/D 转换器，不需要采样保持器；也可 选用片内带有 12 位 A/D 转换器的单片机。 一 方案： 集成 T/I 变换器 I/U 变换器 滤波器 A/D 转换器单片机（键盘、显示器） 特点 ： 集成电路温度传感器测温范围较窄，但线性很好，不需要非线性校正， 软、 硬件设计较简单。当测温范围和精度满足设计要求时，应首选集成T/I 变换器。 二 软、硬件分工： 1 硬
10、件： T/I 变换、 I/U 变换、滤波、 A/D 转换、标度变换等功能由硬件实现。 2 软件：自检、故障报警控制、自动调零、数字滤波、按键识别、显示译码等 功能由软件实现。硬件电路设计一 单片机的选择：从性能、功能、仿真调试器的普及程度等各方面考虑，MCS-51 系列单片机是一个很好的选择。初选应用广泛的AT89C51 单片机。 二 A/D 转换器 1 分辨率：温度分辨率要求为1/2000，须采用 11位的 A/D 转换器。 2 误差：系统误差要求 1%，考虑到传感器、放大电路增益、A/D 转换器、 直流基准电压等都会产生误差， 一般选 A/D 转换器的误差应 (1/51/10)系统误 差，
11、故至少应选择 9 10 位（0.1%）精度的。两者相比以要求较高的为准。 3 转换速度：由于温度变化缓慢，对A/D 转换器转换速度无特殊要求。 4 选择芯片： 可考虑选择转换速度较慢、 精度较高、 抗干扰性能较好、 价格低 廉的双积分型 A/D 转换器，常用的芯片有MC14433（3 位半- 单极性输入时相 当于 11 位）和 ICL7135（4 位半-单极性输入时相当于15 位） 。这两种 A/D 转 换器的模拟输入电压范围均为： UI= 2V。MC14433 已经完全可以满足精度要求， 选之。直流基准电压由MC1403 提供。 三 传感器、 I/U 变换、滤波、标度变换电路 1 传感器：精
12、密集成T/I 变换器 AD590 的各项性能指标均能满足设计要求。 2 I/U 变换、滤波、标度变换电路：为简化硬件电路结构，I/U 变换、滤波、标 度变换电路由一个运放A 实现，附图 4-2 所示。 I/U 变换器：反相比例放大电路实现了I/U 变换。 标度变换：由MC1403 提供的 2.5V 基准电压与 RP1、 R1共同产生 237.15A 的电流 I2，由运放 A 对传感器输出电流I1和 I2实现加法放大运算，使输出电压 为：UO=I3(R2+RP2)=(I1-I2)(R2+RP2)=(I1-273.15) (R2+RP2)=10(I1-273.15)(mV/) 当 t=0时， I1
13、=273.15 A，UO=0V，经 A/D 转换， D=0 当 t=-50时， I1=223.15 A ，UO=-500mV，经 A/D 转换， D=-500 当 t=150时， I1=423.15 A ，UO=1500mV，经 A/D 转换， D=1500 可见， D/10(小数点左移一位 )，即得测量温度值，从而实现了标度变换。 滤波器：若测温现场干扰较严重，可考虑使用硬件滤波器，由于被测温 度变化很缓慢， 可考虑采用由运放构成截止频率很低的有源低通滤波器，在反馈 电阻两端并联一个电容，即可实现一阶低通滤波，取其截止频率fH=15Hz，则 C2为 C2=1/2 fH(R2+RP2)=1/(
14、2 3.14 15 10 103) 1.06 FC2选用 1F/50V 的 CBB 电容。 四 键盘、显示电路设计 1 显示：为 4 位 LED 数码显示器；为少占用I/O 口，采用软件译码动态扫描 显示。小数点固定在十位，正号不显示，负号由百位的“g”字段显示。 2 键盘：本设计不需要键盘。 如果增加输入预置温度上、下限，可选两种键盘方案： 功能键 +“+”“-” 键。按键数量少，占用口线少，编程较方便。 功能键 +数码键。按键数量多， 占用口线多， 输入数据快捷方便， 编程较 繁。 键功能分配：设置 4 个按键，设功能键 1 个，每按下 1 次，K1 状态计数 器加 1，使用“+”、“ -
15、” 依次逐位预置上限温度百位、十位、个位和下限温度百位、 十位、个位，预置完毕后，K1 状态回 0，为简化键处理程序设计，预置上、下 限温度范围限制为 -59+159，而非 -50+150。另设预置温度查询键1 个，测温时可查询预置的上、下限温度，各键功能分配见所下表所示。 K1K4 状态功能表 K1按键2DH.F0 显示操作0 K1 0/1 * 测温值关 A/D 中断， K1 状态+1，清预置寄存器， 关预置错误报警，显示“ 0 灭灭.H”/“0 灭 灭.L ” ， 0 K2、* * * 无效0 K4 * * * 每按 1 次 K4，依次显示“XYZ.H ” “XYZ.L” “测温值” 1K
16、4 * * * 无效 1 K2 0 0 0 灭百位数字加 1 1 K2 0 0 1 灭无效 1 K3 0 0 0 灭无效 1 K3 0 0 1 灭百位数字减 1 1 K1 0 0 X灭K1状态+1，显示“ X0灭.H” 2 K2 0 0 0Y灭.H Y=9时无效， Y9 时 Y+1 2 K2 0 0 1Y灭.H Y=5时无效， Y5 时 Y+1 2 K2 0 1 -Y 灭.H Y-1，当 Y-1=0 时置 F0=0，显示“ 00 灭.H” 2 K3 0 0 1Y灭.H Y0，Y-1；Y=0，无效 2 K3 0 0 0Y灭.H Y0，Y-1；Y=0，置 F0=1，显负号， Y+1 2 K3 0 1 -Y 灭.H Y=5时无效， Y5
