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1、智能化温度仪表的设计智能化温度仪表的设计摘摘 要要智能温度仪表的出现，极大地扩充了传统仪器的应用范围。智能仪表凭借其体 积小、功能强、功耗低、可以大幅提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产 品的质量和数量，迅速地在家用电器、科研单位和工业企业中得到了广泛的应用。 本文从硬件和软件两方面介绍了 MCS-51 单片机温度控制系统的设计思路。对硬 件原理图和各部件（温度检测部件、A/D 转换部件、面板操作部件、单片机 CPU、液 晶显示部件、电源供电部件）都作了详细的说明；用编写的软件描叙了仪表各种功 能（温度检测、信号处理、数字显示、键盘识别）的实现。 关键词关键词：MCS-51 单片机；温度
2、；软件；硬件The Design of Intelligentized ThermometerAbstrsctThe appearance of intelligentized thermometer has expanded the application of traditional instrument maximumly. Intelligentized thermometer has applied widely in electrical home appliances, research unit and industrial enterprise relied on its l
3、ittle volume , strong function , low power ,technical index that controlled temperature may raise and so on. This paper have introduced the design of the MCS-51 temperature control system both in hardware and software. Is for hardware principle picture and eachparts( temperature detection parts, the
4、 conversion parts of A/D, the operating parts of face plate, single flat machine CPU and liquid crystal show parts and power source to supply power parts) have made detailed explanation; Drawing with the software that compiles have talked the realization of appearance various functions( temperature
5、detection, signal handling and figure show , keyboard identification). Keyword:Keyword: MCS-51 single flat machine; Temperature; Soft hardware; Hardware principle is sought; Program block diagram; Design 目目 录录第一章 引 言2 第二章 智能化温度仪表的总体设计3 2.1 仪表设计要求.3 2.2 设计思路.3 第三章 硬件电路的设计4 3.1 温度检测部分4 3.2 A/D 转换部分.7
6、3.3 面板操作部分.8 3.4 单片机 CPU 部分.8 3.5 液晶显示部分.9 3.6 电源供电部分.9 第四章 软件设计10 4.1 温度检测程序10 4.2 信号处理.11 4.3 数字显示.12 4.4 键盘的判别12 参考文献13插插 图图 清清 单单图 1 智能化仪表组成框图图 2 单片机应用系统设计流程WR RDINT、等图 3 单片机系统总线缓冲电路框图图 4 单片机数据总线接口电路图 5 智能化温度测量仪表的电路原理图图 6 热敏电阻三点式线形校正电路图 7 热敏电阻三点式校正效果示意图图 8 LM331 与单片机的接口电路图 9 NCP1400A 芯片典型应用和引脚排列
7、图 10 温度检测程序框图第一章第一章 绪论绪论1.1 温度仪表的发展现状与趋势温度仪表的发展现状与趋势80 年代，微处理器被用到仪器中，仪器前面板开始朝键盘化方向发展，测量系 统常通过 IEEE488 总线连接。 不同于传统独立仪器模式的个人仪器得到了发展。 90 年代，温度仪表的智能化突出表现在以下几个方面：微电子技术的进步更深刻地 影响仪器仪表的设计；DSP 芯片的问世，使仪器仪表数字信号处理功能大大加强； 微型机的发展，使仪器仪表具有更强的数据处理能力；图像处理功能的增加十分普 遍；VXI 总线得到广泛的应用。近年来，智能化测量控制仪表的发展尤为迅速。国内市场上已经出现了多种多样 智能
8、化测量控制仪表，例如，能够自动进行差压补偿的智能节流式流量计，能够进 行程序控温的智能多段温度控制仪，能够实现数字 PID 和各种复杂控制规律的智能 式调节器，以及能够对各种谱图进行分析和数据处理的智能色谱仪等。多功能本身就是智能仪器仪表的一个特点。例如，为了设计速度较快和结构较 复杂的数字系统，仪器生产厂家制造了具有脉冲发生器、频率合成器和任意波形发 生器等功能的函数发生器。这种多功能的综合型产品不但在性能上(如准确度)比专 用脉冲发生器和频率合成器高，而且在各种测试功能上提供了较好的解决方案。人工智能是计算机应用的一个崭新领域，利用计算机模拟人的智能，用于机器 人、医疗诊断、专家系统、推理
9、证明等各方面。智能仪器的进一步发展将含有一定 的人工智能，即代替人的一部分脑力劳动，从而在视觉(图形及色彩辨读)、听觉(语 音识别及语言领悟)、思维(推理、判断、学习与联想)等方面具有一定的能力。 这样，智能仪器可无需人的干预而自主地完成检测或控制功能。显然，人工智 能在现代仪器仪表中的应用，使我们不仅可以解决用传统方法很难解决的一类问题， 而且可望解决用传统方法根本不能解决的问题 伴随着网络技术的飞速发展，Internet 技术正在逐渐向工业控制和智能仪器仪 表系统设计领域渗透，实现智能仪器仪表系统基于 Internet 的通讯能力以及对设计 好的智能仪器仪表系统进行远程升级、功能重置和系统
10、维护。 在系统编程技术(In-SystemProgramming，简称 ISP 技术)是对软件进行修改、 组态或重组的一种最新技术。它是 LATTICE 半导体公司首先提出的一种使我们在产 品设计、制造过程中的每个环节，甚至在产品卖给最终用户以后，具有对其器件、 电路板或整个电子系统的逻辑和功能随时进行组态或重组能力的最新技术。ISP 技 术消除了传统技术的某些限制和连接弊病，有利于在板设计、制造与编程。ISP 硬 件灵活且易于软件修改，便于设计开发。由于 ISP 器件可以像任何其他器件一样， 在印刷电路板(PCB)上处理，因此编程 ISP 器件不需要专门编程器和较复杂的流程， 只要通过 PC
11、 机，嵌入式系统处理器甚至 INTERNET 远程网进行编程。 EMIT 嵌入式微型因特网互联技术是 emWare 公司创立 ETI(eXtendtheInternet) 扩展 Internet 联盟时提出的，它是一种将单片机等嵌入式设备接入 Internet 的技 术。利用该技术，能够将 8 位和 16 位单片机系统接入 Internet，实现基于 Internet 的远程数据采集、智能控制、上传下载数据文件等功能。 目前美国 ConnectOne 公司、emWare 公司、TASKING 公司和国内的 PS 公司等 均提供基于 Internet 的 DeviceNetworking 的软件
12、、固件(Firmware)和硬件产品。测量仪器的主要功能都是由数据采集、数据分析和数据显示等三大部分组成的。 在虚拟现实系统中，数据分析和显示完全用 PC 机的软件来完成。因此，只要额外提 供一定的数据采集硬件，就可以与 PC 机组成测量仪器。这种基于 PC 机的测量仪器 称为虚拟仪器。在虚拟仪器中，使用同一个硬件系统，只要应用不同的软件编程， 就可得到功能完全不同的测量仪器。可见，软件系统是虚拟仪器的核心，“软件就 是仪器”。 传统的智能仪器主要在仪器技术中用了某种计算机技术，而虚拟仪器则强调在 通用的计算机技术中吸收仪器技术。作为虚拟仪器核心的软件系统具有通用性、通 俗性、可视性、可扩展性
13、和升级性，能为用户带来极大的利益，因此，具有传统的 智能仪器所无法比拟的应用前景和市场。 1.2 智能化温度仪表简介智能化温度仪表简介随着微电子技术的不断发展，集成了 CPU、存储器、定时器/计数器、并行和串 行接口、看门狗、前置放大器甚至 AD、DA 转换器等电路在一块芯片上的超大规 模集成器电路芯片(即单片机)出现了。以单片机为主体，将计算机技术与测量控制 技术结合在一起，又组成了所谓的“智能化测量控制系统”，也就是智能仪器。与传统的温度仪表相比，智能温度仪表有一下特点：操作自动化。仪表的整个测量过程如键盘扫描、量程选择、开关启动闭合、 数据的采集、传输与处理以及显示打印等都用单片机或微控
14、制器来控制操作，实现 测量过程的全部自动化。 具有自测功能，包括自动调零、自动故障与状态检验、自动校准、自诊断及 量程自动转换等。智能仪表能自动检测出故障的部位甚至故障的原因。这种自测试 可以在仪器启动时运行，同时也可在仪器工作中运行，极大地方便了仪器的维护。 具有数据处理功能，这是智能温度仪表的主要优点之一。智能仪器由于采用 了单片机或微控制器，使得许多原来用硬件逻辑难以解决或根本无法解决的问题， 现在可以用软件非常灵活地加以解决。例如，传统的数字万用表只能测量电阻、交直流电压、电流等，而智能型的数字万用表不仅能进行上述测量，而且还具有对测量结果进行诸如零点平移、取平均值、求极值、统计分析等
15、复杂的数据处理功能，不仅使用户从繁重的数据处理中解放出来，也有效地提高了仪器的测量精度。 具有友好的人机对话能力。智能仪表使用键盘代替传统仪 在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是 常用的主要被控参数。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械 制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅 炉中的温度进行检测和控制。采用 MCS-51 单片机来对温度进行控制，不仅具有控 制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标， 从而能够大大提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业 生产中经常
16、会遇到的问题。智能化仪表时常规仪表与单片机相结合的产物，智能化仪表能够解决普通 仪表不易解决的问题，能够简化电路，提高仪表的可靠性，降低仪表的成本。智能 化仪表的组成框图如图 1-1 所示：图 1-1 智能化仪表组成框图 在图 1-1 中，传感器用于信号的检测，通过传感器把要检测的值转换成相应的 物理量或电信号。由于这个信号比较微弱，而且通常是非线性的，需要进行放大和 线性化处理，具有这种功能的电路就是变送器，它能把检测到的微弱的、非线性的 信号转换成标准的线性化的电压、电流信号。A/D 转换器把检测到模拟信号转换成 对应的数字量，输入单片机 CPU 中，通过内部的数据处理程序把测量值在显示器中 显示或通过单片机的串行输出口把信号传送到其他地方。人们可以使用仪表的面板 操作键，对仪表的测
