1、武漢理工大學華夏學院信息工程課程設計報告書課 程 名 稱 課程設計總評成績 學生姓名、學 號 學 生 專 業(yè) 班級 指 導 教 師 姓名 課程設計起止日期 課程設計基本要求課程設計是工科學生十分重要的實踐教學環(huán)節(jié)，通過課程設計，培養(yǎng)學生綜合運用先修課程的理論知識和專業(yè)技能，解決工程領域某一方面實際問題的能力。課程設計報告是科學論文寫作的基礎，不僅可以培養(yǎng)和訓練學生的邏輯歸納能力、綜合分析能力和文字表達能力，也是規(guī)范課程設計教學要求、反映課程設計教學水平的重要依據(jù)。為了加強課程設計教學管理，提高課程設計教學質(zhì)量，特擬定如下基本要求。1. 課程設計教學一般可分為設計項目的選題、項目設計方案論證、項

2、目設計結果分析、答辯等4個環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)都應有一定的考核要求和考核成績。2. 課程設計項目的選題要符合本課程設計教學大綱的要求，該項目應能突出學生實踐能力、設計能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)；該項目有一定的實用性，且學生通過努力在規(guī)定的時間內(nèi)是可以完成的。課程設計項目名稱、目的及技術要求記錄于課程設計報告書一、二項中，課程設計項目的選題考核成績占10%左右。3. 項目設計方案論證主要包括可行性設計方案論證、從可行性方案中確定最佳方案，實施最佳方案的軟件程序、硬件電路原理圖和pcb圖。項目設計方案論證內(nèi)容記錄于課程設計報告書第三項中，項目設計方案論證主要考核設計方案的正確性、可行性和創(chuàng)新性，考核成績占30

3、%左右。4. 項目設計結果分析主要包括項目設計與制作結果的工藝水平，項目測試性能指標的正確性和完整性，項目測試中出現(xiàn)故障或錯誤原因的分析和處理方法。項目設計結果分析記錄于課程設計報告書第四項中，考核成績占25%左右。5. 學生在課程設計過程中應認真閱讀與本課程設計項目相關的文獻，培養(yǎng)自己的閱讀興趣和習慣，借以啟發(fā)自己的思維，提高綜合分和理解能力。文獻閱讀摘要記錄于課程設計報告書第五項中，考核成績占10%左右。6. 答辯是課程設計中十分重要的環(huán)節(jié)，由課程設計指導教師向答辯學生提出23個問題，通過答辯可進一步了解學生對課程設計中理論知識和實際技能掌握的程度，以及對問題的理解、分析和判斷能力。答辯考

4、核成績占25%左右。7.學生應在課程設計周內(nèi)認真參加項目設計的各個環(huán)節(jié)，按時完成課程設計報告書交給課程設計指導教師評閱。課程設計指導教師應認真指導學生課程設計全過程，認真評閱學生的每一份課程設計報告，給出課程設計綜合評閱意見和每一個環(huán)節(jié)的評分成績（百分制），最后將百分制評分成績轉換為五級分制（優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格）總評成績。8. 課程設計報告書是實踐教學水平評估的重要資料，應按課程、班級集成存檔交實驗室統(tǒng)一管理。1、課程設計項目名稱基于單片機與ad590的溫度數(shù)據(jù)采集2、項目設計目的及技術要求要求完成的主要任務: （包括課程設計工作量及其技術要求，以及說明書撰寫等具體要求）設計相應的

5、ad590溫度傳感器采集電路，使用匯編語言或c語言編寫程序，實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的采集，實現(xiàn)的功能如下：1.顯示采樣ad值：編寫ad采樣程序，在數(shù)碼管上實時顯示采集到的ad值；2.實現(xiàn)標度變換：由采集到的ad值得到實際的溫度值；3.顯示實際溫度值：在數(shù)碼管上實時顯示計算出來的實際溫度值（保留一位小數(shù)）；4.提高ad采樣精度：了解并使用過采樣技術，提高ad采樣的精度，比較得到的實驗數(shù)據(jù)有何不同；3、項目設計方案論證(可行性方案、最佳方案、軟件程序、硬件電路原理圖和pcb圖)3.1 系統(tǒng)方案論證 方案一： 采用ad590作溫度傳感器，有利于提高系統(tǒng)抗干擾能力，ad590是一種恒流源形式的溫度傳感器,其重復

6、性誤差低，功耗低，只要在其二端加上一定工作電壓,則其輸出電流隨溫度變化而變化,其線性電流輸出為1ua/k，電流信號再由運放轉換為電壓信號，通過a/d轉換器將輸入的模擬電壓量轉換為數(shù)字量，并通過并行接口芯片將數(shù)字量送給計算機，本實驗采用此方案。方案二：采用熱敏電阻。選用此類元件的優(yōu)點價格便宜，但由于熱敏電阻的非線性特性會帶來較大的誤差。方案三：使用帶有a/d（模數(shù)轉換）單片集成的ds18b20傳感器。ds18b20數(shù)字溫度計是dallas公司生產(chǎn)的即單總線器件，無需其他外加電路，直接輸出數(shù)字量。可直接與單片機通信，讀取測溫數(shù)據(jù)。具有線路簡單，性能穩(wěn)定體積小的特點。但ds18b20的程序較復雜，且

7、時序時間較苛刻，不便于書寫程序。比較以上方案，結合設計技術要求，所以選擇方案一。 3.2基于單片機與ad590的溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)原理及框圖 基于單片機與ad590的溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框圖如圖1，一般來說外部的溫度由ad590溫度傳感器采集并使之信號放大然后經(jīng)過a/d轉換器轉換后再輸入到單片機，由單片機進行數(shù)據(jù)的整理然后由顯示屏輸出，外界看到由顯示屏輸出的溫度后根據(jù)所需要的溫度值進行調(diào)節(jié)，輸入到單片機進行整理最后輸出，最后又經(jīng)過d/a轉換電路后反饋到外部溫度信號采集場所，使外部的溫度采集點受人們所要求的方向變化。ad590溫度傳感器a/d轉換電路89c52單 片機現(xiàn)場采集溫度屏幕顯示鍵盤輸入d/a

8、轉換電路圖1，基于單片機與ad590傳感器的溫度采集系統(tǒng)框圖3.3 ad590溫度傳感器的特點和內(nèi)部結構原理及圖示ad590是電流型溫度傳感器，通過對電流的測量可得到所需要的溫度值，直接輸出與熱力學溫度成比例的電流信號,在輸出端串聯(lián)一個電阻則轉換為電壓信號。除此之外,ad590 還具有測溫不需要參考點、抗干擾能力強、互換性好等優(yōu)點。ad590的內(nèi)部電路圖如圖1 所示,簡化電路如圖2 所示。該傳感器由多個晶體管和電阻組成,其中晶體管制作在一個半導體單面基片上,因此它們的特性、損耗和發(fā)射極面積能夠相互匹配。整體分析圖2 ,該電路可看作由兩個鏡象電流源構成。其中,晶體管q1 和q2 組成上鏡象電流源

9、,q3 和q4 組成下鏡象電流源。如果設上鏡象電路的輸出是q3 的輸入,則q4 的輸入是上鏡象電路的輸出。設各晶體管為理想晶體管(即它們的電流放大系數(shù)趨于無窮大) ,則知i0 = ic3 + ic4 (1)由于鏡角電流源q1 和q2 的作用, ic3 = ic4 , ie3 = ie4 = ic3 。因此i0 = 2 ic3 = 2 ie3 (2)pn 結理想伏安特性表達式為i = is ( ev/ vt - 1) = is ( eqv/ kt - 1) (3)對晶體而言,上式中i 即為發(fā)射極電源ie ; is 為集電極發(fā)射極反向飽和電流; v 為基極與發(fā)射極之間的電壓vbe ;vt 為溫度的

10、電壓當量(即ktpq) , q 為電子電荷, k 為玻爾茲曼常數(shù), t 為熱力學溫度。當溫度在- 55 155 之間時,vt 近似在0104v0. 05v 之間。這一般的硅管,vbe約為十分之幾伏,故evbe/ vt m 1。因此, (3) 式可改寫為ie is evbe/ vt ,即vbevt1 n ( ie / is ) (4)所以,vbe3vt1 n ( ie3 / is3 ) ,vbe4vt1 n ( ie4 / is4 ) 。由圖2 知vbe4 = vbe3 + ier (5)所以vr = ie3 r= vbe4 vbe3= vt1 n( ie4 / is4 ) / ( ie3 /

11、is3 ) = vt1 n ( is3 / is4 ) (6)由于is 正比于各晶體管發(fā)射極的面積s ,所以(6) 式可改寫為vr = vt1 n ( s3 / s4 ) (7)s3 、s4 分別為晶體管q3、q4 發(fā)射極的面積。若s3 = ns4 ,則vr = vt1 n ( n) ,即ie3 r= vt1 n ( n) , ie3 = ( vt / r) 1 n ( n) 。因此i0 = 2 ie3= (2vt / r) 1 n ( n)= (2 kt/ rq) 1 n ( n) (8)所以i0 / t = (2 k/ rq) 1n ( n) (9)由上式知,當電阻r 的阻值給定時, i0

12、 / t 為一恒定值。適當選取r 值,理論上可使i0pt 為110000apk(k為熱力學溫度單位) 。由上面的分析知,ad590 的輸出電流i0 與它所處的熱力學溫度t 成線性關系,因此實現(xiàn)了溫度至電流強度的線性轉換。與圖2 相比,圖1 虛線框內(nèi)增加了一些電路。它們用以改善鏡象電流源q1 和q2 ,使之工作時更接近理想電流源(高阻抗) ,從而減弱輸入電壓變化的影響。經(jīng)測試,當ad590 兩端的電壓在+ 4v 和+ 30v 之間時,即使電壓有變化,輸出的電流信號也沒有影響或影響很小。所以ad590 具有消除電源波動的特性。ad590 電流溫度特性性測量電路如圖4 所示,v 為pz114 型四位

13、半直流數(shù)字電壓表, r= 1000 ,保持電源電壓穩(wěn)定,分別使ad590 處于一系列不同的溫度點ti ,通過測量v 得出相應的輸出電流ii 。對所得的數(shù)據(jù)點用最小二乘法進行擬合,可得經(jīng)驗公式i =t + ad590 溫度傳感器不但實現(xiàn)了溫度轉換為線性化電量測量,而且精確度高、互換性好，在熱交換實驗中有熱損耗存在,且與容器的尺寸結構有關,在量熱器的容積一定時,容器的高度為一特定值時可使量熱器的熱損耗為最小。3.4 2位數(shù)碼管動態(tài)顯示框圖及程序信號輸入模塊數(shù)據(jù)轉換模塊片選信號產(chǎn)生模塊數(shù)碼管控制模塊動態(tài)掃描/譯碼/數(shù)碼管顯示模塊圖5數(shù)碼管動態(tài)顯示框圖#include#includeunsignedc

14、harcodetab=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x83,0xf8,0x80,0x98;/*定義共陽極數(shù)碼管上顯示的0到9*/unsigned char buffer6;bit flag;unsigned int n;unsigned char j =0;void delay(int ms) /*延時子函數(shù)*/ int i;while(ms-)for(i=0;i200;i+);handle(unsigned int n)unsigned char i;for(i=0;i6;i+)bufferi=n%10; /數(shù)碼管顯示的個位的值*/n=n/10; /數(shù)碼管上顯

15、示的十位的值*/void jinzhi()if(n100)n+;if(n=99) /*到了最大值清零*/ n=0;flag=0;void xianshi()/*顯示子函數(shù)*/ unsigned char i,weixuan;weixuan=0x80;for(i=0;i=1; /*位選端右移一位*/void main()/*主函數(shù)*/tmod=0x01;th0=(65535-50000)/256;tl0=(65535-50000)%256; /*t0工作于定時方式1，定時為100ms*/ea=1;et0=1;tr0=1; /*啟動t0定時器和中斷的開啟*/n=0;handle(n); while

16、(1) handle(n);xianshi();/*實時顯示采集的溫度值*/if(flag=1) /*如果達到上限值的標志*/jinzhi();int0() interrupt 1/*中斷定時1的子函數(shù)*/th0=(65536-50000)/256;tl0=(65536-50000)%256; j+;if(j=20) /*延時2秒*/ j=0;flag=1;3.5單片機 pcf8591的ad/da程序問題while (1) /*以下ad-da處理*/switch (ad_channel)case 0: isendbyte(pcf8591, 0x40);d0 = ircvbyte(pcf8591

17、)*2; /adc0 模數(shù)轉換1 放大2倍顯示break;/*case 1: isendbyte(pcf8591, 0x41);d1 = ircvbyte(pcf8591)*2; /adc1 模數(shù)轉換2break;/*case 2: isendbyte(pcf8591, 0x42);d2 = ircvbyte(pcf8591)*2; /adc2模數(shù)轉換3break;case 3: isendbyte(pcf8591, 0x43);d3 = ircvbyte(pcf8591)*2; /adc3 模數(shù)轉換4break;*/case 4: dacconversion(pcf8591, 0x40, d

18、4/4); /dac數(shù)模轉換break; 3.6 系統(tǒng)程序圖和程序如下：顯示溫度否是低于最低溫度否？a/d轉換系統(tǒng)初始化開始高于最高溫度否？報警電路結束是否開關加熱開關？圖6系統(tǒng)程序框圖/*主函數(shù)*/#include #include #include extern bit recfinishflag; extern unsigned char idata keyvalue; extern unsigned char idata reclength;extern unsigned char idata recdata50;extern void menu1(void);void system_

19、init() scon=0x50; th2=0xff; tl2=0xfd; rcap2h=0xff; rcap2l=0xfd; /16位自動再裝入值 tclk=1; rclk=1; c_t2=0; exen2=0; /波特率發(fā)生器工作方式 tr2=1 ; /定時器2開始 es = 1; /開串口中斷 tmod|= 0x01; /定時器工作方式1th0 = 0xf8; tl0 = 0xcc; tr0 = 0; /關閉定時器0計數(shù)et0 = 0; /關定時器0中斷tmod|= 0x10; /定時器工作方式1th1 = 0xa6; /25mstl1 = 0x00; tr1 = 0; /關閉定時器1計

20、數(shù)et1 = 0; /關定時器1中斷ip=0x10; /設置串口中斷高優(yōu)先級ea=1; /開pwm_port=1; /停止加熱main()system_init();while(1) data_deal(); (recfinishflag=1) ecfinishflag=0; reccomand(recdata,reclength); switch(keyvalue) case 0x00: menu1(); break; default: break; /*adc子函數(shù)*/#include #include bit isendbyte(unsigned char sla,unsigned ch

21、ar c) start_i2c(); /啟動總線sendbyte(sla); /發(fā)送器件地址if(ack=0)return(0);sendbyte(c); /發(fā)送數(shù)據(jù)if(ack=0)return(0);stop_i2c(); /結束總線return(1);unsigned char ircvbyte(unsigned char sla) unsigned char c;start_i2c(); /啟動總線sendbyte(sla+1); /發(fā)送器件地址if(ack=0)return(0);c=rcvbyte(); /讀取數(shù)據(jù)0ack_i2c(1); /發(fā)送非就答位stop_i2c(); /結

22、束總線return(c);unsigned int get_advalue() /對外部溫度的采集 unsigned int ad_temp=0;isendbyte(pcf8591,0x03);ad_temp=ircvbyte(pcf8591);return(ad_temp);unsigned int ad_calibration(unsigned int pdata) unsigned int t;t = pdata-2730 ;return(t);四、項目設計結果分析（分析試驗過程中獲得的數(shù)據(jù)、波形、現(xiàn)象或問題的正確性和必然性，分析產(chǎn)生不正確結果的原因和處理方法）本文介紹了一種基于89c5

23、2單片機的溫度采集系統(tǒng)設計，采用總線數(shù)字傳感器ad590，對環(huán)境溫度信號進行采集，并將采集到的溫度值轉換成數(shù)字信號送到單片機進行處理，然后顯示出來，外界進行控制。 本實驗采用數(shù)字溫度傳感器ad590，省掉了很多溫度采集方面的調(diào)試，同時也提高了溫度值得準確度，實時溫度采集與顯示電路的設計，是溫度信號更迅速，更直觀的顯示出來。系統(tǒng)在硬件自動測試，鍵盤操作，實時顯示方面工作正常。整個系統(tǒng)硬件簡單，可靠，系統(tǒng)成本低。 進入21世紀后，智能溫度征稿這高精確，讀功能，總線標準化，高可靠及安全性，開發(fā)虛擬傳感器，研制單片機溫度系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展，所以不久的將來溫度采集控制系統(tǒng)會被集成在一塊專用芯片上，其智能化水平將越來越高，成本越來越低。 本次用單片機設計的溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)終于完成了，在本次設計中，從采集元件，硬件焊接，外觀到論文的便攜都是先查閱了大量的資料，后確定，再進過老師的指導，追后經(jīng)過多天的不但努力才完成。在本次培訓中，我切身感受到了動手實踐的重要性，這對我以后的學習和工作中將產(chǎn)生深遠影響。五、參考文摘（相關文摘不少于5篇，記錄每篇文獻的作者姓名.文獻名稱.文獻發(fā)行城市：文獻出