1、智能儀器課程設計說明書學生姓名： 學 號： 學 院： 機電工程學院 專 業： 電子信息工程技術 題 目： 智能溫度計 指導教師： 職稱： 一.課程設計的目的：本課程是電子信息工程技術專業的專業基本能力訓練課程，其目的是通過本課程設計，使學生掌握智能儀器的一般設計方法，熟悉系統硬件和軟件的一般開發環境和開發流程，為設計和開發智能儀器打下堅實的基礎。培養學生基于單片機應用系統的分析和設計能力和專業知識綜合應用能力，同時提高學生分析問題和解決問題的能力以及實際動手能力，為日后工作奠定良好的基礎。二.設計題目：智能型溫度測量儀的設計三.內容和要求四.組織方式1.智能型溫度測量儀的設計功能要求配合溫度傳

2、感器，實現溫度的測量；具有開機自檢、自動調零功能；使用220V/50Hz交流電源，設置電源開關、電源指示燈和電源保護功能。主要技術指標測量溫度范圍：0120測量誤差：1%顯示方式：4位LED數碼管顯示被測溫度值。目錄l 一：智能儀器課程設計指導書l 二：摘要l 三：引言:l 四 智能溫度計的設計梗概l 五：系統硬件組成l 六：系統硬件組成 溫度傳感器AD590l 七：放大器l 八：3A/D轉換器MC14433放大器l 九： LED顯示器l 十：性能弊端處理l 十一：總結l 十二：體會l 十三：參考文獻l 十四：程序清單l 摘要：本論文敘述了應用單片機AT89C51構成的智能溫度計主要的功能、硬

3、件的組成和軟件的設計。該系統的功能是通過溫度傳感器對溫度進行采集，然后通過A/D轉換器MC14433進行模數轉換，傳給單片機進行處理，從而實現溫度的實時顯示。整個系統結構緊湊、簡單可靠、操作靈活、功能強、性能價格比高，較好地滿足了現代農業生產和科研的需要。單片機自問世以來，性能不斷提高和完善，其資源又能滿足很多應用場合的需要，加之單片機具有集成度高、功能強、速度快、體積小、功耗低、使用方便、價格低廉等特點，因此，在工業控制、智能儀器儀表、數據采集和處理、通信系統、高級計算器、家用電器等領域的應用日益廣泛，并且正在逐步取代現有的多片微機應用系統。單片機的潛力越來越被人們所重視。特別是當前用CMO

4、S工藝制成的各種單片機，由于功耗低，使用的溫度范圍大，抗干擾能力強、能滿足一些特殊要求的應用場合，更加擴大了單片機的應用范圍，也進一步促使單片機性能的發展。而現在單片機在農業上也有了很多的應用。 關鍵詞： 溫度傳感器；A/D轉換器；實時顯示引言:單片機自問世以來，性能不斷提高和完善，其資源又能滿足很多應用場合的需要，加之單片機具有集成度高、功能強、速度快、體積小、功耗低、使用方便、價格低廉等特點，因此，在工業控制、智能儀器儀表、數據采集和處理、通信系統、高級計算器、家用電器等領域的應用日益廣泛。1 智能溫度計的設計梗概下圖是智能溫度計的基本組成方框。主要由溫度傳感器，放大器，A/D轉換器，單片

5、機控制，LED顯示器，電源等組成。溫度傳感器是把溫度轉換成電壓（或電流）的器件。不同的溫度傳感器，輸出電壓的范圍也差別很大。放大器的主要功能是把微弱的溫度電壓信號放大到（02）伏或（05）伏的范圍內，以便進行A/D轉換。一方面控制A/D轉換器實現模擬信號到數字信號的轉換，另一方面將采集到的數字溫度電壓值，經過計算處理，得到相應的溫度值，送到LED顯示器以數字形式顯示測量的溫度。LED顯示器用于顯示測量溫度的結果。智能溫度計的基本組成如圖1所示溫度傳感器放大器 A/D轉換器 單片機8951LED顯示器電源圖1 智能溫度計方框圖2 系統硬件組成硬件組成如圖2所示圖2 測量攝氏（）溫度的電路原理。假

6、定 ：溫度測量范圍：0150 攝氏（） 溫度數字顯示： 000.0 或112.8等，十進制小數點后一位2.1 溫度傳感器AD590圖中用電位器R1調零點，用R2調增益，方法如下：在0 oC時調整W1使輸出Vo273.2mV。然后在100 時調W2使Vo373.2mV。然后反復多次，直至0 時Vo273.2mV，100 時Vo373.2mV為止。最后在室溫下進行校驗。例如，若室溫為25，那么Vo應為298.2mV。0 和100 環境的產生方法：冰水混合物是0 的環境，沸水為100 環境。2.2 放大器放大器由運算放大器A組成，常用的芯片有：LF335，LF336，CA3140等，主要功能是把模擬

7、的溫度電壓信號放大到A/D轉換器要求的輸入電壓范圍。A/D轉換器MC14433要求，模擬輸入電壓的范圍為：02V。W3的作用是抵消溫度傳感器AD590在攝氏0時產生的溫度電壓Vo273.2mV，使放大器A的輸出電壓為0.0V。放大器A的放大倍數選擇為10，保證溫度在0150范圍內變化，而放大器的輸出電壓在01。50V的范圍內。電位器W2用于調整放大器的放大倍數。2.3 A/D轉換器MC14433圖3是主要框圖和引腳的分布圖3 MC14433的方框圖和引腳引腳引線功能如下：G 被測電壓VX和參考電壓VR的模擬接地端VR 外接參考電壓端（+2V或+200Mv）VX 被測電壓輸入端R1，R1/C1，

8、C1 外接積分電阻R1和積分電容C1元件端。外接元件典型值：當量程為2V時，C = 0.1F,R = 470k；當量程為200mV時，C1 = 0.1F, R1 = 27kC01,C02 外接失調電容C0端。C0典型值為0.1FDU 數據顯示控制端。當DU和EOC（引腳14）連接時，每次A/D轉換都輸出CLKI，CLKO 時鐘振蕩器外接電阻RC端， RC的典型值為470k，時鐘頻率隨RC增加而下降VEE 模擬負輸入端。典型值為-5VVSS 數字地，除CLKO端外所有輸出端的低電平基準。當VSS與VAG相連（即數字地和模擬地相連）時，輸出電壓幅度為VAGVDD（0V+5V）；當VSS與VEE（-

9、5V）相連，輸出電壓幅度為VEEVDD（-5V+10V）。實際應用時一般是VSS與VAG相連EOC 轉換結束控制端（輸出）。每當一個A/D轉換周期結束，EOC端輸出一個寬度為時鐘周期1/2寬度的正脈沖 過量程標志輸出端。平時為高電平。當VXVR時（被測電壓輸入絕對值大于參考電壓），端輸出低電平DS1DS4 多路選通脈沖輸出端，對應DS1千位，對應DS4個位。每個選通脈沖寬度為18個時鐘脈沖，兩個相鄰脈沖之間間隔為2個時鐘周期Q0Q3 BCD碼數據輸出線。其中為Q0最低位，Q3為最高位。當DS2 、DS3和 DS4選通期間，Q0Q3除了表示千位的0或1外，還表示了轉換值的正負極性和欠量程還是過量

10、程VDD 正電源端。典型值為+5V2.4 LED顯示器共陰極LED顯示器的陽極和單片機CPU的P1口連接，顯示段碼由CPU通過P1口傳送到LED顯示器的陽極。位掃描碼由單片機8051的P2口低四位輸出，經同相驅動器傳送到LED顯示器的陰極，選通LED顯示器的數位，P2.3，P2.2,P2.1,P2.0輸出電平為0111時，選通左邊的第一位數字，P2.3，P2.2,P2.1,P2.0輸出電平為1011時，選通左邊的第二位數字，P2.3，P2.2,P2.1,P2.0輸出電平為1101時，選通左邊的第三位數字，P2.3，P2.2,P2.1,P2.0輸出電平為1110時，選通左邊的第四位數字。2.5

11、系統核心單片機部分單片機AT89C51有內部RAM，可以作為各種數據區使用，內部閃電存儲器存放智能溫度計的控制程序。它的主要功能是控制MC14433，實現溫度的數字值采集，完成溫度的數字采集值到對應數字溫度的轉換計算，并把計算的數字溫度轉換相應的顯示段碼，控制LED顯示器以動態掃描方式進行溫度顯示。3 性能弊端處理為增強系統在工作現場的抗干擾能力，在硬件設計方面采取了一系列措施，例如，信號的輸入輸出采用電平轉換、光電隔離；正確配置接地系統，處理好共地信號；強電信號和弱電信號分開走線，傳輸線盡可能使用雙絞線和屏蔽電纜；設置時鐘監視電路，自動監視運行狀態，出現故障自動處理，同時具有硬件自診斷功能，

12、避免“死機”現象發生等等。4系統核心單片機部分下圖是智能溫度計的流程圖。因為智能溫度計的控制和計算相對簡單，由該流程方框圖可見，該主程序是循環線性結構。在初始化時，清除內部RAM，設定標志位和標志單元，設置堆棧指針，檢測LED顯示器工作是否正常等。它主要包括了下述一些子程序：（1）從A/D轉換器MC14433讀取溫度數字電壓子程序：查詢A/D轉換狀態，一旦本次A/D轉換結束，CPU將溫度電壓的BCD碼數字值送到RAM中的輸入緩沖區存放。（2）溫度電壓數字值到溫度數字轉換子程序；將緩沖區中的溫度電壓數字BCD碼轉換為實際的溫度十進制數字。（3）溫度數字到LED顯示段碼轉換子程序：把溫度十進制數字

13、轉換成相應的LED顯示段碼，存放在顯示段碼緩沖區供LED顯示器顯示傳送子程序（4） LED顯示段碼到LED顯示器顯示傳送和動態掃描子程序（5） BCD碼加，減，乘，除子程序；（6） BCD碼在緩沖器間傳送子程序；調用A/D輸入數字值到數字溫度轉換子程序，將數字溫度電壓值轉換為其相應的溫度數字，存放到數字溫度的緩沖區調用送LED顯示器顯示子程序，將數字溫度緩沖區的內容變換為相應的LED顯示段碼，然后調用動態掃描子程序，將段碼送LED顯示器顯示開始初始化，設堆棧指針，清除RAM緩沖區，初始化LED顯示器，顯示8888一秒，調用MC14433的A/D轉換程序，對溫度進行采樣，送LED顯示器，顯示當前

14、溫度調用MC14433的A/D轉換子程序，將溫度的電壓數字值存放到內部A/D輸入數據緩沖區（7） 其它專用子程序；圖4 程序流程圖程序流程如圖4所示5 總結本課程設計敘述了智能溫度計的設計，包括硬件組成和軟件的設計，該系統在硬件設計上主要是通過溫度傳感器對溫度進行采集，把溫度轉換成變化的電壓，然后由放大器將信號放大，通過A/D轉換器，MC14433將模擬溫度電壓信號轉化為對應的數字溫度信號電壓。其硬件設計中最核心的器件是單片機89C51，它一方面控制A/D轉換器實現模擬信號到數字信號的轉換，另一方面，將采集到的數字溫度電壓值經計算機處理得到相應的溫度值，送到LED顯示器，以數字形式顯示測量的溫

15、度。整個系統的軟件編程就是通過匯編語言對單片機MT89C51實現其控制功能。整個系統結構緊湊，簡單可靠，操作靈活，功能強大，性能價格比高，較好的滿足了現代農業生產和科研的需要。6 體會通過本次的設計，參考了大量的資料，讓我認識到了單片機功能的強大，讓我學到了很多，受益匪淺。在黃老師的幫助下完成了本次課程設計，我深感欣慰，最重要的就是我深深的感受到師生互動的魅力。參考文獻.李朝青PC機及單片機數據通信技術M 北京航空航天大學出版社2000.何立民單片機應用技術選編M 北京航空航天大學出版社1993.周明德微型計算機硬件軟件及其應用M 清華大學出版社1980.金偉正單線數字溫度傳感器的原理與應用J

16、.電子技術應用2000(6):6668.李廣弟單片機基礎M.北京航空大學出版社.1994年6月.何立民單片機應用系統設計系統配置與接口技術北京航空航天大學出版社1995.馬明建. 數據采集與處理技術西安交通大學出版社. 199718程序清單ORG 0000HLJMP MAINORG 0013HLJMP SUBORG 0100HMAIN: MOV SP,#40HMOV A，#78HMOV R7，#09H MOVX A,DPTR MOV R0,A CLR C SUBB A,#34HJNC LOOP1 CLR C MOV A,R0 SUBB A,#3AHJC LOOPMOV A,R0ACALL TE

17、MPLOOP:MOV DPTR,#EF00HMOV R1,#0F8HMOV A，#33HMOVX R1，AMOV A,R0MOVC A,A+DPTRDEC R1MOVX R1,AMOV A,R2INC R1MOVX R1,AINC R0MOV A,R2CLR CRRC AMOV R2,AMOV A,#00HMOV DPTR,#00F8HMOVX DPTR,AAJMP GO LOOP1: MOV P1,#8FHAJMP GOLOOP2: MOV P1,#0BFH GO : POP DPHPOP DPLPOP ACCPOP PSWRETIENDTEMP: MOV DPTR,TABLE MOV A,

18、R0 MOV B,#04H CLR C MUL AB JNC NOO INC DPH NOO: MOVC A,A+DPTR MOV 80H,A INC DPTR MOVC A,DPTR MOV 81H,A AJMP LOOP ORG 0300HTAB: DB 3FH 06H 5BH 4FH 66H 6DH 7DH 07H 7FH 6FH 77H 83HMAIN:MOV 20H,#0 MOV 21H,#0 MOV R0,#3CH MOV R1,#12 LCALL CLEAR SETB PT0ML2: NOP NOP NOP MOV A,P1 CJNE A,#0FBH,ML3 AJMP MAIN

19、ML3: MOV A,PIN1 INC A SUBB A,PIN3 CJNE A,#0,ML4 AJMP TEST0 ML4: JC TEST0 JNB E1,TEST0 AJMP COMPPTEST0:MOV PIN3,#0 MOV A,P1 CJNE A,#0FDH,TEST AJMP EXIT TEST:MOV A,P1 CJNE A,#0FFH,TEST1 EXIT:MOV R0,#79H MOV R1,#50H HEX: ACALL HEXASC MOV R2,#6 MOV R0,#5AH ACALL INI CLR FLAG3 SJMP HERECOMPP:AJMP COMPSEC

20、OO:JNB P1.5,SSECO AJMP SECOSSECO:AJMP SECMINII:JNB P1.5,MMINI AJMP MINIMMINI:AJMP MINHOURR:JNB P1.5,HHOUR AJMP HOURHHOUR:AJMP HOUTEST1:JNB P1.0,SETTTEST2:SETB EA JNB P1.4,EXIT JNB P1.5,DEAL AJMP TESTSETT:CLR EA MOV C,P1.4 MOV F0,C JNB P1.1,SECOO JNB P1.2,MINII JNB P1.3,HOURR AJMP TEST2 DEAL:SETB E1

21、JNB P1.4,OVER MOV R0,#49H MOV R1,#6 ACALL CLEAR MOV B,#3 MOV A,PIN1 MUL AB ADD A,R4 MOV PIN,A MOV A,PIN1 CJNE A,#4,AAA MOV PIN1,#0 MOV PIN2,#3EH MOV PIN,#3CH AAA: JNB P1.4,OVER JNB P1.1,SECOO JNB P1.2,MINII JNB P1.3,HOURR AJMP AAAOVER:SETB E2 INC PIN1 MOV R2,#6 MOV R0,#3AH MOV R1,PIN1 ACALL INI MOV

22、R0,#49H MOV R2,#3 MOV R1,PINZIP: MOV A,R0 MOV R1,A INC R0 MOV A,R0 SWAP A ORL A,R1 MOV R1,A INC PIN INC R0 INC R1 DJNZ R2,ZIP AJMP EXITCOMP:MOV A,PIN2 CJNE A,#4AH,J AJMP OVRJ: MOV R0,PIN2 MOV R1,#7EH MOV R2,#3JJJ:MOV A,R0 ANL A,#0F0H SWAP A XRL A,R1 JNZ ENDD DEC R1 MOV A,R0 ANL A,#0FH XRL A,R1 JNZ E

23、NDD DEC R1 DEC R0 DJNZ R2,JJJ SETB FLAG2 INC PIN3 AJMP TESTENDD:MOV A,PIN2 ADD A,#3 MOV PIN2,A AJMP COMPOVR: MOV PIN2,#3EH AJMP TESTHOUR:ACALL DELY MOV R0,#7EH JNB F0,SUB1 ACALL DAAD1 MOV A,R2 XRL A,#24H JNZ ML0 ACALL CLR0 AJMP ML0 MINI:ACALL DELY MOV R0,#7CH JNB F0,SUB1 ACALL DAAD1 MOV A,R2 XRL A,#

24、60H JNZ ML0 ACALL CLR0 AJMP ML0 SECO:ACALL DELY MOV R0,#7AH JNB F0,SUB1 ACALL DAAD1 MOV A,R2 XRL A,#60H JNZ ML0 ACALL CLR0 ML0: MOV R0,#79H MOV R1,#50H ACALL HEXASC MOV R2,#6 MOV R0,#5AH ACALL INI AJMP SETTSUB1:SETB F0 ACALL SUB AJMP ML0 CLEAR:MOV R0,#0 INC R0 DJNZ R1,CLEAR RETHOU: ACALL DELY SETB E

25、0 MOV R0,#4EH ACALL DAAD1 MOV A,R2 XRL A,#24H JNZ ML00 ACALL CLR0 AJMP ML00 MIN: ACALL DELY SETB E0 MOV R0,#4CH ACALL DAAD1 MOV A,R2 XRL A,#60H JNZ ML00 ACALL CLR0 AJMP ML00 SEC: ACALL DELY SETB E0 MOV R0,#4AH ACALL DAAD1 MOV A,R2 XRL A,#60H JNZ ML00 ACALL CLR0 ML00:MOV R0,#49H MOV R1,#30H ACALL HEX

26、ASC MOV R2,#6 MOV R0,#3AH MOV R1,PIN1 INC R1 ACALL INI AJMP AAADELY:MOV R1,#0FFHA1: MOV R2,#0FFHLOOP:NOP NOP NOP DJNZ R2,LOOP DJNZ R1,A1 RET PITO:PUSH PSW PUSH 0E0H PUSH DPH PUSH DPL SETB PSW.3 MOV A,P1 MOV TL0,#01H MOV TH0,#1FH CJNE A,#0FDH,SSS MOV TL0,#0EDH MOV TH0,#0FBH SSS: JNB P1.5,GETNUMDDD: M

27、OV A,2FH DEC A MOV 2FH,A JNZ RET0 MOV 2FH,#10H MOV R0,#7AH ACALL DAAD1 MOV A,R2 XRL A,#60H JNZ RET0 ACALL CLR0 MOV R0,#7CH ACALL DAAD1 MOV A,R2 XRL A,#60H JNZ RET0 ACALL CLR0 MOV R0,#7EH ACALL DAAD1 MOV A,R2 XRL A,#24H JNZ RET0 ACALL CLR0RET0:SETB TR0 POP DPL POP DPH POP 0E0H POP PSW RETIGETNUM: JB FLAG1,EE MOV R1,#49H MOV R2,#6CO: MOV R1,#0 INC R1 DJNZ R2,CO SETB FLAG1EE: AJMP DDDDAAD1:MOV A,R0 DEC R0 SWAP A ORL A,R0 ADD A,#1 DA A MOV R2,A ANL A,#0FH MOV R0,A MOV A,R2 INC R0 ANL A,#0F0H SWAP A MOV R0,A SETB FLAG3 RETSUB: DEC R0 DEC R0 CJNE R0,#0FFH,RET2 INC R0 CJNE R0,#0,AA DEC R0 MOV R