1、本文格式為Word版，下載可任意編輯 熱電偶智能儀表設計說明書 熱電偶智能儀表設計說明書 本設計根據任務要求，采用單片機AT89c51作為操縱處理器；采用AD590集成溫度傳感器，采用k型熱電偶（鎳鉻-鎳硅熱電偶），熱電偶信號經前端電路低通濾波、放大后，經14位精度AD轉換器ICL7135轉換為數字信號；單片機AT89c51接受并處理熱電偶轉換后的數字信號后，通過LED顯示出檢測的熱電偶溫度信號；系統工作期間可以通過外接鍵盤設定熱電偶溫度信號顯示范圍及當前所測熱電偶的路數；同時本設計具有報警功能，以保證系統的穩定正常工作。 1 最小系統電路 采用AT89C51作為主控模塊，帶4K字節存儲器，晶

2、振為12MHZ，其中單片機的P0口為輸出，當輸出數據時需要接上拉電阻。XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出，至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發器。RESET為復位輸入，當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平日間。單片機最小系統電路圖如圖1。 圖1 最小系統電路圖 2 前向通道模塊 本設計需要測量20路熱電偶信號，熱電偶采用k型（鎳鉻-鎳硅熱電偶），溫度測量范圍為01300，精度為1。由于熱電偶測量電路需要冷端補償。使用傳統的電路橋補償，電路繁雜、體積巨大且造價高。本設計使用本設計使用AD590集成溫度傳感器，不僅電路簡單并且造價經濟。如圖2所示。 圖2 AD590

3、電路圖 熱電偶放大部分采用三運放差分放大器，如圖3中的三級運放差分放大器由II級組成，第I級主要用來提高整個放大電路的輸入阻抗，第II級采用差動電路用以提高共模抑制比，且它還具有低噪聲、低漂移的特點，由于ADC的輸入電壓范圍為01.9999V，根據表1-1，這里只需放大40倍。AD轉換器選擇14位半高精度的雙積分集成ADC芯片ICL7135。它的辨別率相當于14位二進制數，轉換誤差為1LSB。ICL7135轉換結果輸出是動態的，因此務必通過并行接口才能與單片機連接，故采用并行接口芯片8155與單片機連接。其中74LS157為4位2選1的數據多路開關，通過高位選通信號D5使其操縱ICL7135的

4、數據傳送。一片16選1芯片CD4067和一片8選1芯片CD4051組合成多路模擬開關，滿足20路測溫要求。 圖3 差分放大器電路圖 系統連接圖如圖4所示。 圖4 系統連接圖 3 系統自檢 開機后首先對單片機系統的硬件及軟件狀態進行檢測，一旦發現不正常，就進行相應的處理。開機自檢程序包括對RAM、ROM、I/O口狀態、前向通道、鍵盤、顯示等的檢測。 1RAM檢查RAM讀寫是否正常，實際操作是向RAM單元寫“00H，讀出也應為“00H，再向其寫“FFH，讀出也應為“FFH。假如RAM單元讀寫出錯，應給出RAM出錯提醒(聲光或其它形式)，等待處理。測試RAM的真正目的是保證硬件系統的可靠性。 2RO

5、M單元的內容對ROM單元的檢測主要是檢查ROM單元的內容的校驗和。所謂ROM的校驗和是將ROM的內容逐一相加后得到一個數值，該值便稱校驗和。ROM 單元存儲的是程序、常數和表格。一旦程序編寫完成，ROM中的內容就確定了，其校驗和也就是唯一的。若ROM校驗和出錯，應給出ROM出錯提醒(聲光或其它形式)，等待處理。測試ROM的真正目的是保證程序完整性。嵌入式軟件和啟動代碼存放在ROM里，不能保證長期穩定可靠，由于硬件注定是不可靠的 3I/O口狀態首先確定系統的I/O口在待機狀態應處的狀態，然后檢測單片機的I/O口在待機狀態下的狀態是否正常(如是否有短路或開路現象等)。若不正常，應給出出錯提醒(聲光

6、或其它形式)，等待處理。 4除了對上述單片機內部資源進行檢測外，對系統中的其它接口電路，譬如前向通道轉換電路等，對與前向通道可以給單片機一個標準信號通過A/D轉換檢測，如圖5標準信號電路所示，產生2.5V標準電壓信號；又如鍵盤、顯示電路，均應通過軟件進行檢測，確定是否有故障。 只有各項檢查均正常，程序方能繼續執行，否則應提醒出錯。 圖5 標準信號電路 4 報警電路模塊 設計中的報警模塊，保證系統自檢電路或單片機出現問題時，能及時發現故障所在之處。當系統自檢或運行過程中發生故障時，給出聲光報警信號。電路如圖6報警電路所示。其中三極管型號為9013，二極管型號為4051。 圖6 報警電路 5 顯示

7、模塊及人機接口 本設計顯示模塊使用6個LED顯示，其中2個LED作為顯示當前熱電偶路數顯示，其余4個作為溫度顯示，溫度3為整數一位小數。顯示電路如圖7 顯示電路圖所示。 圖7 顯示電路圖 本設計采用矩陣式鍵盤，如圖8利用A T89C51串行接口和74HC164擴展矩陣式鍵盤，擴展電路可以大大減少鍵盤對I/O接口的占用量。 圖8 鍵盤電路圖 6 電源電路 儀表需要電源為+5V、12V電壓 T1 圖9 鍵盤電路圖 7 系統軟件設計 1、系統主程序及自檢程序 主程序主要包括初始化模塊、自診斷程序模塊、鍵掃描與處理模塊、顯示模塊等幾部分組成。 開機后首先對單片機系統的硬件及軟件狀態進行檢測，一旦發現不

8、正常，就進行相應的處理。開機自檢程序包括對RAM、ROM、I/O口狀態、前向通道、鍵盤、顯示等的檢測。 系統上電復位后，單片機首先進入系統的初始化模塊，該模塊的主要任務是 設置堆棧指針、初始化RAM工作區以及通道地址、設置中斷和開斷等。由于本系統通道對比多，而且采樣數據位12位，加上一些給定值，所占的內存單位較多；因此，該系統將同時使用內部RAM及外部RAM。主程序流程圖如圖10所示。 圖10 主程序流程圖 然后程序進入自診斷模塊，在模塊中，先由程序自身設置一個測試數據，在多路開關、放大器和A/D轉換器轉換成數字量送入CPU，CPU把得到的數據與原來設定的數據相對比，如兩者的差距在給定的范圍內，說明自診斷正常，程序可以進行；否則出錯，說明儀表工作不正常，發出警告，等待及時處理，如診斷正常，程序進入顯示模塊，進行動態測量數據的刷新顯示。進入鍵掃面與處理模塊，等待接收按鍵并進行相應處理，然后回到顯示模塊的入口，程序周而復始地循環進行下去。自檢程序流程如圖11. 圖11 自檢程序流程 2、鍵盤掃描程序及溫度報警程序 在鍵盤掃描和處理程序中，