單片機原理課程論文題目壓力測量單片機學生姓名： 齊鵬 學號：13074037 院（系）: 工程學院專業： 農業機械化及其自動化2012年7月1摘要溫度的測量是生產生活中時常需要的工作，進入 21世紀后，溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線標準化、高可靠性及安全性、開發虛擬傳感器和網絡傳感器、研制單片測溫系統等高科技的方向迅速發展。Abstract:Temperaturemeasurementistheproductionoflifeoftenneedtowork,inthe21stcentury,thetemperaturesensorisheadedinhighprecision,multi-function,bus,standardization,highreliabilityandsafety,developmentvirtualsensorandnetworksensor,researchmonolithictemperaturemeasuringsystemandotherhigh-techdirectiondeveloprapidly.關鍵詞：Highprecision,multi-function,bus,standardization,highreliabilityandsafety指導思想本課題以PT100熱電阻為溫度檢測元件，設計了一個對單點溫度實時檢測的單片機溫度檢測系統。基本設計內容及要求使用PT100溫度傳感器（電阻值隨溫度變化），設計傳感器放大電路，將傳感器的電阻值轉變為0~5V電壓信號，將溫度值顯示出來。再設計控制電路，控制一個300W電熱杯溫度，使其能夠穩定在設定的溫度值。電路特點設計以測量顯示部分電路為主，以單片機系統為核心，對單點的溫度進行實時測量檢測。并采用熱電阻PT100作為溫度傳感器、op07作為信號放大器、ADC0809作為A/D轉換部件，對于溫度信號的采集具有大范圍、高精度的特點。在功能、性能、可操作性等方面都有較大的提升，具有更高的性價比。2電路設計總體設計思想方案論證方案1：采用單片機測量并控制溫度，測量電路采用電橋電路。此方案硬件電路簡單，但是需設計復雜的軟件電路

方案2:采用模擬電路測量并控制溫度，測量電路采用電橋電路。此方案電路復雜，但是不需要軟件電路的支持。采用方案1,此方案硬件電路簡單，易于構成。雖然軟件復雜，單片機程序易于獲取，且可以用軟件校正溫度的測量，使測量結果更加精確。2.1.2原理框圖㈡㈡2.1.3硬件設計思想電路中單片機采用的是89C51,是我們書中常用的單片機型號。在溫度信號的獲取與放大電路中，以PT100為溫度傳感器獲取溫度信號，以放大器op07為信號放大器件。電熱杯控制電路中，由于電熱杯是使用220v的強電，故需要與單片機電路隔離，采用的是繼電器控制電熱杯。用 7409驅動繼電器，二極管作為繼電器的

保護電路顯示電路中由于需要顯示帶小數點的4位數字，采用的是4個Bcd7段帶小數點的共陰數碼管顯示測量值，用8255擴展單片機的輸出端口。鍵盤電路中采用的是三個獨立式按鍵修改溫度的恒定值，按鍵分別是加、減、功能鍵。按下功能鍵便可修改溫度值，按功能鍵不同次數可以選擇加減的幅值，再次按功能鍵確定。A/D轉換的好與壞直接關系到整個系統的精確度。由于本系統測量的是溫度信號，響應時間長，滯后大，不要求快速轉換，因此選用 8位串型A/D轉換器ADC0809便能能達到設計的基本要求。為進一步提高精度，可以直接采用 12位A/D轉換器，也可以采用過采樣和求均值技術來提高測量分辨率。因為 8位ADC0809其性價比更高，更重要的是我在課本上學的就是 ADC0809對它更加熟悉，所以本次設計我選用了ADC0809乍為模數轉換器。2.2各主要電路及部件工作原理2.2.1單片機電路單片機采用89C51。AT89系列單片機對于一般用戶來說，有下列明顯的優點：①內部含有Flash存儲器，在系統開發過程中很容易修改程序，可以大大縮短了系統的開發時間。②與MCS-51系列單片機引腳兼容，可以直接進行代換。③AT89系列并不對80C31的簡單繼承，功能進一步增強，在我國這種單片機受到廣泛青睞。時鐘顯示單片機內部的振蕩電路是一個高增益反相放大器，引線 XTAL1和XTAL2分別是放大器的輸入端和輸出端。單片機內部雖然有振蕩電路，但要形成時鐘，外部還需附加電路。單片機的時鐘產生方式有兩種。內部時鐘方式。②外部時鐘方式。田雷齊魯盤雷協L外時特二T7CTAI.,田雷齊魯盤雷協L外時特二T7CTAI.,r03-ZHMC&al単片機的甲片機的#卜怖駕卄方式221.2復位電路單片機的復位是靠外部電路實現的。單片機工作后，只要在它的 RST引線上加載高電平，單片機就能夠有效地復位。單片機通常采用上電自動復位和按鍵復位兩種方式。1C二V<￡J22uFRSTlk1C二V<￡J22uFRSTlk:l1Vcc{?上電竄僅VCC7VccRST(b)上龍年披■童樁2.2.2溫度信號的獲取與放大在本電路中，以PT100為溫度傳感器獲取溫度信號，以放大器op07為信號放大器件。熱電阻測溫是基于金屬導體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進行溫度測量的。通常將其放在電橋的橋臂上，溫度變化時，熱電阻兩端的電壓信號被送到儀器放大器OP07的輸入端，經過儀器放大器放大后的電壓輸出送給A/D轉換芯片，從而把熱電阻的阻值轉換成數字量。2.2.2.1PT100溫度傳感器PT100溫度傳感器為正溫度系數熱電阻傳感器，主要技術參數如下：測量范圍：-200r?+850C；允許偏差值「C：A級一0.150.0021，B級一0.300.005t；響應時間v30s；最小置入深度：熱電阻的最小置入深度》200mm；允通電流w5mA。另外，PT100溫度傳感器還具有抗振動、穩定性好、準確度高、耐高壓等優點。鉑熱電阻的線性較好，在0?100攝氏度之間變化時，最大非線性偏差小于

0.5攝氏度。鉑熱電阻阻值與溫度關系為：-200°CvtV0°C時，RRt=100：(1AtBt2Ct3*t-100;0CWt<850C時，RRt=1001AtBt2；式中，A=0.00390802;B=-0.000000580;0=0.0000000000042735.可見PT100在常溫0?100攝氏度之間變化時線性度非常好，其阻值表達式可近似簡化為：RRt=100“「At，當溫度變化1C，PT100阻值近似變化0.39.|。222.2信號放大電路對信號放大，我使用了低價格、高精度的儀器放大器OP07,它運用方便，O是一種低噪聲，非斬波穩零的雙極性運算放大器集成電路,可以通過外接電阻方便的進行各種增益的調整。其增益計算公式為:二：2.2.2.3溫度值計算過程由于A/D檢測到的模擬電壓值計算可到的值，然后利用如下公式求出溫度值:對信號放大，我使用了低價格、高精度的儀器放大器OP07,它運用方便，O是一種低噪聲，非斬波穩零的雙極性運算放大器集成電路,可以通過外接電阻方便的進行各種增益的調整。其增益計算公式為:二：2.2.2.3溫度值計算過程由于A/D檢測到的模擬電壓值計算可到的值，然后利用如下公式求出溫度值:ADC0809是帶有8位A/D轉換器、8路多路開關以及微處理機兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉換器，可以和單片機直接接口。它是美國國家半導體公司的產品，是目前國內最廣泛的 8位通用的A/D轉換的芯片。①ADC0809的內部邏輯結構如圖2-2所示。IHDEQCnilUT2UBanAECALEg路模擬開關地鐵與瑪址存譯器IT轉換器IHDEQCnilUT2UBanAECALEg路模擬開關地鐵與瑪址存譯器IT轉換器三態輸出鎖存器由上圖可知，ADC0809由一個8路模擬開關、一個地址鎖存與譯碼器、一個A/D轉換器和一個三態輸出鎖存器組成。多路開關可選通 8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用A/D轉換器進行轉換。三態輸出鎖器用于鎖存A/D轉換完的數字量，當0E端為高電平時，才可以從三態輸出鎖存器取走轉換完的數據。②引腳結構如圖2-3所示9ToINIrtsrotNG9ToINIrtsrotNGARSTUEOCAL.E03OILCLK7UUQODI遼T7互亙亙23Z1201PTkT777?TsALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當ALE線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線的地址信號進行鎖存，經譯碼后被選中的通道的模擬量送入轉換器進行轉換。A，B和C為地址輸入線，用于選通IN0—IN7上的一路模擬量輸入。通道選擇表1如下：225顯示電路在單片機應用系統中，如果需要顯示的內容只有數碼和某些字母，使用LED數碼管是一種較好的選擇。LED數碼管顯示清晰、成本低廉、配置靈活，與單片機接口簡單易行。LED數碼管是由發光二極管作為顯示字段的數碼型顯示器件。圖8為0.5英尺LED數碼管的外形和引腳圖，其中七只發光二極管分別對應 a?g筆段構成“”字形另一只發光二極管Dp作為小數點。因此這種LED顯示器稱為七段數碼管或八段數碼管。當LED數碼管與單片機相連時，一般將LED數碼管的各筆段引腳a、b、，、g、Dp按某一順序接到MC—51型單片機某一個并行I/O口D0D1、，、D7,當該I/O口輸出某一特定數據時，就能使LED數碼管顯示出某個字符。LED數碼管編碼方式有多種，按小數點計否可分為七段碼和八段碼；按共陰共陽可分為共陰字段碼和共陽字段碼， 不計小數點的共陰字段碼與共陽字段碼互為反碼；按a、b、，、g、Dp編碼順序是高位在前，還是低位在前，又可分為順序字段碼和逆序字段碼。甚至在某些特殊情況下將 a、b、，、g、Dp順序打亂編碼。2.2.6電熱杯控制電路電熱杯控制電路采用的是繼電器控制電熱杯，用 7409驅動繼電器，二極管作為繼電器的保護電路。其電路仿真圖如下：小結本方案設計完成溫度測量及控制的任務。由總體電路可知此溫度測量控制系統硬件電路由于單片機的使用簡單明了， 每一部分功能較為單一集中，便于設計及排查問題，但軟件方面較為復雜。使用PT100作為溫度傳感器元件，可用連續采樣取平均值的方法減少誤差，使結果較為準確。改進意見本設計中使用單片機測量溫度，通過繼電器控制單片機的方案，需要準確的單片機程序，并且可以嘗試設計智能系統，控制測量溫度的數值或范圍，功能將