智能仪课程设计

太原理工大学现代科技学院智能仪器设计课程设计专业班级自动化11-2学号姓名题目号14题目14试设计智能仪表实现智能数字显示仪表。要求8位数码管显示（4位显示测量值，4位显示设定值），4输入按钮（功能选择、数码管选择、数字增加、数字减少），可设定上下限报警（蜂鸣器报警）。适配铁铜镍热电阻，测温范围为0℃~200℃。采用比例控制、并用晶闸管脉宽调制驱动1000W电加热器（电源电压为AC220V）。摘要智能仪器是含有微型计算机或者微型处理器的测量仪器，拥有对数据的存储运算逻辑判断及自动化操作等功能。它的出现，极大地扩充了传统仪器的应用范围。智能仪器凭借其体积小，功能强，功耗低等优势，迅速的在家用电器，研单位和工业企业中得到了广泛的应用。传感器取被测参量的信息并转换成电信号，经滤波去除干扰后送入多路模拟开关；由单片机逐路选通模拟开关将各输入通道的信号逐一送入程控增益放大器，放大后的信号经A／D转换器转换成相应的脉冲信号后送入单片机中；单片机根据仪器所设定的初值进行相应的数据运算和处理(如非线性校正等)；运算的结果被转换为相应的数据进行显示和打印；同时单片机把运算结果与存储于片内FlashROM(闪速存储器)或EPROM(电可擦除存贮器)内的设定参数进行运算比较后，根据运算结果和控制要求，输出相应的控制信号(如报警装置触发、继电器触点等)。本次设计使用铁-铜镍热电阻。传感器取被测参量的信息并转换成电信号，经滤波去除干扰后送入多路模拟开关；由单片机逐路选通模拟开关将各输入通道的信号逐一送入程控增益放大器，放大后的信号经A／D转换器转换成相应的脉冲信号后送入单片机中；单片机根据仪器所设定的初值进行相应的数据运算和处理(如非线性校正等)；运算的结果被转换为相应的数据进行显示和打印；同时单片机把运算结果与存储于片内FlashROM(闪速存储器)或EPROM(电可擦除存贮器)内的设定参数进行运算比较后，根据运算结果和控制要求，输出相应的控制信号(如报警装置触发、继电器触点等)。此外，智能仪器还可以与PC机组成分布式测控系统，由单片机作为下位机采集各种测量信号与数据，通过串行通信将信息传输给上位机——PC机，由PC机进行全局管理。本次课程设计采用keil编译软件编写C语言源代码。经调试好后，装载入单片机进行仿真，完成智能仪器的核心设计。关键字：STC89C51单片机，A／D转换器，铁-铜镍电阻，EPROM，智能仪器，数字测温温度计目录摘要....................................................................................................................2一设计目的及原理......................................................................................................41.1设计题目和目的...............................................................................................41.1.1设计题目.................................................................................................41.2设计基本要求...................................................................................................41.3设计原理...........................................................................................................5二．硬件设计................................................................................................................51.1系统原理框图...................................................................................................51.1.1STC89C51简介...................................................................................61.2基本模块简介...................................................................................................81.2.1铁-铜镍温度测量接口技术..................................................................81.2.2铁-铜镍热电阻信号调理电路设计.......................................................81.2.3功率输出电路.........................................................................................91.2.44-20mA电流输出电路.......................................................................91.2.5数码管显示及指示电路.......................................................................101.2.6按键电路...............................................................................................111.2.7报警电路...............................................................................................111.2.8下载电路...............................................................................................121.2.9通信电路..............................................................................................121.2.10输出驱动电路.....................................................................................131.2.11电源电路.............................................................................................131.2.12比例控制算法.....................................................................................131.1.13热非线性校正算法.............................................................................141.3.1基于STC89C51单片机实现智能测温仪表软件设计.......................151.3.2基于STC89C51单片机的智能测温仪表程序框架...........................16三．系统流程图........................................................................................................18四、总原理图............................................................................................................194.2PCB版图.....................................................................................................21五、电路仿真的设计与分析......................................................................................22５.１Proteus仿真软件介绍：.........................................................................22５.２仿真分析：..............................................................................................22六、体会心得..............................................................................................................24附录１C语言程序：..............................................................................................26附录2参考文献：...................................................................................................34一设计目的及原理1.1设计题目和目的1.1.1设计题目实现智能数字显示仪表。要求8位数码管显示（4位显示测量值，4位显示设定值），4输入按钮（功能选择、数码管选择、数字增加、数字减少），可设定上下限报警（蜂鸣器报警）。适配铁-铜镍热电阻，测温范围为0℃~200℃。采用比例控制、并用晶闸管脉宽调制驱动1000W电加热器（电源电压为AC220V）。1.1.2设计目的涉及智能仪表硬件与软件设计。智能仪器课程设计是智能仪器课程教学的重要环节，根据设计智能仪表产品的课程改革目的，特选择一些小型智能仪表产品作为课设题目，满足教学需求。单片机综合练习是一项综合性的专业实践活动，目的是让学生将所学的基础理论和专业知识运用到具体的工程实践中，以培养学生综合运用知识能力、实际动手能力和工程实践能力。1.2设计基本要求（1）正确理解设计题目，经过查阅资料，给出正确设计方案，画出详细仪表原理框图（各个功能部分用方框表示，各块之间用实际信号线连接）。在互连网上收集题目中所用到的器件资料，例如传感器（热偶分度表等）、信号调理电路、AD转换器、单片机、继电器、电源、显示器件等。在互连网上收集相关单片机的显示、AD转换、显示、控制算法等程序。在充分研究这些资料基础之上，给出设计方案（选