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1．设计题目2．设计任务和设计要求3．总体方案论证与选择（设计2~3个可以实现设计要求的总体方案，简要说明各方案的工作原理和优缺点，简要说明被选中方案的特点）。画出系统组成方框图。4．各单元电路设计（各单元电路图设计，简述单元电路工作原理，电路参数和元件参数的计算，元器件的选择）。5．程序流程图。6．评价自己的设计是否满足设计要求？总结所设计电路的特点与不足，提出改进意见。设计过程中的体会、收获和建议。7．参考文献：作者、文献名称、出版单位和出版时间。8．附录：①.总电原理图（需标注元件编号和元件的主要特征参数）。②.元器件表（包括序号、元件编号、元件名称、元件型号与规格、元件数量及必要说明）。③.源程序清单。六.主要参考书《单片机原理与接口技术》李朝青北京航空航天大学出版社《单片机原理与应用》李建忠西安电子科技大学出版社《智能仪器原理，设计及调试》季建华等华东理工大学出版社《单片机应用系统设计应用》何立民主编北京航空航天大学出版社《智能化仪器原理及应用》曹建平西安电子科技大学出版社《智能仪器原理与设计》赵新民哈尔滨工业大学出版社《智能仪器原理及应用》赵茂泰电子工业出版社《现代科学仪器》中国分析测试协会主办《自动化仪表》中国仪器仪表学会上海工业自动化仪表研究所主办《仪器仪表学报》中国仪器仪表学会主办仪器仪表网（http:/）仪器商城网（http:/）附录：各个题目的功能要求与技术指标1.智能型温度测量仪的设计⑴．功能要求①．配合电阻温度传感器，实现温度的测量；②．具有开机自检、自动调零功能；③．具有克服随机误差的数字滤波功能；④.使用220V/50Hz交流电源，设置电源开关、电源指示灯和电源保护功能。⑵．主要技术指标①．测量温度范围：0～200℃或（-50℃～150℃）②．测量误差：≤1%⑥．显示方式：4位LED数码管显示被测温度值。4.4.1智能型温度测量仪的设计要求一功能要求1配合电阻温度传感器（或集成T/I（或T/U）变换器），实现温度的测量；2具有开机自检、自动调零功能；3具有克服随机误差的数字滤波功能；4（可以预置温度上限、下限，超限时声、光报警）；5使用220V/50Hz交流电源，设置电源开关、电源指示灯和电源保护功能。二主要技术指标1测量温度范围：0～200℃（或-50～+150℃）2测量误差：≤1%（最大引用误差）3分辨率：0.1℃4显示方式：4位LED数码管显示被测温度值。注意：（）中的内容是与《智能仪器课程设计指导书》要求不同的。4.4.2总体方案论证与选择A从功能要求看，系统功能并不复杂，MCS-51单片机完全可以胜任主机的角色；B从测温范围看，热电阻传感器或集成T/I（或T/U）变换器均可满足要求；C从分辨率看，普通运放和11位以上的A/D转换器可以满足精度要求；分辨率=0.1℃/(150-(-50))℃=1/2000D由于温度变化缓慢，采用双积分型A/D转换器，不需要采样保持器；也可选用片内带有12位A/D转换器的单片机。这样，系统组成方案的雏形已经建立。二方案集成T/I变换器→I/U变换器→滤波器→A/D转换器→单片机（键盘、显示器）以上两个方案的主要区别是选用的传感器不同，两种传感器都具有测量精度较高的特点。热电阻传感器测温范围更宽，但需要非线性校正；集成电路温度传感器测温范围较窄，但线性很好，不需要非线性校正，软、硬件设计较简单。当测温范围和精度满足设计要求时，应首选集成T/I变换器。本设计采用方案2。三软、硬件分工：1硬件：T/I变换、I/U变换、滤波、A/D转换、标度变换等功能由硬件实现。2软件：自检、故障报警控制、自动调零、数字滤波、按键识别、显示译码等功能由软件实现。4.4.3硬件电路设计（以方案2为例）一单片机的选择：从性能、功能、仿真调试器的普及程度等各方面考虑，MCS-51系列单片机是一个很好的选择。初选应用广泛的AT89C51单片机。二A/D转换器1分辨率：温度分辨率要求为1/2000，须采用11位的A/D转换器。2误差：系统误差要求＜1%，考虑到传感器、放大电路增益、A/D转换器、直流基准电压等都会产生误差，一般选A/D转换器的误差应＜(1/5～1/10)系统误差，故至少应选择≥9～10位（0.1%）精度的。两者相比以要求较高的为准。3转换速度：由于温度变化缓慢，对A/D转换器转换速度无特殊要求。4选择芯片：可考虑选择转换速度较慢、精度较高、抗干扰性能较好、价格低廉的双积分型A/D转换器，常用的芯片有MC14433（3位半---单极性输入时相当于11位）和ICL7135（4位半---单极性输入时相当于15位）。这两种A/D转换器的模拟输入电压范围均为：UI=±2V。MC14433已经完全可以满足精度要求，选之。直流基准电压由MC1403提供。智能型温度测量仪的设计一试验目的通过智能型温度测量仪的设计，了解智能型模拟量测量仪器设计的一般方法。二功能要求1配合电阻温度传感器（或集成T/I（或T/U）变换器），实现温度的测量；2具有开机自检、自动调零功能；3具有克服随机误差的数字滤波功能；4使用220V/50Hz交流电源，设置电源开关、电源指示灯和电源保护功能。三主要技术指标1测量温度范围：0～200℃（或-50～+150℃）2测量误差：≤1%（最大引用误差）3分辨率：0.1℃4显示方式：4位LED数码管显示被测温度值。总体方案论证与选择A从功能要求看，系统功能并不复杂，MCS-51单片机完全可以胜任主机的角色；B从测温范围看，热电阻传感器或集成T/I（或T/U）变换器均可满足要求；C从分辨率看，普通运放和11位以上的A/D转换器可以满足精度要求；分辨率=0.1℃/(150-(-50))℃=1/2000D由于温度变化缓慢，采用双积分型A/D转换器，不需要采样保持器；也可选用片内带有12位A/D转换器的单片机。一方案：集成T/I变换器→I/U变换器→滤波器→A/D转换器→单片机（键盘、显示器）特点：集成电路温度传感器测温范围较窄，但线性很好，不需要非线性校正，软、硬件设计较简单。当测温范围和精度满足设计要求时，应首选集成T/I变换器。二软、硬件分工：1硬件：T/I变换、I/U变换、滤波、A/D转换、标度变换等功能由硬件实现。2软件：自检、故障报警控制、自动调零、数字滤波、按键识别、显示译码等功能由软件实现。硬件电路设计一单片机的选择：从性能、功能、仿真调试器的普及程度等各方面考虑，MCS-51系列单片机是一个很好的选择。初选应用广泛的AT89C51单片机。二A/D转换器1分辨率：温度分辨率要求为1/2000，须采用11位的A/D转换器。2误差：系统误差要求＜1%，考虑到传感器、放大电路增益、A/D转换器、直流基准电压等都会产生误差，一般选A/D转换器的误差应＜(1/5～1/10)系统误差，故至少应选择≥9～10位（0.1%）精度的。两者相比以要求较高的为准。3转换速度：由于温度变化缓慢，对A/D转换器转换速度无特殊要求。4选择芯片：可考虑选择转换速度较慢、精度较高、抗干扰性能较好、价格低廉的双积分型A/D转换器，常用的芯片有MC14433（3位半---单极性输入时相当于11位）和ICL7135（4位半---单极性输入时相当于15位）。这两种A/D转换器的模拟输入电压范围均为：UI=±2V。MC14433已经完全可以满足精度要求，选之。直流基准电压由MC1403提供。三传感器、I/U变换、滤波、标度变换电路1传感器：精密集成T/I变换器AD590的各项性能指标均能满足设计要求。2I/U变换、滤波、标度变换电路：为简化硬件电路结构，I/U变换、滤波、标度变换电路由一个运放A实现，附图4-2所示。⑴I/U变换器：反相比例放大电路实现了I/U变换。⑵标度变换：由MC1403提供的2.5V基准电压与RP1、R1共同产生237.15μA的电流I2，由运放A对传感器输出电流I1和I2实现加法放大运算，使输出电压为：UO=I3(R2+RP2)=(I1-I2)(R2+RP2)=(I1-273.15)×(R2+RP2)=10(I1-273.15)(mV/℃)当t=0℃时，I1=273.15μA，UO=0V，经A/D转换，D=0当t=-50℃时，I1=223.15μA，UO=-500mV，经A/D转换，D=-500当t=150℃时，I1=423.15μA，UO=1500mV，经A/D转换，D=1500可见，D/10(小数点左移一位)，即得测量温度值，从而实现了标度变换。⑶滤波器：若测温现场干扰较严重，可考虑使用硬件滤波器，由于被测温度变化很缓慢，可考虑采用由运放构成截止频率很低的有源低通滤波器，在反馈电阻两端并联一个电容，即可实现一阶低通滤波，取其截止频率fH=15Hz，则C2为C2=1/2лfH(R2+RP2)=1/(2×3.14×15×10×103)≈1.06μFC2选用1μF/50V的CBB电容。四键盘、显示电路设计1显示：为4位LED数码显示器；为少占用I/O口，采用软件译码动态扫描显示。小数点固定在十位，正号不显示，负号由百位的“g”字段显示。2键盘：本设计不需要键盘。如果增加输入预置温度上、下限，可选两种键盘方案：⑴功能键+“+”“-”键。按键数量少，占用口线少，编程较方便。⑵功能键+数码键。按键数量多，占用口线多，输入数据快捷方便，编程较繁。⑶键功能分配：设置4个按键，设功能键1个，每按下1次，K1状态计数器加1，使用“+”、“-”依次逐位预置上限温度百位、十位、个位和下限温度百位、十位、个位，预置完毕后，K1状态回0，为简化键处理程序设计，预置上、下限温度范围限制为-59～+159℃，而非-50～+150℃。另设预置温度查询键1个，测温时可查询预置的上、下限温度，各键功能分配见所下表所示。K1～K4状态功能表K1态按键2DH.4F0显示操作0K10/1*测温值关A/D中断，K1状态+1，清预置寄存器，关预置错误报警，显示“0灭灭.H”/“0灭灭.L”，0K2、K3***无效0K4***每按1次K4，依次显示“XYZ.H”→“XYZ.L”→“测温值”1～3K4***无效1K2000灭灭.H百位数字加11K2001灭灭.H无效1K3000灭灭.H无效1K3001灭灭.H百位数字减11K100X灭灭.HK1状态+1，显示“X0灭.H”2K2000Y灭.HY=9时无效，Y＜9时Y+12K2001Y灭.HY=5时无效，Y＜5时Y+12K201-Y灭.HY-1，当Y-1=0时置F0=0，显示“00灭.H”2K3001Y灭.HY≠0，Y-1；Y=0，无效2K3000Y灭.HY≠0，Y-1；Y=0，置F0=1，显负号，Y+12K301-Y灭.HY=5时无效，Y≠5时Y+12K10*XY灭.HK1状态+1，显示“XY0.H”3K200XYZ.HZ=9时无效，Z＜9时Z+13K201-YZ.HZ=0时无效，Z≥0时Z-13K300XYZ.HZ=0时无效，Z≠0时Z-13K301-YZ.HZ=9时无效，Z≠9时Z+13K10*XYZ.H上限变补码保存,若-49℃≤上限≤150℃,上限预置成功,2DH.4=1,K1回状态1,否则上限预置错误,开报警,显示“E4”,K1回0态,按K1重新预置。1K2100灭灭.L百位数字加11K2101灭灭.L无效1K3100灭灭.L无效1K3101灭灭.L百位数字减12K2100Y灭.LY=9时无效，Y＜9时Y+12K2101Y灭.LY=5时无效，Y＜5时Y+12K211-Y灭.LY-1，当Y-1=0时置F0=0，显示“00灭.L”2K3101Y灭.LY≠0，Y-1；Y=0，无效2K3100Y灭.LY≠0，Y-1；Y=0，置F0=1，显负号，Y+12K311-Y灭.LY=5时无效，Y≠5时Y+12K11*XY灭.LK1状态+1，显示“XY0.L”3K210XYZ.LZ=9时无效，Z＜9时Z+13K211-YZ.LZ=0时无效，Z≥0时Z-13K310XYZ.LZ=0时无效，Z≠0时Z-13K311-Y