单片机八路温度测试系统设计

自动化工程训练课程设计报告设计题目：八路温度测试系统的设计专业班级：自动化学生学号：学生姓名：指导老师：完成时间：2012-092目录第一章概述..........................................31.1多路温度测试系统设计的目的和意义............................31.2系统技术指标................................................31.3系统整体设计方案............................................3第二章硬件电路的设计...................................42.1微控制器电路................................................42.2温度检测电路................................................52.2.1温度传感器的选择......................................52.2.3A/D转换器的选择.......................................62.3人机对话部分................................................92.3.1键盘部分..............................................92.3.2显示部分..............................................92.3.3报警部分.............................................12第三章软件设计部分...................................133.1程序总体结构设计...........................................133.2功能软件设计...............................................173.2.1温度检测模块.........................................173.2.2温度转换部分.........................................183.2.3二进制转化为BCD码...................................193.2.4上下限报警部分.......................................203.2.4通道号及温度显示部分.................................22第四章8路温度测试电路原理图.............................23第五章多路温度测试系统设计的特色..........................24第六章系统设计时遇到的问题及解决方法......................25第七章心得体会........................................26第八章参考文献........................................27附:完整的汇编语言程序3第一章概述1.1多路温度测试系统设计的目的和意义温度是表征物体冷热程度的物理量。在工业生产过程中，温度检测非常重要，因为很多化学反应或物理变化都必须在规定的温度下进行，否则将得不到合格的产品，甚至会造成生产事故。因此，可以说温度的检测与控制是保证产品质量，降低生产成本、确保安全生产的重要手段。工业生产中需要测量温度的对象既可以是气体、液体，也可以是固体。气体、液体大都可以通过热电阻、双金属温度计、膨胀式温度计、热电偶、光电比色高温计进行测量。而固体的温度不能直接测量，目前一般用远红外扫描技术测量固体表面的温度。工业生产需要测量温度的范围较宽，水泥生产中需要测定的最高温度达1400度，但几十度的低温也需要测量。在日常生活中，电烤箱、微波炉、电热水器、烘干箱等电器也需要进行温度检测与控制。采用MCS-51单片机对温度进行控制，不仅具有控制方便、简单和灵活等优点，而且可以大幅度提高温度控制的技术指标。1.2系统技术指标通过工程训练课程设计课题6中的技术要求要点，我们列出以下几点的技术指标:⑴八路温度测量，测温范围为100-1000摄氏度；⑵温度控制精度≤±3摄氏度；⑶检测显示实时温度，显示精度到1摄氏度；⑷温度超过温度上下限时声光报警；1.3系统整体设计方案本系统是需要完成的功能是温度设定、检测与显示以及温度的声光报警等。温度的检测可以通过热电阻或热电偶或集成温度传感器等器件完成；温度显示功能可以通过显示电路部分完成；温度超限报警可以利用蜂鸣器等实现。从技术指标可以看出，系统对控制精度不高。另外，对于本次课程设计，由于实验条件的限制，我们采用的完成方式为protues仿真软件仿真硬件电路的形式。各部分的控制电路会在以下的章节中详细论述。4第二章硬件电路的设计系统的硬件电路包括微控制器部分（主机）、温度检测、温度控制、人机对话（显示、报警）几个主要部分。图1温度控制系统结构图2.1微控制器电路AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微图2处理器，俗称单片机。由于系统控制方案简单，数据量也不大，因此选用89C51微控制器作为系统的核心，晶振频率选用6M赫兹。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。89C51AD转换变送器热电偶t显示声光报警52.2温度检测电路2.2.1温度传感器的选择温度传感器和变送器的选择与被测温度的范围和精度等级有关。热电偶和热电阻的区别：热电偶与热电阻均属于温度测量中的接触式测温，尽管其作用相同都是测量物体的温度，但是他们的原理与特点却不尽相同。首先，介绍一下热电偶，热电偶是温度测量中应用最广泛的温，他的主要特点就是测温范围宽，性能比较稳定，同时结构简单，动态响应好，更能够远传4-20mA电信号，便于自动控制和集中控制。其测量温度的最低可测零下270℃，最高可达1800℃，其中B，R，S属于铂系列的热电偶，其次我们介绍一下热电阻，热电阻不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。但是由于他的测温范围使他的应用受到了一定的限制，热电阻的测温原理是基于导体或半导体的电阻值随着温度的变化而变化的特性。其优点也很多，也可以远传电信号，灵敏度高，稳定性强，互换性以及准确性都比较好，但是需要电源激励，不能够瞬时测量温度的变化。工业用热电阻一般采用Pt100，Pt10，Cu50，Cu100，铂热电阻的测温的范围一般为零下200-800℃，铜热电阻为零下40到140℃。热电阻和热电偶一样的区分类型，但是他却不需要补偿导线，而且比热电偶便宜。热电阻与热电偶的选择最大的区别就是温度范围的选择，热电阻是测量低温的温度传感器，一般测量温度在-200-800℃，而热电偶是测量中高温的温度传感器，一般测量温度在400~1800℃，在选择时如果测量温度在200℃左右就应该选择热电阻测量。热电阻与热电偶相比有以下特点：（1）同样温度下输出信号较大，易于测量。（2）测电阻必须借助外加电源。（3）热电阻感温部分尺寸较大，而热电偶工作端是很小的焊点，因而热电阻测温的反应速度比热电偶慢；本课程设计的测温范围是100-1000摄氏度，热电阻的测温范围无法满足，初步确定为热电偶。再继续查相关资料。S型（铂铑）热电偶系列为贵金属热电偶。偶丝直径规定为0.5mm，允许偏差-0.015mm，其正极（RP）的名义化学成分为铂铑合金，其中含铑为13%，含铂为87%，负极（RN）为纯铂，长期最高使用温度为1300℃，短期最高使用温度为1600℃。S型（铂铑热电偶）系列在热电偶系列中具有准确度最高，稳定性最好，测温温区宽，使用寿命长等优点。其物理，化学性能良好，热电势稳定性及在高温下抗氧化性能好，适用于氧化性和惰性气氛中。测量范围及基本误差限6热电偶类别代号分度号测量范围基本误差限镍铬－康铜WRKE0－800℃±0.75%t镍铬－镍硅WRNK0－1300℃±0.75%t铂铑13-铂WRBR0-1600℃±0.25%t铂铑10－铂WRPS0－1600℃±0.25%t铂铑30－铂铑6WRRB0－1800℃±0.25%t表1注：t为感温元件实测温度值（℃）由上表可知，除了第一项不能满足外，其余的均可根据实际情况来选择，都能满足本设计的要求。变送器将电阻信号转换成温度成正比的电压，当温度在100-1000摄氏度时变送器输出0到5伏左右的电压。2.2.3A/D转换器的选择A/D转换器的选择主要取决于温度的控制精度。本系统要求温度控制误差小于等于±3摄氏度，采用8位A/D转换器，其最大量化误差为1/2(900/255)≈2摄氏度，能够满足精度要求。因此，本设计采用ADC0809作为A/D转换器。但在实际设计中我们为了简化标度变换的工作量，另一方面避免标度变换带来的计算误差。本设计将温度变化范围调制0-1275摄氏度，即假设需要检测的环境温度，而我们的安全温度为100-1000摄氏度，超过上下限的话，我们将会进行声光报警。电路设计好后，调整变送器的输出，使0～1275摄氏度的温度变化对应于0～VCC，则A/D转换的对应数字量为00H～FFH，转换结果乘以5正好是温度值。但在仿真器中0809模数转换器无法通过仿真，我们用与它在功能管脚上差异不大的0808模数转换芯片代替了。ADC0808和ADC0809除精度略有差别外(前者精度为8位、后者精度为7位)，其余各方面完全相同。它们都是CMOS器件，不仅包括一个8位的逐次逼近型的ADC部分，而且还提供一个8通道的模拟多路开关和通道寻址逻辑，因而有理由把它作为简单的“数据采集系统”。利用它可直接输入8个单端的模拟信号分时进行A/D转换，在多点巡回检测和过程控制、运动控制中应用十分广泛。1)主要技术指标和特性（1）分辨率：8位。（2）总的不可调误差：ADC0808为±二分之一LSB,ADC0809为±1LSB。（3）转换时间：取决于芯片时钟频率，如CLK=500kHz时，TCONV=128μs。（4）单一电源：+5V。（5）模拟输入电压范围：单极性0～5V；双极性±5V,±10V(需外加一定电路)。7（6）具有可控三态输出缓存器。（7）启动转换控制为脉冲式(正脉冲)，上升沿使所有内部寄存器清零，下降沿使A/D转换开始。（8）使用时不需进行零点和满刻度调节。2)内部结构和外部引脚ADC0808/0809的内部结构和外部引脚分别如图11.19和图11.20所示。内部各部分的作用和工作原理在内部结构图中已一目了然，在此就不再赘述，下面仅对各引脚定义分述如下：图3ADC0808/0809内部结构框图（1）IN0～IN7——8路模拟输入，通过3根地址译码线ADDA、ADDB、ADDC来选通一路。（2）D7～D0——A/D转换后的数据输出端，为三态可控输出，故可直接和微处理器数据线连接。8位排列顺序是D7为最高位，D0为最低位。（3）ADDA、ADDB、ADDC——模拟通道选择地址信号，ADDA为低位，ADDC为高位。地址信号与选中通道对应关系如表11.3所示。（4）VR(+)、VR(-)——正、负参考电压输入端，用于提供片内DAC电阻网络的基准电压。在单极性输入时，VR(+)=5V，VR(-)=0V；双极性输入时，VR(+)、VR(-)分别接正、负极性的参考电压。（5）