智能测量仪表课程设计报告

课程设计报告课程：智能测量仪表题目：智能测量仪表学生姓名：专业年级：自动化指导教师：信息与计算科学系2013年3月23日信息与计算科学系课程设计报告2智能测量仪表本次课程设计中智能温度测量仪表所采用的温度传感器为LM35DZ。其输出电压与摄氏温度成线性比例关系，无需外部校准，在0℃～100℃温度范围内精度为0.4℃~±0.75℃。，输出电压与摄氏温度对应，使用极为方便。灵敏度为10.0mV/℃，重复性好，输出阻抗低，电路接口简单和方便，可单电源和正负电源工作。是一种得到广泛使用的温度传感器。本次课程设计的主要目的在于让学生把所学到的单片机原理、电子线路设计、传感器技术与原理、过程控制、智能仪器仪表、总线技术、面向对象的程序设计等相关专业课程的内容系统的总结，并能有效的使用到项目研发中来，做到学以致用。课程设计的内容主要分为三个部分，即使用所学编程语言（C或者汇编）完成单片机方面的程序编写、使用VB或VC语言完成PC机人机界面设计（也可以用C+API实现）、按照课程设计规范完成课程设计报告。信息与计算科学系课程设计报告3目录1．课程设计任务和要求…………………………………………………………31．1设计任务……………………………………………………………………………32．2设计要求……………………………………………………………………………32．系统硬件设计……………………………………………………………………32．1STC12C5A60S2单片机A/D转换简介……………………………………………32．2LM35DZ简介………………………………………………………………………72．3硬件原理图设计……………………………………………………………………73．系统软件设计…………………………………………………………………………103．1设计任务…………………………………………………………………………103．2程序代码…………………………………………………………………………103．3系统软件设计调试………………………………………………………………174．系统上位机设计…………………………………………………………………………184．1设计任务…………………………………………………………………………184．2程序代码…………………………………………………………………………184．3系统上位机软件设计调试………………………………………………………215．系统调试与改善…………………………………………………………………………225．1系统调试…………………………………………………………………………225．2系统改善…………………………………………………………………………226．系统设计时常见问题举例与解决办法…………………………………………………247．总结……………………………………………………………………………………25信息与计算科学系课程设计报告41.课程设计任务和要求1.1课程设计任务本次课程设计要求设计出智能化温度测量仪表，要求该测量仪表能够将所测得的温度数据和当前电机设备的运行状况远传给上位机。仪表测量范围为0-100℃；测量精度为±1℃；可以进行温度整定，比如，温度≥30℃，启动压缩机外设；温度≤20℃，关闭压缩机外设；要求上位机和下位机都能显示温度值和电机设备的运行状态并且都能独立控制温度数据采集状态和电机设备的运行状态；通讯方式可以采用RS232C或485。上位机要求人机界面在保证简单实用的基础上做的美观。1.2课程设计要求（1）利用所学专业课相关知识合理的选择器材，使用Protel99se绘制出硬件原理图。（2）使用C语言或者汇编语言完成下位机程序驱动，并且要尽量保证系统的稳定性和可靠性以及实用性。（3）使用VB或VC语言或用C+API（应用程序接口调用）实现上位机人机界面的设计，要求上位机发送的命令下位机能及时的给予响应，并且上位机能够实时准确的显示下位机所上传数据以及电机设备的运行状态。（4）按照课程设计规范撰写课程设计报告。2.系统硬件设计2.1STC12C5A60S2单片机A/D转换简介STC12C5A60S2单片机集成有8路10位高速模数转换器（ADC），速度可达到250KHz（25万次/秒，可做温度检测、压力检测、电池电压检测、按键扫描、频谱检测等。STC12C5A60S2单片机片内集成8通道10位模数转换器（ADC）。ADC输入通道与P1口复用，上电复位后P1口为弱上拉型I/O口，用户可以通过软件设置将8路中的任何一路设置为A/D转换，不需作为A/D使用的口可继续作为I/O口使用。信息与计算科学系课程设计报告52.1.1模数转换器的结构图STC12C5A60S2单片机的模数转换器由多路选择开关、比较器、逐次比较寄存器、10位ADC、转换结果寄存器（ADC_RES和ADC_RESL）以及ADC控制寄存器ADC_CONTR构成。如图2-1所示。图2-1STC12C5A单片机内部A/D转换结构图2.1.2模数转换器的参考电压STC12C5A60S2单片机A/D转换模块的参考电压源是输入工作电压Vcc，所以一般不用外接参考电压源。如三端稳压电路7805的输出电压是5V，但实际电压可能是4.88V到4.96V，如果用户需要的精度比较高，可在应用产品出厂前将实际测出的工作电压值记录在单片机内部的EEPROM里面，以供程序校正使用。如果Vcc不稳定（例如电池供电的系统中，电池电压常常在5.3V-4.2V之间漂移），则需要在8路A/D转换的一个通道外接一个稳定的参考电压源，来计算出此时的工作电压Vcc，再计算出其他几路A/D转换通道的电压。例如，可在ADC转换通道的第七通道外接一个1.25V的基准参考电压源，由此求出此时的工作电压Vcc，再计算出其它几路A/D转换通道的电压。ADC7/P1.7ADC6/P1.6ADC5/P1.5ADC4/P1.4ADC3/P1.3ADC2/P1.2ADC1/P1.1ADC0/P1.0比较器模拟输入信号通道选择开关10-bitDACA/D转换结果寄存器ADC_RES和ADC_RESLCHS2/CHS1/CHS0ADC_POWERSPEED1SPEED0ADC_FLAGADC_STARTCHS2CHS1CHS0逐次比较寄存器ADC控制寄存器ADC_CONTR信息与计算科学系课程设计报告6CHS2CHS1CHS0AnalogChannelSelect(模拟输入通道选择)000选择P1.0作为A/D输入来用001选择P1.1作为A/D输入来用010选择P1.2作为A/D输入来用011选择P1.3作为A/D输入来用100选择P1.4作为A/D输入来用101选择P1.5作为A/D输入来用110选择P1.6作为A/D输入来用111选择P1.7作为A/D输入来用2.1.3与ADC相关的寄存器1、P1口模拟功能控制寄存器P1ASF（地址为9DH，复位值为00H）如果要使用相应口的模拟功能，需将P1ASF特殊功能寄存器中的相应位置为‘1’。如，若要使用P1.6的模拟量功能，则需要将P16ASF设置为1。（注意，P1ASF寄存器不能位寻址，可以使用汇编语言指令ORLP1ASF,#40H，也可以使用C语言语句P1ASF|=0x40;）2、ADC控制寄存器ADC_CONTR（地址为BCH，复位值为00H）1）ADC_POWER：ADC电源控制位。0：关闭ADC电源。1：打开ADC电源。2）SPEED1、SPEED0：ADC转换速度控制位。3）ADC_FLAG：A/D转换结束标志位。A/D转换完成后，ADC_FLAG=1，要由软件清0。不管A/D转换完成后由该位申请产生中断，还是由软件查询该标志位判断A/D转换是否结束，当A/D转换完成后，ADC_FLAG=1，一定要软件清0。4）ADC_START：A/D转换启动控制位，ADC_START=1，开始转换；ADC_START=0，停止转换。5）CHS2、CHS1、CHS0：模拟输入通道选择，如表2-1所示。表2-1模拟通道选择表CHS0CHS1CHS2ADC_STARTADC_FLAGSPEED0SPEED1ADC_POWER位名称D0D1D2D3D4D5D6D7位号P10ASFP11ASFP12ASFP13ASFP14ASFP15ASFP16ASFP17ASF位名称D0D1D2D3D4D5D6D7位号信息与计算科学系课程设计报告7程序中需要注意的事项：由于是2套时钟,所以,设置ADC_CONTR控制寄存器后,要加4个空操作延时才可以正确读到ADC_CONTR寄存器的值,原因是设置ADC_CONTR控制寄存器的语句执行后,要经过4个CPU时钟的延时,其值才能够保证被设置进ADC_CONTR控制寄存器。3、A/D转换结果寄存器ADC_RES、ADC_RESL特殊功能寄存器ADC_RES（地址为BDH，复位值为00H）和ADC_RESL（地址为BEH，复位值为00H）用于保存A/D转换结果。A/D转换结果存储格式由辅助寄存器AUXR1（地址为A2H，复位值为00H）中的ADRJ控制，ADRJ是AUXR1中的D2位。（1）当ADRJ=0时，10位A/D转换结果的高8位放在ADC_RES寄存器，低2位放在ADC_RESL寄存器。存储格式如下：（2）当ADRJ=1时，10位A/D转换结果的最高2位放在ADC_RES寄存器的低2位，低8位放在ADC_RESL寄存器。存储格式如下：模/数转换结果计算公式如下：ADRJ=0时，取10位结果(ADC_RES[7:0],ADC_RESL[1:0])=1024×Vin/VccADRJ=0时，取8位结果ADC_RES[7:0]=256×Vin/VccADRJ=1时，取10位结果(ADC_RES[1:0],ADC_RESL[7:0])=1024×Vin/VccVin为模拟输入通道输入电压，Vcc为单片机实际工作电压，用单片机工作电压作为模拟参考电压。4、与A/D转换中断有关的寄存器中断允许控制寄存器IE中的EADC位（D5位）用于开放ADC中断，EA位（D7位）用于开放CPU中断；中断优先级寄存器IP中的PADC位（D5位）和IPH中的PADCH位信息与计算科学系课程设计报告8（D5位）用于设置A/D中断的优先级。在中断服务程序中，要使用软件将A/D中断标志位ADC_FLAG（也是A/D转换结束标志位）清0。2.2LMDZ35简介TS-LM35温度传感器是由LM35CZ/DZ集成电路温度传感器外加金属套密封组装而成，其输出电压与摄氏温度成线性比例关系，无需外部校准，在-55～+150℃温度范围内精度为0.4℃~±0.75℃。，输出电压与摄氏温度对应，使用极为方便。灵敏度为10.0mV/℃，重复性好，输出阻抗低，电路接口简单和方便，可单电源和正负电源工作。是一种得到广泛使用的温度传感器。LM35技术特性：⑴温度范围：LM35DZ0℃～100℃；LM35CZ-40℃～110℃⑵在摄氏温度下直接校准⑶线性刻度系数：+10.0mV/℃⑷精度：0.5℃(在25℃)⑸工作电压为4～30V⑹功耗：小于60uA⑺自热效应小于0.08℃⑻非线性：±0。25℃⑼输出阻抗：0.1Ω/1mA⑽输出电压：+6V～-1.0V适合于远程应用⑾输出电流10mA：2.3硬件原理图设计该系统硬件原理图可大体分为这几个模块：串行通信模块、模拟信号处理模块、4*7LED显示模块以及电源模块等。1、串行通信模块原理图如下：信息与计算科学系课程设计报告9本通信过程采用RS232方式进行，由于单片机中的UART和电脑串口RS232的区别仅在于电平的不同,电脑串口采用232电平,而单片机UART则采用TTL电平,如果不进行电平转换,单片机跟电脑串口就不能进行直接通信,RS232是UART的一种就意味着通信协议的格式是一样的,只要电平统一了,两者之间就可以直接通信,此处应用了MAX232这一芯片，MAX232对两者之间通信的数据没有任何作用,仅仅是中介而已,而其只是负责将两者之间的电平进行统