根据单片机labview的温度测量系统设计.docx
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根据单片机labview的温度测量系统设计
串口收发电路的温度测量单片机系统设计
设计目录
第一部分电路设计……………………………………………3
1.1温度采集电路……………………………………….3
1.2串口收发电路……………………………………….7
1.3温度显示电路……………………………………….9
第二部分上位机软件………………………………………...10
2.1基于Labview的温度检测设计
第三部分程序代码…………………………………………..
电路设计
1.1温度采集电路
本设计采用热敏电阻，通过飞利浦公司生产的AD转换芯片PCF9591采集热敏电阻的温度信息，总体电路图如下
PCF8591简介
描述
PCF8591是一个单片集成、单独供电、低功耗、8-bitCMOS数据获取器件。
PCF8591具有4个模拟输入、1个模拟输出和1个串行I2C总线接口。
PCF8591的3个地址引脚A0,A1和A2可用于硬件地址编程，允许在同个I2C总线上接入8个PCF8591器件，而无需额外的硬件。
在PCF8591器件上输入输出的地址、控制和数据信号都是通过双线双向I2C总线以串行的方式进行传输。
特性
【1】单独供电
【2】PCF8591的操作电压范围2.5V-6V
【3】低待机电流
【4】通过I2C总线串行输入/输出
【5】PCF8591通过3个硬件地址引脚寻址
【6】PCF8591的采样率由I2C总线速率决定
【7】4个模拟输入可编程为单端型或差分输入
【8】自动增量频道选择
【9】PCF8591的模拟电压范围从VSS到VDD
【10】PCF8591内置跟踪保持电路
【11】8-bit逐次逼近A/D转换器
【12】通过1路模拟输出实现DAC增益
引脚信息
AIN0～AIN3：
模拟信号输入端。
A0～A3：
引脚地址端。
VDD、VSS：
电源端。
（2.5～6V）
SDA、SCL：
I2C总线的数据线、
时钟线。
OSC：
外部时钟输入端，内部时钟
输出端。
EXT：
内部、外部时钟选择线，使
用内部时钟时EXT接地。
AGND：
模拟信号地。
AOUT：
D/A转换输出端。
VREF：
基准电源端。
PCF8591操作
内部地址寄存器
内部控制寄存器
AD转换总时序
先送入要读取的器件的地址，即所要读取的通道，然后等待应答信号，开始读取下位机芯片送来的AD数据。
底层驱动时序如下
单字读写
起始以及停止信号
准备完毕的应答信号，上位机接收
本电路通过PCF8591的AIN2通道采集热敏电阻的温度信息，通过I2C总线方式读取下位机提取的信息，实现温度采集。
温度传感器PT100简介
设计原理
pt100是铂热电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变。
PT后的100即表示它在0℃时阻值为100欧姆，在100℃时它的阻值约为138.5欧姆。
它的工业原理：
当PT100在0摄氏度的时候他的阻值为100欧姆，它的阻值会随着温度上升而成匀速增长的。
温度特性曲线
由上图，可以拟合其温度与电阻的关系为
R=77/200*Temperature+100;
串联的限流电阻的值为100欧姆，则AD输入电压的计算公式为
ADValue/255*5000=100/（R+100）*5000;
由以上两公式换算可以得到
Temperature=200/77*（100*255/ADValue-100）
1.2串口收发电路
通过串口收发电路，将采集到的温度信息提取后传送到电脑上，通过上位机显示所采集的温度信息，实现人机交互界面，更加人性化电路如下：
串口通信芯片采用美信公司的MAX232
引脚介绍
第一部分是电荷泵电路。
由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。
功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。
第二部分是数据转换通道。
由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。
其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道。
8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。
TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DB9插头；DB9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。
第三部分是供电。
15脚GND、16脚VCC（+5v）。
主要特点
1、符合所有的RS-232C技术标准
2、只需要单一+5V电源供电
3、片载电荷泵具有升压、电压极性反转能力，能够产生+10V和-10V电压V+、V-
4、功耗低，典型供电电流5mA
5、内部集成2个RS-232C驱动器
6、内部集成两个RS-232C接收器
7、高集成度，片外最低只需4个电容即可工作。
1.3温度显示电路
温度显示电路采用1602液晶，与单片机的P0口相连，实现温度显示，其电路图如下
液晶电路的读写时序以及其内部寄存器的操作可以在网上查找，此处不作详述，用液晶屏幕实现静态显示温度的功能。
整体电路如下
上位机软件
2.1前面板设计
温度超过限定值或者低于限定值时，指示灯亮起，温度读取开关，用于串口的打开和关闭。
后面板程序框图设计
程序代码
温度采集部分
/********************此部分为I2C总线驱动程序*******************/
-------------------------I2C.c----------------------------
#include
#include
#definenop_nop_（）
sbitSCL=P2^1;
sbitSDA=P2^0;
bitack;
/*--------------------startI2c-------------*/
voidStart_I2c（void）
{
SDA=1;
nop;
SCL=1;
nop;
nop;
nop
nop;
nop;
SDA=0;//SDAtolow,sendstartflag
nop;
nop;
nop
nop;
nop;
SCL=0;
nop;
nop;
}
/*---------------stopI2c--------------*/
voidStop_I2c（void）
{
SDA=0;
nop;
SCL=1;
nop;
nop;
nop
nop;
nop;
SDA=1;//sendstopflag
nop;
nop;
nop;
nop;
}
/*--------------sendbyte---------------*/
voidSend_Byte（unsignedcharc）
{
unsignedcharBitCnt;
for（BitCnt=0;BitCnt<8;BitCnt++）
{
if（（c<elseSDA=0;
nop;
SCL=1;
nop;
nop;
nop
nop;
nop;
SCL=0;
}
nop;
nop;
SDA=1;
nop;
nop;
SCL=1;
nop;
nop;
nop;
if（SDA==1）ack=0;
elseack=1;
SCL=0;
nop;
nop;
}
/*----------------rescivebyte----------*/
unsignedcharReceive_Byte（void）
{
unsignedcharreceive;
unsignedcharBitCnt;
receive=0;
SDA=1;
for（BitCnt=0;BitCnt<8;BitCnt++）
{
nop;
SCL=0;
nop;
nop;
nop
nop;
nop;
SCL=1;
nop;
nop;
receive<<=1;
if（SDA==1）receive+=1;
nop;
nop;
}
SCL=0;
nop;
nop;
returnreceive;
}
/*-------------Acknowledgement------------*/
voidAck_I2c（bita）
{
if（a==0）SDA=0;
elseSDA=1;
nop;
nop;
nop;
SCL=1;
nop;
nop;
nop;
nop;
nop;
SCL=0;
nop;
nop;
}
/*********************************此部分为温度的读取部分******************/
------------------------------AD.c----------------------------
#include
#include
unsignedcharADValue;
unsignedintTemperature;
#definePCF85910x90//器件地址
bitADC_Send_Byte（unsignedcharsla,unsignedcharc）
{
Start_I2c（）;
Send_Byte（sla）;
if（asc==0）return0;
Send_Byte（c）;
if（asc==0）return0;
Stop_I2c（）;
return1;
}
//ADCReceiveByte
unsignedcharAD_Receive_Byte（unsignedcharsla）
{
unsignedcharc;
Start_I2c（）;
Send_Byte（sla+1）;
if（ack==0）return0;
c=Receive_Byte;
Ack_I2c
（1）;
Stop_I2c（）;
returnc;
}
VoidGet_ADValue（void）
{
ADC_Send_Byte（PCF8591,0x43）；
ADValue=AD_Receive_Byte（PCF8591）;
}
/////////////////////以下为温度换算部分//////////////////////////
VoidGet_TPValue（）
{
Temperature=200/77*（100*255/ADValue-100）;
}
/***********************此部分为LCD液晶显示模块**********************/
--------------------------------LCD.c---------------------------------
#include
#include
#include“AD.h”
sbitrs=P2^6;//
sbitrw=P2^5;
sbitep=P2^7;
unsignedcharcodeTital[]={"Thetemperatureis"};
unsignedcharTemperatureshow[3];
delay（unsignedcharms）
{//
unsignedchari;
while（ms--）
{
for（i=0;i<250;i++）
{
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
}
}
}
bitLcd_Busy（）
{//
bitresult;
rs=0;
rw=1;
ep=1;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
result=（bit）（P0&0x80）;
ep=0;
returnresult;
}
Lcd_Write_CMD（unsignedcharcmd）
{//
while（Lcd_Busy（））;
rs=0;
rw=0;
ep=0;
_nop_（）;
_nop_（）;
P0=cmd;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
ep=1;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
ep=0;
}
Lcd_Place（unsignedcharpos）
{
Lcd_Write_CMD（pos|0x80）;
}
Lcd_Send_Byte（unsignedchardat）
{
while（Lcd_Busy（））;
rs=1;
rw=0;
ep=0;
P0=dat;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
ep=1;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
ep=0;
}
lcd_init（）
{
Lcd_Write_CMD（0x38）;
delay
（1）;
Lcd_Write_CMD（0x0c）;
delay
（1）;
Lcd_Write_CMD（0x06）;
delay
（1）;
Lcd_Write_CMD（0x01）;
delay
（1）;
}
VoidLcd_Show（）
{
Unsignedchari;
Lcd_Place（0）;
i=0;
while（Tital[i]!
='\0'）
{
Lcd_Send_Byte（Tital[i]）;
i++;
}
Temperatureshow[0]=Temperature/100+’0’;
Temperatureshow[1]=Temperature%100/10+’0’;
Temperatureshow[0]=Temperature%10+’0’;
Lcd_Place[0x45];
i=0;
while（Temperature[i]!
='\0'）
{
Lcd_Send_Byte（Temperatureshow[i]）;
i++;
}
}
/************************此处为串行口的通信部分***************************/
----------------------------SCI.c--------------------------------
#include
#include“AD.h”
VoidSCI_Init（）
{
SCON=0x50;
TMOD|=0x20;
PCON|=0x80;//波特率倍增
TH1=0xF3;//串口波特率9600
TL1=0xF3;
TR1=1;
ES=0;//禁止串口中断
EA=0;
}
VoidSend_Temperature（）
{
SBUF=Temperature;
while（!
TI）;
TI=0;
SBUF=Temperature>>8;
while（!
TI）;
TI=0;
}
/************************以下为主函数******************************/
---------------------------------main.c----------------------------
#include
#include“AD.h”
#include“LCD.h”
#include“SCI.h”
VoidSystem_Start（）
{
SCI_Init（）;
lcd_init（）;
}
Voidmain（）
{
While
（1）
{
Get_ADValue（）;
Get_TPValue（）;
Lcd_Show（）;
Send_Temperature（）;
}
}
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