仪器仪表设计报告.docx
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仪器仪表设计报告
基于工业成品的温度检测仪表设计
摘要
在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。
其中，温度是需要测量和控制的重要参数之一。
例如，在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉，热处理炉，反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。
本次设计是实现一个PT100温度测量系统的设计。
采用MCS-51单片机来对温度进行检测，不仅具有控制方便，组态简单的灵活性大的优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。
因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。
在温度的采集上，我们用到了模拟信号转换器，通常使用一个被称为模拟、数字转换器（A/D）的电子器件，被广泛适用在电子信号处理中。
A/D转换器的速度越快，即对模拟信号的采样时间单位分的越细，图形记录就越真实。
而对于波形振荡周期非常之短的线圈来说，它的电压随时间变化的速度非常之快，因而将振荡波形的模拟信号数字化变换时，要求使用变换速度非常高的A/D转换器，否则就不能正确采集，真实显示这个高速变化的波形。
本次设计以ICL7135系列积分型实现A/D转换的实时温度检测仪表，可以很好的实现这一功能，ICL7135具有±20000个数的分辨率,而且有BCD码和STB选通信号输出,与微机接口十分方便,因此ICL7135作为微机的高精度A/D接口电路非常多。
在工业过程中该测量系统能实现较稳定及时的温度采集，因此得到广泛运用。
另外，在温度测量中，热电偶的应用极为广泛，它具有结构简单，制造方便，测量范围广，精度高，惯性小和输出信号便于远传等许多优点。
由于热电偶是一种有源传感器，测量时不需外加电源，使用十分方便，这次设计采用Pt100温度传感器。
PT100是一种稳定性和线性都比较好的铂丝热电阻传感器,可以工作在-200℃至650℃的范围。
关键词：
PT100温度测量系统AT89S52信号采集ICL7135A/D转换
基于工业成品的温度检测仪表设计
一、设计任务
本次仪表课程设计是实现一个PT100温度测量系统的设计。
要求在现有的PCB板上开发出实际温度测量系统。
本次设计主要参考工业现场应用非常广泛的LU-907M智能位置比例调节仪的硬件进行设计，LU-907M智能调节仪主要用于窑炉的温度控制，它可省去伺服放大器直接驱动执行机构，广泛用于陶瓷玻璃等行业。
LU-907M智能调节仪主要利用ICL7135数据转换器和AT89S52单片机实现数据的转换、处理的温度检测及控制。
系统主板由电源转换单元、温度检测变送单元、A/D转换器单元、主控制器单元、人机对话单元和执行机构等几部分组成。
二、设计原理
硬件原则：
1）我们结合典型的A/D转换电路，选择ICI7135芯片做主打芯片，实现转换功能。
2）此设计利用A/D转换芯片配以显示电路用其所需要的外围电路实现温度显示，具有编程灵活，便于显示Pt100的温度。
3）硬件结构设计应与软件设计方案一并考虑。
4）整个系统相关器件力求性能匹配，与环境相适应。
软件原则：
1）我们的程序采用模块化设计，软件结构清晰，简洁。
2）我们将设计的程序存储区尽量合理化规划，便于设计功能的扩展。
3）我们对各个功能程序与运行结果及运行要求都作了简单说明，以便查询。
三、硬件设计（各部分原理图）
3.1数据采集
在Pt100检测信号输入时引进预处理级，减少高频等信号的不利干扰。
3.2信号放大环节
3.3A/D转换
3.4内部稳压电路
3.4单片机控制模块
3.6动态显示模块
四、软件设计
4.1主程序设计流程图
4.2各单元设计流程图
（1）A/D数据采集模块
采用中断方式实现A/D数据采集。
定时器T0采用外部门信号启动，当INT0为高电平且TR0=1时才启动，而当输入信号跳变为低电平时停止定时，故为了保证实时性及准确性，在本设计采用定时器加外部中断的形式实现A/D采集。
（2）数据处理模块
（3）动态显示模块
8031的时钟采用6MHz晶体，在不执行MOVX指令的情况下，ALE是稳定的1MHz频率，经过4分频可得到250kHz的稳定频率，传给ICL7135时钟输入端，使ICL7135的转换速率为每秒6.25次，选取这一转换速率，一方面照顾ICL7135A/D转换的精度，另一方面为了尽量少占用8031的资源。
定时器为16位计数器，最大计数值65535。
在6.25次/秒转换速率条件下，满度电压输入时，busy宽度为30001个时钟脉冲。
再结合图1和图2可知，8031内部定时器的输入频率是500kHz，比ICL7135的时钟频率（250kHz）高1倍，在满度电压输入时，定时器计数值为30001x2=60002。
不超过定时器最大值。
在“busy”高电平期间定时器的数值除以2，再减去10001，余数便是被测电压的数值。
4.3程序实现
ORG0000H
RESET:
LJMPMAIN
ORG0003H外中断0中断入口
LJMPITOP跳至ITOP执行
ORG1000H定时器T0中断入口
MAIN:
MOVTMOD,#09H;TO工作方式设定为方式1
MOVTL0,#0
MOVTH0,#0
SETBTR0启动T0
MOVR2,#60H
MOVR3,#68H
M_LOOP:
LCALLDISP
LJMPM_LOOP
END
ITOP:
CLRC
MOVA,TH0
RRCA
MOVR2,A
MOVA,TL0
RRCA
CLRC
MOVR3,A
CLRC
MOVA,R2
SUBBA,#11H
MOVR2,A
MOVA,R3
SUBBA,#27H
MOVR3,A
MOVTL0,#0
MOVTH0,#0
BINBCD1:
MOVR0,#30H
MOVR4,#16
BINBCD2:
CLRC
MOVA,R3
RLCA
MOVR3,A
MOVA,R2
RLCA
MOVR0,#30H
MOVA,@R0
ADDCA,@R0
DAA
MOV@R0,A
INCR0
MOVA,@R0
DAA
MOV@R0,A
ADDCA,@R0
DAA
MOV@R0,A
DJNZR4,BINBCD2
Handle:
MOVDPTR,#0
D_LOOP:
CLRC
MOVA,R3
SUBBA,#200
MOVBB,A
MOVA,R2
SUBBA,#0
JCDIV_E
INCDPTR
MOVR3,B
MOVR2,A
SJMPD_LOOP
DIV_E:
MOVR2,DPH
MOVR3,DPL
RETI
DISP:
MOVDPTR,#TAB
MOVR0,#30H
MOVR5,#OFH
DIS:
MOVA,R5
MOVP2,A
MOVA,@R0
SWAPA
ANLA,#0FH
MOVCA,@A+DPTR
MOVP0,A
LCALLDL2MS
MOVA,R5
CLRC
SUBBA,#3FH
JBCC,D_DISP
DIS1:
LJMPLD1
D_DISP:
MOVA,R5
ADDA,#10H
MOVR5,A
MOVP2,A
MOVA,@R0
ANLA,#0FH
MOVCA,@A+DPTR
MOVP0,A
LCALLDL2MS
INCR0
MOVA,R5
CLRC
SUBBA,#3FH
JBCC,D_DISP1
DIS2:
LJMPLD1
D_DISP1:
MOVA,R5
ADDA,#10H
MOVR5,A
LJMPDIS
LD1:
RET
ORG0000H;初始化程序
AJMPSTART
ORG0003H
LJMPCINT0
ORG0100H
W1：
MOV@R1，A;将R1—R3设定初值
INCR1
DINZR2，W1
RET
START：
MOVR1,#78H;储存首地址放入R1
MOVR2,#030H；设定初值R2
MOVA,#00H
CALLW1
MOVA,#80
MOVDPTR,#0DFFFH
MOVX@DPTR,A
CLRA
MOVR2，#0F0H;对R2重新赋值
CALLDISP
MAIN：
MOVPSW,#00H；清空PSW
SETBEA；允许中断
SETBEX0
SETBIT0
MOVA,#00H；采样
MOVDPTR,#9FF8H
MOVX@DPTR,A
L2：
JNBF0，L2
ACALLTUNBCD
LCALLDISINT0
DJMPMAIN
TUNBCD：
MOVA,@R0将R0里面的值赋给A
MOVB,#51
DIVABA除B
MOV7AH,A商放入7AH
MOVA,B余数存入A
CLRF0F0清零
SUBBA,#1AH
MOVF0，C进位存入F0
MOVA,#10
MULAB（A）*（B）
MOVB,#51H
DIVAB
JBF0，LOOP2
ADDA,#5
LOOP2：
MOV79H,A
MOVA,B
CLRF0
SUBBA,#1AH
MOVF0，C
MOVA,#10
MULAB
MOVB,#51H
DIVAB
JBF0，LOOP3
ADDA,#5
LOOP3：
MOV78H,A
RET
DISP：
MOVDPTR,#TABLE表地址存入DPTR
MOVCA,@A+DPTR取表值
MOVDPTR,#0DFFCH显示
MOVX@DPTR,A
MOVA,R2
INCDPTR选择显示口
MOVX@DPTR,A显示
CALLDELAY延时
RET
DISP1：
MOVDPTR,#TABL表1首地址存入DPTR（带小数点）
MOVCA,@A+DPTR取表值
MOVDPTR,#0DFFCH显示
MOVX@DPTR,A
MOVA,R2
INCDPTR
MOVX@DPTR,A
CALLDELAY延时
RET
DISINT0：
MOVR2，#0FEH选择数码管输出
CLRA
CALLDISP
MOVA,7AH
MOVR2，#0FDH
CALLDISP1
MOVA,79H
MOVR2，#0FBH
CALLDISP
MOVA,78H
MOVR2，#0F7H
CALLDISP
RET
DELAY：
MOVR5，#10延时子程序
DELAY2：
MOVR7，#100
DELAY1：
DJNZR7，DELAY1
DINZR6，DELAY2
RET
CINT0：
MOVXA,@SPTR
MOV@R0，A
SETBF0
RET
TABLE：
DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H
TABLE1：
DB040H,79H,024H,030H,19H,12H,02H,78H,00H,10H,
END
5、设计心得
课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。
在这次课程设计过程中，我们加深了对理论知识的理解。
虽然每个成员是分工作业，在设计的整个过程中组员相互讨论，共同进步，这增强了我们大家的团结合作能力。
这已经不是我们第一次做课程设计，但每一次实践都能让我们学到很多，自己的能力也得到了很大提高。
随着科技的进步，对温度的检测也将越来越智能化，以后也将出现更多用单片机来实现特定功能的产品。
由于时间的关系，以及自己的理论知识的不扎实，在整个设计的过程中显得有些不知所措，心有余而力不足，回顾起此次课程设计，有很多感慨，特别是联想到以后的工作，理论知识需要与实际环境以及具体的应用情况相结合。
大学时间是在学习基础理论知识，并未真正的去应用和实践，动手能力还很缺乏。
但是经过这次课程设计，我接触到了很多平时没有接触到的知识，元器件以及相关的东西，发现了自己很多不足之处。
我体会到了所学理论知识的重要性，知识掌握得越多，设计的就更全面，更顺利更好。
在设计的过程中遇到的问题，虽然已经不是第一次做课程设计了，但还是难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻。
最后，想说的是，通过这次课程设计，让我彻底知道理论与实践相结合的重要性，只有多动手，才能进一步将理论知识巩固，自己才能真正学到东西，才能理解知识，为以后自己真正的实践起到一点辅助性的作用。
通过这次课程设计，学到了不少东西，在比以前的课程设计中有了更深的了解，元器件以及一些相关资料的查询，对元器件实物的选择见识也更多了，有去尝试就会有收获，在理论的认知上再加上实际的动手能力，学到的会更多。
感谢老师的指导，使我顺利完成了这次课程设计。
六、参考文献
1.《单片机原理及应用》张毅刚彭善元编著高等教育出版社
2.《51系列单片机设计实例》楼然苗李光飞编著北京航空航天大学出版社
七、附录
芯片引脚功能:
At89s52:
P0口：
P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。
作为输出口，每位能驱动8个TTL逻
辑电平。
对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。
当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。
在这种模式下，
P0不具有内部上拉电阻。
在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。
程序校验
时，需要外部上拉电阻。
P1口：
P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p1输出缓冲器能驱动4个
TTL逻辑电平。
对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入
口使用。
作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。
此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2
的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表所示。
在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。
引脚号第二功能
P1.0T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出
P1.1T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）
P1.5MOSI（在系统编程用）
P1.6MISO（在系统编程用）
P1.7SCK（在系统编程用）
P2口：
P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个
TTL逻辑电平。
对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入
口使用。
作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。
在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR）
时，P2口送出高八位地址。
在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。
在使用
8位地址（如MOVX@RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。
在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。
P3口：
P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p3输出缓冲器能驱动4个
TTL逻辑电平。
对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入
口使用。
作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。
P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。
在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。
端口引脚第二功能
P3.0RXD（串行输入口）
P3.1TXD（串行输出口）
P3.2INTO（外中断0）
P3.3INT1（外中断1）
P3.4TO（定时/计数器0）
P3.5T1（定时/计数器1）
P3.6WR（外部数据存储器写选通）
P3.7RD（外部数据存储器读选通）
此外，P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。
RST——复位输入。
当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。
ALE/PROG——当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。
一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。
要注意的是：
每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。
对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。
如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。
该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。
此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。
PSEN——程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。
EA/VPP——外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。
需注意的是：
如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。
如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器的指令。
FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。
ICL7135引脚功能如下：
ICL7135引脚功能如下：
{1}脚（V－）－5V电源端
{2}脚（VREF）基准电压输入端
{3}脚（AGND）模拟地
{4}脚（INT）积分器输入端，接积分电容
{5}脚（AZ）积分器和比较器反相输入端，接自零电容
{6}脚（BUF）缓冲器输出端，接积分电阻
{7}脚（CREF＋）基准电容正端
{8}脚（CREF－）基准电容负端
{9}脚（IN－）被测信号负输入端
{10}脚（IN＋）被测信号正输入端
{11}脚（V＋）＋5V电源端
{12}、{17}～{20}脚（D1～D5）位扫描输出端
{13}～{16}脚（B1～B4）BCD码输出端
{21}脚（BUSY）忙状态输出端。
积分器在积分过程中（对信号积分和反向积分）BUSY输出高电平，积分器反向积分过零后输出低电平。
{22}脚（CLK）时钟信号输入端。
工作于双极性情况下，最高时钟濒率为125kHz，这时转化速度为3次/秒左右，如果输入信号为单极性的，则时钟频率可最高到1MHZ，这时转换速度为25次/秒。
{23}脚（POL）负极性信号输出端。
当输入信号为正时，POL极性输出为高电平；输入信号为负时，POL极性输出为低电平。
{24}脚（DGND）数字地端
{25}脚（R／H）运行／读数控制端。
该端接高电平时，ICL7135自动连续转换，每隔40002个时钟完成一次A／D转换；该端为低电平时．A／D转换结束后保持转换结果，输入一个正脉冲后（大于300ns），重新启动ICL7135开始另一次转换。
{26}脚（STR）数据选通输出端。
该脉冲宽度为时钟脉冲宽度的1/2。
一次A／D转换结束后，该端输出5个负脉冲，分别选通高位到低位的BCD码数据输出，可利用该信号把数据打入到并行接口中供CPU读取，这一点在和单片机接口时非常重要。
{27}脚（OR）超量程状态输出端。
当输入信号读数超过转换器计数范围时，该引脚输出高电平。
{28}脚（UR）欠量程状态输出端。
当输入信号读数小于9％或更小时，该端输出高电平。
八、实物图
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