仪器仪表设计报告.docx

1、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

2、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20 000 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,

3、 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 ICL7135 A/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

4、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

5、。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 3.3 A/D转换3.4 内部稳压电路3.4 单片机控制模块3.6 动态

6、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ICL713

7、5A/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ORG 0000HRESET: LJMP MAINORG 0003H 外中断0中断入口LJMP ITOP 跳至ITO

8、P执行ORG 1000H 定时器T0中断入口MAIN: MOV TMOD,#09H; TO工作方式设定为方式1MOV TL0,#0MOV TH0,#0SETB TR0 启动T0MOV R2,#60HMOV R3,#68HM_LOOP:LCALL DISPLJMP M_LOOPENDITOP:CLR CMOV A,TH0RRC AMOV R2,AMOV A,TL0RRC ACLR CMOV R3,ACLR CMOV A,R2SUBB A,#11HMOV R2,AMOV A,R3SUBB A,#27HMOV R3,AMOV TL0,#0MOV TH0,#0BINBCD1:MOV R0,#30HMO

9、V R4,#16BINBCD2: CLR CMOV A,R3RLC AMOV R3,AMOV A,R2RLC AMOV R0,#30HMOV A,R0ADDC A, R0DA AMOV R0,AINC R0MOV A,R0DA AMOV R0,AADDC A,R0DA AMOV R0,ADJNZ R4,BINBCD2Handle: MOV DPTR,#0D_LOOP: CLR CMOV A,R3SUBB A,#200MOVB B,AMOV A,R2SUBB A,#0JC DIV_EINC DPTRMOV R3,BMOV R2,ASJMP D_LOOPDIV_E: MOV R2,DPHMOV R

10、3,DPLRETIDISP: MOV DPTR,#TABMOV R0,#30HMOV R5,#OFHDIS: MOV A,R5MOV P2,AMOV A,R0SWAP AANL A,#0FHMOVC A,A+DPTRMOV P0,ALCALL DL2MSMOV A,R5CLR CSUBB A,#3FHJBC C,D_DISPDIS1: LJMP LD1D_DISP: MOV A,R5ADD A,#10HMOV R5,AMOV P2,AMOV A,R0ANL A,#0FHMOVC A,A+DPTRMOV P0,ALCALL DL2MSINC R0MOV A,R5CLR CSUBB A,#3FHJ

11、BC C,D_DISP1DIS2: LJMP LD1D_DISP1: MOV A,R5ADD A,#10HMOV R5,ALJMP DISLD1: RETORG 0000H ;初始化程序AJMP STARTORG 0003HLJMP CINT0ORG 0100HW1： MOV R1，A ;将R1R3设定初值INC R1DINZ R2，W1RETSTART：MOV R1,#78H ;储存首地址放入R1MOV R2,#030H ；设定初值R2MOV A,#00HCALL W1MOV A,#80MOV DPTR,#0DFFFHMOVX DPTR,ACLR AMOV R2，#0F0H ;对R2重新赋值

12、CALL DISPMAIN： MOV PSW,#00H ；清空PSWSETB EA ；允许中断SETB EX0SETB IT0MOV A,#00H ；采样MOV DPTR,#9FF8HMOVX DPTR,AL2：JNB F0，L2ACALL TUNBCDLCALL DISINT0DJMP MAINTUNBCD：MOV A,R0 将R0里面的值赋给AMOV B,#51 DIV AB A除BMOV 7AH,A 商放入7AHMOV A,B 余数存入ACLR F0 F0清零SUBB A,#1AH MOV F0，C 进位存入F0MOV A,#10 MUL AB （A）*（B）MOV B,#51HDIV

13、ABJB F0，LOOP2 ADD A,#5 LOOP2：MOV 79H,A MOV A,BCLR F0SUBB A,#1AHMOV F0，CMOV A,#10MUL ABMOV B,#51HDIV ABJB F0，LOOP3ADD A,#5LOOP3：MOV 78H,ARETDISP： MOV DPTR,#TABLE 表地址存入DPTRMOVC A,A+DPTR 取表值MOV DPTR,#0DFFCH 显示MOVX DPTR,AMOV A,R2INC DPTR 选择显示口MOVX DPTR,A 显示CALL DELAY 延时RETDISP1：MOV DPTR,#TABL 表1首地址存入DPT

14、R（带小数点）MOVC A,A+DPTR 取表值MOV DPTR,#0DFFCH 显示MOVX DPTR,AMOV A,R2INC DPTRMOVX DPTR,ACALL DELAY 延时RETDISINT0：MOV R2，#0FEH 选择数码管输出CLR ACALL DISPMOV A,7AHMOV R2，#0FDHCALL DISP1MOV A,79HMOV R2，#0FBHCALL DISPMOV A,78HMOV R2，#0F7HCALL DISPRETDELAY： MOV R5，#10 延时子程序DELAY2： MOV R7，#100DELAY1：DJNZ R7，DELAY1DINZ

15、 R6，DELAY2RETCINT0：MOVX A,SPTRMOV R0，ASETB F0RETTABLE：DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90HTABLE1：DB 040H,79H,024H,030H,19H,12H,02H,78H,00H,10H,END5、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

16、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，

17、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。

18、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

19、 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 P1.0 T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出 P1.1 T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）

20、P1.5 MOSI（在系统编程用） P1.6 MISO（在系统编程用） P1.7 SCK（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

21、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 P3.0 RXD(串行输入口) P3.1 TXD(串行输出口) P3.2 INTO(外中断0) P3.3 INT

22、1(外中断1) P3.4 TO(定时/计数器0) P3.5 T1(定时/计数器1) P3.6 WR(外部数据存储器写选通) P3.7 RD(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

23、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

24、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1

25、0脚（IN）被测信号正输入端11脚（V）5V电源端12、1720脚（D1D5）位扫描输出端1316脚（B1B4）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（RH）运行读

26、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AD转换；该端为低电平时AD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AD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