智能仪表课程设计HY.docx

智能仪器设计基础考试题题目号：3题目：实现智能数字显示仪表。班级：自动化0702学号：07100519姓名：胡源摘要试采用C8051F330单片机实现智能测温仪表。要求8位数码管显示（上排4位显示测量值，下排4位显示设定值），4输入按钮（功能选择、数码管选择、数值增加、数值减少），可设定上下限报警（蜂鸣器报警）。传感器为S型热电偶，测温范围为0500。比例控制算法、并用PWM方式控制1000W电加热器（电源电压为220VAC）。具有420mA电流接口，输出温度测量值。单片机综合练习是一项综合性的专业实践活动，目的是让学生将所学的基础理论和专业知识运用到具体的工程实践中，以培养学生综合运用知识能力、实际动手能力和工程实践能力，为此后的毕业设计打下良好的基础。一、设计目的及原理1.1设计题目 实现智能数字显示仪表。要求8位数码管显示（4位显示测量值，4位显示设定值），4输入按钮（功能选择、数码管选择、数字增加、数字减少），可设定上下限报警（蜂鸣器报警）。适配S型（铂铑10）热电偶，测温范围为01200。采用位式（两位、三位，具有滞环）控制、并用晶闸管过零驱动1000W电加热器（电源电压为AC220V）。1.2设计原理 由热电阻传感器送来的电信号在测量桥路进行冷端自动补偿后，送入放大器，一面把信号进行放大，同时把非线性信号校正为线性信号，经线性放大信号一路转换电路把模拟量转换成数字信号进行数字显示，另一路传输到调节网络，进行规定的比较运算，同时输出一个需要的控制信号和进行工作状态指示。二、硬件设计2.1系统原理框图本设计智能温度数显表由温度监测、信号处理、输出控制三部分组成。其系统框图如图1所示,它通过S型（铂铑10）热电偶传感器获取绕组温度值,经信号调理电路处理后直接送入控制器的A/D转换输入端。微控制器根据信号数据及设定的各种控制参数,按照嵌入的软件控制规律执行计算与处理,自动显示智能仪表数显表可测的温度范围、并根据当前状态输出正常、设定上下线报警等。2.2基本模块简介S型热电偶传感器及电路温差热电偶（简称热电偶）是目前温度测量中使用最普遍的传感元件之一。它除具有结构简单，测量范围宽、准确度高、热惯性小，输出信号为电信号便于远传或信号转换等优点外，还能用来测量流体的温度、测量固体以及固体壁面的温度。微型热电偶还可用于快速及动态温度的测量。特点： 材料性能稳定，测量精度高。 还原性气体中易被侵蚀。 低温热电势极小，冷端温度在50以下可不加补偿。 成本高。热电偶输入电路：S型热电偶信号调理电路如图10-25所示。该电路利用二极管IN4148的负温度系数实现热电偶冷端补偿。为保证0时输出电压为0V，电路中采用了负电源数码管显示及指示电路A：显示电路SM1显示的是热电偶测的电加热器的实际温度值，SM2显示的是人工设计的电加热器的期望温度值。数码管是有HC595芯片来驱动的，HC595接在SPI通信的3个接口上。B：指示电路指示电路是指示按键的输入状态的。D1、D2、D3、D4与S1、S2、S3、S4一一对应，当某个按键按下时，单片机相应的引脚将置低电平，使该按键相对应的二极管发光。按键电路4个按键与单片机的接线图及个按键的作用如上图所示；当单片机的引脚输入为低电平时，表示该引脚所对应的按键按下，单片机实现相应的功能。功率输出电路420mA电流输出电路采用光控过零驱动晶闸管，进而控制电加热器的通断电。电源电路报警电路当温度超过报警限时，单片机相应管脚输出一定频率的电平。蜂鸣器发出响声。下载电路下载程序代码用的是SPI接口，用ISP电缆对单片机进行编程。2.3 总原理图三、软件设计语言及注释#include /Atmega16单片机头文件#include Flash unsigned char SHUMA=0xC0,0xF9,0xA4,0XB0,0x99,0x92 0x82,0xF8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xC6,0xA1,0x86,0x8E,;/定义数码管译码数组定义数码管位选数组；SPI初始化；Void SPI_MasterInit(void)DDRB|=(15)|（17)；SPCR=(16)|（14) |(15)|（11)| (10)；Void SPI_595_Out(unsigned char i)SPDR=i;While(!SPDR&(17);Void main(void)unsigned char saomiao=0;Unsigned char w10;DDRA=0x00;PORTA=0X00;DDRB=0XB0;PORTB=0Xff;DDRC=0XFC;PORTC=0XFF;PORTD=0X00;DDRD=0XFF;SPI_Masterlnit();While(1)data0=1234;data1=5678;W0=data0%10;W1=data0/10%10;W2=data0/100%10;W3=data0/1000%10;W4=data0%10;W5=data0/10%10;W6=data0/100%10;W1=data0/1000%10;PORTB&=(14);SPI_595_Out(weizhisaomiao);SPI_595_Out(dispwsaomiao;PORTB=|(1=8saomiao=0;while(1)uchar j=0;uint i;DDAR=0xFF;DDRB=0XFF;PORTD=0XFF;DDRD=0X00;While(1)if(PIND|0XEE)=0XEF)For(i=0;i99)j=0;While(PIND|0XEF)=0XEF);PORTB=SHUMAj/10;PORTC=SHUMAj%10;PORTA=j;while(1)PORTC=SHUMAcounter;/数码管与LED灯显示语句： if(display_time= =1) /如果显示标记display_time=1，则执行显示任务，完成一位数码管显示数码管扫描显示语句；/采用两片74HC595扫描数码管display_time= =0；/ADC转换与数字滤波语句：if(sample_time= =1) ADC转换、数字滤波与非线性校正程序；sample_time= =0;/ADC输出数值判断、报警、位式算法运算与控制量输出：if (control_time= =1) 温度值判断与报警语句；/具有比例算法的运算语句：Error = SetPoint temp_value; /求偏差 LastError = Error; out=Proportion*Error /比例算法control_time=0;/DAC转换语句：if (DAC_time= =1) DAC数据输出语句；DAC_time=0;/PCA0中断服务程序用于产生PWM输出（高优先级中断）void PCA0_ISR (void) interrupt 11 /使用定时器0溢出作为时钟源/PWM输出语句:unsigned int duty; /定义占空比变量，5000s对应5V，1000s对应1VTMOD=0X10; /定时器1，工作模式1，16位定时模式TH1=(65536-1000)/256; /定时1初始化TL1= (65536-1000)%256;ET1=1; /允许定时器1中断EA=1; /允许总中断TR1=1; /启动定时器1/定时器1中断服务程序，用于产生显示、ADC转换、DAC与控制周期等标记定时器1中断服务程序：timer1() interrupt 3 static bit w; /定义位变量if(w=0) /当w=0时，P2.0输出低电平TL1= (65535-(6000-duty)%256;P2_0=0; /这里用P2.0引脚输出PWM信号elseTH1=(65535-duty)/256; /定时器1赋初值（高电平区间）TL1= (65535-duty)%256;P2_0=1; /当w=0时，P2.0输出高电平w=！w； /设置定时器1中断级别低于PCAvoid timer1() interrupt 3 static n,m,k,h;n+; m+，k+；h+;if(n= = display_time0) /display_time0为显示周期n=0; display_time=1; if(m= = sample_time0) /sample_time0为ADC转换周期m=0; sample_time=1;if(k= = control_time0) /control_time0为控制周期k=0; control_time=1;if(h= = DAC_time0) /DAC_time0为控制周期h=0; DAC_time=1;四、总结 实验中我们还用到了模/数转换芯片ADC0809，以前在学单片机这门课程时只是对其理论知识有了初步的了解。通过本次实验，我们对它的工作原理彻底理解了，对其启动设置、转换结束判断以及输出控制等都基本掌握。电路连接方面，我们对其与单片机的连接也有了更为直观的认识，通过实验的摸索以及必要的理论知识，我们准确的实现了它于单片机的互连。这是我们第一次涉及实物元器件