毕业论文-基于单片机的高精度温度数据采集.doc

CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY毕 业 设 计 说 明 书题目： 基于单片机的高精度温度数据采集 二级学院（直属学部）： 电子信息与电气工程学院 专业： 自动化 班级： 10自二 评阅教师： 职称： 2014年5月常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书摘要温度是一种最基本的环境参数，人民的生活与环境的温度息息相关，即随着现代信息技术的飞速发展，能够独立工作的温度检测和显示系统应用于诸多领域，因此研究温度的测量方法和装置具有重要意义。在单片机的应用中，一个很重要的应用就是对温度进行检测，测量温度的关键是温度传感器，采用智能温度传感器以实现温度数字化，既能以数字形式直接输出被测温度值，具有测量误差小，分辨力高，抗干扰能力强，能够远程传输数据，带串行总线接口等优点。本系统以STC89C52RC单片机作为主控制器件,PT100作为测温传感器，通过LCD液晶显示器进行温度数字的显示。通过PT100采集模拟信号，进行A/D转换，该器件的物理化学性能稳定，线性度较好，在-200+850最大线性偏差小于0.15。单片机、温度传感器等电子元器件的互联，可以研制和开发出具有高性价比的新一代测温系统基于单片机的温度计。基于单片机的数字温度计设计，即对温度进行实时测量，使用PT100温度传感器先把温度模拟信号直接转换成数字信号再经过放大输入单片机，即将实时温度显示出来。随着时代的发展，人们对于信息的采集有了更高的要求，高精度，高速率将是这个领域未来发展的方向。关键词：单片机；温度检测；STC89C52RC；PT100铂电阻；高精度； Abstract：Temperature is a basic environmental parameters, closely related to peoples lives and the environment temperature, with the rapid development of modern information technology, able to work independently of the temperature detection and display system used in many fields, so study the method of temperature measurement andThe device has great significance. Microcontroller applications, a very important application is to detect the temperature, the key to measuring temperature is the temperature sensor, smart temperature sensor for temperature-digital, both directly in digital form and output the measured temperature value, the measurement error and high resolution, anti-interference ability, the ability to remotely transmit data with a serial bus interface.The system is STC89C52RC microcontroller as the main control device, PT100 serial transmission of data through four common anode LCD digital tube as a temperature sensor, temperature digital display.PT100 directly read the measured temperature value, data conversion, the stability of the physical and chemical properties of the devices, good linearity less than 0.15 C at -200 C 850 C maximum linear deviation. The device can directly transmit digital signals to the microcontroller, easy single-chip processing and control. In addition, the thermometer can direct temperature measurement device to measure the temperature, which simplifies data transmission and processing. Therefore, the interconnection of the microcontroller, temperature sensor and other electronic components can be developed and developed a new generation of temperature measurement system with high cost-effective - the microcontroller-based digital thermometer.Microcontroller-based digital thermometer design, real-time measurement of temperature, using PT100 temperature sensor temperature signal is directly converted into an analog signal input A/D and translate into data signal, then send it to microcontroller,the upcoming real-time temperature display.With the development of the times, people have higher information collection requirements, high-precision, high-rate will be the direction of future development in this area.Key words: SCM; temperature detection; on STC89C52RC; the PT100; high-precision常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书目录摘要第1章绪论81.1选题依据81.2目的及意义81.3本课题所涉及的国内（外）研究现状及发展9第二章 总体方案设计及论证选择102.1总体方案设计102.2各方案的选择112.2.1温度传感器的选择112.2.2 A/D转换器的选择122.2.3单片机的选择13第三章 硬件设计143.1 PT100铂电阻简介143.2信号放大模块173.3 A/D转换模块203.4单片机模块253.4.1 Stc89c52rc253.4.2 液晶显示283.4.3 按键模块30第四章 系统软件设计及流程314.1 概述314.2 单片机部分324.3各部分流程图324.3.1主程序流程图324.3.2温度转换流程图344.3.3键盘管理354.3.4 LCD液晶显示子程序流程图36第五章 系统调试37 5.1硬件调试37 5.2软件调试37 5.3总结37致谢38参考文献38附录 139附录 249附录 350Proteus仿真图50附录 451元器件清单51绪论第一章 绪论 1.1选题依据近年来由于计算机和电子信息技术的飞速发展，工业农业等各个行业对数据采集的要求越来越高，怎样对数据进行采集和处理成为热门研究。今后，关于数据采集的高精度高速率将是未来研究的主要方向。各种更先进处理器，传感器的出现以及广泛应用为数据采集系统提供了一个强有力的平台，因此本课题的主要任务就是对各种数模信号进行采集和对这些数据加以研究。1.2目的及意义在智能化测量控制仪表中，为了能够实现对外界各种模拟信号的测量，必须通过数据采集系统将信号送入仪表之中，数据采集系统是外部信号进入仪表内部的必经之路。数据采集系统通常需要一些功能相对独立复杂的单片机来完成工作，所以单片机的运用是重中之重，它往往能够影响一个系统的性能。数据采集系统主要的作用是将无法显示的模拟输入信号转换为计算机可以识别的数字信号，便于人们通过计算机对某些物理量进行监控和测量调整。为了满足社会日益复杂高级的需要它正朝着高精度高速度的方向发展着。总之，高精度多路数据采集系统具有电路简单、功耗低、精度高、数据传输可靠性高、功能易扩展等特点，所以使得这类系统的应用非常广泛。而且这些特点也是将来继续保持不断向前发展的方向。1.3本课题所涉及的国内（外）研究现状及发展数据采集起始于20世纪中期，由于如今计算机技术的飞速发展，数据采集系统取得了很大的进步，被广泛应用于工业、农业以及军事（石油勘探，科学实验，航空飞行，天气地质）等等方面。它可以用来检测诸如温度、压力还有电流电压许多物理量。比如由于08年的汶川大地震，国家更加注重有关地震方面的地质情况的数据采集，加大科研投入力量，我国的数字地震观1常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书测主要采用TDE-124C和TDE-224C型数据采集系统，目前又研制出动态范围更大，精度更高，速度更快，功耗更低，可靠性更高的第六代全数字系统TDE-324C型地震数据采集系统。该数据采集对检震针检测到的震动输出的电信号模拟放大后送到A/D进行模数转换，转换成计算机可识别的数字信号，同时进行信号保持采样，采样的数据经过DSP数据滤波处理后变成地震数字信号。该数据采集系统具备24位A/D转化位数，采样频率有50HZ,100HZ,200HZ可供选择，大大提高了震动监测的精度，保护了人们的生命财产安全。此外基于MSP430的深海低功耗数据采集系统。针对深水作业条件下对数据采集设备的特殊要求而设计的具有低功耗、高精度、耐高压特点的水下多通道数据采集器。该系统采用MSP430F169作为核心微控制芯片，并通过精心的外围电路设计，实现了系统低功耗和高精度运行。实验结果表明，该数据采集系统采集到的数据稳定性能良好、精度高，机械封装设计能够满足深海密封防漏要求。该数据采集系统由模拟信号的检测、滤波与放大、数字信号的存储与处理、数据信号的通讯传输等部分组成。在将来，数据采集系统将变得更加快速，准确并为我们的日常生活带来各种方便。2总体方案设计及论证选择第二章 总体方案设计及论证选择2.1总体方案设计本系统包括传感器模块，放大器模块，按键模块，A/D转换模块，处理器单元，以及显示模块。系统的设计思路：单片机时刻检查被测对象的温度，温度有温度传感器来采集，采集到的信号送到A/D转换器进行模数转换，转换后的数字信号送入单片机进行处理，这就是模拟量输入通道。在单片机内部由软件对采集到的数据进行分析处理，经过单片机查表比较确定温度值送入显示器内显示。 前置 放大器 按键传感器采集信号 A/D转换器 单 片 机LCD液晶显示器 图2- 1系统总体框图常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书2.2各方案的选择 2.2.1温度传感器的选择 本毕业设计的目的是一个测量温度的系统，必须首先考虑的就是选择温度传感器。温度传感器大致可以分为两种非别为接触式和非接触式。在这两大类中使用的比较多的就是接触式传感器。然而目前使用比较广泛的就属接触式里面的热电式传感器。其中热电阻传感器就是把温度的变化变换为电阻的变化。而热电偶传感器则是将温度的变化变换为热电势的变化。热电阻传感器又可以分为金属类型的热电阻式和半导体类型的热电阻式两大类，常用的热电阻材料有铂，铜，镍，铁等，他们具有很高的温度系数，高电阻率，化学物理的性能稳定，优良的线性输出特性因此被社会广泛使用。方案一：采用铂电阻进行温度数据采集 导体的电阻值随温度不断地变化，通过测量其电阻值推算出被测物体的温度，这就是电阻温度传感器的工作原理。Pt100传感器是利用铂电阻的电阻值会随温度不断地变化、同时表现出一定的函数关系的特点来进行测温的，其温度和电阻值相互对应的关系为：(1) -200t0时，RPt100=1001+At+Bt+Ct（t-100） (2) (2)0t850时，RPt100=100（1+At+Bt） 式中，A=3.9080210；B=-5.8010；C=4.273510。Pt100测温传感器的主要的技术数据：测量量程：-200+850；能够接受的偏差数值：A级（0.15+0.002t），B级（0.30+0.005t）；热响应的时间应30s；置入的深度的最小值：热电阻的最小的置入深度应200mm；允许流通的电流应5mA。此外，Pt100测温传感器具有降低振动、较高的稳定性、不错的准确性、忍受高压等等优点。缺点是成本略高。方案二：采用数字温度计芯片DS18B20测量温度DS18B20是一款数字式普通测温传感器。它能够直接输出数字信号传送给单片机，因此系统中不需要A/D转换器的存在。全部数字化的输出信号，有利于单片机的处理和控制，略去了以往的测温方法中的很多的复杂的外围电路。且该芯片的物理化学性质稳定，元件线性较好。在0100摄氏度时，最大线性偏差小于1摄氏度。DS18B20其中最大特点之一便是使用了单总数的数据传输。它由数总体方案设计及论证选择字测温传感器DS18B20，微型控制器AT89C51构成了测量温度的装置，输出数字信号，而且能直接与计算机连接。这样温度系统的结构就比较简单，然而它由于精度不高采集的数据误差较大应用范围相对较小，适用于对数据精确度不是特别严格的领域，因此不满足本课题高精度数据采集的要求。综上，为了满足高精度的要求再三权衡之下我们选择铂电阻来进行高精度的数据采集。2.2.2 A/D转换器的选择 A/D转换器是用来通过一定的电路将模拟量转变为数字量。A/D转换后，输出的数字信号可以有8位、10位、12位、14位和16位等。下面简要介绍常用的几种类型的AD的基本原理及特点：积分型、逐次逼近型、并行比较型/串并行型、-调制型、电容阵列逐次比较型及压频变换型。1）积分型（如TLC7135）积分型AD的工作原理一般是将输入的电压转化为时间(脉冲的宽度信号)或者频率(脉冲的频率)，最后由定时器/计数器得到数字信号值。它的突出优点便是利用简单的电路进而来获得高分辨率，不过缺点就是因为转换精度过度的依靠积分时间，导致转换的速率极低。过去的AD转换器主要采用积分类型，如今主要使用逐次比较型。2）逐次比较型（如TLC2543）逐次比较型的AD转换器通过一个比较器与一个DA转换器经过逐次比较组成，从MSB开始，按照顺序将每一位的输入电压与内置的DA输出电压不断进行比较，经多次的比较最终输出了数字值。TLC2543拥有12位的分辨率，11个模拟输入通道，采样率高。且它的电路的规模属于中等水平。由于它的长处是具有较高的速度、较低的功耗，以及价格便宜在低分辩率（12位时因为价格很高。3）并行比较型/串并行比较型（如TLC5510）并行比较型AD使用了不止一个比较器，却只做一次比较就进行转换，又叫做快速型。因为很高的转换速率，n位的转换就需要（2n-1）个比较器，所以导致了极大地规模，以及较高的价格，一般只在速度特别高的领域使用如视频AD转换器领域。串并行比较型的AD在结构上处于并行型与逐次比较型的中间，最突出的表现形式就是将两个n/2位的并行型的AD与DA组合起来，通过两次比较去进行转换，又叫做半快速型。此外分成了三步的或者多步的实现了AD转换的又称分级型的AD，然而从转换的时序角度来看则可以叫做流水线型的AD，当今分级型的AD中还添加了对多次转换的结果进行数字运算进而加以修正等功能。此种AD速度一般比逐次比较类型的高，电路的规模也比并行型的小。4）-(Sigma/FONTdelta)调制型（如AD7705）-型AD通过比较器、积分器、数字滤波器以及1位DA转换器等组成的。原理上与积分型的相似，将输入电压转化为时间(脉冲的宽度)信号，通过数字滤波器加工处理后便得到了数字值。电路的数字那一部分比较容易单片化，所以易达到高分辨率。主要应用在音频和测量。5）电容阵列逐次比较型电容阵列逐次比较型AD转换器在内置的DA中采用的是电容矩阵式，又称电荷再分配类型。大部分的电阻阵列DA中大多数电阻的阻值必须相互一致，并不容易在单芯片上生成出高精度的电阻。如用电容阵列去取代电阻阵列，就能用价格低廉的成本去制成高精度的单片AD。如今的逐次比较型AD多数为电容阵列式的。6）压频变换型（如AD650）压频变换型实现模数转换便是通过间接转换的方式。它的方法是首先要把输入的模拟信号转变成频率，再通过计数器把频率转变成数字量。一般此类AD的分辨率只需要采样的时间可以达到输出的频率分辨率要求的累积的脉冲个数的宽度，几乎能够无限的增加。它的优点是较高的分辩率、低功耗、低价格，不过需外部计数的电路一起完成AD转换。综上，通过对A/D的各个指标的研究以及优缺点并结合课题要求的高精度，我们选择TLC2543系列的A/D转换器（逐次比较型）。2.2.3单片机的选择方案一：MSP430系列MSP430系列的单片机是16位的单片机，采用了精简的指令集，而且具有丰富的寻址方式，简洁的27条内核指令和许多模拟指令；大量寄存器和片内数据存储器都可以参加多种高效的查表的处理指令。这些特点说明可以编出高效率的源程序。MSP430是系统人员能够在保持独一无二的低功耗的同时同步连接至模拟信号、传感器、和数字组件。但在温度采集和实施控制这个重要的场合低功耗相对来说显得就不是那么重要，而应该考虑它的稳定性、准确性。同时它具有以下特点：（1）运算速度快（2）超低功耗（3）片内资源丰富（4）方便高效的开发环境不过msp430系列存在不稳定，准确性不够高，抗干扰不强，相对stc系列单片机编程方面比较难不易上手。方案二：STC单片机系列Stc89c52rc是一款高速低功耗超强抗干扰能力的单片机指令代码完全兼容8051单片机，12时钟机/器周期和6时钟/机器周期可以随便任意的选择。编程容易操作简单方便上手快捷。STC89C52RC单片机特点:8K字节程序存储空间；512字节数据存储空间；内带2K字节EEPROM存储空间;可直接使用串口下载；AT89S52单片机:8K字节程序存储空间；256字节数据存储空间；自带2KB的EEPROM存储空间;综上，考虑到后期编程以及易用性我们选择STC89C52来进行设计。9硬件设计第三章 硬件设计3.1 PT100铂电阻简介铂电阻温度传感器是利用金属铂的在温度变化时自身的阻值也随之改变的特征来进行测量温度的，显示仪表将会指示出铂电阻的电阻值所对应的温度值。当被测介质中存在温度梯度时，所测得的温度就是感温元件所在范围内介质层中的平均温度。金属铂有电阻温度系数大，感应灵敏，电阻率很高，元件尺寸小，电阻值的大小会随着温度变化而变化基本上呈现出线性关系。在它的测温范围内，物理化学性能比较稳定，长期的复现性好，测量温度高，是目前社会公认的制造热电阻的最好的材料。但是铂在温度高的情况下容易受还原性介质污染，使得铂丝变脆并且改变电阻与温度之间的线性关系，因此使用时应装在套管中。通常使用的的铂电阻温度传感器就是PT100，它的温度系数为/，0时它的电阻为100，电阻变化率是0.3851/。铂电阻温度传奇精确度高，稳定性好，应用温度范围广泛，是中低温区（-200650)最常用的一种温度传感器。不仅广泛应用于工业测温，而且被制成各种标准温度计。铂电阻PT100它的测温优点不仅是信号灵敏度高同事易于连接测量，可以远传，无需参比温度；金属热电阻稳定性高，互换性好准确度高可以作为基准仪表。 设计原理 pt100是铂热电阻，又称：PT100铂电阻，它的阻值会因为温度的变化而不断改变。PT后的100即表示当为0时阻值对应是100欧姆，在100时它的阻值大小对应为138.5欧姆。它的工业原理：当PT100在0摄氏度时，它的阻值大小为100欧姆，不过它的的阻值会因为温度上升它的阻值也会上升并且是成匀速增涨的。其温度/阻值对应关系为：-200t0时，RPt100=1001+At+Bt+Ct（t-100） (2)0t850时，RPt100=100（1+At+Bt） 式中，A=3.9080210；B=-5.8010；C=4.273510。Pt100温度传感器的主要技术参数如下：测量范围：-200+850；允许偏差值：A级（0.15+0.002t），B级（0.30+0.005t）；热响应时间30s；最小置入深度：热电阻的最小置入深度200mm；允通电流5mA。常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书温度-50-40-30-20-100102030阻值80.3184.2788.2292.1696.09100.00103.90107.79111.67温度405060708090100110120阻值115.54119.40123.24127.08130.90134.71138.51142.29146.07温度130140150160170180190200阻值149.82153.58157.33161.05164.77168.48172.17175.86 表3-1铂电阻测温分度表 R () 175.86- 138.51 - 100.00 -0 100 200 T() 图3-1曲线图Pt100式电阻式的温度传感器，它测量温度的本质其实就是测量温度传感器的电阻的大小，通常是将电阻的变化转换成电压或者电流等模拟信号，再将模拟信号转换成数字信号，再由处理器算出相应温度。用铂电阻测温办法：经常用的Pt电阻接线法主要有三线制和两线制，其中三线制的接法的优点是将Pt100两侧的相等的导线长度分别加载两侧的臂桥上，是的导线电阻消除。常用的采样电路如下：一：通过设计恒流源经过铂电阻，再经过检测Pt100上的电压的变化来换算出温度。二：桥式测温电路，电桥中的四个电阻中其中有三个是恒定的，另外一个用Pt100铂电阻，当Pt100铂电阻阻值发生变化时，测试端会产生一个电势差，由此电势差换算出温度。综上我们使用桥式电路 图3-2桥式电路测温原理：如图是Pt100的测温电路，采用的是桥式测温电路。R2，R3，RV1和Pt100组成了传感器测量电桥。当温度变化时，Pt100阻值变化，当Pt100的电阻值和RV1的电阻大小不一致时，电桥输出一个mV的压差信号，压差信号经过LM358放大后输出电压信号这个信号可以直接送入AD转换器的芯片。1. 同时改变R2和R3的相同大小可以改变电桥输出的压差大小。2. 放大电路必须接成负反馈电路，不然电路不能工作。其中TL431的作用是稳压，另外，RV1这个可调变阻器的作用是通过调整电阻从而来调节差分电压信号大小，一般用于调整零点。最后要注意的是，Vcc要保持稳定，如果Vcc产生波动，将会导致LM358的电压产生波动，从而影响放大后的输出电压，最后导致AD转换后的值的变化，影响实验精度。 3.2信号放大模块由于测量出的Pt铂电阻两端的电压信号比较微弱，因此在将电压进行AD转换之前要经过放大才可。放大模块最重要的就是放大器的选取，放大器的好坏对最终精度也有着重要影响。由于单机运放放大倍数过高容易产生非线性误差，因此我们选择使用两级放大电路，这样能很好的控制放大的误差，增强结果的精确度。图3-3测温与放大电路图中我们选用了LM358作为这次设计的运放。LM358 的内部拥有有两个高增益的、相互独立的、内部有频率补偿的双运算放大器，一般在电源电压的范围比较宽的单电源时使用，也可以用在双电源工作模式，在合适的工作条件下面，电源的电流与电源的电压没有关系。它的应用范围有直流增益模块、传感放大器以及其他所有可用的单电源供电的应用运算放大器的地方。放大电路使用的是LM358集成放大器，为了应对单级放大倍数太高引起的非线性偏差，所以放大电路应使用两级得放大，如图所示，前一级放大倍数约为10倍左右，后一级放大约为3倍左右。温度在0100度变化，当温度变高时，Pt100阻值变大，输入到放大电路的内部差分信号因此变大，放大电路因此输出电压升高。这里应注意：即使电桥部分已经通过TL431的稳压，不过整个模块的电压VCC一定要稳定，否则随着VCC的波动，运放LM358的工作电压波动，输出电压Av随之波动，最后导致A/D转换的结果波动，测量结果上下跳变。 图3-4 实物图LM358的封装形式拥有塑封的贴片式和8引线的双列直插式。特性(Features)：内部提供频率补偿。较高的直流电压增益大约有100dB。较宽的单位增益频带大约有1MHz。电源电压的限制范围：单个电源为3到30V；两个电源为1.5到15V。低功耗的电流一般使用电池进行供电。低输入会偏流。低输入会导致失调电压与失调电流。共模输入的电压范围比较宽，包括接地。差模输入的电压范围比较宽，一般等同于电源电压的范围。输出电压摆幅大（0至Vcc-1.5V)。参数输入的偏置电流为45nA 输入的失调电流为50nA 输入的失调电压为2.9mV输入的共模电压最大值VCC为1.5V我们选用的是双列直插式 图3-5 双列直插引脚图 这里的放大电路只需要IN1作为正极接R4，IN2作负极接R5，R5，OUT1作为输出端，输出以及一级放大信号，完成一级放大，将一级放大信号传送给二级放大部分进行二级放大最后输出放大后的模拟信号传送给A/D转换器进行数模转换。3.3 A/D转换模块由于测温电路输出的是连续变化的物理量，而cpu只能处理数字信号，这样就需要将其转换成数字信号。A/D转换器就是为了将连续变化的模拟量信号转换成cpu能够处理的数字量信号。我们这里使用逐次比较型的A/D转换器TLC2543。 图3-6 实物图 TLC2543是TI公司的12位串行的模数转换装置，利用了开关电容的逐次逼近技术进行A/D转换的过程。因为是串行输入的结构，可以省下51系列单片机的I/O资源；并且价格比较适中，它的分辨率也较高，所以在实验领域中有相当广的应用。TLC2543具有如下特点：（1）12位分辩率A/D转换器；（2） 在工作允许的温度范围内转换时间大约10s；（3） 模拟的输入通道有11个；（4） 内置自测得测试方式为3路；（5） 采样率达到66kbps；（6） 线性误差在1LSBmax范围内；（7） EOC作为转换结束的输出；（8） 拥有单极和双极性的输出；（9） 能够编程的LSB或MSB前导； （10）数据长度可以通过编程进行输出； 图3-7 TLC2543原理图 图3-8 TLC2543引脚图TLC2543各引脚功能说明： 引脚号19,11,12 ， 即 AIN0AIN10 输入端功能：模拟信号的输入端。内部的多路器将11路引脚输入的信号选通。对于4.1MHz的 I/OCLOCK，驱动源的阻抗一定要小于或等于50，而且用60pF电容来限 制模拟输入电压的斜率。引脚号15，即/CS 输入端功能：片选端。在/CS端电平由高转为低时，内部的计数器变为复位。由低转为高时，在设定的时间内不允许DATAINPUT和I/OCLOCK引脚号17，即DATAINPUT 输入端功能：串行数据的输入端口。通过4位的串行地址的输入来进行选择模拟量的输入通道引脚号16，即DATA OUT 输出端功能：A/D转换结果的三态串行的输出端。/CS当处于高电平时处于高电阻的状态，/CS处于低电平时就处在激活的状态引脚号：19，即EOC 输出端功能：转换结束的端口。在最终的I/OCLOCK下降沿之后，EOC会从高电平状态变为低电平状态同时保持到转换过程完成和数据的准备传输才结束引脚号：10，即GND功能：地。GND是内部的电路的地回路端口。没有另说明外，所有的电压测量都应该是相对GND而言的引脚号：18，即I/O CLOCK 输入端功能：输入/输出时钟端口。I/OCLOCK可接收串行输入的信号并且完成下面的四个功能： （1）在I/OCLOCK的前8个上升沿，8位的输入数据应存入输入数据 寄存器。（2）从I/OCLOCK的第4个下降沿开始，被选通的模拟输入 电压就向电容器进行充电，直到I/OCLOCK的最终的下降沿为止。（3） 将前一次的转换数据的其它11位都输出到DATAOUT端，在I/OCLOCK 的下降沿时数据就开始变化。（4）I/OCLOCK的最终下降沿，把转化 的控制信号送入到内部状态的控制位引脚号：14，即REF+ 输入端功能：正基准的电压端口。基准电压的正端口被接到REF+，最大的 输入电压的范围根据加在本端和REF-端的电压差来决定引脚号：13，即REF- 输入端功能：负基准电压端口。基准电压的低端口（通常为地）被接到REF-引脚号：20，即Vcc功能;电源上电后，片选必须从高电平到低电平，才可以进行一次工作周期，这时EOC是高电平，输入的数据寄存器被设置成0，输出的数据寄存器的里面的内容是不确定的。开始时，片选为高，I/OCLOCK、DATAINPUT被禁止，DATAOUT呈现出高阻抗的状态，EOC变为高态，使变低。DATAOUT脱离了高阻抗的状态。12个时钟信号可以从I/OCLOCK端按顺序加入，随着时钟信号的加入，控制字从DATAINPUT依次地在时钟信号的上升沿时被送进TLC2543并且是高位先送入。与此同时上一周期的转换的A/D的数据，也就是输出数据寄存器中的数据从DATAOUT依次地移出。TLC2543收到第4个时钟信号之后，相应的通道号也已收到。所以，这时的TLC2543就将对选定的通道的模拟量采样，而且一直保持到了第12个时钟的下降沿。第12个时钟的下降沿，EOC变低，将采样的模拟量进行A/D转换，转换的时间约需10s，转换完成后EOC会变高，转换的数据送到了输出数据寄存器之中，等候下个工作周期的输出。之后，能够进行下一个新的工作的周期。TLC与外围电路的连线比较简单，三个控制输入端为CS片选端、输入输出时钟I/O CLOCK以及串行数据输入端DATA INPUT。片内的14通道 多路器可以选择11个输入中的任何一个或三个内部自测电压中的一个，采样保持是自动的，转换结束，EOC输出变高。EOC作为转换结束信号，EOC=0表示正在进行转换，EOC=1表示转结束。使用中它的状态信号可以作为查询状态的标志。将转换后的数字信号传送给单片机，与单片机的XTAL1进行连接。单片机查询A/D转换是否结束通常有三种方式。单片机对转换结束信号EOC的处理方式不同，对应的硬件电路和程序设计方法就不同。本设计采用中断方式。查询方式：把转换结束信号EOC作为状态信号经三态缓冲器送到单片机的数据总线的某一位上。单片机启动TLC2543开始转换后，就不断地查询这个状态位，当EOC有效时，便读取转换结果。这种方式程序设计比较简单，实时性也较强，是比较常用的一种方法。中断方式：把转换结束信号EOC作为中断请求信号接到单片机的中断请求线上。TLC2543转换结束，向单片机申请中断。单片机响应中断请求后，在中断服务程序中读取转换结果。这种方式TLC2543与单片机并行工作，适用于实时性较强和参数较多的数据采集系统。延时方式：在这种方式下，不使用转换结束信号EOC。单片机启动转换后，延时一段时间（略大于A/D转换时间），此时转换已经结束，可以读取转换结果。这种方式。通常采用软件延时的方法（也可以采用硬件延时电路），无须硬件连接线，但是占用单片机大量时间，多用于主机处理任务较少的系统。由于本系统属于实时性较强，参数也较多的数据采集系统，故选取中断方式来查询A/D是否转换结束。CLOCK是时钟信号，因为TLC2543内部没有时钟电路，需要外界提供时钟信号，通常使用频率为500HZ的时钟信号。与单片机的P0.2口连接。DI口串行数据的输入端口，串行数据能以MSB为前导，并且在I/O CLOCK的前4个的上升沿移入了4位地址，作为选择下一个需要转换的模拟信号或者测试电压，然后I/O CLOCK要把剩下的几位一个一个的输入。它与单片机的P0.3连接。DO端口是AD转换结果的三态输出端，在CS为高时，它的引脚处在高阻抗状态，CS为低时，它的引脚会从前一次的转换结果的MSB值变成相对应的逻辑电平。它与单片机的P0.4连接。CS片选端，CS由高到低变化将复位内部的计数器，且能控制与使能DATA INPUT、DATA OUT与I/O CLOCK。CS从低变化到高会在一个经过设置的时间内禁止DATA INPUT和I/O CLOCK。它和单片机的P0.5连接。而A0连接的是前面运放部分放大器输出的放大模拟信号。3.4单片机模块 3.4.1 Stc89c52rc 图3-9 单片机接线图单片模块采用STC89C52RC单片机来作为主控电路，P2.0P2.3口作为A/D转换器的接口，P1.2,P1.3，P1.4则作为按键控制接口，P0口作为液晶数据显示的接口。主要特性如下：1.属于增强型的8051单片机，拥有6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可供选择，指令代码完全兼容8051.2.工作的电压：5.5V3.3V（5V单片机）/3.8V2.0V（3V单片机）3.工作的频率范围：040MHz，相当于普通8051的080MHz，实际工作的频率可达48MHz4.用户应用程序空间为8K字节 5.片上集成512字节RAM6.通用I/O口（32个）复位后P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出端口，当做总线扩展使用时，不需要加上拉电阻，而作为I/O口用时，则应加上拉电阻。7.ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程）无需专用的编程器，同时也无需专用的仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）进而直接下载相关的用户程序，几秒就可完成。 8.具有EEPROM功能 9.拥有看门狗类型的功能 10.共3个16位的定时器/计数器。即定时器T0、T1、T2 11.外部中断4路，会引起下降沿中断或者低电平触发电路，PowerDown的模式可通过外部中断的低电平进而触发中断方式进行唤醒。 12.通用的异步串行口（UART），也能用定时器软件来实现多个UART 13.工作温度范围：-40+85（工业级）/075（商业级） 14.PDIP封装STC89C52RC单片机的工作模式1.掉电模式：它的典型功耗应0.1A,通过外部中断进行唤醒，在中断返回之后，则继续去执行原程序。2.空闲模式：它的典型功耗为2mA3.正常的工作模式：它的典型功耗为4Ma7mA掉电模式能够通过外部的中断唤醒，在气表、水表等等电池供电的系统以及便携设备方面比较适用。STC89C52RC引脚功能说明VCC（40引脚）：电源电压VSS（20引脚）：接地 P0【P0.0P0.7 即3932引脚】：P0口为一个漏极开路的8位的双向I/O口。作为输出口，每个引脚可驱动8个TTL负载，当P0口为“1”时，可作为高阻抗输入。在访问数据存储器以及外部的程序时，P0口同时也可以提供低8位的和8位数据的复用总线位数据的复用总线。此时，P0口里面的上拉电阻被激活。在Flash ROM编程时，P0口接受指令，在程序检验时可输出指令，要另外接电阻。 P1【P1.0P1.7即18引脚】：P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向的I/O口。P1的输出缓冲器能够驱动4个TTL输入电路。在对端口写1时，内部的上拉电阻能把端口拉到高电位并且作为输入端口。作输入口使用时，因为内部的上拉电阻，被外部拉低的引脚会输出一个电流。在对FlashROM编程和程序校验的时候，P1接收低8位的地址。P2【P2.0P2.7即2128引脚】：P2口为一个内部带上拉电阻的8位双向I/O端口。P2的输出缓冲器可以驱动4个TTL输入。在对端口写1时，内部的上拉电阻能把端口拉到高电平，此时可当做输入口。当做输入口用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚则会输出一个电流，当访问外部的程序存储器以及外部的数据存储器时（16位地址的），P2则送出高8位地址。当访问8位地址的外部数据存储器时，在整个运行期间P2口引脚上的内容，却不会改变。在对FlashROM编程与程序校验的期间，P2则接收高位地址以及不多的控制信号。P3【P3.0P3.7即1017引脚】：P3为一个带内部电阻的8位双向I/O端口。P3的输出缓冲器可驱（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对P3写入1时，它们内部的上拉电阻把端口拉到高电位作输入端时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的P3引脚会输出电流。在对FlashROM编程或程序校验时，P3还接收一些控制信号。RST【即9号引脚】：复位输入。当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效，用来完成单片机单片机的复位初始化操作。看门狗计时完成后，RST引脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。3.4.2 液晶显示本设计使用了液晶显示1602进行显示温度，连线如下 图3-10 1062液晶显示连线图、其中各个引脚与对应的单片机引脚相互连接编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极 表3-2 1602各管脚说明序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清指令00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开关/控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到CGRAM或DDRAM10要写的数据内容11从CGRAM或DDRAM读数11读出的数据内容表3-3 控制指令表1602液晶显示器的读写操作和屏幕以及光标的操作均是靠着指令编程来完成的。下面是详细的介绍：指令1：清显示指令，指令码为01H,使光标复位到地址为00H的位置。指令2：光标复位指令，使光标重新回到了地址00H。指令3：光标与显示模式的设置I/D：当光标方向移动，高电平会向右移动，低电平会向左移动S:表示屏幕上所显示的文字是左移还是右移。当高电平时则表示有效，当低电平时则表示无效。指令4：显示开关控制指令。D：能够控制整体显示的开和关，当为高电平时则表示打开显示，当为低电平则表示关闭显示C：能够控制光标的开和关，当为高电平时表示有光标，当为低电平则表示无光标B：控制光标的闪烁，当高电平时闪烁，当低电平时不闪烁。指令5：光标或显示移位指令S/C：为高电平时会移动显示的文字，为低电平时则会移动光标。指令6：功能设置的命令DL：当是高电平时就是4位总线，当为低电平时就是8位总线N：在低电平的时候显示单行，在高电平的时候显示双行F:在低电平则显示出5x7的点阵字符，在高电平则显示出5x10的点阵字符。指令7：字符发生器的RAM的地址设置。指令8：DDRAM的地址设置。指令9：读忙信号以及光标的地址BF：即是忙标志位，当为高电平时则表示忙，这种情况下模块就不能够接收命令以及数据，若是低电平则表示不忙。指令10：写数据指令。指令11：读数据指令。由于液晶显示为较慢的显示器件，因此在执行每条指令之前必须要确定模块的忙标志是否是低电平状态，否则此指令无效。在显示字符时必须首先输入了显示字符的地址，即通知模块在对应的地址显示字符LCD16字2行000102030405060708090A0B0C0D0E0F10.27404142434445464748494A4B4C4D4E4F50.67图3-11 1062LCD内部显示地址说明：如第二行第一个的字符的地址为40H，不是直接写入40H的，直接写入则不能正确显示第二行第一个字符。考虑到在写入显示地址时需要最高位的D7恒为1状态，所以写入的地址应计算如下：01000000B（40H）+10000000B(80H)=11000000B(C0H）因此要显示第二行第一个字符应写入的地址为C0H.3.4.3 按键模块按键电路共使用了4个按键图4-12 复位按键图4-13 功能按键电路图图4-12是复位按键的连接图，用来对设置的复位操作，与单片机的RST复位引脚相连。而下面的三个按键则是功能键，用来对显示的设置。按键1与P1.2相连长按进入温度上下限设置，按键2，3分别与P1.3，P1.4相连，用来设置“+1”和“-1”从而调整铂电阻的测温上下限。21系统软件设计及流程第四章 系统软件设计及流程4.1 概述整个系统的功能通过硬件电路与软件相互配合从而实现的，当硬件确定之后软件的功能同时也确定下来了。由于软件的功能的不尽相同大概有两种类型：一种是监控类型的软件（即主程序），即整个的控制系统的核心，一般用来调节各个执行模块与操作者之间的关系。另一个是执行软件（子程序），主要完成许多实质性的功能像计算、测量、通讯、显示之类的。同时每个执行软件也还是一个小型的执行模块。这里将每个执行模块都列出来，并为每个执行模块都进行了功能的定义与接口的定义。在每个执行的模块规划好之后，就能够规划出监控程序了。第一步要依据系统的大概的功能选择出一种最适合的监控程序的结构，再根据实时性的要求，适当的安排各执行模块与监控软件两者之间地调度关系。4.2 单片机部分系统的初始化包括寄存器的初始化（控制寄存器、堆栈、中断寄存器等），通信的初始化（串口的初始化，AD的初始化），LED显示的初始化，输出端口的初始化，采集、累计数据的初始化。主程序需调用3个子程序。各模块程序功能如下：1、LED显示程序：主要实现将各种参数、测量的数据、计算的累计值等进行转换成LED显示所需要的数据类型，还包括显示屏的刷新。包括刷新采集的数据屏以及根据按下的键来更改显示屏。2、A/D转换程序：主要实现把测量电路所监测到的电压信号转变为LCD显示所需要的数据类型。3、按键扫描子程序；进行温度上下限的设置。4.3各部分流程图 4.3.1主程序流程图系统初始化，调用A/D子程序，