课程设计——基于温度传感器的采样.doc

单片机原理 课程设计课 题：基于温度传感器的采样班 级： 电子信息工程2班 姓 名： 周丹 学 号： 070306247 指导老师： 郭景云 二OO八年十二月基于温度传感器的采样一 设计任务设计将温度传感器采样得到的模拟信号转换成数字信号，通过串口在PC的界面显示出来。二 设计要求1） 获取温度传感器的模拟信号；2） 将获取的采样信号经过A/D转换得到数字信号（关键技术在此，即量化）；将量化后得到的数字信号通过串口显示在PC机的界面。三 课程设计目的1 掌握光敏传感器的工作原理，掌握A/D转换器的工作原理2 了解并熟悉温度传感器的构成，工作过程及其优点四 实验原理数据采集与传输系统一般由信号调理电路，多路开关，采样保持电路，A/D，单片机，电平转换接口，接收端（单片机、PC或其它设备）组成。系统框图如下图所示：温度传感器原理图：整个系统软件设计分为两个部分，作为主控的PC端的软件设计及作为数据采集器的单片机终端节点的软件设计。系统采用模块化编程，将各部分功能分别实现，主要的功能子程序有：数据采集、标度变换、数制转换、数值显示、发送、接收和部分中断子程序。主程序流程图如下图所示。开始系统初始化调用数制转换子程序调用数据采集子程序取相应通道数据调用标度变换子程序调用数据显示子程序调用数据发送子程序A/D转换 中断方式使用EOC信号作为向8051的中断申请。在主程序中，向ADC发出首次启动转换信号后，并计数管理转换通道数。当检测到EOC的请求后，转去执行中断服务程序，读取转换结果，并启动下一次转换，后继续执行。下图为A/D转换程序流程图。YN开始定义A/D转换缓冲区首地址开中断置通道数置DPTR启动转换等待中断各通道采完？中断处理返回关中断A/D转换模块即模/数转换模块，功能是将电压信号转换为对应的数字信号。实际应用中，这个电压信号可能由温度，湿度，压力等实际物理量经过传感器和相应的交换电路转换 而来。经过A/D转换后，MCU就可以处理这些物理量。 A/D转换主要注意一下几点： 1.采样精度 就是指数字量变化一个最小量时模拟信号的变化量，即采样位数。 2.采样速度 是指完成一次A/D采样所要花费的时间。 3.滤波 中值滤波取3次采样中间值，均值滤波是取多次 采样的算数平均值 4.物理量回归 把A/D采样值与实际物理量对应起来。 A/D转换的最终目的是尽可能减少量化误差。使数宇逼真地重现原信号。A/D转换有振幅方向和时间方向上的分辨率,逐次比较型和积分型转换方式的A/D主要是通过提高振幅方 向分辨力增加精度来逼真地重现信号。 光敏传感器工作原理机器应用：光传感器是利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器，它的敏感波长在可见光波长附近，包括红外线波长和紫外线波长。光传感器不只局限于对光的探测，它还可以作为探测元件组成其他传感器，对许多非电量进行检测。光传感器是目前应用最广的传感器之一，它在燃烧器自动控制技术中被广泛使用。光电效应：光照射在物体上可以看成是一连串的具有一定能量的光子轰击这些物体的表面；光子与物体之间的联接体是电子。所谓光电效应是指物体吸收了光能后转换为该物体中某些电子的能量而产生的电效应。 光电效应可分成外光电效应和内光电效应两类。 1、外光电效应：在光的照射下，使电子逸出物体表面而产生光电子发射的现象称为外 光电效应。一个电子只能接受一个光子的能量。因此要使一个电子从物体表面逸出，必须使光子能量大于该物体的表面逸出功。各种不同的材料具有不同的逸出功，因此对某特定材料而言，将有一个频率限Vo，称为“红限”。当入射光的频率低于o时，不论入射光有多强，也不能激发电子；当入射频率高于Vo时，不管它多么微弱也会使被照射的物体激发电子，光越强则激发出的电子数目越多基于外光电效应原理工作的光电器件有光电管和光电倍增管。 2、内光电效应：光照射在半导体材料上，材料中处于价带的电子吸收光子能量，通过禁带跃入导带，使导带内电子浓度和价带内空穴增多，即激发出光生电子-空穴对，从而使半导体材料产生电效应。光子能量须大于材料禁带宽度Eg才能产生内光电效应。 内光电效应按其工作原理可分为两种：光电导效应和光生伏特效应。 1.半导体受到光照时会产生光生电子空穴对，使导电性能增强，光线愈强，阻值愈低。这种光照后电阻率变化的现象称为光电导效应。基于这种效应的光电器件有光敏电阻和光敏二极管与三极管。 2.光生伏特效应是光照引起PN结两端产生电动势的效应。当PN结两端没有外加电场时，在PN结势垒区内仍然存在着内建结电场，其方向是从N区指向P区，当光照射到结区时，光照产生的电子空穴对在结电场作用下，电子推向N区，空穴推向P区；电子在N区积累和空穴在P区积累使PN结两边的电位发生变化，PN结两端出现一个因光照而产生的电动势，这一现象称为光生伏特效应。基于光生伏特效应原理工作的光电器件有光电池。 光电管是个装有光阴极和阳极的真空玻璃管。 阳极通过RL与电源连接在管内形成电场。光电管的阴极受到光照射后便发射光电子，这些光电子在电场作用下被具有一定电位的阳极吸引，在光电管内形成空间电子流。电阻上产生的电压降正比于空间电流。 如果在玻璃管内充入惰性气体(如氩、氖等)即构成充气光电管。由于光电子流对惰性气体进行轰击，使其电离，产生更多的自由电子，从而提高光电变换的灵敏度。 光电管主要有以下几点特性： 1.光电管的光谱特性是指光电管在工作电压不变的条件下，入射光的波长与其绝 对 灵敏度（即量子效率）的关系。光电管的光谱特性主要取决于阴极材料，常用的阴极材 料有银氧铯光电阴极、锑铯光电阴极、铋银氧铯光电阴极及多硷光电阴极等，前两种阴 极使用比较广泛。 由光电管的光谱特性曲线可以看出，不同阴极材料制成的光电管有着不同的灵敏度较高的区域，应用时应根据所测光谱的波长选用相应的光电管。例如被测光的成分是红光，选用银氧铯阴极光电管就可以得到较高的灵敏度。 2.光电管的光电特性是指光电管阳极电压和入射光频谱不变的条件下，入射光的光 通量与光电流I之间的关系，在光电管阳极电压足够大，使光电管工作在饱和状态 条件下，入射光通量和光电流线性关系。 3.光电管的伏安特性是指在一定光通量照射下，光电管阳极与阴极之间的电压UA 与光电流I之间的关系。光电管在一定光通量照射下，光电管阴极在单位时间内发射 一定量的光电子，这些光电子分散在阳极与阴极之间的空间，若在光电管阳极上施加电 压UA，则光电子被阳极吸引收集，形成回路中的光电流I。当阳极电压升高，阴极发 射的光电子一部分被阳极收集，其余部分仍返回阴极。随着阳极电压的升高，阳极在单 位时间内收集到的光电子数增多，光电流I也增加。 如果阳极电压升高到一定数值时，阴极在单位时间内发射的光电子全部被阳极收集， 称为饱和状态，以后阳极电压升高，光电流I也不会增加。光敏电阻是一种电阻器件，光敏电阻中光电导作用的强弱是用其电导的相对变化 标志的。禁带宽度较大的半导体材料，在室温下热激发产生的电子空穴对较少，无光 照时的电阻(暗电阻)较大。因此光照引起的附加电导就十分明显，表现出很高的灵敏度。为了减小潮湿对灵敏度的影响，光敏电阻必须带有严密的外壳封装。光敏电阻灵敏度高，体积小，重量轻，性能稳定，价格便宜，因此在自动化技术中应用广泛。光敏二极管PN结可以光电导效应工作，也可以光生伏特效应工作。处于反向偏置的PN结，在无光照时具有高阻特性，反向暗电流很小。当光照时，结区产生电子空穴对，在结电场作用下，电子向N区运动，空穴向P区运动，形成光电光敏电阻梳状电极流，方向与反向电流一致。光的照度愈大，光电流愈大。由于无光照时的反偏电流很小，一般为纳安数量级，因此光照时的反向电流基本上与光强成正比。 光敏三极管它可以看成是一个bc结为光敏二极管的三极管。在光照作用下，光敏二极管将光信号转换成电流信号，该电流信号被晶体三极管放大。显然，在晶体管增益为时，光敏三极管的光电流要比相应的光敏二极管大倍。光敏二级管和三极管均用硅或锗制成。由于硅器件暗电流小、温度系数小，又便于用平面工艺大量生产，尺寸易于精确控制，因此硅光敏器件比锗光敏器件更为普通。光电池与外电路的连接方式有两种：一种是把PN结的两端通过外导线短接，形成流过外电路的电流，这电流称为光电池的输出短路电流(IL)，其大小与光强成正比；另一种是开路电压输出，开路电压与光照度之间呈非线性关系；光照度大于1000lx时呈现饱和特性。因此使用时应根据需要选用工作状态 。五 实验过程1）MSComm控件简介 VB6.0对RS232串口编程主要通过MSComm控件来实现。下面简单介绍一下MSComm控件为应用程序提供串行通讯功能。控件提供下列两种处理通讯的方式：事件驱动通讯是处理串行端口交互作用的一种非常有效的方法。在许多情况下，在事件发生时需要得到通知，例如，在 Carrier Detect (CD) 或Request To Send (RTS) 线上一个字符到达或一个变化发生时。在这些情况下，可以利用 MSComm 控件的 OnComm 事件捕获并处理这些通讯事件，无论何时当 CommEvent属性的值变化时，就产生 OnComm 事件，标志发生了一个通讯事件或一个错误。另一种方法是通过检查 CommEvent属性的值来查询事件和错误。如果应用程序较小，并且是自保持的，这种方法可能是更可取的，它只对某一特定的事件响应。每个使用的 MSComm 控件对应着一个串行端口。如果应用程序需要访问多个串行端口，必须使用多个 MSComm 控件。MSComm 控件主要属性： CommPort：设置并返回通讯端口号；Settings： 以字符串的形式设置并返回波特率、奇偶校验、数据位、停止位；PortOpen： 设置并返回通讯端口的状态。也可以打开和关闭端口；Input： 从接收缓冲区返回和删除字符；Output： 向传输缓冲区写一个字符串。2） ADAM模块常用命令介绍ADAM模块时通过特殊的约定字符来实现相应的操作的，常用的有： %0101210600 ： 设置端口，0-100度，科学单位； #01 ： 读串口1数据； #02 ： 读串口2数据； $010 ： 模块自动校准； $011 ： 偏移量校准； $012 ： 读端口信息； $01M ： 读模块名。主要程序低端程序：1ADsub.c 的代码如下：*文件描述:本文件包 /D转换的3个子函数,分别为: *(1)advalue:获取1路A/D转换结果 unsigned char advalue *(2)admid:获取中值滤波后的A/D转换结果unsigned char admid *(3)adave:获取均值滤波后的A/D转换结果unsigned char adave */以下为子程序源代码 /包含头文件 #include GP32C.H#define COCOBit 7 /转换完成标志位/*advalue:1路A/D转换函数-*功能:获取通道channel的A/D转换结果 *参数:channel=通道号 *返回:该通道的A/D转换结果 *unsigned char advalue(unsigned char channel) /选取通道号ADCH4-ADCH0=00000-00111unsigned char tmp;channel&=0b00011111;tmp=ADSCR&0b11100000;tmp=tmp|channel;ADSCR=tmp;/取A/D转换结果 while(1) if(ADSCR&(1j) tmp=i; i=j; j=tmp; if (k=j) tmp=j; else if (k=i) tmp=k; else tmp=i; return tmp; /*adave:1路A/D转换函数(均值滤波)- -*功能:对通道channel的A/D转换结果求n次平均值 *参数:n=平均次数，channel=通道号 *返回:该通道均值滤波后的A/D转换结果 *unsigned char adave(unsigned char n,unsigned char channel) /求n次A/D转换的平均值 unsigned char i; unsigned int j; j=0; for (i=0;in;i+) j+=admid(channel); j=j/n; return (unsigned char)j; ADsub.h的代码如下： void ADInit(void); /AD初始化/获取均值滤波后的A/D转换结果unsigned char adave(unsigned char n,unsigned char channel); unsigned char advalue(unsigned char channel);/获取1路A/D转换结果unsigned char admid(unsigned char channel); /获取中值滤波后的A/D转换 结果 setup.c的代码如下：/*_HC08Setup:GP32系统初始化子程序- *功能：系统初始化设置:设置CONFIG1和CONFIG2寄存器 * CGM的寄存器设置:由外部晶振f=32.768kHz，产生内部 * 总线时钟2.4576MHz *参数：无 * 返回：无 *#include GP32C.h /映像寄存器地址头文件void _HC08Setup(void) /初始化CONFIG2 CONFIG2=0b00000001; /SCIBDSRC=1内部总线时钟用作SCI /时钟;OSCSTOPENB=0在stop模式下 /禁止振荡器工作 /初始化CONFIG1 CONFIG1=0b00111101; /COPD=1 禁止COP模块 /STOP=0 禁止STOP指令/SSREC=1 32个CGMXCLK周期退出 /STOP模式 /LVI5OR3=1 LVI工作在5V /LVIPWRD=1 禁止LVI模块电源 /LVIRSTD=1 允许LVI复位信号 /LVISTOP=0 在stop模式下禁止LVI /COPRS=0 COP溢出范围使用长的时间 PCTL=0x00; /禁止PLL：清零PLL控制寄存器PCTL PCTL=0x01; /将P、E写入PTCL,置VCO的参考频率 / 为2 PMSH=0x01; /将N写入PMSH、PMSL,置VCO的倍 / 频因子为$12C PMSL=0x2C; PMRS=0b10000000; /将L写入PMRS,置VCO的输出频率范 / 围系数为$80 PRDS=0x01; /将R写入PRDS PCTL|=(15); /置PCTL.PLLON=1，启动PLL电路 PBWC|=(17); /PBWC自动带宽控制位=1,选择自动 / 控制方式 PCTL|=(1 sx Then Timer1.Enabled = True: Timer2.Enabled = False: Shape1.Visible = True: Shape2.Visible = True: Shape2.BackColor = &H808080 If Text1.Text xx Then Timer2.Enabled = True: Timer1.Enabled = False: Shape1.Visible = True: Shape2.Visible = True If Text1.Text = xx Then Timer1.Enabled = False: Timer2.Enabled = False: Shape1.Visible = True: Shape2.Visible = True x(i) = i * 5 If i = 0 Then graph1.Line (-95, 0)-(x(i) - 90), buf(i), RGB(255, 255, 255) Else graph1.Line (x(i - 1) - 90), buf(i - 1)-(x(i) - 90), buf(i), RGB(255, 255, 255) End If i = i + 1 If i = 35 Then i = 0 buf(1) = 0 buf(2) = 0 buf(3) = 0 buf(4) = 0 buf(5) = 0 buf(6) = 0 buf(7) = 0 buf(8) = 0 buf(9) = 0 buf(10) = 0 buf(11) = 0 buf(12) = 0 buf(13) = 0 buf(14) = 0 buf(15) = 0 buf(16) = 0 buf(17) = 0 buf(18) = 0 buf(19) = 0 buf(20) = 0 buf(21) = 0 buf(22) = 0 buf(23) = 0 buf(24) = 0 buf(25) = 0 buf(26) = 0 buf(27) = 0 buf(28) = 0 buf(29) = 0 buf(30) = 0 buf(31) = 0 buf(32) = 0 buf(33) = 0 buf(34) = 0 graph1.ClsEnd If Text2.Text = Now If bc = 1 Then rs!cysj = Text2.Text rs!caz = Text1.Text rs.Update: bc = bc + 1 Else rs.AddNew rs!cysj = Text2.Text rs!caz = Text1.Text rs.Update End If End Select End SubPrivate Sub sxwd_Click()Dim bbb As IntegerDim str_xx As Stringstr_xx = InputBox(请设置上限报警温度, 上限报警温度, 30)If Len(str_xx) 0 Thensx = Int(str_xx)If MSComm1.PortOpen = True ThenMSComm1.PortOpen = FalseMSComm1.PortOpen = TrueElseMSComm1.PortOpen = TrueEnd IfElsebbb = MsgBox(报警温度没有设置，将不能采集数据！, 0, 提示)End IfEnd SubPrivate Sub Timer1_Timer()Shape1.Visible = Not Shape1.VisibleBeepEnd SubPrivate Sub Timer2_Timer()Shape2.Visible = Not Shape2.VisibleBeepEnd SubPrivate Sub Timer3_Timer()graph1.Scale (-100, 100)-(100, -100) graph1.CurrentX = -95 graph1.CurrentY = 0 graph1.Line (-95, 100)-(-95, -100), RGB(255, 255, 255) graph1.Line (100, 0)-(-100, 0), RGB(255, 255, 255) End Sub 实验所得图：六 心得体会：单片机原理是一门重要的专业基础课程。它综合了我们曾经所学的C程序设计和汇编语言等重要课程，是以MCU为核心的嵌入式应用技术。课程设计是培养学生综合运用所学知识