天大自动化智能温度巡检仪

智能装置课程设计指导书智能装置课程设计指导书 一 设计题目一 设计题目 智能温度巡检仪 二 设计目的二 设计目的 1 深入了解 PIC16F877 单片机的工作原理 熟练掌握汇编语言程序设计方法 熟练使用 MPLAB ICD 仿真器及 MPLAB IDE 仿真调试软件 2 通过该课程设计使学生初步掌握以单片机为核心的智能装置设计的简单原则 步骤和方法 3 熟悉智能装置设计中有关的硬件设计调试 如人机界面等 4 熟悉智能装置设计中相关软件的设计 编程和调试 三 设计内容三 设计内容 1 以 16F877 单片机为核心 结合给出的其他原器件和实验系统原有的内容设计 智能温度巡检仪硬件电路 2 利用实验板上的半导体温度传感器和两个可调电位器提供的信号作为温度信 号 温度传感器按其原理进行采集 电位器 1 5v 代表 0 500 1v 以下是出 错 3 将采集的温度值循环显示在 LED 数码管上 每隔 20S 显示一路 利用放光二 极管做通道指示 4 可选择一个独立按键进行通道切换 其余三个独立按键进行每个通道上下限 报警值设定 5 利用 EEPROM 保存上下限报警值 选作 四 设计要求四 设计要求 1 根据实验指导书的设计内容及和智能装智实验系统所给出的元件 设计智能 温度显示仪的硬件原理图 2 按照设计好的硬件原理图在实验系统上用导线搭建硬件电路 3 用万用表检查硬件电路连接是否正确 检查无误后上电并编制简单的测试程 序分步调试各部分功能 4 在各部分功能实现后 编制完整的智能温度显示仪系统软件 并进行软硬件 联调 直到达到设计要求 5 按照设计内容要求测试仪表误差并做分析 给出仪表精度 完成后由教师进 行验收检查 五 实验设备五 实验设备 1 MPLAB ICD 模块与仿真头 2 智能装置实验系统 3 安装了 MPLAB IDE 开发软件的计算机 4 数字万用表 5 导线若干 六 实验项目六 实验项目 1 设计智能温度显示仪硬件电路设计智能温度显示仪硬件电路 采用 16F877 单片机 利用实验板上提供的 TMP36 温度传感器模拟温度采集 利用实验板上的可调电位器模拟温度采集 电位器输出电压为 1 5VDC 对应的温 度范围为 0 100 度 1v 以下是出错 采集的温度值循环显示在液晶显示器上 每隔 20S 显示一路 可选择一个按键进行不同通道温度定点显示切换 2 硬件电路连接与检查硬件电路连接与检查 将设计好的电路由指导老师检查完毕后 在实验板上用导线将实际的电路连接 出来 接线完成后对照原理图用万用表逐根连线检查电路连接是否正确 特别是电源 VCC 和 VDD 有无短路 检查无误后连接仿真头后通电 3 编制软件对硬件电路分步调试编制软件对硬件电路分步调试 首先对显示电路调试 编制简单的程序实现将固定单元的数在液晶显示 编制 A D 转换程序 实现对模拟电压进行转换 并将结果在液晶上显示出来 编制简单的按键扫描程序 检查按键的硬件连接是否正确 每部分编制结束并调试通过后 与前面的程序依次连接成大程序并调试出结果 最终完成整个程序的编制与调试 3 仪表软硬件联调实现要求的功能仪表软硬件联调实现要求的功能 将各部分程序进行组合 逐项实现设计要求的功能 功能完成后用万用表对照液晶的显示数据上 下量程各取 10 个点检查显示误差 并分析 编制仪表的使用说明 将误差分析结果 使用说明及运行中的实验板经指导教师验收合格后 完成课程 设计 七 课程设计报告要求七 课程设计报告要求 1 课程设计的题目 目的 内容与要求 2 简单介绍使用的仪器设备与元器件的工作原理 3 提交完整的硬件原理接线图 并介绍硬件设计的思路 4 调试的步骤及调试过程中出现的问题和解决的方法 5 软件设计流程图及带注释的全部程序的清单 6 完成后的智能温度显示仪的功能操作说明 7 测试仪表精度的原始数据及误差分析 8 课程设计中的心得体会 收获 八 思考题八 思考题 1 智能装置的实际测量精度受哪些因素影响 2 系统软件中中断的设计应该注意哪些方面 3 简要介绍智能装置硬件 软件设计的思路及要点 附录一附录一 仿真模块的连接与仿真软件的使用仿真模块的连接与仿真软件的使用 1 连接硬件 1 如图 1 所示 将扁平电缆连接到 MPLAB ICD 模块和仿真头之间 在将仿真头插入到 演示板的 40 芯 IC 插座里 将 USB 专用电缆连在 PC 机和模块之间 图 1 硬件连接图 2 将9V 稳压电源一端插入 DEMO 板上的电源插口上 另一端插入电源插座 2 连接 MPLAB IDE 和 MPLAB ICD 模块 1 双击桌面上的 MPLAB 图标 进入 MPLAB IDE 界面 2 选择 Debugger Select Tool 对话框中的 MPLAB ICD2 确认后 输出界面显示 Connecting to MPLAB ICD 2 MPLAB ICD 2 ready for next operation 表示连接成功 3 建立新项目 1 选择 Project Project Wizard 按照下面步骤完成项目的建立 2 器件选择 PIC16F877 3 项目建立在 D ZN 目录下 并命名 然后点击保存 项目自动以 mcp 保存 注意 文件名不要包含中文注意 文件名不要包含中文 4 step4 中 Add existing files to your project 不添加 直接点击下一步 完成项目建立 项目建立后出现 mcw 窗口如图 4 编辑汇编文件 设置工作方式 1 File new 建立一个 Untitled 文件 键入程序 然后选择 File Save 在 D ZN 中保存 成 asm 文件 该文件与项目文件同名 并与项目文件保存在同一路径下 注意 程序以大写字母输入注意 程序以大写字母输入 2 再次检查 Debugger Select Tool 对话框中的 MPLAB ICD2 确认后 输出界面显示 MPLAB ICD 2 ready for next operation 表示连接成功 5 给项目添加汇编文件并编译 在 Windows 选项找到建好的 mcw 窗口选中 在 Source Files 单击右键选择 Add Files 出现如图对话框后 选中上面步骤编好的汇编文件 asm 后打开 2 编译汇编文件 选择 Project Build All 或直接点击图示图标直接编译 编译出现 Absolute or Relocatable 选项栏 选择 Relocatable 3 完成编译后 如果程序没有语法错误 输出窗口中将出现 BUILD SUCCEEDED 字样 否则可根据提示修改程序中的错误 再重新编译 直到编译成功 4 设置工作方式 选择 Configure Configuration Bits 选项 去掉勾选 按照下图设置 好工作方式后 点击勾选后关闭 6 仿真并运行程序 1 单击 Debugger Program 按钮或直接点击图示图标 将编译好的程序写入仿真头上 的单片机 PIC16F877 中 3 在输出窗口出现 MPLAB ICD 2 ready for next operation 字样后 选择 Debugger Run 即可运行程序 也可以直接点击如下图标 4 调试过程中 也可以使用单步运行或通过断点设置来控制程序的进展 附录二附录二 TMP36TMP36 温度传感器温度传感器 TMP36 温度传感器特性 1 2 7 5 5V 低电压工作 2 确保 0 5 的精度 25 3 高精度 0 2 4 低功耗 小于 0 5 A 5 工作温度范围为 40 到 125 在 0 时 传感器输出电压为 0 5V 在 25 时输出电压为 750mV 温度每 增加 1 输出电压增加 10mV 即 温度的变化量与输出电压的增量成线性关系 根 据此线性关系 可以由电压计算得出温度值 图 10 TMP36 结构图 附录三附录三 MAX7219 MAX7219 为紧凑型 串行输入输出共阴极显示驱动器 用来把微处理器接口到多达 8 位的 7 段数码管显示器 条形图显示或 64 个单个 LED 其片内包含有一个 BCD 码到 B 码译码器 存储每个数字的 8 8 固态 RAM 等 方便的 3 线串行接口可连接到各种微处理 器上 各个数字可被寻址和更新 而不用重写整个显示器 1 管脚图 典型应用图与内部结构图 2 功能表 表 1 寄存器地址表 表 2 功能描述 功能功能D7D6D5D4D3D2D1D0HEX 译码方式 Decode Mode 每 1 位均可选择译码方式 为 0 位无译码 为 1 位 B 码译码 00 FF 亮度控制 Intensity 分 16 级 1 32 31 32X0 XF 扫描范围 Scan Limit 数码管的点亮范围 从 1 个到 8 个X0 X7 关闭方式 Shutdown 高 7 位任意 D0 0 掉电 D0 1 正常显示X0 X1 显示测试 Display Test 测试方式不改变其他寄存器状态 点亮所有数 码管 D0 1 测试方式 D0 0 正常显示 X0 X1 表 3 显示字型表 B 码译码方式 无译码方式 表 4 管脚说明 管脚管脚名称名称功能功能 1DIN串行数据输入 2 3 5 8 10 11 DIG 0 DIG 7 8 位数码管位驱动 关闭时 芯片内部将其输出拉至高电平 V 4 9GND地 两个管脚必须相连 12LOAD 输入数据锁存 LOAD 的上升沿 串行数据的最后 16 位被锁存 13CLK串行时钟输入 14 17 20 23 SEG A SEG G DP 七段码及小数点驱动 关闭时 芯片内部将段驱动输出拉至地 GND 18ISET与地之间用电阻 Rset 连接 设置段电流的强弱 19V 正电源 接 5V 24DOUT串行数据输出 用于芯片级连 3 控制时序 时钟输入 CLK 最高频率为 10MHz 在 CLK 的上升沿 数据由引脚 DIN 被移入到内部移位寄存器中 在 CLK 下降沿 数据从引脚 DOUT 输出 在引 脚 LOAD 的上升沿 串行输入数据被锁存 4 数据格式 16 位 5 MAX7219 的控制流程图 上电开始 设置正常显示方式 设置扫描范围 设置各位译码方式 设置数码管显示亮度 串行输入显示数据 显示结束 MAX7219 控制流程图控制流程图 七段数码管管脚图七段数码管管脚图 附录四附录四 七段数码管七段数码管 1 七段数码管管脚图 如右上图 2 段码格式 D7D6D5D4D3D1D2D0 DPABCDEFG 附录五附录五 智能装置实验系统原理图智能装置实验系统原理图 电电位位器器 面面包包板板 仿仿真真模模块块 数数码码管管L LC CD DL LE ED D 温温度度传传感感器器 电电机机 2 23 32 2接接口口 微微