溫度控制顯示課程設計_第1頁
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文檔簡介

1、<p><b>  目錄</b></p><p>  第一章 設計要求、目的、任務..................................5</p><p>  1.1設計目的………………………………………………5</p><p>  1.2設計任務、要求………………………………………5</p><p

2、>  第二章 總電路圖及其說明………………………………6</p><p>  2.1總電路圖及功能……………………………………….6</p><p>  2.2 protel畫圖方法………………………………………..7</p><p>  第三章 各部分電路圖及功能……………………………9</p><p>  3.1 AD590

3、測溫電路及功能………………………………9</p><p>  3.2 正相理想放大電路及說明…………………………...10</p><p>  3.3 ADC0804電路圖及引腳功能………………………...12</p><p>  3.4 80C52單片機及P1、P2口運用……………………..13</p><p>  3.5 74LS273電

4、路圖及功能………………………………..16</p><p>  3.6 數碼管顯示電路………………………………………..17</p><p>  第四章 設計總結…………………………………………….19</p><p>  第五章 心得體會…………………………………………….19</p><p>  第六章 程序代碼…………………

5、………………………….20</p><p>  第七章 參考書目…………………………………………….23</p><p><b>  前 言</b></p><p>  此課程設計是做一個溫度自動采集及顯示器設計,通常,很多參考書上都有類似的電路設計圖,在我們需要用時常常面臨一個選擇困難的問題,而且在選擇完成之后,具體的制作過程中總是有很

6、多問題,而參考書上又沒有具體的解決辦法。另外,大多電路圖所給的實物結果都是理想情況下的,和實際運用中總會有所不同,為了給具體設計制作做出一個參考,特作此課程設計,以期在運用是會有所幫助。</p><p>  溫度自動采集及顯示器的運用非常廣泛,不可能逐一列舉。本次課程設計把重點放在電路的設計上。大家都知道,在電路運用日趨廣泛的情況下,獨立運用一個集成電路中的某一部分的元件運用逐漸減少,因此本設計的主要在于AD59

7、0的設計電路、與CPU的連接、數字顯示電路的運用和選擇上,再設計和運用的過程中有著一定的局限性。本課程設計中為了能夠使所用的元件參數有根有據,有相應的計算公式代入進行理想計算。也有一部分是從參考書目得來。本課程實際的目的是給具體的設計提供一個參考,共同進行討論。所用方法并不是唯一的,而且所用元器件不同,方法也有所不同,我們一起討論一起實踐,以期贏得共同進步。</p><p>  本次課程設計在設計和制作時以《模擬

8、電子技術基礎》、《單片機中級教程-原理與應用》、《MCS-51系列單片機應用系統(tǒng)設計系統(tǒng)配置與接口技術》、AD590D的相關知識等課程知識為基礎。為方便討論參考,設計當中不乏簡單通俗易懂,是一個很簡單的電路。</p><p>  參加設計的有本小組所有成員,實行分工合作,每人負責一塊,最后匯總的設計方法。</p><p>  第一章 設計要求、目的、任務</p><p

9、><b>  1.1課程設計目的</b></p><p>  1.學習基本理論在實踐中綜合運用的初步經驗,掌握溫度控制與顯示的電路設計的基本方法、設計步驟,培養(yǎng)綜合設計能力。</p><p>  2.學會溫度控制的設計方法。</p><p>  3.培養(yǎng)實踐技能,提高分析和解決實際問題的能力。</p><p>  

10、1.2課程設計任務及要求</p><p>  用單片機作主控制器結合溫度傳感器、A/D轉換器組成一個攝氏溫度采集、數碼顯示系統(tǒng),能夠很直觀的根據數碼顯示的數據知道實際溫度的值。 </p><p>  *第二章 總電路圖及其說明</p><p>  *2.1總電路圖及功能</p><p><b>  總設計電路圖</b>

11、;</p><p>  上圖為溫度自動自動采集且顯示當時溫度的電路系統(tǒng),其中包括傳感器AD590電路、信號放大ADC0808模數轉換電路,單片機89C51信號處理電路及數碼管顯示電路。圖中,經溫度傳感器得到信號,將之轉變成電壓為0-100mv的電壓信號,經放大電路放大100倍,使實際溫度為50°C時,放大輸出為5v;當實際溫度為100度時,放大電路輸出電壓為100v AC.模擬電壓經過A/D轉換器的轉換

12、,模擬信號變?yōu)槎M制00000000—11111111的數字信號。數字信號經CPU處理經74L273,最終由數碼管顯示。</p><p>  *2.2用PROTEL畫圖的方法</p><p>  添加庫文件(原理圖) 點元件庫管理器的“Add/Remove...按鈕,彈出Change Library File List”對話框,這時您就可以添加庫文件了。   需要注意的是:Protel

13、99的庫文件同樣是存在于數據庫文件中,Protel 99添加庫文件實際上就是添加數據庫文件,而每個數據庫文件中都包括若干個庫文件。如果要添加 Protel 99原理圖庫文件,“Change Library File List”對話框中的文件類型必須是(*.ddb),在搜尋區(qū)塊里找到路徑為 Design Explorer\Library\sch\Miscellaneous devices.ddb的數據庫文件,將其選中,點“Add”按鈕,就

14、可以看到選中的文件已經到了文件選擇欄里,再點“OK”按鈕,這個數據庫文件就添加到元件庫管理器中,選擇某個數據庫文件,其相應的元器件就列在庫管理器下面的分離器件庫中,這時您就可以選擇需要的元器件進行放置和繪圖了,具體繪制原理圖的操作和Protel 98繪制原理圖的操作基本相同。Protel 99也可以直接添加低版本的Protel庫文件,只需將“Change Lib</p><p>  第三章 各部分電路圖及功能

15、</p><p>  3.1 AD590測溫電路及功能</p><p>  AD590測量攝氏溫度的電路圖</p><p>  系統(tǒng)使用集成電路溫度傳感器AD590作為測溫器,AD590是一種精度和線性度較好的雙端集成溫度傳感器,其輸出電流與絕對溫度有關,對于電源電壓從5-10V變化只引起1A最大電流的變化或1攝氏度等效誤差。</p><p>

16、;  電位器R2用于調整零點,R4用于調整運放LF355的增益。調整方法如下:在0℃時調整R2,使輸出VO=0,然后在100℃時調整R4使VO=100mV。如此反復調整多次,直至0℃時,VO=0mV,100℃時VO=100mV為止。最后在室溫下進行校驗。例如,若室溫為25℃,那么VO應為25mV。冰水混合物是0℃環(huán)境,沸水為100℃環(huán)境。要使圖中的輸出增大,可通過增大反饋電阻(圖中反饋電阻由R3與電位器R4串聯(lián)而成)來實現。另外,測量華

17、氏溫度(符號為℉)時,因華氏溫度等于熱力學溫度減去255.4再乘以9/5。</p><p><b>  AD581的功能:</b></p><p>  AD581 是一款三引腳、溫度補償式單芯片帶隙基準電壓源,可以利用12 V至30 V的未調節(jié)輸入電平提供精密的 10.00 V輸出。該器件采用激光晶圓調整(LWT)技術來調整+25°C時的初始誤差和溫度系數,

18、從而獲得以前只有昂貴的混合產品或烘箱調節(jié)模塊 才能提供的高精度性能。AD581L為單芯片基準電壓源,初始誤差5 mV,保證溫度系數為5 ppm/°C。</p><p>  *3.2 正相理想放大電路及說明</p><p>  正相理想運算放大器放大電路:</p><p><b>  正相理想運算放大器</b></p>&

19、lt;p>  理想放大器的電路圖如上所示,設正相輸入為V,與負極相連的電壓為V。輸入信號電壓加到運放的同相輸入端“+”和地之間,輸出電壓通過R和R的分壓作用,得RV/(R+R),作用于反相輸入端“-”。</p><p>  理想運放電路有虛短和虛斷兩條重要的概念,他們對于分析運放電路有很好的幫助作用,其中,虛短是本質的,虛斷是派生的。</p><p>  在同相放大電路中,加到兩輸入

20、端的電壓大小接近相等,相位相同是它在閉環(huán)工作狀態(tài)下的重要特征。</p><p>  關于同相放大電路中的幾項技術指標的運算:</p><p><b>  電壓增益A</b></p><p>  根據虛短和虛斷的概念有:V= V,i=i=0,由以上電路圖可知</p><p><b>  V= V= V=</

21、b></p><p><b>  從而可得電壓增益為</b></p><p>  A= =1+99/1=100 (2.3.1)</p><p>  式中A為接入負反饋后的電壓增益,稱為閉環(huán)電壓增益。A為正值,表示V與V同相,并且總是大于1,至少等于1.由式(2.3.1)看出,由于電路中引入負反饋,A的值只決定于運放外部的元件值,即取決于R

22、和R,而與運放本身的A,r和r無關。</p><p><b> ?。?)輸入電阻R</b></p><p>  根據放大電路輸入電阻的定義有</p><p><b>  R=</b></p><p>  式中v=v,因r趨近于正無窮,必有i趨近于零,故從放大電路輸入端口看進去的電阻為</p&g

23、t;<p>  R= (2.3.2)</p><p><b> ?。?)輸出電阻R</b></p><p>  將信號源v置零,則運放內的受控電壓源也為零。同時因為理想運放的輸出電阻r=0,盡管輸出端還有其它并聯(lián)支路。但從輸出端口看進去的輸出電阻R= r,故有</p><p>  R (2.3.3) </p>&l

24、t;p>  3.3 ADC0804電路圖及引腳功能</p><p>  ADC0804電路圖</p><p>  ADC0804引腳圖</p><p>  ADC0804將單片機傳輸過來的信號轉化成為數字信號,它是一個A/D轉換器,將模擬信號轉變成為0和1的形式,然后將之輸送給數碼顯示電路,ADC0804 為一只具有20引腳8位CMOS 連續(xù)近似的A/D 轉換

25、器。</p><p>  ADC0804是八位分辨率的A/D轉換器,完成一次轉換時間為100μs,轉換精度為±LSB.</p><p>  ADC0804主要的硬件特性如下:</p><p>  (1)/CS和/WR有效時,即啟動轉換。</p><p> ?。?)片內有可控制的三態(tài)輸出們,由/RD信號控制三態(tài)門的開啟,當/CS和/R

26、D同時有效時,即可讀出轉換結果。</p><p> ?。?)轉換結束時,/INTR端輸出低電平,CPU讀取數據時,/INTR端復位,即為高電平。</p><p> ?。?)VCC接5V電源。</p><p>  (5)VIN(+)接模擬輸入電壓。</p><p> ?。?)VIN(-)、AGND、DGND接模擬地和數字地</p>

27、<p><b>  流程圖:</b></p><p>  3.4 80C52單片機及P1、P2口運用</p><p><b>  80C52單片機</b></p><p>  P0.0~P0.7 P0口8位雙向口線;P1.0~P1.7 P1口8位雙向口線;P2.0~P2.7 P2口8位雙向口線;P3.0~P3.

28、7 P2口8位雙向口線。P0口既可以作為通用的I/O口進行數據的輸入輸出,也可以作為單片機系統(tǒng)的地址/數據線使用。為此在P0口的電路中有一個多路轉接電路MUX。在控制信號的作用下,多路轉接電路可以分別接通鎖存器輸出或地址/數據線。當作為通用的I/O口使用時,內部的控制信號為低電平,封鎖與門將輸出驅動電路的上拉場效應管(FET)截止,同時使多路轉接電路MUX接通鎖存器Q端的輸出通路。</p><p>  當P0口作

29、為輸出口使用時,內部的寫脈沖加在D觸發(fā)器的CP端,數據寫入鎖存器,并向端口引腳輸出。</p><p>  當P0口作為輸入口使用時,應區(qū)分讀引腳和讀端口兩種情況。為此在口電路中有兩個用于讀入驅動的三態(tài)緩沖器。所謂讀引腳就是讀芯片引腳的數據,這時使用下方的數據緩沖器,由“讀引腳”信號把緩沖器打開,把端口引腳上的數據從緩沖器通過內部總線讀進來。使用傳送指令(MOV)進行讀口操作都是屬于這種情況。</p>

30、<p>  在實際應用中,P0口絕大多數情況下都是作為單片機系統(tǒng)的地址/數據線使用,這要比作一般I/O口應用簡單。當輸出地址或數據時,由內部發(fā)出控制信號,打開上面的與門,并使多路轉接電路MUX處于內部地址/數據線與驅動場效應管柵極反相接通狀態(tài).這時的輸出驅動電路由于上下兩個FET處于反相,形成推拉式電路結構,使負載能力大為提高.而當輸入數據時,數據信號則直接從引腳通過輸入緩沖器進入內部總線.</p><p

31、>  因為P1口通常是作為通用I/O口使用的,所以在電路結構上與P0口有一些不同之處.首先它不再需要多路轉接電路MUX;其次是電路的內部有上拉電阻,與場效應管共同組成輸出驅動電路。</p><p>  為此P1口作為輸出口使用時,已能向外提供推拉電流負載,無需再外接上拉電阻.當P1口作為輸入口使用時,同樣也需先向其鎖存器寫“1”,使輸出驅動電路的FET截止。P2口可以作為通用I/O口使用。</p>

32、;<p><b>  P0口有三個功能:</b></p><p>  1、外部擴展存儲器時,當做數據總線(如圖1中的D0~D7為數據總線接口)</p><p>  2、外部擴展存儲器時,當作地址總線(如圖1中的A0~A7為地址總線接口) </p><p>  3、不擴展時,可做一般的I/O使用,但內部無上拉電阻,作為輸入或輸出時應

33、在外部接上拉電阻。 </p><p>  P1口只做I/O口使用:其內部有上拉電阻。 </p><p>  P2口有兩個功能: </p><p>  1、擴展外部存儲器時,當作地址總線使用 </p><p>  2、做一般I/O口使用,其內部有上拉電阻; </p><p><b>  晶體振蕩電路:</

34、b></p><p>  晶體振蕩電路是控制單片機工作的一個電路,通常采用石英晶體振蕩電路,它有良好的穩(wěn)定的工作頻率和較強的抗干擾能力,用來產生基準頻率,通過基準頻率來控制電路中的頻率準確性。它的穩(wěn)定性是整個系統(tǒng)正常運行的保證。</p><p>  按鍵程序流程圖 顯示程序流程圖如圖</p><p>  3.5 74LS2

35、73電路圖及功能</p><p><b>  74LS273</b></p><p>  74LS273是8位數據/地址鎖存器,他是一種帶清除功能的8D觸發(fā)器</p><p>  1).1腳是復位CLR,低電平有效,當1腳是低電平時,輸出腳2(Q0)、5(Q1)、6(Q2)、9(Q3)、12(Q4)、15(Q5)、16(Q6)、19(Q7)全部

36、輸出0,即全部復位;</p><p>  (2).當1腳為高電平時,11(CLK)腳是鎖存控制端,并且是上升沿觸發(fā)鎖存,當11腳有一個上升沿,立即鎖存輸入腳3、4、7、8、13、14、17、18的電平狀態(tài),并且立即呈現在在輸出腳2(Q0)、5(Q1)、6(Q2)、9(Q3)、12(Q4)、15(Q5)、16(Q6)、19(Q7)上.</p><p>  第一腳WR:主清除端,低電平觸發(fā),即

37、當為低電平時,芯片被清除,輸出全為0(低電平);</p><p>  CP(CLK):觸發(fā)端,上升沿觸發(fā),即當CP從低到高電平時,D0~D7的數據通過芯片,為0時將數據鎖存,D0~D7的數據不變。圖示設計當中,它與數碼顯示管相連,此設計當中它將同時給四個數碼顯示管輸送信號,控制他們的數字顯示輸出。它是為后續(xù)電路做鋪墊的。</p><p>  3.6 數碼管顯示電路</p>&

38、lt;p><b>  數碼管顯示電路</b></p><p>  BCD七段譯碼器的輸入是一位BCD碼(以D、C、B、A表示),輸出是數碼管各段的驅動信號(以a~g表示),也稱4—7譯碼器。若用它驅動共陽LED數碼管,則輸出應為低有效,即輸出為低(0)時,相應顯示段發(fā)光。例如,當輸入8421碼DCBA=0100時,應顯示 , 即要求同時點亮b、c、f、g段, 熄滅a、d、e段,故譯碼器

39、的輸出應為a~g=1001100,這也是一組代碼,常稱為段碼。同理,根據組成0~9這10個字形的要求可以列出8421BCD七段譯碼器的真值表,見下表: </p><p>  8421BCD七段譯碼器的真值表</p><p><b>  設計總結</b></p><p>  該設計要求設計一個溫度控制器,其檢測的溫度為0—100度,用AD590檢

40、測到溫度后將之轉化成為0—100mv的電壓信號,然后經過一個放大100倍的理想放大電路將它轉變成為0—10v的電壓信號,將該信號送給A/D轉換器,經單片機的控制和74LS273的轉化將它轉變成一組二進制數碼并且將該信號送給數碼顯示電路進行顯示輸出,由此我們就可以很容易很直觀的看出實際溫度。本次設計我們采取各分一塊,然后匯總的合作性學習設計,突出顯示了合作的重要性,體現了一個團隊的合作精神。</p><p><

41、;b>  心得體會</b></p><p>  經過兩個周別的課程設計制作,時間很短,傳感器的溫控設計很快就結束了,通過本次課程設計我對溫控系統(tǒng)的概況有了一個大致的了解,知道了一些皮毛的東西,了解了AD590的一些特性及整個測溫系統(tǒng)的具體運作情況,對生產設備有了大致的了解,首次將書本上的一些東西運用于自己的溫度控制設計當中,對我今后的學習有了一個指引。同時我們必須具備有良好的尋找資料的能力和較高

42、的合作精神,溫度傳感器所安裝的地方一般都是條件比較惡劣的,這樣對元器件本身就是一個很大的考驗,如何正確合理的選擇元器件就是一個很重要的事情,另外,,不同的元器件他們的工作條件和結果也是不同的,他們都有各自的一些特點,我們要注意加以區(qū)別并且設計時必須滿足他們的工作條件。以后我們的工作可能要在相互之間的互相合作的條件下進行,我們必須磨礪自己的意志,同時認清楚自己的責任,該做什么不該做什么,保證屬于自己的事情一定將它做好,注意設計當中系統(tǒng)的安

43、全可靠,在仔細認真的基礎上好好做好自己的事情,保證設計的質量。</p><p><b>  程序代碼</b></p><p>  89C52信號處理程序:</p><p>  ORG 0000H</p><p>  AJMP MAIN</p><p>  ORG 0003H</p&

44、gt;<p>  AJMP INT0</p><p>  ORG 0013H</p><p>  AJMP INT1</p><p><b>  MIAN:</b></p><p>  SETB IT0;INT0觸發(fā)中斷</p><p>  SETB IT1;

45、INT1觸發(fā)中斷</p><p>  MOV IE,#85H; 開啟中斷</p><p>  MOV IP,#04H; INT1 高級優(yōu)先</p><p>  MOV 30H,#0; 四個顯示緩沖單元清0 30H實際溫度十位</p><p>  MOV 31H,#0

46、 31H實際溫度個位</p><p>  MOV 32H,#0 32H設定溫度十位</p><p>  MOV 33H,#0 33H設定溫度個位</p><p>  MOV A,#0; 啟動第一次A

47、/D轉換</p><p>  MOV DPTR,#BFFFH</p><p>  MOV @DPTR,A</p><p><b>  LOOP:</b></p><p>  MOV A,32H; 將設定溫度十位賦予A</p><p>  SUBB A,30H 比較設定值與實際溫度值的

48、十位</p><p>  JC L1 有借位則轉到報警程序</p><p>  MOV A,33H</p><p>  SUBB A,31H</p><p><b>  JC L1</b></p><p>  SJPM DISP</p><p&g

49、t;<b>  L1:</b></p><p>  CLR P1.3 實際溫度大于設定溫度時報警顯示</p><p>  DISP: ;顯示程序</p><p>  MOV P0,#00H ; 不輸出顯示</p><p>  SETB P1.7 設

50、定值十位的數碼管選通</p><p>  MOV P0,32H</p><p>  ACALL DELY; 顯示設定值十位4ms</p><p>  CLR P1.7 設定值十位的數碼管關閉</p><p>  SETB P1.6 設定值個位的數碼管選通</p><p>  MOV

51、 P2,33H</p><p>  ACALL DELY; 顯示設定值個位4ms</p><p>  CLR P1.6</p><p>  SETB P1.5</p><p>  MOV P2,30H</p><p>  ACALL DELY; 顯示實溫十位</p><p&

52、gt;  CLR P1.5</p><p>  SETB P1.4</p><p>  MOV P2,31H</p><p>  ACALL DELY; 顯示實溫個位</p><p>  CLR P1.4</p><p>  DELY: ;延時4ms程序</p>

53、<p>  MOV R7,#10</p><p><b>  DELY1:</b></p><p>  MOV R6,#100</p><p><b>  DELY2:</b></p><p>  DJNZ R6,DELY2</p><p>  DJNZ R

54、7,DELY1</p><p>  SJMP LOOP</p><p><b>  RET</b></p><p><b>  INT0:</b></p><p>  MOV DPTR,#BFFFH; 讀取A/D轉換結果</p><p>  MOVX A,@DPTR&

55、lt;/p><p><b>  MOV R0,A</b></p><p><b>  MOV A,#0</b></p><p>  MOVX @DPTR,A; 啟動下一次轉換</p><p>  MOV A,R0; 溫度大于10度時數據處理</p><p>

56、;  MOV B,#25</p><p><b>  DIV AB</b></p><p>  CJNE A,#00H; </p><p>  MOV A,R0; 溫度小于10度時數據處理</p><p>  MOV B,#02H</p><p><b>

57、  MUL AB</b></p><p>  MOV B,#05H</p><p><b>  DIV AB</b></p><p>  MOV 31H,#00H</p><p>  MOV 30H,A</p><p>  AJMP L3 </p>&

58、lt;p><b>  L2:</b></p><p>  MOV 30H,A</p><p>  MOV 31H,B</p><p><b>  L3:</b></p><p><b>  RETI</b></p><p><b> 

59、 INT1:</b></p><p>  JNB P1.1 L5; 查詢個位加按鍵</p><p><b>  INT: </b></p><p><b>  RETI</b></p><p><b>  L4: </b></p><

60、;p>  JNB P1.2 L6; 查詢個位減按鍵</p><p><b>  AJMP INT</b></p><p>  L5: ;個位加</p><p><b>  INC 32H</b></p><p><b>  AJMP INT</

61、b></p><p>  L6: ;個位減</p><p><b>  DEC 32H</b></p><p><b>  AJMP INT</b></p><p>  第七章 參考書目</p><p>  1 康華光等 . 數字電子技術基礎

62、.第五版.高等教育出版社,2006</p><p>  2 康華光等 . 模擬電子技術基礎.第五版.高等教育出版社,2005</p><p>  3 張毅剛等 . 單片機原理及運用.高等教育出版社,2003</p><p>  4 尹建華 . 微型計算機原理與接口技術.第二版.高等教育出版社,2008</p><p>  5 何立民

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