温度采集系统课程设计--8通道温度数据采集系统.doc
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课程设计(综合实验)报告 ( 2012-- 2013 年度第 1 学期) 名 称: 智能仪器设计 题 目:8通道温度数据采集系统 院 系: 自动化系 班 级: 测控 学 号: 学生姓名: 指导教师: 设计周数: 成 绩: 日期: 2012 年 12 月 摘 要 本课程设计是以51系列单片机为核心设计的温度采集系统。通过Pt100热电阻和K分度 热电偶对实时的温度采集,经过单片机处理将信号通过串口上传至计算机,从而计算机 显示屏读出实时温度,通过对单片机的设置达到所要求的性能。 主要做了如下几方面的工作:一是确定系统的的总设计方案,给出系统设计框图。二 是硬件设计,采用模块设计方法。三是进行画PCB,进行PCB设计。 关键词:51系列单片机;K分度热电偶;Pt100热电偶;ADC0809 课题要求:8通道温度数据采集系统 设计一个8通道温度数据采集系统,系统误差小于1%;其中4路测量范围0- 200°C,选用Pt100热电阻;另4路测量范围0-600°C,选用K分度热电偶。要求: 1、画出系统组成框图; 2、完成硬、软件功能分配; 3、完成芯片选型; 4、进行系统误差计算验证; 5、用Protel软件画出电路原理图;设计PCB板; 6 、画出系统软件流程图; 7、根据后续教学内容,增加系统功能。 1 设计方案 温度是国际单位制7个基本物理量之一,是生产过程和科学试验中的物理参数。在工 业生产中,常需要对温度进行检测和监控。采用微型机进行温度检测、显示、信息存储 及实时控制。对于提高生产效率、节约能源都有重要作用。为此设计了一个基于AT89C5 1单片机单通道温度检测及显示系统,可以很容易实现温度采集及显示。 整体结构框图如图1.5所示: 温度采集整体结构框图 系统工作流程图如图所示: 系统工作流程 2主要器件的介绍 2.1AT89C51 AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器,俗称单片机。单片机的可擦除只 读存储器可以反复擦除100次。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,A TMEL的AT89C51是一种高效微控制器。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种 灵活性高且廉价的方案。 2.2 ADC0809 ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组 件。它是逐次逼近式A/D转换器,可以和单片机直接接口。 由下图可知,ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一 个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道,允许8路模拟量分时输入,共用 A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量,当OE端为高电平时, 才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。 2.3 LM324 LM324是四运放集成电路,它采用14脚双列直插塑料封装,外形如图所示。它的内部包 含四组形式完全相同的运算放大器,除电源共用外,四组运放相互独立。每一组运算放大 器可用图1所示的符号来表示,它有5个引出脚两个信号输入端中,Vi-(- )为反相输入端,表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反;Vi+(+)为同相输入端 ,表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。LM324引脚排列见图2。 3电路实现 3.1 Pt100测量电路 PT100变化的是阻值而ADC0809 的输入信号范围为0~5V,在200 的时候Pt100 的阻值为175.86Ω,我们利用电桥的原理将阻值的变化转化为电压的变化,之后利用LM3 24的运放放大作用将微小的电压信号放大,以便ADC0809 的模数转换。 右侧电路图: 3.2 电压放大电路 3.2.1 Pt100的电压放大电路: 经电桥初步转换的输出电压为MAX(V0- V1)=0.3076V,若想放大为5V,则需要放大5/0.3679=16倍。所以电桥的设置参数如图所 示。 3.2.2 热电偶的放大电路 原理图如下 实际中的电路连接中设置为R1=1K,a=b=4.7,c=10,R=10K;连线如下图 在实际中,经过查询得知热电偶在600 的未温度下能产生24.905mV的电压,经过上面的 放大器放大之后能放大200倍,最后能顺利和ADC0809 的接口实现连接。 3.3 ADC0809 的连接 实际上ADC0809 连接很简单:我们将P1口作为选中和接收数据线,这样能更加节省口的利用,减少了无 谓的浪费。CLK经过定时器T0 接收时钟信号。接线如下: 4心得体会 通过这次温度采集系统的设计,让我掌握把理论运用于实际,不再只固定于书本,不 再是一味的死读书。在这次课程设计中遇到了许多大大小小的问题,到最后一一都解决 了。在这过程中,我学到了很多课本上没有学到的知识。"纸上得来终觉浅",唯有不断 实践
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