智能儀表訓練說明書模板20100913

1、內(nèi)蒙古科技大學智能儀表綜合訓練設(shè)計說明書題 目：自動攪拌系統(tǒng)設(shè)計學生姓名：馬青山學 號：0967112130專 業(yè)：測控技術(shù)與儀器班 級：2009-1指導教師：王金明摘要論文針對：攪拌機不論是在工業(yè)中還是在農(nóng)業(yè)等各個行業(yè)中都是到處可見，其用途慎廣,但是，現(xiàn)在所用的都是20世紀末人們自己制造的純手動的小型攪拌機，其特點產(chǎn)量小，效益底，浪費了大量的人力物力。隨著科學技術(shù)的飛速發(fā)展，不論是工業(yè)還是農(nóng)業(yè)等各方面都從不同程度上有所提高，那些“老前輩”已經(jīng)跟不上時代的步伐，為此我們利用高科技產(chǎn)品設(shè)計出省人省力省事的全自動化產(chǎn)品。本文介紹：本設(shè)計關(guān)鍵詞：攪拌機 AT89C52 PT100 AD620 LCD

2、1602 第1章 概述第2章 總體方案設(shè)計基本功能：在一個容器中設(shè)置兩個溫度檢測點（A、B），當兩點溫度相差大于3時自動進行攪拌。反應容器中兩點的溫度采用傳感器進行測量，同時對反應容器的溫度進行顯示。硬件設(shè)計單片機的選用單片機的種類很多，本設(shè)計中采用AT89C52。AT89C52是ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含8Kbytesde 可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器（PEROM）和256bytes的隨機存儲數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元

3、，功能強大的AT89C52單片機可適用于提高許多高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領(lǐng)域。AT89C52單片機引腳說明,AT89C52高性能8位單片機AT89C52引腳圖 AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8k bytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央 處理器和Flash存儲單元，功能強大的AT89C52單片機可為您提供許多較復雜系統(tǒng)控制應用場合。 AT89C52有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（

4、I/O）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，2 個讀寫口線，AT89C52可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復擦寫的 Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。 AT89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三種封裝形式，以適應不同產(chǎn)品的需求。 主要功能特性： 兼容MCS51指令系統(tǒng) 8k可反復擦寫(1000次）Flash ROM 32個雙向I/O口 256x8bit內(nèi)部RAM 3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷 時鐘頻率0-24MHz 2個串行中斷 可編程UART串行通道 2個外部

5、中斷源 共6個中斷源 2個讀寫中斷口線 3級加密位 低功耗空閑和掉電模式 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能主要性能參數(shù)：與Mcs-51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。8字節(jié)可重擦寫FLASH閃速存儲器1000 次擦寫周期全靜態(tài)操作：0HZ-24MHZ三級加密程序存儲器256X8字節(jié)內(nèi)部RAM32個可編程I/0口線3個16 位定時計數(shù)器8個中斷源可編程串行UART通道低功耗空閑和掉電模式功能特性：AT89C52 提供以下標準功能：8字節(jié)FLASH閃速存儲器，256字竹內(nèi)部RAM , 32個I/O口線，3個16 位定時計數(shù)器，一個6向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89c52可

6、降至OHz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電上作模式?？臻e方式停止CPU 的工作，但允許RAM，定時計數(shù)器串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位.模數(shù)轉(zhuǎn)換部分ADC0832 為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達256級，可以適應一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復用，使得芯片的模擬電壓輸入在05V之間。芯片轉(zhuǎn)換時間僅為32S，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強。獨立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實現(xiàn)通道

7、功能的選擇。ADC0832 是美國國家半導體公司生產(chǎn)的一種8 位分辨率、雙通道芯片。由于它體積小，兼容性強，A/D轉(zhuǎn)換ADC0832 具有以下特點： 8位分辨率； 雙通道A/D轉(zhuǎn)換； 輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容； 5V電源供電時輸入電壓在05V之間； 工作頻率為250KHZ，轉(zhuǎn)換時間為32S； 一般功耗僅為15mW； 8P、14PDIP（雙列直插）、PICC 多種封裝； 商用級芯片溫寬為0C to +70C，工業(yè)級芯片溫寬為40C to +85C；芯片接口說明： CS_ 片選使能，低電平芯片使能。 CH0 模擬輸入通道0，或作為IN+/-使用。 CH1 模擬輸入通道1，或作為IN+/

8、-使用。 GND 芯片參考0 電位（地）。 DI 數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制。 DO 數(shù)據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。 CLK 芯片時鐘輸入。 Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入（復用）。ADC0832 與單片機的接口電路：圖3ADC0832 為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達256級，可以適應一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復用，使得芯片的模擬電壓輸入在05V之間。芯片轉(zhuǎn)換時間僅為32S，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強。獨立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實現(xiàn)通道功能的選擇。單

9、片機對ADC0832 的控制原理：正常情況下ADC0832 與單片機的接口應為4條數(shù)據(jù)線，分別是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端與DI端在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙向的，所以電路設(shè)計時可以將DO和DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。（見圖3）當ADC0832未工作時其CS輸入端應為高電平，此時芯片禁用，CLK 和DO/DI 的電平可任意。當要進行A/D轉(zhuǎn)換時，須先將CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端CLK 輸入時鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。在第1 個時鐘脈沖的下沉之前DI端必須是高電

10、平，表示啟始信號。作為單通道模擬信號輸入時ADC0832的輸入電壓是05V且8位分辨率時的電壓精度為19.53mV。如果作為由IN+與IN-輸入的輸入時，可是將電壓值設(shè)定在某一個較大范圍之內(nèi)，從而提高轉(zhuǎn)換的寬度。但值得注意的是，在進行IN+與IN-的輸入時，如果IN-的電壓大于IN+的電壓則轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)結(jié)果始終為00H。二、電橋采集數(shù)據(jù)的電路圖及原理Pt100電橋電路如圖2所示。其中，R1R2R3RPt100組成電橋，R1=R2=R3=R0。為了避免流過Pt100傳感器的電流過大使其發(fā)熱進而導致非線性失真增大，電橋電壓不宜太高，一般要求Im5mA，電橋電壓Vbrg=1V。電橋輸出壓差為：VD=

11、（3）令RPt100-R0=R，則有：VD=由Pt100溫度/阻值對應關(guān)系式可知，當溫度較低時，Pt100的阻值變化量R相對于R0較小，則電橋輸出壓差為：VD=，即VD正比于Pt100傳感器的阻值變化量R，也說明溫度較低時，Pt100傳感器的線性度良好；當溫度較高時，R/R0的值較大，Pt100傳感器的線性度變差，此時要用軟件來較正。三、測量中的定量計算及誤差分析1、運算放大器放大倍數(shù)的確定由傳感器的溫度和阻值關(guān)系式可知，當溫度變化1時，Pt100的阻值變化約為0.38W，對應的電橋輸出壓差為：VD=0.001V。若采用8位A/D轉(zhuǎn)換器，分辨率為0.0196V，則運算放大器的最小放大倍數(shù)應為2

12、0倍。若測溫的上限定為85 （傾點溫度一般小于該溫度）， Pt傳感器在85時的理論阻值為132.8W，電橋電壓為1V，則VD= 0.08296V0.083V，即運放的最大放大倍數(shù)為60.3。綜合上述，可限定運放的放大倍數(shù)應在2060之間。2、誤差分析（1）橋電壓Vbrg=1V時波動產(chǎn)生的誤差從上面的分析可知，在某一溫度時，PtR0不變，設(shè)電橋電壓有Vbrg（mV）的變化，就會導致VD有（mV）的變化。在0時，R=5W，則VD=0.013V(mV)；若令VD=1mV，則V=76mV，即0左右，電橋電壓Vbrg有76mV波動，會引起1的溫度誤差；同理在85左右，電橋電壓有10mV的波動，則會引起1

13、的溫度誤差?？梢婋姌螂妷篤brg=1V時的波動系數(shù)給對測溫帶來的誤差是很大的，應將其電壓波動限制在1mV的級別上。（2）運放非線性產(chǎn)生的誤差由于運放的放大倍數(shù)應在2060之間，可將放大倍數(shù)定為50；若測溫范圍是085，則在0時，VD=13mV；在85時，VD=99.5mV，說明輸入信號的范圍在13mV99.5mV之間變化。以平均值50作為放大倍數(shù)，此時輸入信號為13mV，換算出來的輸入電壓信號值為12.48mV，VD=-0.52mV，將會引起約1.5的誤差。由此可見運放的非線性將會帶來大約1.5的誤差，在實際測量中，提高運放線性度以及運放放大倍數(shù)均可以減少由運放帶來的誤差。（3）A/D轉(zhuǎn)換器非

14、線性帶來的誤差在實際應用中會發(fā)現(xiàn)，對同一模擬輸入信號Vi，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換得出的數(shù)字量會有1位的跳變，這是由A/D轉(zhuǎn)換器的判斷誤差造成的。A/D轉(zhuǎn)換器的一位跳變對應的電壓值，即為該八位A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率，為0.0196V=19.6mV；折算到輸入端對應的電壓值為0.392mV，將會產(chǎn)生0.392的溫度誤差。（4）A/D轉(zhuǎn)換器參考電壓Vref帶來的誤差A/D轉(zhuǎn)換器采用逐次逼近式轉(zhuǎn)換器AD0809，其轉(zhuǎn)換速度較慢，如果輸入信號在轉(zhuǎn)換過程中不斷變化，則易發(fā)生錯誤，使用時應加采樣保持器，且只對本次采樣的信號進行轉(zhuǎn)換，以確保轉(zhuǎn)換信號可靠性。另外，在比較轉(zhuǎn)換過程中，Vref的變化會對輸出的二進制代碼有影響。

15、在模擬輸入信號不變的情況下，若Vref變大，會導致輸出的二進制代碼變??；反之，則變大，從而導致了溫度誤差。小功率極性反轉(zhuǎn)電源轉(zhuǎn)換器ICL7660 ICL7660是Maxim公司生產(chǎn)的小功率極性反轉(zhuǎn)電源轉(zhuǎn)換器。該集成電路與TC7662ACPA MAX1044 的內(nèi)部電路 及引腳功能完全一致，可以直接替換。 （1）特性 ICL7660的靜態(tài)電流典型值為170A，輸入電壓范圍為1.5-10V，(Intersil公司ICL7660A輸入電壓范圍為1.5-12）工作頻率為10 kHz只需外接10 kHz的小體積電容，只需外接10F的小體積電容效率高達98合輸出功率可達700mW（以DIP封裝為例），符合

16、輸出100mA的要求。ICL7660主要應用在需要從十5V邏輯電源產(chǎn)生一5V電源的設(shè)備中，利用ICL7660將+5V電源變換成-5V電源的電路如下圖所示。C1、C2 采用漏電小、介質(zhì)損耗低的10uF旦電容，以提高電源轉(zhuǎn)換效率。當UDD+6.5V時，5腳可直接作為輸出（將5腳沿虛線接輸出端Uo）;當UDD6.5V時，為避免損壞芯片，輸出電路需串入二極管D。該電路的輸出電流不宜超過10mA 利用ICL7660獲限-5V電源的電路 1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊。它由若干個5X7或者5X11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符

17、，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因為如此所以它不能很好地顯示圖形（用自定義CGRAM，顯示效果也不好）。 1602LCD是指顯示的內(nèi)容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。 1602采用標準的16腳接口，其中： 第1腳：VSS為電源地 第2腳：VCC接5V電源正極 第3腳：V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會 產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度）。 第4腳：RS為寄存器選擇，高電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。 第5腳：RW為讀

18、寫信號線，高電平(1)時進行讀操作，低電平(0)時進行寫操作。 第6腳：E(或EN)端為使能(enable)端。 第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。 第1516腳：空腳或背燈電源。15腳背光正極，16腳背光負極。Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)與匯編相比C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢因而易學易用。用過匯編語言后再使用C來開發(fā)體會更加深刻。 C51工具包的整體結(jié)構(gòu)其中Vision與Ishell分別是C51 for Windows和for Dos的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整

19、個開發(fā)流程。開發(fā)人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。然后分別由C51及A51編譯器編譯生成目標文件(.OBJ)。目標文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫文件也可以與庫文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對目標文件(.ABS)。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標準的Hex文件以供調(diào)試器dScope51或tScope51使用進行源代碼級調(diào)試也可由仿真器使用直接對目標板進行調(diào)試也可以直接寫入程序存貯器如EPROM中。 Keil51的編譯環(huán)境如圖5-1所示。 圖中標題欄顯示當前編譯的文件 菜單條有十項菜單可供選擇相應的所有操作命令均可在此菜單中查找 工具欄常用命令的快捷圖標按鈕 管理窗口顯示工程文件的項目、

20、各個寄存器值的變化、參考資料等 信息窗口顯示當前文件編譯、運行等相關(guān)信息 工作窗口各種文件的顯示窗口。Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具全Windows界面。另外重要的一點只要看一下編譯后生成的匯編代碼就能體會到Keil C51生成的目標代碼效率非常之高多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。下面詳細介紹Keil C51開發(fā)系統(tǒng)各部分功能和使用。 1.1.2 軟件應用流程 Keil 51 編譯指南 第1步 打開Keil51軟件首先彈出一個開機啟動畫面。 第2步 然后進入Keil51的開發(fā)界面。下面簡要介紹一下Keil51開發(fā)環(huán)

21、境中各個區(qū)域的功能。Keil51開發(fā)環(huán)境可以分為四個區(qū)域分別為菜單條、項目文件管理窗口、代碼編譯窗口和代碼編譯信息窗口四個部分。菜單條分為十項所有的命令都可以在這里找到。下面的命令是一些常用的菜單命令如文件的打開、關(guān)閉及保存。其中編譯命令最為常用。中間靠左是項目文件管理窗口這里可以看到當前項目中所包含的所有帶編譯的文件。項目文件管理窗口的右側(cè)是代碼編譯窗口這事我們最主要的工作區(qū)域。 最底層顯示了代碼編譯的信息。當代碼有語法錯誤時可以在這里輕松的找到問題的所在。 第3步下面以建立一個簡單的項目為例來說明Keil51開發(fā)項目的一般方法。單擊Project菜單項選擇New Project項。 第4步

22、此時彈出Create New Project對話框選擇合適的路徑口在文件名一欄中填入新工程的名字。單擊保存。 第5步 根據(jù)所用的器件選擇CPU的型號單擊確定。 第6步Keil51詢問是否生成默認的配置文件這個可選可不選這里選定。單擊Yes觀察項目文件管理窗口的變化。 第7步在File菜單下單擊New選項新建文件。此時在代碼窗口出現(xiàn)一“Text1”空白文檔。 第8步 在“Text1”中編輯完代碼后單擊File菜單中的保存項彈出保存對話框。保存名寫為text.c。單擊保存。注意在對文件命名時必須加擴展名。 第9步 在項目導航欄中Source Group 上單擊右鍵選Add File to Group Source Group 1。 第10步 此時彈出Add File 對話框。選中剛才保存的tex