多路溫度監(jiān)測顯示系統(tǒng)設計

1、武漢理工大學智能儀器設計課程設計說明書目 錄1 設計任務 . 11.1任務條件 . 11.2 技術要求 . 11.3 已知條件 . 12 系統(tǒng)整體框圖設計 . 121設計原理 . 12.2系統(tǒng)框圖 . 22.3 系統(tǒng)總體說明 . 23 系統(tǒng)硬件設計 . 33.1 穩(wěn)壓電源設計 . 33.1.1 穩(wěn)壓電壓設計原理 . 33.1.2 穩(wěn)壓電源設計電路 . 43.2 傳感器與多路開關的選擇 . 53.2.1 傳感器選用 . 53.2.2 多路開關選擇 . 53.3 信號處理電路設計 . 73.3.1 減法電路 . 73.3.2 陷波器電路 . 83.3.3 放大電路 . 93.4 A/D轉換電路設計

2、 . 93.5 顯示電路設計 . 113.6 聲光報警電路設計 . 123.7 鍵盤輸入設計 . 134 系統(tǒng)軟件設計 . 154.1 系統(tǒng)主程序 . 154.2 定時程序 . 164.3 LED顯示程序 . 164.4故障報警程序 . 174.5波碼盤輸入程序 . 184.6 數(shù)字濾波程序 . 195 系統(tǒng)仿真與誤差分析 . 196 設計小結 . 20參考文獻 . 21附錄一 軟件程序 . 22附錄二 電路圖 . 26武漢理工大學智能儀器設計課程設計說明書智能溫度采集和顯示系統(tǒng)設計1 設計任務1.1任務條件某化工廠需要連續(xù)監(jiān)測8個反應罐的溫度，設計一個智能溫度數(shù)據(jù)采集和顯示系統(tǒng)。1.2 技術

3、要求 0-3號罐溫度允許范圍：101-199，測量精度不低于0.5; 4-7號罐溫度允許范圍：301-349，測量精度不低于0.3; 罐號和溫度同時顯示，顯示精度均為1，顯示間隔為2秒； 溫度越限1，進行聲光報警并持續(xù)顯示故障罐號及溫度，同時不影響其它罐的溫度測量；1.3 已知條件 已知溫度傳感器的靈敏度均為10mV/，工作電壓為5V；（為簡單起見，設8位A/D的分辨率為20mV） 現(xiàn)場有較嚴重的隨機脈沖干擾（幅值5V）和50Hz工頻干擾（最大值達20mV）。2 系統(tǒng)整體框圖設計21設計原理根據(jù)設計任務要求，本次課設的系統(tǒng)設計中應該包含以下7大模塊：傳感器部分、信號調(diào)理電路、A/D轉換電路、單

4、片機部分、聲光報警部分、四位顯示和撥碼盤輸入。由于給定的已知條件里面對于傳感器已經(jīng)給出了靈敏度這一指標，所以我選用了能夠滿足這一指標的PT100熱電阻溫度傳感器，具體傳感器設計本次課設中沒有進行。信號調(diào)理電路主要由：數(shù)據(jù)選擇器、陷波器、放大器和一個減法器組成，使用數(shù)據(jù)選擇器是因為共有8路傳感器輸入信號具有共性且系統(tǒng)不要求同時采用處理，其中0-3和4-7分別可以共有數(shù)據(jù)輸入通道， 1武漢理工大學智能儀器設計課程設計說明書節(jié)省系統(tǒng)硬件成本，同時是系統(tǒng)簡潔明了。A/D轉換電路采用8位ADC0809芯片來實現(xiàn)A/D轉換，其中只有兩路輸入。顯示部分采用4為LED顯示，一位顯示代表反應罐的號數(shù)，另外3位表

5、示對應反應罐的溫度。鍵盤部分主要是用來設定溫度范圍，采用撥碼盤來實現(xiàn)。聲光報警部分由一個顯示燈和蜂鳴器組成，在溫度超出正常范圍時進行自動報警。系統(tǒng)的核心是單片機部分，主要是將A/D轉換來的數(shù)據(jù)進行分析，正常就輸出顯示；異常就進行聲光報警；同時進行系統(tǒng)其它部分的控制與調(diào)節(jié)，使整個系統(tǒng)正常工作。2.2系統(tǒng)框圖按照上面的原來說明，具體的系統(tǒng)框圖如圖2.1所示。圖2.1 系統(tǒng)設計框圖2.3 系統(tǒng)總體說明由于系統(tǒng)精度要求分別是0.5和0.3，因此必須對傳感器采集的信號進行放大處理，因為系統(tǒng)給定的傳感器靈敏度均為10mV/，系統(tǒng)給定的溫度值分別是101199和301349，因此輸出電壓分別為1.01V-1

6、.99V和3.01V-3,49V，這樣放大倍數(shù)最多2.5倍，由于50Hz的工頻信號的干擾，達不到要求的精度。為了解決這一問題，設計中采用兩個減法電路，分別減去1V和3V，然后再分別放大5倍和10倍，這樣就完全能夠達到系統(tǒng)需要的精度，也能夠被采樣，只需要在單片機處理程序里面分別在輸入數(shù)據(jù)上重新加上1V和3V即可。2武漢理工大學智能儀器設計課程設計說明書由于系統(tǒng)的8個反應罐的溫度傳感器輸出值分為兩組，所以多路開關（數(shù)據(jù)選擇器）采用雙四選一的芯片74LS153來進行傳感器選擇，后面的減法電路、陷波器和放大電路都是兩路。一路放大5倍，一路放大10倍。這兩路的最終輸出信號進入ADC0809的兩個輸入端進

7、行A/D轉換。根據(jù)系統(tǒng)設計要求，采用4位七段LED來顯示反應罐號碼和對應的溫度，反應罐號碼是由單片機控制循環(huán)控制顯示，同時系統(tǒng)的溫度采集也是對應于此進行的，3位LED顯示反應罐的溫度，必將進行取整處理，這是由軟件編程來實現(xiàn)。此外，根據(jù)系統(tǒng)需要還設計了鍵盤輸入和聲光報警裝置，來實現(xiàn)對反應罐上下限溫度值的設定和超出上下限溫度的自動報警顯示。還有一個不得不提的部分是穩(wěn)壓電源的設計，因為系統(tǒng)芯片需要供電，同時減法電路中需要1V和3V的電壓作為基準的電壓進行運算處理，所以設計中專門設計了穩(wěn)壓電源，可以將220V工業(yè)電壓，轉換成系統(tǒng)需要的穩(wěn)壓直流電壓。3 系統(tǒng)硬件設計3.1 穩(wěn)壓電源設計3.1.1 穩(wěn)壓電

8、壓設計原理電源變壓器是將交流電網(wǎng)220V的電壓變?yōu)樗枰碾妷褐怠＝涣麟娊?jīng)過二極管整流后，方向單一了，但是大?。娏鲝姸龋┻€處在不斷變化之中。這種脈動直流一般不能直接用來給集成電路供電，而是要通過整流電路將江流點變?yōu)橹绷麟妷骸Ｓ捎诖酥绷麟妷哼€含有較大的紋波，必須通過濾波電路加以濾波，從而得到平滑的直流電壓。濾波的任務就是把整流器輸出電壓中的波動成分盡可能的減小，改造成接近穩(wěn)恒的直流電。但是這樣的電壓還隨電網(wǎng)電壓波動（一般有10%左右的波動），負載和溫度的變化而變化，因而在整流濾波電路之后，還需要接穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當電網(wǎng)電壓波動，負載和溫度變化時，維持輸出直流電壓的穩(wěn)定。穩(wěn)壓電源一般由

9、變壓器、整流器和穩(wěn)壓器三大部分組成。變壓器把市電交流電壓變?yōu)樗璧牡蛪航涣麟?。整流器把交流電變?yōu)橹绷麟姟＝?jīng)濾波后，穩(wěn)壓器再把不穩(wěn)定的直流電變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓輸出。3武漢理工大學智能儀器設計課程設計說明書3.1.2 穩(wěn)壓電源設計電路根據(jù)以上理論分析，我設計的穩(wěn)壓電源如圖3.1所示。圖3.1 5V穩(wěn)壓電源電路工作原理：圖中為TR1電源變壓器，它的作用是將交流電網(wǎng)電壓220V變?yōu)檎麟娐芬蟮慕涣麟妷?，四只整流二極管D1D4接成電橋的形式，故有橋式整流電路之稱。先計算文件參數(shù)：二極管D1、D3和D2、D4兩兩輪流導通的，所以流經(jīng)每個二極管的平均電流為：1UID=IC=0.452L2二極管在截止時管子

10、兩端承受的最大反向電壓可以從圖3.1中看出。在V2正半周時D1、D3導通，D2、D4截止，此時D2、D4所承受的最大反向電壓均為V2的最大值，即VRM=2。同理，在V2的負半周，D1、D3也承受到同樣大小的反向電壓。橋式整流電路的有點是輸出電壓高，紋波電壓較小，管子所承受的最大反向電壓較低，同時因為電源變壓器在正負半周內(nèi)都有電流給負載供電，電源變壓器得到了充分的利用，效率較高。因此，這種電路在半導體整流電路中得到了頗為廣泛的應用。 濾波電路：我們采用電容濾波電路。因為本課設中為小功率電源，初始時 4武漢理工大學智能儀器設計課程設計說明書電容器兩端初始電壓為零，接入交流電源后，當V2為正半周時，

11、通過D1、D3向電容C充電；當V2為負半周時，通過D2、D4向電容C充電。充電時間常數(shù)為c=RintC。Rint包括變壓器副繞組的直流電阻和二極管D正向電阻。由于Rint一般很小，電容器很快就達到了交流電壓的V2，輸出為一個恒定的直流。3.2 傳感器與多路開關的選擇3.2.1 傳感器選用在本次課程設計的任務要求中，明確了傳感器的分辨率為10mV/。因此，我在設計中選用了PT100專業(yè)溫度傳感器，pt100是鉑熱電阻，它的阻值會隨著溫度的變化而改變。PT后的100即表示它在0時阻值為100歐姆，在100時它的阻值約為138.5歐姆。它的工作原理：當PT100在0攝氏度的時候他的阻值為100歐姆，

12、它的阻值會隨著溫度上升而成勻速增長的。至于溫度傳感器的工作使用原理和具體工作方式在本次課設中暫不討論，只是確定傳感器的輸出電壓值分別為1.01V1.99V和3.01V3.49V。課設中就是針對這些信號進行處理和分析顯示。3.2.2 多路開關選擇在本次課設的系統(tǒng)測量中采用了8個溫度傳感器，且其中也具有一定的共性，同時不需要同步采樣。因此在課設中采用了多通道共享輸入通道，將8個傳感器輸出的測量信號通過雙四選一芯片74LS153分別進行輸入信號選擇，再由兩路輸出通道分別進行信號處理。采用多通道共享輸入結構可以充分利用元器件的性能，提高性價比，減少硬件成本。因為系統(tǒng)中8個反應罐的溫度測量在2個范圍內(nèi)：

13、101-199和301-349，因此在設計中采用了74LS153芯片。74LS153是一種雙四選一數(shù)據(jù)選擇器，有選通輸入端。74153里面有兩個地址碼共用的4選1數(shù)據(jù)選擇器。通過輸入不同的地址碼A1，A0，可以控制輸出Y選擇4個輸入數(shù)據(jù)X0X3中的一個。1E和2E是用來選擇1組還是2組輸入信號被輸出。具體芯片引腳圖如圖3.2所示。5武漢理工大學智能儀器設計課程設計說明書圖3.2 74LS153芯片引腳圖 表3.1 74LS153功能表L 低電平 H 高電平 X 任意 引出端符號：A、B 選擇輸入端 1X0-1X3、2X0-2X3 數(shù)據(jù)輸入端6武漢理工大學智能儀器設計課程設計說明書1E、2E 選

14、通輸入端（低電平有效）1Y、2Y 數(shù)據(jù)輸出端系統(tǒng)設計中，反應罐0-3號的傳感器輸出信號分別接1X0-1X3，4-7號罐的傳感器輸出信號分別接2X0-2X3引腳，A、B、E接單片機的P2.0、P2.1、P2.2引腳（1E和2E接反相器并聯(lián)和P2.2相接，確保每次只有一個四選一通道被選通）。這樣實現(xiàn)了單片機控制多路選擇器工作，軟件程序分時選通不同的輸入端來進行某一路的溫度測量和顯示。3.3 信號處理電路設計信號處理電路主要包含減法電路、陷波器電路和放大電路3部分組成。3.3.1 減法電路正如前面總體原理介紹中闡述的原理：由于系統(tǒng)精度要求分別是0.5和0.3，因此必須對傳感器采集的信號進行放大處理，

15、因為系統(tǒng)給定的傳感器靈敏度均為10mV/，系統(tǒng)給定的溫度值分別是101199和301349，因此輸出電壓分別為1.01V-1.99V和3.01V-3.49V，這樣放大倍數(shù)最多2.5倍，由于50Hz的工頻信號的干擾，達不到要求的精度。為了解決這一問題，設計中采用兩個減法電路，分別減去1V和3V，然后再分別放大5倍和10倍，這樣就完全能夠達到系統(tǒng)需要的精度，也能夠被采樣。減法電路如圖3.3所示。圖3.3 減法電路原理圖由疊加原理（疊加原理是指在線性電路中，任一支路的電路是每一個電源單獨作用時在該支路所產(chǎn)生的電流代數(shù)和），U1、U2共同作用時（兩者疊加），輸出電壓為：7武漢理工大學智能儀器設計課程設

16、計說明書Uo=UO+UO=-R2RR4U1+(1+2)U2R1R1R3+R4當R1=R2=R3=R4時，則：Uo=U1-U2通過該電路，將傳感器輸出信號轉換成0.01V-0.99V和0.01V-0.49V的小信號，然后分別進行5倍和10倍的放大，達到0.05-4.95V和0.1-4.9V的電壓信號，這樣保證信號能夠被ADC0809采樣，這樣能夠達到設計需求的精度要求0.5和0.3。3.3.2 陷波器電路由于現(xiàn)場具有嚴重的干擾信號，其中50Hz的工頻干擾信號最大值達20mV，若不采取處理，將會對測量產(chǎn)生直接干擾。因此，在系統(tǒng)設計中專門設計了陷波器電路來消除工頻干擾。本次設計中采用兩級VCVS（壓

17、控電壓源）陷波器來實現(xiàn)對工頻干擾的消除。陷波器電路如圖3.4所示。圖3.4 50Hz陷波器電路原理圖這是一種典型的二階有源帶阻濾波器，其傳遞函數(shù)為：1+(sCR)2A(s)=1+2(2-Av)sCR+(sCR)28武漢理工大學智能儀器設計課程設計說明書中心頻率為：o=2f0=1RC式中：Av為放大增益。這個電路的特點是所用器件少，調(diào)試方便。選用R=1K,C=4.7uF。根據(jù)計算可得出增益衰減大約為10倍。但是50Hz的工頻干擾信號衰減后還有2mV，經(jīng)過放大后依舊會產(chǎn)生干擾AD采樣。因此我在設計中采用了兩級陷波器級聯(lián)，可以明顯改善陷波效果。經(jīng)過兩級陷波后，增益衰減100倍，可以直接忽略不計，完全

18、消除了工頻信號對于溫度信號的干擾。3.3.3 放大電路根據(jù)設計需要，分別要對陷波以后的信號進行放大5倍和10倍，才能達到AD轉換的要求，因此需要設計兩路放大電路。但是在前面的減法電路中，如果選擇合適的電阻參數(shù)值，也可以實現(xiàn)對于信號放大的功能。因此，本著系統(tǒng)最優(yōu)化的原則，本次課設中沒有在單獨設計放大電路，而是借助于減法電路的放大功能來實現(xiàn)對于信號的放大。根據(jù)前面的公式：Uo=UO+UO=-R2RR4U1+(1+2)U2R1R1R3+R4若R1=R3，R2=R4，則有：UO=R2(U2-U1)R1分別選擇R2=10R1=20k和R2=5R1=10k，即可實現(xiàn)對于輸出信號10倍和5倍的放大，從而減少

19、了系統(tǒng)硬件設計的復雜程度，也能滿足系統(tǒng)設計的一切功能需求。3.4 A/D轉換電路設計9武漢理工大學智能儀器設計課程設計說明書本次課設中需要8位A/D轉換，因此，我在設計中選用了最常用的ADC0809芯片來實現(xiàn)A/D轉換的功能。ADC0809 是8位逐次逼近型A/D轉換器。它由一個8路模擬開關、一個地址鎖存譯碼器、一個A/D 轉換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關可選通8個模擬通道，允許8 路模擬量分時輸入，共用A/D 轉換器進行轉換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D 轉換完的數(shù)字量，當OE 端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉換完的數(shù)據(jù)。ADC0809芯片管腳圖如圖3.5所示。圖3.5 AD

20、C0809芯片管腳圖IN0IN7：8 條模擬量輸入通道。ADC0809 對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是05V，若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉換過程中應該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。地址輸入和控制線：4條。ALE 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當ALE線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將A， B，C 三條地址線的地址信號進行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進轉換器進行轉換。A，B 和C 為地址輸入線，用于選通IN0IN7 上的一路模擬量輸入。10武漢理工大學智能儀器設計課程設計說明書數(shù)字量輸出及控制線：11 條ST 為轉換啟動信號。當ST

21、上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時，開始進行A/D 轉換；在轉換期間，ST 應保持低電平。EOC 為轉換結束信號。當EOC 為高電平時，表明轉換結束；否則，表明正在進行A/D 轉換。OE為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉換得到的數(shù)據(jù)。OE1，輸出轉換得到的數(shù)據(jù)；OE0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。D7D0 為數(shù)字量輸出線。CLK為時鐘輸入信號線。因ADC0809的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供，。AD0809 的工作頻范10KHZ-1280KHZ,當頻率范圍為500KHZ 時，其轉換速度為128us，通常使用頻率為500KHZ。AT89C51的輸出頻為晶振頻的1/

22、6（2MHZ），AT89C51 與74LS74連接經(jīng)與74LS74的ST腳提供AD0809 的工作時鐘VREF（），VREF（）為參考電壓輸入。使用說明：（1） ADC0809 內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與AT89C51 單片機直接相連。（2） 初始化時，使ST 和OE信號全為低電平。（3） 送要轉換的哪一通道的地址到A，B，C 端口上。（4） 在ST 端給出一個至少有100ns 寬的正脈沖信號。（5） 是否轉換完畢，我們根據(jù)EOC 信號來判斷。（6） 當EOC變?yōu)楦唠娖綍r，這時給OE 為高電平，轉換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機了。3.5 顯示電路設計顯示系統(tǒng)是單片機控制系統(tǒng)的重要組成部分，主要用于顯示

23、各種參數(shù)的值，以便使現(xiàn)場工作人員能夠及時掌握生產(chǎn)過程。在本次課程設計中，需要顯示反應罐的號碼和對應的溫度，根據(jù)要求需要4位LED顯示。課設中采用了動態(tài)掃描方式顯示數(shù)據(jù)。 LED數(shù)碼管有共陽和共陰兩種，設計中采用共陰極型數(shù)碼管，其七個發(fā)光管的負極都連在一起，作為一條引線。ag段用于顯示數(shù)字, dp顯示小數(shù)點。數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅動電路來驅動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。由于設計中顯示位數(shù)較多，故采用動態(tài)顯示。動態(tài)顯示驅動：數(shù)碼管動態(tài) 11武漢理工大學智能儀器設計課程設計說明書顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式

24、之一，動態(tài)驅動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮

25、，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。系統(tǒng)設計的LED顯示電路如圖3.6所示。圖3.6 四位LED顯示電路3.6 聲光報警電路設計根據(jù)設計需要，當檢測溫度超過上下限時，系統(tǒng)不光要由LED顯示故障反 12武漢理工大學智能儀器設計課程設計說明書應罐的號數(shù)和故障溫度，同時系統(tǒng)還將進行聲光報警提示，因此在設計中專門設計了一套聲光報警電路。當檢測出反應罐發(fā)生故障時，單片機通過P3.3口給聲光報警電路的控制口輸出一個低電平，聲光報警電路開始工作，產(chǎn)生聲音報警和光電報警信號，提示系統(tǒng)工作故障。當反應

26、罐正常工作時，P3.3口輸出高電平，三極管截止，蜂鳴器和光電二極管都不工作。設計的聲光報警電路如圖3.7所示。圖3.7 聲光報警電路3.7 鍵盤輸入設計系統(tǒng)中要求可以對反應罐的上下限報警溫度進行在線修改，因此需要設計鍵盤輸入單元。結合實際情況，反應罐的上下限報警溫度在10以內(nèi)，所以設計中采用了專用的BCD撥碼盤來進行在線改變反應罐的上下限報警溫度。具體電路圖如圖3.8所示。13武漢理工大學智能儀器設計課程設計說明書圖3.8 撥碼盤輸入電路14武漢理工大學智能儀器設計課程設計說明書4 系統(tǒng)軟件設計本次課設中的軟件設計主要包含以下幾個部分：輸入通道控制程序（包含A/D轉換和多路選通程序）、數(shù)字濾波

27、程序、LED顯示程序、故障報警程序、撥碼盤輸入程序和定時程序。每一塊程序既能夠實現(xiàn)相應的功能，也要在正在系統(tǒng)中承擔一定的其他功能。相互之間有一定的關聯(lián)性。4.1 系統(tǒng)主程序圖4.1 系統(tǒng)程序總框圖根據(jù)程序總框圖可知，在系統(tǒng)運行過程中，單片機一直以2s為定時基準進15武漢理工大學智能儀器設計課程設計說明書行定時，每隔兩秒循環(huán)選通一路傳感器輸入給單片機處理和顯示；同時，在2s結束時，對于撥碼盤的輸入值進行掃描，實現(xiàn)在線改變上下限報警溫度。4.2 定時程序N圖4.2 定時程序流程圖課程設計中采用軟件延時定時程序來實現(xiàn)2s的定時，當2s定時結束時，會產(chǎn)生一個中斷信號，對應的中斷服務程序包含：傳感器輸入

28、選通控制程序和撥碼盤掃描程序。4.3 LED顯示程序課程設計中采用的是4位LED動態(tài)掃描顯示的方法，因此在編程中要有位選輸出信號和顯示斷碼信號。根據(jù)需要顯示的位對應的輸出口引腳，動態(tài)選擇P2.0、P2.1、P2.2和P2.3，依次循環(huán)輸出低電平，這樣就點亮了對應的LED顯示芯片；再將輸出數(shù)據(jù)對應的段碼值通過P0口輸出，就完成了一位顯示。動態(tài)掃描頻率很高，所以最終顯示的是四位數(shù)據(jù)：一位反應罐號和三位溫度顯示值。具體流程圖如圖4.3所示。16武漢理工大學智能儀器設計課程設計說明書N圖4.3 顯示程序流程圖4.4故障報警程序當測量溫度值超出設定溫度范圍的上下限值時，系統(tǒng)將進行聲光報警并顯示故障的反應

29、罐號和故障溫度。由于設計的局限性，在溫度超出正常值時，在下限情況下，只能顯示100和300，更低的溫度也是顯示著兩個值。聲光報警程序就極為簡單，只要檢測出數(shù)據(jù)超出正常范圍，直接給P3.3口一個低電平，使光電二極管和蜂鳴器導通，產(chǎn)生報警信號即可。正常情況下，P3.3輸出高電平。故障報警程序軟件框圖如圖4.4所示。17武漢理工大學智能儀器設計課程設計說明書N圖4.4 故障報警程序框圖4.5波碼盤輸入程序對于BCD撥碼盤來說，設定的溫度上下限報警值都是10以內(nèi)的BCD碼，因此輸入程序只需要對輸入端口的電平進行讀入就行。因此程序只需讀取P2.4-P2.7的電平就行。18武漢理工大學智能儀器設計課程設計

30、說明書圖4.5 撥碼盤輸入程序流程圖4.6 數(shù)字濾波程序在系統(tǒng)工作時有一些隨機干擾信號也會隨傳感器輸入給單片機，為了消除隨機干擾，設計了專門的軟件中值濾波程序。在2s的時間內(nèi)，傳感器的輸出值將多次被處理傳給單片機，因此可以對應這些數(shù)據(jù)進行中值濾波，這樣就可以消除隨機信號的干擾。圖4.6 中值濾波流程圖5 系統(tǒng)仿真與誤差分析本次課設采用了PROTEUS軟件進行畫圖與仿真，對于系統(tǒng)設計的硬件進行了分析。由于軟件存在一點漏洞，ADC0809芯片在PROTEUS軟件中沒有模型，所以仿真遇到了麻煩，最后選用了與ADC0809功能相近的ADC0808芯片來進行仿真，最終成功的仿真出了輸入設定傳感器模擬電平

31、值后顯示出溫度值和反應罐號碼；同時在超出溫度設定的上下限范圍時也是聲光報警產(chǎn)生。在本次課程設計中，設計的主要任務是信號處理電路的設計和軟件程序的19武漢理工大學智能儀器設計課程設計說明書編制。在信號處理電路中，本著經(jīng)濟性原則，采用了共享輸入通道結構，將八路傳感器輸入轉換成雙通道分時輸入，減少了硬件電路的復雜程度。同時，為了達到八位A/D轉換芯片轉換的0.5和0.3的精度要求，設計中創(chuàng)造性的運用了減法電路，且減法電路參數(shù)的選擇又同時將信號分別放大了10倍和5倍。不需要單獨的放大電路。在消除干擾信號上面，分別采用了兩種方式：硬件濾波和軟件數(shù)字濾波。對于50Hz的工頻干擾信號，采用兩級陷波器級聯(lián)的方

32、式來消除，隨機干擾采用數(shù)字編程平均值濾波消除。因此系統(tǒng)設計完全滿足設計要求，在精度和經(jīng)濟性上面取得了很好的平衡，實現(xiàn)了系統(tǒng)設計的優(yōu)化。6 設計小結通過本次課程設計，我對于大學所學的各科知識有了更加清晰的認識，也對于檢測系統(tǒng)設計的方法和實現(xiàn)過程有了切身的體會。通過這次課程設計，我認識到了以往所學書本知識存在不少的缺陷和片面性，在整個系統(tǒng)設計中，必須對于系統(tǒng)的各個方面有考慮和選擇，像我所設計的系統(tǒng)中，運用了74LS153芯片做為數(shù)據(jù)選擇器，實現(xiàn)共享輸入通道。而且為了達到設計要求的精度，在放大前專門采用了減法電路，來減去共同的基礎值，然后將差值進行放大，能夠很好的達到精度要求。當然，本次課程設計中也

33、暴露出了我自身學習中存在的一些不足，對于所學知識沒有很好的形成體系，缺乏對于專業(yè)知識的深入專研，所以在課程設計的編程和硬件設計上面只是根據(jù)所需要求和對應芯片進行簡單的組合。對應芯片選擇和系統(tǒng)優(yōu)化等方面還存在很多的不足。不能像高手那樣進行實物設計，設計依舊停留在理論設計的階段，缺少動手鍛煉的能力，因為我還將進行研究生的學習，我想這些不足的暴露也為我后面的學習提供了方向。經(jīng)管這次課程設計我順利完成了，但是，我前面還需要努力的地方還有很多。我將以此為契機，繼續(xù)努力，真正收獲知識。20武漢理工大學智能儀器設計課程設計說明書參考文獻【1】李廣弟、朱月秀、王秀山.單片機基礎.北京：北京航空航天大學出版社，

34、2001.7【2】史健芳.智能儀器設計基礎，北京：電子工業(yè)出版社，2005.6【3】張國雄.測控電路.北京：機械工業(yè)出版社，2002【4】趙燕.傳感器原理及應用.北京：北京大學出版社，2010.,【5】韓啟綱等.智能化儀表原理與使用維修.北京:中國計量出版社，2002.9【6】王念旭等. DSP基礎與應用系統(tǒng)設計. 北京：北京航空航天大學出版社，2001.【7】張雄偉，曹鐵勇. DSP芯片的原理與開發(fā)應用.第二版. 北京：電子工業(yè)出版社，2000.【8】 蘇奎峰，呂強，耿慶鋒，陳圣儉.TMS320F2812原理與開發(fā).第2版.北京:電子工業(yè)出版社，2006【9】蘇奎峰，呂強，耿慶鋒，陳圣儉.T

35、MS320X281XDSP原理及C程序開發(fā). 北京:電子工業(yè)出版社，2008【10】孫傳有、孫曉斌、漢澤西、張欣.測控系統(tǒng)原理與設計.北京:北京航空航天大學出版社，2004.9 【11】徐愛鈞.智能化測量控制儀表原理與設計.北京:北京航空航天大學出版社，1995.1121武漢理工大學智能儀器設計課程設計說明書附錄一 軟件程序1. 主程序#include#include#include#includehardware.h#includeadc0809.h#includeled.h#includemaincall.h#define uchar unsigned char#define uint u

36、nsigned intvoid main()uchar select=0;InitTimer0();while(1)if(!ok)while(!ok);SetMode();ShowNormal(); /等待松手2. 定時程序/*函數(shù)功能：定時器0的初始化函數(shù)，定時100ms函數(shù)原型：void InitTimer0(void)*/void InitTimer0(void)TMOD=0x01; /time0為定時器，方式1 TH0=0x3c; /預置計數(shù)初值TL0=0xb0;EA=1;ET0=1;TR0=1;mscount=0;/*函數(shù)功能：定時器0的中斷函數(shù)，定時50ms，顯示間隔為2秒；函數(shù)原

37、型：void Timer0(void) interrupt 1 using 022武漢理工大學智能儀器設計課程設計說明書*/void Timer0(void) interrupt 1 using 0 /定時器0方式1，50ms中斷一次 TH0=0x3c;TL0=0xb0;mscount+;if(mscount=20)chn+;mscount=0;if(chn7) chn=0;#endif3. 顯示程序*/#ifndef _MAINCALL_H_#define _MAINCALL_H_uchar mscount;uchar chn=0;/*函數(shù)功能：正常顯示函數(shù)，罐號和溫度同時顯示，顯示精度均為1，顯示間隔為2秒；函數(shù)原型：v