智能化儀器儀表課程設(shè)計簡介2012

2023/2/7

智能化儀器課程設(shè)計

智能計時溫濕度計

2023/2/7一、主要任務(wù)1.掌握系統(tǒng)硬件原理

①CPU及其外圍電路:89C51單片機(jī)及其各端口在電路中的作用；

②日歷時鐘：DS12887工作原理；③溫度、濕度檢測電路：利用555和熱敏、濕敏探頭進(jìn)行溫濕度轉(zhuǎn)換原理；電阻與頻率信號的轉(zhuǎn)換原理；④LED顯示電路：串口驅(qū)動共陽LED數(shù)碼管顯示器的原理；⑤按鍵。

2023/2/7一、主要任務(wù)

2完成系統(tǒng)軟件編程 ①顯示子程序：LED顯示編程；

②按鍵子程序：

③日歷時鐘IC的檢測、設(shè)置與顯示：DS12887的操作，顯示年、月、日、時、分、秒和周；④采集子程序：溫度、濕度信號的采集、處理與顯示2023/2/7一、主要任務(wù)3完成系統(tǒng)調(diào)試 ①硬件調(diào)試

②軟件調(diào)試

③掌握Medwin開發(fā)環(huán)境，能夠在該環(huán)境下編寫、調(diào)試程序。

2023/2/7一、主要任務(wù)4完成設(shè)計報告

①設(shè)計的基本方案②硬件電路原理③軟件流程框圖

④主要程序設(shè)計說明2023/2/7二、時間安排

5月21日－5月25日（不含周六、日） 采用授課與自行設(shè)計相結(jié)合的方式，掌握整個硬件電路原理的基本知識以及軟件編程。5月28日－6月01日（不含周六、日）

上機(jī)編程、調(diào)試，并完成設(shè)計總結(jié)報告。

6月07日

考核測控093（上午）測控094（下午）。2023/2/7三、上機(jī)安排與成績考核1、上機(jī)安排及分組情況兩人一組：一套仿真器和一臺計算機(jī)，測控3班：(15周1-5上午、16周1-3上午）測控4班：(15周1-5下午、16周1-3下午）

地點：仰北5032、成績考核五分制：平時成績（20％）、作品成績（60％）和設(shè)計報告成績(20%)綜合評定。

2023/2/7

智能化儀器課程設(shè)計

智能計時溫濕度計

硬件電路設(shè)計

2023/2/7一、實時時鐘芯片DS128871、引腳

2023/2/7一、實時時鐘芯片DS12887AD0～AD7：地址／數(shù)據(jù)分時復(fù)用線。MOT:總線類型選擇。接高電平，選擇摩托羅拉時序，接低電平， 選擇英特爾時序；AS:址選通信號：下降沿將地址鎖存在DS12887內(nèi)部以選通其內(nèi)部RAM；R/W:讀／寫控制信號，在英特爾時序下,R/W用做wr信號。DS：數(shù)據(jù)選通信號。在英特爾時序下，DS用做讀RD信號。/RESET:復(fù)位輸人；要求復(fù)位時間應(yīng)大于200ms。/IRQ:中斷請求輸出信號。只要內(nèi)部所允許的中斷信號存在，它就保持在低電平上。SQW：方波輸出信號。2023/2/72、控制寄存器與內(nèi)部RAM

一、實時時鐘芯片DS128872023/2/7

3、時間、日歷和報警數(shù)據(jù)位置分配

一、實時時鐘芯片DS128872023/2/74、

寄存器AUIP：更新進(jìn)行中狀態(tài)標(biāo)志。為1時，表示更新即將開始，為0時，表示更新至少在244s內(nèi)不會產(chǎn)生，即該位為0時，時鐘信息可讀。DV2、DV1、DVO：芯片內(nèi)部振蕩器控制位。當(dāng)芯片解除復(fù)位狀態(tài)，并將010寫入DV2、DV1、DVO后，下一次更新將在半秒后進(jìn)行。RS3、RS2、RS1、RSO：周期中斷可編程方波輸出速率選擇位。

一、實時時鐘芯片DS128872023/2/75、寄存器BSET位：芯片工作控制位。該位為1時，芯片停止工作，此時可對芯片進(jìn)行初始化；該位為0時，芯片處于工作狀態(tài)，每秒產(chǎn)生一個更新中斷。一、實時時鐘芯片DS128872023/2/7PIE、AIE、UIE位：這三位分別是周期中斷、報警中斷、更新中斷的允許控制位。當(dāng)各位寫1時，將允許芯片發(fā)出相應(yīng)的中斷。SQWE位：方波輸出允許位。DM位：時標(biāo)寄存器用十進(jìn)制BCD碼格式或用二進(jìn)制碼格式的選擇位。DM為1時，表示二進(jìn)制碼；DM為0時，表示十進(jìn)制BCD碼。一、實時時鐘芯片DS128872023/2/724/12位：該位用來選擇是24小時進(jìn)制還是12小時進(jìn)制。24/12位為1時，表示24小時進(jìn)制工作模式；DSE位：夏令時選擇位。DSE位為1時，表示夏時制有效。一、實時時鐘芯片DS128872023/2/76、寄存器C

IRQF位：中斷申請標(biāo)志位。其邏輯表達(dá)式為：IRQF=(PF·PIE)+(AF·AIE)+(UF·UIE)。當(dāng)IRQF位變?yōu)?時，腳變低，從而引發(fā)中斷申請。PF、AF、UF位：這三位分別是周期中斷、報警中斷、更新結(jié)束中斷標(biāo)志位。只要滿足中斷條件，相應(yīng)的中斷標(biāo)志位將置1。一、實時時鐘芯片DS128872023/2/77、寄存器D

VRT位：內(nèi)部數(shù)據(jù)有效指示位。該位的讀出值應(yīng)為1；一旦讀出值為0，則指示內(nèi)部鋰電池電力不足，此時無法保證其內(nèi)部數(shù)據(jù)的正確性。讀該寄存器后，該位將自動置1。

一、實時時鐘芯片DS128872023/2/77、DS12887的初始化方法①應(yīng)禁止芯片內(nèi)部的更新周期操作，先將DS12887狀態(tài)寄存器B中的SET位置“1”。

②初始化00H～09H時標(biāo)參數(shù)寄存器和狀態(tài)寄存器A。③通過讀狀態(tài)寄存器C，清除寄存器C中的周期中斷標(biāo)志位PF、報警中斷標(biāo)志位AF、更新周期結(jié)束中斷標(biāo)志位UF。

④讀寄存器D中的VRT位，讀狀態(tài)寄存器后，VRT位將自動置“1”。

⑤狀態(tài)寄存器B中的SET位清“0”芯片開始計時工作。一、實時時鐘芯片DS128872023/2/78、與CPU的接口一、實時時鐘芯片DS128872023/2/7設(shè)計中應(yīng)用了8個LED共陽數(shù)碼管作為輸出結(jié)果的顯示，利用兩個擴(kuò)展I/O口，控制段碼和位碼輸出，實現(xiàn)動態(tài)掃描顯示。二、顯示電路2023/2/71與CPU接口二、顯示電路2023/2/72串行口工作模式

工作方式0的波特率=fosc/12二、顯示電路2023/2/7設(shè)置了4個按鍵，用于時間顯示、日期顯示和測量值顯示的切換，時間和日期的設(shè)置以及儀表常數(shù)的設(shè)定等。S1—設(shè)置鍵，用于進(jìn)入/退出日期設(shè)置、時間設(shè)置或儀表常數(shù)等的設(shè)置狀態(tài)。 S2—右移鍵，用于右移選擇當(dāng)前設(shè)置數(shù)據(jù)的位置S3—加1鍵，用于當(dāng)前設(shè)置內(nèi)容加1。 S4—顯示切換鍵，用于切換當(dāng)前顯示的內(nèi)容為測量值或日期或時間。三、按鍵電路2023/2/71與CPU接口三、按鍵電路2023/2/72、按鍵電路原理LED顯示過程中，數(shù)碼管的位選信號選通后，判斷是否有鍵按下。兩種方式判斷：

外部中斷1，或 查詢方式P3.3電平。三、按鍵電路2023/2/71溫度檢測電路四、溫度采集電路2023/2/72NE555電路內(nèi)部原理四、溫度采集電路2023/2/7四、溫度采集電路2023/2/7四、溫度采集電路2023/2/7圖中因此四、溫度采集電路2023/2/7原理圖中

Ra=10k,Rb=2.5k,C=0.1u而10K熱敏電阻與溫度對應(yīng)表如下：T(0C)010202530405060

R(k)27.2817.9612.09108.3135.8284.1613.021

四、溫度采集電路2023/2/7三、溫度采集電路2023/2/7五、通用智能儀表的硬件設(shè)計1、硬件組成框圖 該系統(tǒng)的硬件電路主要包含了89C51單片機(jī)、ICL7135四位半A/D轉(zhuǎn)換器、DS12887實時時鐘芯片、8個共陰LED數(shù)碼管顯示器和按鍵等。其硬件組成框圖如圖11-6所示。2023/2/7五、通用智能儀表的硬件設(shè)計2023/2/72、ICL7135工作原理

為了實現(xiàn)電壓測量功能，選用了A/D轉(zhuǎn)換器ICL7135，該芯片集成了一個四位半的雙斜積分式A/D轉(zhuǎn)換器，精度高、抗干擾能力強(qiáng)，能滿足一般測量的精度要求。器件在雙極性輸入的情況下，測量速度可達(dá)每秒3次以上，在單極性輸入的情況下，測量速度可達(dá)每秒25次左右，適用于一般的直流信號和慢速變化信號的測量。根據(jù)ICL7135的積分特性及其與BUSY信號之間的時序關(guān)系，利用89C51單片機(jī)的計數(shù)器，通過對BUSY信號高電平期間的時鐘脈沖進(jìn)行計數(shù)的方法實現(xiàn)電壓測量，以簡化電路連接。五、通用智能儀表的硬件設(shè)計2023/2/73、DS12887簡介 在目前的大多數(shù)智能儀器設(shè)計中，往往需要記錄測量的日期和時間信息，以及自動完成設(shè)定時間的自動測量和控制等，這就要求在儀器中帶有實時時鐘。由于利用單片機(jī)直接編程實現(xiàn)實時時鐘，編程復(fù)雜而且還要考慮后備電源供電等問題，因此，選用自帶后備電池的實時日歷時鐘芯片是一個較好的選擇。DS12887是一個常用且方便與CPU接口的實時時鐘芯片，應(yīng)用它，可以自動實現(xiàn)時間和日期的處理，單片機(jī)只要利用DS12887的秒更新，每秒讀一次時鐘數(shù)據(jù)即可。五、通用智能儀表的硬件設(shè)計2023/2/74、顯示電路 設(shè)計中應(yīng)用了8個LED共陰數(shù)碼管作為輸出結(jié)果的顯示，利用兩個擴(kuò)展I/O口，控制段碼和位碼輸出，實現(xiàn)靜態(tài)掃描顯示。五、通用智能儀表的硬件設(shè)計2023/2/7五、通用智能儀表的硬件設(shè)計2023/2/75、按鍵電路 設(shè)置了4個按鍵，用于時間顯示、日期顯示和測量值顯示的切換，時間和日期的設(shè)置以及儀表常數(shù)的設(shè)定等。五、通用智能儀表的硬件設(shè)計2023/2/7五、通用智能儀表的硬件設(shè)計2023/2/76、功能擴(kuò)展 該儀器可以擴(kuò)展用于測量多種不同的物理量，如溫度、壓力、稱重等?？梢岳冒存I設(shè)置被測物理量與輸出的被測電壓之間的函數(shù)關(guān)系，經(jīng)單片機(jī)運(yùn)算處理后直接顯示被測量，進(jìn)而擴(kuò)展儀器的功能。五、通用智能儀表的硬件設(shè)計2023/2/77、硬件接口簡介

8個LED數(shù)碼管顯示器采用動態(tài)掃描顯示方式，段碼和位碼分別由一個擴(kuò)展的輸出口控制，其中段碼口地址E1為