1、本科論文(設(shè)計(jì)) 題目:基于61單片機(jī)的溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)分支部門:專業(yè):電子信息工程姓氏:導(dǎo)師:導(dǎo)師頭銜: 1前言國外發(fā)展?fàn)顩r隨著現(xiàn)代生活水平的提高，自動化技術(shù)也在不斷發(fā)展。同時(shí)，電子技術(shù)與自動化控制理論緊密結(jié)合。這時(shí)候就可以有效地將嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖詣踊茖W(xué)與現(xiàn)代生活結(jié)合起來，讓現(xiàn)代生活變得更加有趣。該系統(tǒng)的語音功能突出了這一特點(diǎn)。設(shè)計(jì)的目的和意義:本設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的適用性，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)可以作為溫度監(jiān)控系統(tǒng)使用。如果稍加修改，它可以用作熱水器溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)室溫度監(jiān)控系統(tǒng)和許多其他溫度采集系統(tǒng)。本課題的主要任務(wù)是利用單片機(jī)完成環(huán)境溫度檢測，實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)，并顯示溫度數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)操作方便，控制靈活。隨著“信

2、息時(shí)代”的到來，傳感器技術(shù)作為一種獲取信息的手段，取得了顯著的進(jìn)步，應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，要求越來越高，需求越來越迫切。傳感器技術(shù)已經(jīng)成為衡量一個(gè)國家科技發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。因此，了解和掌握各種傳感器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和特點(diǎn)是非常重要的。為了提高對傳感器的認(rèn)識和理解，特別是對溫度傳感器及其用法和用途的深入研究，本著實(shí)用性、通用性、典型性的原則，設(shè)計(jì)了本系統(tǒng)。本文利用單片機(jī)和傳感器技術(shù)開發(fā)設(shè)計(jì)了溫度監(jiān)控系統(tǒng)。本文將傳感器理論與單片機(jī)的實(shí)際應(yīng)用有機(jī)結(jié)合起來，詳細(xì)闡述了利用熱電阻作為溫度傳感器檢測環(huán)境溫度的過程和實(shí)現(xiàn)熱電轉(zhuǎn)換的原理過程。單片機(jī)是集成了微處理器、存儲器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、I/O接口電

3、路等的大規(guī)模集成電路。在單個(gè)芯片上。這是一個(gè)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)技術(shù)與傳感器測量技術(shù)的結(jié)合、信號與系統(tǒng)分析技術(shù)、電路設(shè)計(jì)技術(shù)、可編程邏輯應(yīng)用技術(shù)、微機(jī)接口技術(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫技術(shù)、計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)、匯編語言編程、高級語言編程、軟件工程、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)字信號處理、自動控制、誤差分析、儀器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)等。，使得單片機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用。同時(shí)，單片機(jī)具有強(qiáng)大的管理功能。采用單片機(jī)對整個(gè)測量電路進(jìn)行管理和控制，使整個(gè)系統(tǒng)智能化，功耗低，電子元器件少，布線少，成本低，便于制造、安裝、調(diào)試和維護(hù)。國外發(fā)展概況:隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及其在控制系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，隨著設(shè)備小型化、智能化的發(fā)展，單片機(jī)作為高

4、新技術(shù)之一，以其體積小、功能強(qiáng)、價(jià)格低、使用靈活等優(yōu)點(diǎn)顯示出強(qiáng)大的生命力。進(jìn)入21世紀(jì)以來，許多公司開發(fā)并推出了單片機(jī)，各種高性能單片機(jī)的市場也異常活躍。隨著新技術(shù)的不斷采用，單片機(jī)的種類、性能和應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大和提高。凌陽科技公司最近推出了一款新型16位單片機(jī)SPCE061A。這種單片機(jī)的問世，使16位單片機(jī)的科技含量和應(yīng)用躍上了一個(gè)新臺階。單片機(jī)在國內(nèi)廣泛應(yīng)用于三個(gè)領(lǐng)域:一是家用電器，如自動洗衣機(jī)、智能玩具；第二是通信行業(yè)，包括手機(jī)、BP機(jī)等；三是儀器和計(jì)算機(jī)外設(shè)制造，如軟盤、硬盤、收款機(jī)、電表等。除了上述傳統(tǒng)領(lǐng)域，汽車和電子行業(yè)在國外也有廣泛應(yīng)用。它具有低成本、高集成度、低功耗和多種控制

5、功能的優(yōu)點(diǎn)，可以靈活組裝成各種智能控制設(shè)備。由它組成的智能儀器解決了長期以來測量儀器中的誤差校正和線性處理問題。自1976年Intel公司推出第一批單片機(jī)以來，80年代單片機(jī)技術(shù)進(jìn)入了高速發(fā)展期。近年來，隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，單片機(jī)不斷向快速、高性能方向發(fā)展，從4位、8位單片機(jī)發(fā)展到16位、32位單片機(jī)。單片機(jī)主要用于控制。其應(yīng)用領(lǐng)域遍布全球，從航天飛機(jī)到日常生活中的冰箱、彩電。單片機(jī)可以顯示它的能力。本文的主要研究內(nèi)容本系統(tǒng)的研發(fā)主要包括系統(tǒng)硬件和系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)主要包括各功能模塊的方案論證和電路設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)和制作、硬件電路調(diào)試以及各模塊的整體調(diào)試。軟件設(shè)計(jì)主要包括主程序、液

6、晶顯示、溫度采集、語音播報(bào)等子程序。該系統(tǒng)針對-50-+150的溫度范圍，溫度顯示精度為0.001。根據(jù)這個(gè)技術(shù)指標(biāo)，硬件設(shè)計(jì)主要包括:掌握溫度傳感器、液晶屏、放大器等器件的工作原理，設(shè)計(jì)具體的硬件電路；在軟件方面，采用單片機(jī)構(gòu)成溫度控制系統(tǒng)，通過編程實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)采集和顯示功能。該系統(tǒng)采用SPCE061A單片機(jī)作為微處理器，利用傳感器和單片機(jī)組成溫度測量系統(tǒng)。檢測當(dāng)前溫度，單片機(jī)對采集的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，通過揚(yáng)聲器廣播或LCD顯示溫度。系統(tǒng)的組成和工作原理系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求和技術(shù)指標(biāo)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所開發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求和技術(shù)指標(biāo):1.系統(tǒng)需要自動采集溫度并顯示采集的數(shù)據(jù)；2.要求數(shù)據(jù)采集精度為0.

7、001；3.溫度控制范圍為-55-+150；系統(tǒng)功能分析根據(jù)開發(fā)系統(tǒng)的要求和技術(shù)指標(biāo)，在對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，采用單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制核心，它有兩個(gè)基本功能，一是采集溫度數(shù)據(jù)，二是顯示采集到的溫度值。為了實(shí)現(xiàn)第一個(gè)功能，溫度模擬信號由溫度傳感器AD590采集，由OP07放大，然后由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。第二個(gè)作用是通過單片機(jī)將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號通過揚(yáng)聲器播放出來。系統(tǒng)組成框圖根據(jù)以上功能模塊，系統(tǒng)硬件分為以下幾個(gè)部分:控制核心部分、溫度數(shù)據(jù)采集部分和顯示部分。溫度數(shù)據(jù)采集部分包括三個(gè)方面:信號前端采集、信號放大和信號A/D轉(zhuǎn)換。61單片機(jī)有10個(gè)A/D轉(zhuǎn)換通道，這里可以省略信號A/D

8、轉(zhuǎn)換電路。系統(tǒng)原理框圖如圖2.1所示:圖2.1系統(tǒng)組成框圖通過系統(tǒng)組成框圖，可以看到系統(tǒng)的各個(gè)模塊及其模塊之間的關(guān)系。根據(jù)本課題的設(shè)計(jì)要求，分析了組成框圖:系統(tǒng)啟動后，溫度傳感器AD590首先采集數(shù)據(jù)，經(jīng)轉(zhuǎn)換后，由61單片機(jī)發(fā)送到揚(yáng)聲器播放結(jié)果。其中，61單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的MCU，溫度數(shù)據(jù)采集可以實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)的基本功能之一。同時(shí)連接揚(yáng)聲器，實(shí)現(xiàn)采集部分的可視化。系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)因?yàn)榭刂七^程中的每個(gè)功能都是由幾個(gè)基本電路實(shí)現(xiàn)的，即采樣電路、放大電路和顯示電路。因此，在綜合考慮本次設(shè)計(jì)的基本要求和系統(tǒng)各種功能的實(shí)現(xiàn)后，在一些具體模塊中提出了幾種比較參考的方案和功能供討論，以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的合理化、成本最小

9、化和實(shí)用性。方案論證和比較單片機(jī)選擇智能儀器中單片機(jī)的選擇原則:1.單詞長度和速度；2.單片機(jī)的功能和資源:3.開發(fā)工具和技術(shù)支持的狀態(tài)；4.性能價(jià)格比；利用凌陽現(xiàn)有液晶模組和SPCE061A板強(qiáng)大的語音播報(bào)功能，并配以K9F1208外存儲器，不僅可以做到聲貌并重，還可以通過軟件擦除內(nèi)存實(shí)現(xiàn)動態(tài)存儲。更重要的是，它的價(jià)格永遠(yuǎn)低于3080元。SPCE061A單片機(jī)介紹SPCE061A是凌陽科技開發(fā)的16位微控制器，具有nSP內(nèi)核。SPCE061A是一款FLASH ROM，內(nèi)嵌32K字符。高處理速度使nSP能夠非常輕松快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號。因此，基于nSP的微控制器SPCE061A同樣適用于數(shù)

10、字語音識別應(yīng)用。在2.6V至3.6V的工作電壓范圍內(nèi)，SPCE061A的工作速度為0.32 MHz至49.152 MHz，更高的工作速度拓寬了其應(yīng)用領(lǐng)域。2K字SRAM和32K字flash ROM只占一頁存儲空間，32位可編程多功能I/O口；兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；32768Hz實(shí)時(shí)時(shí)鐘；低電壓復(fù)位/監(jiān)控功能；8通道10位模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入功能和帶自動增益控制功能的麥克風(fēng)輸入模式；雙通道10位DAC模式的音頻輸出功能。SPCE061A是數(shù)字語音和語音識別產(chǎn)品中最經(jīng)濟(jì)的應(yīng)用之一。主要屬性如下:16位mNSP微處理器；工作電壓:VDD為2.4 3.6V (CPU)，VDDH為2.4 5.5V(I/O)

11、；CPU時(shí)鐘:32768Hz 49.152 MHz； 2K SRAM和32K FLASH被設(shè)定；可編程音頻處理；32位通用可編程輸入/輸出端口；32768Hz實(shí)時(shí)時(shí)鐘，PLL振蕩器提供系統(tǒng)時(shí)鐘信號；兩個(gè)16位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(初始計(jì)數(shù)值可自動預(yù)設(shè))；兩個(gè)10位DAC(數(shù)模轉(zhuǎn)換)輸出通道；7通道10位電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和單通道語音模數(shù)轉(zhuǎn)換器；麥克風(fēng)放大器的自動增益控制(AGC)功能安裝在聲音A/D轉(zhuǎn)換器的輸入通道中；系統(tǒng)處于待機(jī)狀態(tài)(時(shí)鐘停止)時(shí)，功耗小于2mA3.6V；14個(gè)中斷源:定時(shí)器A/B、2個(gè)外部時(shí)鐘源輸入、時(shí)基、按鍵喚醒等。具有觸摸按鍵喚醒功能；凌陽音頻編碼的SACM_S2

12、40模式(2.4K bit/s)可容納210秒語音數(shù)據(jù)；具有異步和同步串行設(shè)備接口；具有低電壓復(fù)位(LVR)功能和低電壓監(jiān)控(LVD)功能；安裝了在線仿真器(ICE );有能力；具有看門狗功能(由特定型號決定)其外圍電路如圖3.1所示:圖3.1 spce 061 a的外圍電路具體的引腳描述將在后面介紹。溫度數(shù)據(jù)采集模塊從系統(tǒng)需求分析，需要測試溫度和溫度相關(guān)參數(shù)，并且要考慮熱電阻傳感器。根據(jù)熱阻的性質(zhì)，可以分為半導(dǎo)體熱阻和金屬熱阻兩大類。前者通常稱為熱敏電阻，后者稱為熱電阻。方案一:采用熱敏電阻，熱敏電阻由對溫度敏感的半導(dǎo)體材料制成，其阻值隨溫度的變化而明顯變化。負(fù)溫度系數(shù)通常采用錳鈷氧化物制成

13、的半導(dǎo)體瓷，其特點(diǎn)是在工作溫度下，周圍電阻的阻值隨溫度升高而降低?？梢詽M足40-90的測量范圍，但熱敏電阻的精度、重復(fù)性和可靠性較差，不適合檢測小于1的信號。而且線性度很差，不能直接用于A/D轉(zhuǎn)換。應(yīng)該用軟件或者硬件來補(bǔ)償。方案二:鉑電阻pt1000作為溫度傳感器。鉑熱電阻在高溫和氧化介質(zhì)中物理化學(xué)性能穩(wěn)定，可用作線性度好的工業(yè)測溫原件。在0-100范圍內(nèi)，最大非線性偏差小于0.5。鉑電阻和溫度之間的關(guān)系為:Rt=R0(1+At+Btt) (3-1)其中Rt是T攝氏度時(shí)的電阻，R0是0攝氏度時(shí)的電阻，T是任意溫度值，A和B是溫度系數(shù)。但是它的成本太貴了，不適合普通設(shè)計(jì)。方案三:采用集成溫度傳感

14、器，如常用的AD590和LM35。AD590是一款電流模式溫度傳感器。該器件采用電流作為輸出來指示溫度，其典型的電流溫度靈敏度為1UA/k，為雙端器件，使用起來非常方便。作為高阻電流源，不需要嚴(yán)格考慮傳輸線上的電壓信號損失和噪聲干擾，因此特別適合遠(yuǎn)距離測量或控制。此外，AD590特別適合多點(diǎn)溫度測量系統(tǒng)，無需考慮選擇開關(guān)或CMOS多路復(fù)用開關(guān)引起的額外電阻所帶來的誤差。AD590采用獨(dú)特的電路結(jié)構(gòu)和最新的薄膜電阻激光調(diào)整和計(jì)數(shù)校準(zhǔn)，具有高精度。應(yīng)用電路簡單，設(shè)計(jì)方便。選項(xiàng):選擇選項(xiàng)3。理由:電路簡單，穩(wěn)定可靠，無需調(diào)試，易于與A/D連接。模數(shù)轉(zhuǎn)換部分模數(shù)轉(zhuǎn)換器是一種將連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)

15、字量的電路或器件。通常，從模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換需要兩個(gè)過程:采樣保持和量化編碼。根據(jù)采樣對象的不同，有不同的A/D轉(zhuǎn)換器(ADC)可供選擇，包括通用型和專用型。有些ADC還包含其它功能，因此選擇ADC器件時(shí)應(yīng)考慮許多因素。除關(guān)鍵參數(shù)、分辨率和轉(zhuǎn)換速度外，還應(yīng)考慮其他因素，如靜態(tài)和動態(tài)精度、數(shù)據(jù)接口類型、控制接口和時(shí)序、采樣保持性能、基本要求、校準(zhǔn)能力、通道數(shù)量、功耗、使用環(huán)境要求、封裝形式和軟件相關(guān)問題。根據(jù)ADC的功能，可以分為直接轉(zhuǎn)換和間接轉(zhuǎn)換兩大類。其中，間接轉(zhuǎn)換包括逐次分步轉(zhuǎn)換和積分轉(zhuǎn)換。在A/D轉(zhuǎn)換器的實(shí)際應(yīng)用中，除了設(shè)計(jì)合適的采樣/保持電路、參考電路、多路模擬開關(guān)等電路外，還應(yīng)

16、根據(jù)實(shí)際選用的芯片來設(shè)計(jì)輸入模擬信號的極性轉(zhuǎn)換。方案一:采用分級轉(zhuǎn)換器，采用兩步或多步進(jìn)行分辨率的閃爍轉(zhuǎn)換，快速完成“模數(shù)”信號的轉(zhuǎn)換，同時(shí)達(dá)到更高的分辨率。例如，在兩步分類完成N位轉(zhuǎn)換的過程中，首先完成M位的粗轉(zhuǎn)換，然后使用精度至少為M位的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)將結(jié)果轉(zhuǎn)換為1/2精度，并與輸入信號進(jìn)行比較。該信號由K位轉(zhuǎn)換器(K+MN)轉(zhuǎn)換，最后將兩個(gè)輸出結(jié)果合并。方案二:采用雙積分A/D轉(zhuǎn)換器，如ICL7135。雙積分A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換精度高，但轉(zhuǎn)換速度不是太快。如果用于溫度測量，它們不能及時(shí)反映當(dāng)前的溫度值。而且大部分雙積分A/D轉(zhuǎn)換器都是直接驅(qū)動數(shù)碼管，而不是二進(jìn)制碼。因此，如果其輸出直接

17、連接到I/O接口，會給軟件設(shè)計(jì)帶來很大的不便。方案三:采用逐次逼近轉(zhuǎn)換器。對于這種轉(zhuǎn)換模式，通常將比較器的輸入信號與作為參考的N位DAC的輸出進(jìn)行比較，并執(zhí)行N次1位轉(zhuǎn)換。這種方法類似于在天平上用二進(jìn)制砝碼稱量物質(zhì)。使用逐次逼近寄存器時(shí)，輸入信號僅與最高有效位(MSB)進(jìn)行比較，以確定DAC的最高有效位(DAC滿量程的一半)。確定的結(jié)果(0或1)被鎖存并添加到DAC，以確定DAC的輸出(0或1/2)。逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，如ADC0809、AD574等。的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速度快，精度高。輸出為二進(jìn)制代碼，直接連接I/O口，軟件設(shè)計(jì)方便。ADC0809芯片包含8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器和8通道多路復(fù)用器微控制器兼

18、容控制邏輯。8通道多路復(fù)用器可以直接連接8路單端輸入信號中的任何一路。由于ADC0809在設(shè)計(jì)時(shí)考慮了幾種A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，因此該芯片非常適合過程控制、微控制器輸入通道接口電路、儀器和機(jī)床控制等應(yīng)用場合。，且其價(jià)格低廉，降低了設(shè)計(jì)成本。選項(xiàng):選擇選項(xiàng)3。理由:使用61單片機(jī)采樣速度快，帶溫度傳感應(yīng)用方便，成本低。在SPCE061A芯片的ADC中，DAC0和逐次逼近寄存器SAR構(gòu)成逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器。數(shù)字顯示部分在實(shí)際應(yīng)用中，有許多顯示設(shè)備，如LED數(shù)字顯示器、CRT顯示器和LCD顯示器。根據(jù)本課題的實(shí)際顯示需求，設(shè)計(jì)了一些開機(jī)界面，要求顯示設(shè)備顯示漢字和字符。據(jù)此，設(shè)計(jì)了三種方案:方案一:

19、常用的數(shù)碼管顯示器由八個(gè)led組成，其中七個(gè)LEDs a g控制七個(gè)筆畫(段)的亮或暗，另一個(gè)控制一個(gè)小數(shù)點(diǎn)的亮或暗。這種筆畫式七段顯示器可以顯示較少的字符，字符的形式有些失真，但易于控制，使用方便。如圖3.2所示:圖3.2數(shù)碼管顯示方案二:還有一種點(diǎn)陣發(fā)光顯示器，LED排列成NM(例如57)矩陣，一個(gè)LED控制點(diǎn)陣中的一個(gè)點(diǎn)。這種顯示器顯示生動的字形，并且可以顯示更多的字符，但是控制復(fù)雜。方案三:液晶顯示器(LCD)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電腦、電視、智能儀器中。其主要優(yōu)點(diǎn)是功耗低，控制電壓低，易于集成電路控制。其工作原理是:將有機(jī)大分子填充在兩個(gè)電極之間，在電勢的作用下，有機(jī)大分子有序排列并能透光；

20、在沒有電場的情況下，有機(jī)大分子是無序的，不能透光，全反射光。人眼的透明部分看到的是黑色，而人眼的全反射部分看到的是白色。當(dāng)有機(jī)大分子中含有某種顏色的大分子時(shí)，不同的能級可以反射不同顏色的光。液晶顯示器具有液體的流動性和晶體的某些光學(xué)特性。它不發(fā)光，但指示調(diào)制環(huán)境光。越亮的地方顯示越清晰，在黑暗中無法顯示。通過編程，可以清晰顯示各種字符和漢字。LCD的缺點(diǎn)很明顯:第一，由于有機(jī)大分子具有一定的厚度，人眼從不同角度觀察到的光的反射效果不同；其次，有機(jī)大分子在紫外線照射下容易失效；第三，溫度對有機(jī)大分子也有明顯的影響。第四，長時(shí)間施加恒定電壓，大分子也會分解失效。因?yàn)榍皟煞N方案選擇的顯示器屬于數(shù)碼管

21、顯示器，不能顯示漢字，只能作為字符的顯示器件。雖然LCD的編程比較復(fù)雜，存在一些缺點(diǎn)，但它能滿足提出的設(shè)計(jì)要求，直觀方便地進(jìn)行各種漢字的操作編程和顯示，能實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并具有良好的“人機(jī)對話”界面。通過以上顯示器的比較，本設(shè)計(jì)選擇了第三種方案:液晶顯示器。溫度采集電路溫度采集電路的工作原理溫度數(shù)據(jù)采集是整個(gè)系統(tǒng)中最重要、最核心的部分。采集的實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)經(jīng)單片機(jī)處理后送到液晶顯示器顯示。溫度采集電路主要包括采樣電路、放大電路和A/D轉(zhuǎn)換電路。在采樣電路中，選用AD590電流型集成溫度傳感器作為前端溫度數(shù)據(jù)采集器。放大電路部分采用OP07電壓跟隨器和運(yùn)算放大器的典型連接，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的信號傳

22、輸和放大。溫度數(shù)據(jù)采集電路如下圖3.3所示:圖3.3溫度數(shù)據(jù)采集電路AD590電流輸出集成溫度傳感器基于集成溫度傳感器線性度好、精度適中、靈敏度高、使用方便的特點(diǎn)，本系統(tǒng)采用AD590系列溫度傳感器。AD590是AD公司利用正向電流與PN結(jié)溫度的關(guān)系制造的電流輸出雙端溫度傳感器。事實(shí)上，中國也開發(fā)了同類型的產(chǎn)品SG590。當(dāng)被測溫度恒定時(shí)，該器件相當(dāng)于一個(gè)恒流源。該裝置具有良好的線性度和互換性，測量精度高，消除電源波動的特點(diǎn)。即使電源在5V-15V之間變化，其電流在1uA時(shí)也只有微小的變化。集成溫度傳感器本質(zhì)上是一個(gè)半導(dǎo)體集成電路，利用晶體管be結(jié)壓降的不飽和值V、熱力學(xué)溫度T和通過發(fā)射極的電

23、流I之間的如下關(guān)系來實(shí)現(xiàn)溫度檢測:= (3-2)其中:k是波爾茲常數(shù)；q是電子電荷的絕對值。AD590是一款電流型溫度傳感器，通過測量電流可以獲得所需的溫度值。根據(jù)特性分類，AD590的后綴由I、j、k、l和m表示.AD590L和AD590M通常用于精密溫度測量電路，其外形引腳如圖3.4所示:圖3.4 ad 590引腳圖其主要特點(diǎn)如下:1.流經(jīng)器件的電流(mA)等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度(開爾文)，即mA/K:流經(jīng)器件(AD590)的電流，單位為mA；t熱力學(xué)溫度，單位為k2.AD590的溫度測量范圍為-55至+150。3.AD590的電源電壓范圍為4V至30V。電源的電壓可以從4V6V變化

24、到6V，電流變化1mA，相當(dāng)于1 K的溫度變化，AD590可以承受44V的直流電壓和20V的反向電壓，所以器件的反向連接不會被破壞。4.輸出電阻為710MW。5.精度高。AD590有I、J、K、L和M五個(gè)檔位，其中M檔精度最高，范圍為-55至+150，非線性誤差為0.3。由于AD590采集的輸出數(shù)據(jù)是模擬電流，非常小，很難測量，我們需要將電流轉(zhuǎn)換成電壓，這樣有利于后續(xù)的放大和D/A轉(zhuǎn)換。我們用一個(gè)固定電阻(100)和一個(gè)電位器(950)串聯(lián)，通過調(diào)節(jié)電位器可以使每個(gè)通道的輸出電壓基本相同。如果參考值為0，電壓輸出應(yīng)為2.73V；如果參考值為25，電壓輸出應(yīng)為2.98V如上所述，由于流經(jīng)AD59

25、0的電流與熱力學(xué)溫度成正比，當(dāng)電阻R1和電位器R2的阻值之和為1k時(shí)，輸出電壓V0隨溫度的變化為1mV/k，AD590測得的溫度、電壓和電流之間的計(jì)算關(guān)系如下:t=U-T (3-3)T為溫度值，單位為，U為AD590測得的電壓值，單位為mV，T(273.15)為溫度，單位為K，U與I的關(guān)系為:U=IR (3-4)其中r = 1k，I的單位為uA，U的單位為mV。可以得出結(jié)論，與AD590相關(guān)的I、R、U和T(攝氏度溫度)之間的關(guān)系圖如下圖3.5所示:圖3.5-1 I，R，U，T圖圖3.5-2 I，R，U，T圖然而，由于AD590的增益存在偏差，并且電阻不正確，因此應(yīng)調(diào)整電路。調(diào)整方法如下:首先

26、，將AD590放入冰水混合物中，調(diào)節(jié)可變電阻R1，直到輸出電壓為2.732V。然后，將AD590放在室溫(25)下，調(diào)節(jié)可變電阻，直到輸出電壓為2.982V。但是，這種調(diào)節(jié)只能保證0或25左右的高精度。調(diào)整電路如下圖3.6所示:圖3.6 ad 590的調(diào)整電路微處理器MCU本系統(tǒng)的MCU采用凌陽公司最新開發(fā)的16位單片機(jī)SPCE061A，其管腳圖如下圖3.7所示:圖3.7 spce 061 a的引腳圖整個(gè)61板的原理圖如下圖3.8所示:圖3.8 61板示意圖引腳功能表如下表3-1所示:表3-1 61板卡引腳功能表Pin名稱插腳數(shù)類型形容IOA15:86053輸入輸出IOA15:8:雙向io端口

27、IOA7:04841輸入輸出IOA7:0:可以設(shè)置為喚醒引腳。IOA6:0:與ADCLine_In輸入共享IOA15:116468輸入輸出IOB15:11:雙向IO端口。IO10 0除了常用的IO口，還可以做其他用途(如下圖)。IOB1076輸入輸出IOB10:通用異步串行數(shù)據(jù)傳輸引腳TxIOB977輸入輸出Iob9:輸出引腳BPWMO IOB9:TimerB脈寬調(diào)制IOB8七十八輸入輸出IOB8: TimerA脈寬調(diào)制輸出引腳APWMOIOB779輸入輸出IOB7:通用異步串行數(shù)據(jù)接收引腳RxIOB680輸入輸出IOB6:雙向io端口IOB581輸入輸出IOB5:外部中斷源EXT2的反饋引腳

28、IOB4一個(gè)輸入輸出IOB4:外部中斷源EXT1的反饋引腳IOB32輸入輸出IOB3:外部中斷源EXT2IOB2三輸入輸出IOB2:外部中斷源EXT1IOB1四輸入輸出IOB1:串行接口的數(shù)據(jù)傳輸引腳IOB0五輸入輸出IOB0:串行接口的時(shí)鐘信號DAC121輸出DAC1數(shù)據(jù)輸出引腳DAC222輸出DAC2數(shù)據(jù)輸出引腳OSC31I13投入32768HZ晶體振蕩器輸入引腳上接表3-1 61板引腳功能表OSC32O12輸出32768HZ晶體振蕩器輸出引腳自動增益控制25投入AGC的控制引腳銅鎳合金護(hù)套加熱電纜28投入麥克風(fēng)負(fù)輸入引腳移動互聯(lián)控制協(xié)議33投入麥克風(fēng)正向輸入引腳米庫特27輸出一階麥克風(fēng)放

29、大器的輸出引腳，引腳的外部電阻決定AGC增益倍數(shù)奧皮26投入二階麥克風(fēng)放大器輸入引腳XICE16投入激活I(lǐng)CE(高水平激活)XICECLK17投入ICE串行接口時(shí)鐘引腳XICESDA18輸入輸出ICE串行接口數(shù)據(jù)引腳PFUSE29投入程序設(shè)置腳。連接到+5V輸入20投入程序設(shè)置腳。連接GNDXRESB六投入低電平有效復(fù)位引腳睡眠63輸出睡眠模式(高電平有效)VREF223輸出2V基準(zhǔn)電壓輸出引腳VRTPAD35投入AD轉(zhuǎn)換外部基準(zhǔn)電壓輸入引腳。它決定了AD轉(zhuǎn)換輸入電壓的上限值。如果此時(shí)輸入2.5V基準(zhǔn)電壓，AD轉(zhuǎn)換電壓的輸入范圍為0 V 2.5 V，AD的最大外部基準(zhǔn)電壓 3.3V氯乙烯單體3

30、4輸出ADC基準(zhǔn)電壓輸出引腳反射內(nèi)存網(wǎng)37輸出麥克風(fēng)電源氯乙烯八投入鎖相環(huán)VCO的電阻電容輸入XROMT、PVPP、XTEST61、69、14出廠測試引腳，掛機(jī)即可。VDDH51、52、75投入I/O電平參考。如果此時(shí)輸入5V參考電壓，I/O輸入和輸出的高電平為5V。電源電壓七投入鎖相環(huán)電源虛存系統(tǒng)九投入接地鎖相環(huán)虛存系統(tǒng)19、24投入模擬地面虛存系統(tǒng)38、49、50、62投入數(shù)字地電源電壓15、36投入數(shù)字電源模數(shù)轉(zhuǎn)換器如前所述，本系統(tǒng)采用的A/D轉(zhuǎn)換方式為逐次逼近型ADC轉(zhuǎn)換，微處理器采用SPCE061A，SPCE061A有8個(gè)可復(fù)用的10位ADC通道。一路(MIC_IN)用于語音輸入，模

31、擬信號通過自動增益控制器和放大器放大進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。其余7路(Line_IN)復(fù)用IOA0IOA6引腳，可通過引線(IOA0IOA6)直接輸入，將輸入的模擬信號(如電壓信號)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。SPCE061A的A/D轉(zhuǎn)換范圍為整個(gè)輸入范圍，最大模擬信號輸入電壓范圍為0V至AVDD。非法模擬信號(大于Vdd+0.3V/小于Vss-0.3V)會影響轉(zhuǎn)換電路的工作范圍，從而降低ADC的性能。ADC的最大輸入電壓由P_ADC_Ctrl (write) ($7015H)的位7和位8的值決定。第七位VEXTREF控制ADC的基準(zhǔn)電壓，即AVdd/外部基準(zhǔn)電壓。第八位V2VREFB控制2V電壓源是否工作。如果

32、工作正常，用戶可以向VEXTREF引腳輸入2V電壓。該反饋環(huán)路將ADC的最高基準(zhǔn)電壓設(shè)置為2V。如果用戶指定的基準(zhǔn)電壓源的值不超過AVdd，也可以視為ADC的最高基準(zhǔn)電壓。在ADC中，DAC0和逐次逼近寄存器SAR構(gòu)成逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器。將“1”寫入P_ADC_Ctrl (write) ($7015H)單元的位0，以激活A(yù)DC。系統(tǒng)的默認(rèn)設(shè)置是阻塞ADC(ADE=0)。ADE=1時(shí)，P_ADC_Ctrl (write) ($7015H)和P_ADC_MUX_Ctrl (write) (702BH)的其他控制位要合理設(shè)置。ADC輸入接口的結(jié)構(gòu)圖如下圖3.9所示:圖3.9 ADC輸入接口的結(jié)構(gòu)

33、液晶顯示電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)使用的液晶顯示器是SPLC501，是凌陽公司生產(chǎn)的液晶顯示器驅(qū)動電路。SPLC501的結(jié)構(gòu)圖如下圖3.10所示:圖3.10結(jié)構(gòu)圖3.10 SPLC501模塊接口電路原理圖如下圖3.11所示:圖3.11 splc 501模塊接口電路原理圖模塊接口的物理對比圖如下圖3.12所示:圖3.12 splc 501模塊接口物理對比圖在SPLC501液晶模塊中，接口引腳:“+”和“V3”分別是電源輸入端和高電平引腳(用于時(shí)序選擇跳線)，而“-”和“GND”是接地引腳。模塊接口定義表如下表3-2所示:表3-2模塊接口定義表大頭針符號類型解釋/CS1我芯片選擇(低電平有效)/RES我復(fù)位(

34、低電平有效)讀寫我6800系列微處理器的讀/寫信號(R/W)對于8080系列微處理器的寫信號澳大利亞二等勛銜軍官我命令控制位極限壓力我6800系列微處理器的時(shí)鐘信號使能引腳(EP)8080系列微處理器的讀取信號(RD)DB0輸入輸出8位數(shù)據(jù)總線DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7維多利亞女王。我端口輸出電壓C86我C86=H H ，選擇6800MPU系列C86=L L ，選擇8080MPU系列附言（同postscript）；警官（police sergeant）我串行-并行時(shí)序選擇SPCE061A的I/O口與LCD模塊的連接圖如下圖3.13所示:圖3.13 spce 061 a的I/O口

35、與LCD模塊的連接圖電力網(wǎng)由于DC供電的需要，本設(shè)計(jì)制作了一個(gè)將220V交流點(diǎn)轉(zhuǎn)換為正負(fù)5V DC的供電電路，其電路原理圖如下圖3.14所示:圖3.14正負(fù)5V電源電路制作電路的四個(gè)二極管從第一支路的右側(cè)順時(shí)針方向定義為D1、D2、D3、D4。電源電路由一個(gè)電源變壓器、四個(gè)整流二極管D1-D4、一個(gè)7805、一個(gè)7905和四個(gè)電容器組成，它們被稱為橋式整流。橋式整流電路的工作原理如下:在1號和3號端子間電壓的正半周，D1和d 3導(dǎo)通，D2和D4導(dǎo)通。電流從T1次級的上端經(jīng)D1 7805 7905 D3返回到T1次級的下端，在7805和7905得到半波整流電壓。在端子1和3之間電壓的負(fù)半周，D1

36、和d 3關(guān)斷，D2和D4導(dǎo)通，電流從T1副邊的下端流到7805和7905，最后回到T1副邊的上端，另一個(gè)電壓在負(fù)載7805和7905處得到。這樣在負(fù)載7805和7905上得到了類似全波整流的電壓波形，其電流的計(jì)算類似全波整流，即輸出電壓為0.9U2，U2為端子1和3之間的電壓。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)語言的選擇我們知道，常用的MCS-51編程語言有兩種，一種是匯編語言，SPCE061A也是。除了匯編語言，SPCE061A的開發(fā)環(huán)境還支持C語言，提供C函數(shù)庫，支持C與匯編函數(shù)的相互調(diào)用。匯編語言的機(jī)器碼生成效率很高，但可讀性不強(qiáng)，復(fù)雜的程序更是難以讀懂。大多數(shù)情況下，C語言的機(jī)器碼生成效率與匯編語言相當(dāng)，但

37、可讀性和可移植性遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于匯編語言，C語言可以嵌入?yún)R編解決高效代碼編寫問題。對于開發(fā)周期來說，C語言的開發(fā)周期通常比匯編語言要短得多。c語言是一種結(jié)構(gòu)化語言。它層次清晰，易于模塊化組織程序，易于調(diào)試和維護(hù)。這種語言具有很強(qiáng)的表達(dá)和處理能力，不僅擁有豐富的運(yùn)算符和數(shù)據(jù)類型，而且便于實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。它還可以直接訪問存儲器的物理地址并執(zhí)行比特級操作。C語言的模塊化開發(fā)模式，使得開發(fā)出來的程序模塊無需修改就可以直接被其他項(xiàng)目使用，可以最大程度的實(shí)現(xiàn)資源共享。由于C語言實(shí)現(xiàn)了硬件的編程操作，所以它集成了高級語言和低級語言的功能，具有高效、可移植的特點(diǎn)。結(jié)合上述C語言的優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)選用C語言編寫61

38、單片機(jī)的軟件?？傮w設(shè)計(jì)框圖根據(jù)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)要求和硬件電路原理，根據(jù)硬件連接的要求和各模塊芯片的特點(diǎn)和功能，系統(tǒng)的主要流程包括系統(tǒng)初始化、液晶顯示、定量樣本采集和語音播報(bào)四個(gè)步驟。第一步:系統(tǒng)初始化，包括采集值初始化、LCD初始化和一些變量的定義。第二步:采集值，這里是電壓值的采集，采集多個(gè)值。第三步:A/D轉(zhuǎn)換:對采集的數(shù)值進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，取多個(gè)數(shù)值進(jìn)行平均。第四步:語音播報(bào)結(jié)果和LCD顯示，采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換和計(jì)算后，通過語音播報(bào)。根據(jù)功能分析和本課題的技術(shù)指標(biāo)，整個(gè)系統(tǒng)的總流程可以設(shè)計(jì)如圖4.1所示:圖4.1軟件設(shè)計(jì)總流程圖軟件程序如下:int main(void)int i=0

39、，j=0，k=0，m；浮動渦卷；int uiVolFlag=0，uiVolFlagOne = 0；long int uiVolFlagHow = 0；無符號int uiDatalong int liDataVolstruct ST _ VolValude VolValude沃爾沃德。VolTureValudeB = 7；/初始化電壓采集值LCD 501 _ Init(0 x 00)；/初始化LCDLCD 501 _ SetPaintMode(4)；/將LCD顯示圖像模式設(shè)置為反向疊加模式。LCD 501 _ clr screen(0)；/清除屏幕LCD501_Bitmap(0，0，(unsig

40、ned int *)encoding _ 00)；/顯示開機(jī)畫面fVolVal = 0.0While(1) /主循環(huán)* P _ DAC _ Ctrl = 0；* P _ ADC _ Ctrl = C _ ADCE+C _ MIC _ DIS+C _ AGCN+C _ DAC _ out 3ma+C _ vext ref _ DIS+C _ v2 vrefb _ DIS；uiData = * P _ ADC _ LINEIN _ Datawhile(*P_ADC_MUX_Ctrl&0 x8000)！= 0 x 8000)；* P _ ADC _ MUX _ Ctrl = C _ ADC _ CH

41、1/播放語音后，P_ADC_Ctrl的設(shè)置會改變ui data = AD _ Read()；/扔掉第一個(gè)數(shù)字j = 0；for(I = 0；i 20+)/收集20個(gè)數(shù)據(jù)到VolValude。團(tuán)藻綱* P _ Watchdog _ Clear = C _ WDTCLRui data = AD _ Read()；沃爾沃德。VolValudeAj= ui data；j+；uiVolFlagOne = 0 xffuiVolFlag = 0；j = 0；ui data = 0；lidata vol = 0；for(I = 0；i 20i+)liDataVol=liDataVol+VolValude。團(tuán)藻

42、目j；j+；ui data = lidata vol/20；/取20個(gè)數(shù)據(jù)的平均值以減少誤差沃爾沃德。VolTureValudeA =(float)ui data * 3.3/0 x ffc 0；/獲取電壓值fVolVal=VolValude。VolTureValudeB-VolValude。VolTureValudeA沃爾沃德。VolTureValudeA=VolValude。VolTureValudeA * a-273.5；/其中A表示放大倍數(shù)。if(f volval (-0.1)/與之前的數(shù)據(jù)相比，有變化更新顯示和語音提示。如果(k=0)k+；else k+；其他k = 0；/獲取要在L

43、CD上顯示的數(shù)據(jù)，并存儲在VolValude中。液晶顯示器j沃爾沃德。VolTureValudeB=VolValude。VolTureValudeAuiVolFlagHow=VolValude。VolTureValudeA * 10000沃爾沃德。LCD0= uiVolFlagHow/10000% 10；沃爾沃德。LCD1= uiVolFlagHow/1000% 10；沃爾沃德。LCD2= uiVolFlagHow/100% 10；沃爾沃德。LCD3= uiVolFlagHow/10% 10；沃爾沃德。LCD4= uiVolFlagHow % 10；/LCD數(shù)據(jù)更新m = LCD 501 _

44、GetPaintMode()；/獲取當(dāng)前圖像疊加模式LCD 501 _ SetPaintMode(2)；/設(shè)置為清除模式LCD501_Rectangle(68，40，127，56，PAINT _ SOLID)；/清除數(shù)據(jù)顯示區(qū)LCD 501 _ SetPaintMode(m)；/圖像覆蓋模式恢復(fù)LCD501_PutChar(68，40，( 0+VolValude。LCD0)；PlayS480(VolValude。LCD0)；LCD501_PutChar(78，40，( 0+VolValude。LCD1)；LCD501_PutChar(76，40，.);PlayS480(VolValude。LC

45、D1)；plays 480(10)；LCD501_PutChar(88，40，( 0+VolValude。LCD2)；PlayS480(VolValude。LCD2)；LCD501_PutChar(98，40，( 0+VolValude。LCD3)；PlayS480(VolValude。LCD3)；LCD501_PutChar(108，40，( 0+VolValude。LCD4)；PlayS480(VolValude。LCD4)；LCD501_PutChar(116，40， V )；系統(tǒng)子程序設(shè)計(jì)模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序A/D轉(zhuǎn)換子程序的軟件設(shè)計(jì)流程如圖4.2所示:圖4.2 A/D轉(zhuǎn)換子程序軟件設(shè)計(jì)流程圖該過程如下:無符號整數(shù)AD_Read(void)無符號int bData而(！(* P _ ADC _ MUX _ Ctrl & 0 x 8000)；/等待采樣完成bData = * P _ ADC _ LINEIN _ DatabData = bData & 0 xffc0返回bData聲