信息工程课程设计报告书基于单片机与AD590的温度数据采集

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1、武汉理工大学华夏学院信息工程课程设计报告书课 程 名 称 课程设计总评成绩 学生姓名、学 号 学 生 专 业 班级 指 导 教 师 姓名 课程设计起止日期 课程设计基本要求课程设计是工科学生十分重要的实践教学环节，通过课程设计，培养学生综合运用先修课程的理论知识和专业技能，解决工程领域某一方面实际问题的能力。课程设计报告是科学论文写作的基础，不仅可以培养和训练学生的逻辑归纳能力、综合分析能力和文字表达能力，也是规范课程设计教学要求、反映课程设计教学水平的重要依据。为了加强课程设计教学管理，提高课程设计教学质量，特拟定如下基本要求。1. 课程设计教学一般可分为设计项目的选题、项目设计方案论证、项

2、目设计结果分析、答辩等4个环节，每个环节都应有一定的考核要求和考核成绩。2. 课程设计项目的选题要符合本课程设计教学大纲的要求，该项目应能突出学生实践能力、设计能力和创新能力的培养；该项目有一定的实用性，且学生通过努力在规定的时间内是可以完成的。课程设计项目名称、目的及技术要求记录于课程设计报告书一、二项中，课程设计项目的选题考核成绩占10%左右。3. 项目设计方案论证主要包括可行性设计方案论证、从可行性方案中确定最佳方案，实施最佳方案的软件程序、硬件电路原理图和PCB图。项目设计方案论证内容记录于课程设计报告书第三项中，项目设计方案论证主要考核设计方案的正确性、可行性和创新性，考核成绩占30

3、%左右。4. 项目设计结果分析主要包括项目设计与制作结果的工艺水平，项目测试性能指标的正确性和完整性，项目测试中出现故障或错误原因的分析和处理方法。项目设计结果分析记录于课程设计报告书第四项中，考核成绩占25%左右。5. 学生在课程设计过程中应认真阅读与本课程设计项目相关的文献，培养自己的阅读兴趣和习惯，借以启发自己的思维，提高综合分和理解能力。文献阅读摘要记录于课程设计报告书第五项中，考核成绩占10%左右。6. 答辩是课程设计中十分重要的环节，由课程设计指导教师向答辩学生提出23个问题，通过答辩可进一步了解学生对课程设计中理论知识和实际技能掌握的程度，以及对问题的理解、分析和判断能力。答辩考

4、核成绩占25%左右。7.学生应在课程设计周内认真参加项目设计的各个环节，按时完成课程设计报告书交给课程设计指导教师评阅。课程设计指导教师应认真指导学生课程设计全过程，认真评阅学生的每一份课程设计报告，给出课程设计综合评阅意见和每一个环节的评分成绩（百分制），最后将百分制评分成绩转换为五级分制（优秀、良好、中等、及格、不及格）总评成绩。8. 课程设计报告书是实践教学水平评估的重要资料，应按课程、班级集成存档交实验室统一管理。1、课程设计项目名称基于单片机与AD590的温度数据采集2、项目设计目的及技术要求要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）设计相应的

5、AD590温度传感器采集电路，使用汇编语言或C语言编写程序，实现温度数据的采集，实现的功能如下：1.显示采样AD值：编写AD采样程序，在数码管上实时显示采集到的AD值；2.实现标度变换：由采集到的AD值得到实际的温度值；3.显示实际温度值：在数码管上实时显示计算出来的实际温度值（保留一位小数）；4.提高AD采样精度：了解并使用过采样技术，提高AD采样的精度，比较得到的实验数据有何不同；3、项目设计方案论证(可行性方案、最佳方案、软件程序、硬件电路原理图和PCB图)3.1 系统方案论证 方案一： 采用AD590作温度传感器，有利于提高系统抗干扰能力，AD590是一种恒流源形式的温度传感器,其重复

6、性误差低，功耗低，只要在其二端加上一定工作电压,则其输出电流随温度变化而变化,其线性电流输出为1uA/K，电流信号再由运放转换为电压信号，通过A/D转换器将输入的模拟电压量转换为数字量，并通过并行接口芯片将数字量送给计算机，本实验采用此方案。方案二：采用热敏电阻。选用此类元件的优点价格便宜，但由于热敏电阻的非线性特性会带来较大的误差。方案三：使用带有A/D（模数转换）单片集成的DS18B20传感器。DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的即单总线器件，无需其他外加电路，直接输出数字量。可直接与单片机通信，读取测温数据。具有线路简单，性能稳定体积小的特点。但DS18B20的程序较复杂，且

7、时序时间较苛刻，不便于书写程序。比较以上方案，结合设计技术要求，所以选择方案一。 3.2基于单片机与AD590的温度数据采集系统原理及框图 基于单片机与AD590的温度数据采集系统框图如图1，一般来说外部的温度由AD590温度传感器采集并使之信号放大然后经过A/D转换器转换后再输入到单片机，由单片机进行数据的整理然后由显示屏输出，外界看到由显示屏输出的温度后根据所需要的温度值进行调节，输入到单片机进行整理最后输出，最后又经过D/A转换电路后反馈到外部温度信号采集场所，使外部的温度采集点受人们所要求的方向变化。AD590温度传感器A/D转换电路89C52单 片机现场采集温度屏幕显示键盘输入D/A

8、转换电路图1，基于单片机与AD590传感器的温度采集系统框图3.3 AD590温度传感器的特点和内部结构原理及图示AD590是电流型温度传感器，通过对电流的测量可得到所需要的温度值，直接输出与热力学温度成比例的电流信号,在输出端串联一个电阻则转换为电压信号。除此之外,AD590 还具有测温不需要参考点、抗干扰能力强、互换性好等优点。AD590的内部电路图如图1 所示,简化电路如图2 所示。该传感器由多个晶体管和电阻组成,其中晶体管制作在一个半导体单面基片上,因此它们的特性、损耗和发射极面积能够相互匹配。整体分析图2 ,该电路可看作由两个镜象电流源构成。其中,晶体管Q1 和Q2 组成上镜象电流源

9、,Q3 和Q4 组成下镜象电流源。如果设上镜象电路的输出是Q3 的输入,则Q4 的输入是上镜象电路的输出。设各晶体管为理想晶体管(即它们的电流放大系数趋于无穷大) ,则知I0 = IC3 + IC4 (1)由于镜角电流源Q1 和Q2 的作用, IC3 = IC4 , Ie3 = Ie4 = IC3 。因此I0 = 2 IC3 = 2 Ie3 (2)PN 结理想伏安特性表达式为I = IS ( eV/ VT - 1) = IS ( eqV/ KT - 1) (3)对晶体而言,上式中I 即为发射极电源Ie ; IS 为集电极发射极反向饱和电流; V 为基极与发射极之间的电压Vbe ;VT 为温度的

10、电压当量(即KTPq) , q 为电子电荷, K 为玻尔兹曼常数, T 为热力学温度。当温度在- 55 155 之间时,VT 近似在0104V0. 05V 之间。这一般的硅管,Vbe约为十分之几伏,故eVbe/ VT m 1。因此, (3) 式可改写为Ie IS eVbe/ VT ,即VbeVT1 n ( Ie / IS ) (4)所以,Vbe3VT1 n ( Ie3 / IS3 ) ,Vbe4VT1 n ( Ie4 / IS4 ) 。由图2 知Vbe4 = Vbe3 + IeR (5)所以VR = Ie3 R= Vbe4 Vbe3= VT1 n( Ie4 / IS4 ) / ( Ie3 /

11、IS3 ) = VT1 n ( IS3 / IS4 ) (6)由于IS 正比于各晶体管发射极的面积S ,所以(6) 式可改写为VR = VT1 n ( S3 / S4 ) (7)S3 、S4 分别为晶体管Q3、Q4 发射极的面积。若S3 = NS4 ,则VR = VT1 n ( N) ,即Ie3 R= VT1 n ( N) , Ie3 = ( VT / R) 1 n ( N) 。因此I0 = 2 Ie3= (2VT / R) 1 n ( N)= (2 KT/ Rq) 1 n ( N) (8)所以I0 / T = (2 K/ Rq) 1n ( N) (9)由上式知,当电阻R 的阻值给定时, I0

12、 / T 为一恒定值。适当选取R 值,理论上可使I0PT 为110000APK(K为热力学温度单位) 。由上面的分析知,AD590 的输出电流I0 与它所处的热力学温度T 成线性关系,因此实现了温度至电流强度的线性转换。与图2 相比,图1 虚线框内增加了一些电路。它们用以改善镜象电流源Q1 和Q2 ,使之工作时更接近理想电流源(高阻抗) ,从而减弱输入电压变化的影响。经测试,当AD590 两端的电压在+ 4V 和+ 30V 之间时,即使电压有变化,输出的电流信号也没有影响或影响很小。所以AD590 具有消除电源波动的特性。AD590 电流温度特性性测量电路如图4 所示,V 为PZ114 型四位

13、半直流数字电压表, R= 1000 ,保持电源电压稳定,分别使AD590 处于一系列不同的温度点Ti ,通过测量V 得出相应的输出电流Ii 。对所得的数据点用最小二乘法进行拟合,可得经验公式I =T + AD590 温度传感器不但实现了温度转换为线性化电量测量,而且精确度高、互换性好，在热交换实验中有热损耗存在,且与容器的尺寸结构有关,在量热器的容积一定时,容器的高度为一特定值时可使量热器的热损耗为最小。3.4 2位数码管动态显示框图及程序信号输入模块数据转换模块片选信号产生模块数码管控制模块动态扫描/译码/数码管显示模块图5数码管动态显示框图#include#includeunsignedc

14、harcodetab=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x83,0xf8,0x80,0x98;/*定义共阳极数码管上显示的0到9*/unsigned char buffer6;bit flag;unsigned int n;unsigned char j =0;void delay(int ms) /*延时子函数*/ int i;while(ms-)for(i=0;i200;i+);handle(unsigned int n)unsigned char i;for(i=0;i6;i+)bufferi=n%10; /数码管显示的个位的值*/n=n/10; /数码管上显

15、示的十位的值*/void jinzhi()if(n100)n+;if(n=99) /*到了最大值清零*/ n=0;flag=0;void xianshi()/*显示子函数*/ unsigned char i,weixuan;weixuan=0x80;for(i=0;i=1; /*位选端右移一位*/void main()/*主函数*/TMOD=0X01;TH0=(65535-50000)/256;TL0=(65535-50000)%256; /*T0工作于定时方式1，定时为100ms*/EA=1;ET0=1;TR0=1; /*启动T0定时器和中断的开启*/n=0;handle(n); while

16、(1) handle(n);xianshi();/*实时显示采集的温度值*/if(flag=1) /*如果达到上限值的标志*/jinzhi();int0() interrupt 1/*中断定时1的子函数*/TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256; j+;if(j=20) /*延时2秒*/ j=0;flag=1;3.5单片机 PCF8591的AD/DA程序问题while (1) /*以下AD-DA处理*/switch (AD_CHANNEL)case 0: ISendByte(PCF8591, 0x40);D0 = IRcvByte(PCF8591

17、)*2; /ADC0 模数转换1 放大2倍显示break;/*case 1: ISendByte(PCF8591, 0x41);D1 = IRcvByte(PCF8591)*2; /ADC1 模数转换2break;/*case 2: ISendByte(PCF8591, 0x42);D2 = IRcvByte(PCF8591)*2; /ADC2模数转换3break;case 3: ISendByte(PCF8591, 0x43);D3 = IRcvByte(PCF8591)*2; /ADC3 模数转换4break;*/case 4: DACconversion(PCF8591, 0x40, D

18、4/4); /DAC数模转换break; 3.6 系统程序图和程序如下：显示温度否是低于最低温度否？A/D转换系统初始化开始高于最高温度否？报警电路结束是否开关加热开关？图6系统程序框图/*主函数*/#include #include #include extern bit RecFinishFlag; extern unsigned char idata KeyValue; extern unsigned char idata RecLength;extern unsigned char idata RecData50;extern void Menu1(void);void System_

19、Init() SCON=0x50; TH2=0xFF; TL2=0xFD; RCAP2H=0xFF; RCAP2L=0xFD; /16位自动再装入值 TCLK=1; RCLK=1; C_T2=0; EXEN2=0; /波特率发生器工作方式 TR2=1 ; /定时器2开始 ES = 1; /开串口中断 TMOD|= 0x01; /定时器工作方式1TH0 = 0xF8; TL0 = 0xCC; TR0 = 0; /关闭定时器0计数ET0 = 0; /关定时器0中断TMOD|= 0x10; /定时器工作方式1TH1 = 0xA6; /25msTL1 = 0x00; TR1 = 0; /关闭定时器1计

20、数ET1 = 0; /关定时器1中断IP=0x10; /设置串口中断高优先级EA=1; /开Pwm_Port=1; /停止加热main()System_Init();while(1) Data_Deal(); (RecFinishFlag=1) ecFinishFlag=0; RecComand(RecData,RecLength); switch(KeyValue) case 0x00: Menu1(); break; default: break; /*ADC子函数*/#include #include bit ISendByte(unsigned char sla,unsigned ch

21、ar c) Start_I2c(); /启动总线SendByte(sla); /发送器件地址if(ack=0)return(0);SendByte(c); /发送数据if(ack=0)return(0);Stop_I2c(); /结束总线return(1);unsigned char IRcvByte(unsigned char sla) unsigned char c;Start_I2c(); /启动总线SendByte(sla+1); /发送器件地址if(ack=0)return(0);c=RcvByte(); /读取数据0Ack_I2c(1); /发送非就答位Stop_I2c(); /结

22、束总线return(c);unsigned int Get_ADvalue() /对外部温度的采集 unsigned int AD_temp=0;ISendByte(PCF8591,0x03);AD_temp=IRcvByte(PCF8591);return(AD_temp);unsigned int AD_Calibration(unsigned int Pdata) unsigned int T;T = Pdata-2730 ;return(T);四、项目设计结果分析（分析试验过程中获得的数据、波形、现象或问题的正确性和必然性，分析产生不正确结果的原因和处理方法）本文介绍了一种基于89C5

23、2单片机的温度采集系统设计，采用总线数字传感器AD590，对环境温度信号进行采集，并将采集到的温度值转换成数字信号送到单片机进行处理，然后显示出来，外界进行控制。 本实验采用数字温度传感器AD590，省掉了很多温度采集方面的调试，同时也提高了温度值得准确度，实时温度采集与显示电路的设计，是温度信号更迅速，更直观的显示出来。系统在硬件自动测试，键盘操作，实时显示方面工作正常。整个系统硬件简单，可靠，系统成本低。 进入21世纪后，智能温度征稿这高精确，读功能，总线标准化，高可靠及安全性，开发虚拟传感器，研制单片机温度系统等高科技的方向迅速发展，所以不久的将来温度采集控制系统会被集成在一块专用芯片上

24、，其智能化水平将越来越高，成本越来越低。 本次用单片机设计的温度数据采集系统终于完成了，在本次设计中，从采集元件，硬件焊接，外观到论文的便携都是先查阅了大量的资料，后确定，再进过老师的指导，追后经过多天的不但努力才完成。在本次培训中，我切身感受到了动手实践的重要性，这对我以后的学习和工作中将产生深远影响。五、参考文摘（相关文摘不少于5篇，记录每篇文献的作者姓名.文献名称.文献发行城市：文献出版社，出版年；文献内容摘要, 每篇不少于100字）（1） 刘君，邱宗明 .计算机测控系统.西安.西安电子科技大学出版社.2009.6 文献摘要： 了解各种常用的微处理器和总线技术在测控系统中的应用，输入/输

25、出接口和控制元件接口和控制元件的设计方法，以及常用计算机板卡等测控技术，测量信号的滤波和测控系统中的控制技术和单片机的连接和使用方法。（2） 邹伯敏. 自动控制理论. 北京. 机械工业出版社. 2007.6 文献摘要： 控制系统的数学模型，时域分析法，频率响应法，控制系统的校正等一些方法使这些数学理论运用到单片机和AD590温度传感器上，加深学习的印象。（3）李群芳. 张士军. 单片微型计算机与接口技术. 北京. 电子工业出版社，2008.5 文献摘要： 本书从概念出发，以应用最广泛的51系列单片机为主介绍，主要学习单片机的内部结构，指令系统，内部各个功能部件的工作原理，应用编程及外围扩展技术

26、，运用C语言设计的编程方式。（4）戴焯. 传感器原理与应用. 北京.北京理工大学出版社. 2010.7 文献摘要：本书全面讲述了传感器的原理和应用，介绍传感器输出信号的调制原理电路，包括信号的放大电路，信号的转换电路，信号的处理电路等以及在单片机中的应用。（5）杨路明. C语言程序设计. 北京. 北京邮电大学出版社. 2005 文献摘要：本书全面的介绍了C语言的基础概念，C语言的数据类型，语言结构特点，系统的说明了C语言程序设计技巧和方法和技巧，事所运用得书本知识和实践结合起来。课程设计评分表评 分 项 目评分成绩1选题合理、目的明确（10分）2设计方案正确，具有可行性、创新性（30分）3项目工艺水平及测试性能达到技术要求（25分）4参考文摘不少于5篇（10分）5答辩（25分）总 分（100分）答辩记录：指导教师综合评语：指导教师（签名） 日 期： 年 月 日