1、 课程设计课程设计(综合实验综合实验)报告报告 ( 2012- 2013 年度第 1 学期) 名 称： 智能仪器设计 题 目：8 通道温度数据采集系统 院 系： 自动化系 班 级： 测控 学 号： 学生姓名： 指导教师： 设计周数： 成 绩： 日期： 2012 年 12 月 2 摘 要 本课程设计是以51系列单片机为核心设计的温度采集系统。 通过 Pt100 热电阻和 K 分度热电偶对实时的温度采集，经过单片机处理将信号通过串口上传至计算机，从而计 算机显示屏读出实时温度，通过对单片机的设置达到所要求的性能。 主要做了如下几方面的工作：一是确定系统的的总设计方案，给出系统设计框图。 二是硬件设
2、计，采用模块设计方法。三是进行画 PCB，进行 PCB 设计。 关键词：51系列单片机；K 分度热电偶；Pt100 热电偶；ADC0809 3 课题要求课题要求：8 通道温度数据采集系统 设计一个 8通道温度数据采集系统，系统误差小于 1%；其中 4路测 量范围 0-200C，选用 Pt100 热电阻；另 4 路测量范围 0-600C，选用 K 分度热电偶。要求： 1、画出系统组成框图； 2、完成硬、软件功能分配； 3、完成芯片选型； 4、进行系统误差计算验证； 5、用 Protel软件画出电路原理图；设计 PCB板； 6 、画出系统软件流程图； 7、根据后续教学内容，增加系统功能。 4 1
3、设计方案设计方案 温度是国际单位制7个基本物理量之一，是生产过程和科学试验中的物理参数。在 工业生产中，常需要对温度进行检测和监控。采用微型机进行温度检测、显示、信息存 储及实时控制。对于提高生产效率、节约能源都有重要作用。为此设计了一个基于 AT89C51单片机单通道温度检测及显示系统，可以很容易实现温度采集及显示。 整体结构框图如图1.5所示： 温度采集整体结构框图 系统工作流程图如图所示： 系统工作流程 Pt100 热电阻 K 分度 热电偶 LM324 ADC0809 AT80C51 系统上电初始化 传感器进行数据的采 集并将数据以二进制 的形式传至单片机 单片机对数据进行处理 通过串口
4、将数据传至 计算机 5 2 主要器件的介绍主要器件的介绍 2.1AT89C51 AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器，俗称单片机。单片机的可擦 除只读存储器可以反复擦除100次。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个 芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。AT89C51单片机为很多嵌入式控制 系统提供了一种灵活性高且廉价的方案。 2.2 ADC0809 ADC0809 是带有 8 位 A/D 转换器、8 路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的 CMOS 组件。它是逐次逼近式 A/D 转换器，可以和单片机直接接口。 6 由下图可知，ADC0809 由一个
5、 8 路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个 A/D 转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通 8 个模拟通道，允许 8 路模拟量分 时输入，共用 A/D 转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存 A/D 转换完的数字量，当 OE 端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。 2.3 LM324 LM324 是四运放集成电路,它采用 14 脚双列直插塑料封装,外形如图所示。它的 内部包含四组形式完全相同的运算放大器,除电源共用外,四组运放相互独立。 每一组 运算放大器可用图 1 所示的符号来表示,它有 5 个引出脚两个信号输入端中,Vi-（-） 为反相输入端,表示运放输出端 Vo
6、的信号与该输入端的位相反;Vi+（+）为同相输入 端,表示运放输出端 Vo 的信号与该输入端的相位相同。LM324 引脚排列见图 2。 7 3 电路实现电路实现 3.1 Pt100 测量电路测量电路 PT100 变化的是阻值而 ADC0809 的输入信 号范围为 05V，在 200的时候 Pt100 的阻 值为 175.86，我们利用电桥的原理将阻值 的变化转化为电压的变化，之后利用 LM324 的运放放大作用将微小的电压信号放大，以 便 ADC0809 的模数转换。右侧电路图： 3.2 电压放大电路电压放大电路 3.2.1 Pt100 的电压放大电路：的电压放大电路： 经电桥初步转换的输出电压为 MAX（V0-V1）=0.3076V，若想放大为 5V，则需要放大 5/0.3679=16 倍。所以电桥的设置参数如图所示。 8 3.2.2 热电偶的放大电路热电偶的放大电路 原理图如下 实际中的电路连接中设置为 R1=1K，a=b=4.7
