C8051F410单片机的设计

目 录

2011年硬件课程设计任务书 ...................................................... 错误!未定义书签。

摘 要 ............................................................................................................................. 1

第1章 概述 ................................................................................................................. 2

1.1 硬件实习的目的要求 ......................................................................................... 2

1.2 热电偶简介 ......................................................................................................... 2

1.3 热电偶校验仪的意义 ........................................................................................ 3

第2章 硬件设计 ......................................................................................................... 4

2.1 控制系统设计 .................................................................................................... 4

2.2 供电系统设计 ..................................................................................................... 5

2.3 I/V转换、调整设计 .......................................................................................... 6

2.4 按键接口电路 .................................................................................................... 8

2.5 液晶接口电路 .................................................................................................... 9

第3章 软件设计 ....................................................................................................... 10

3.1 C8051F410系统初始化 ................................................................................... 10

3.2 热电偶分度表查询设计 .................................................................................. 11

3.3 15位DAC输出设计 ........................................................................................ 12

3.4 按键接口设计 .................................................................................................. 12

3.5 液晶显示程序设计 .......................................................................................... 13

第4章 结论 ............................................................................................................... 15

参考文献 ..................................................................................................................... 16

附 录 ........................................................................................................................... 18

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1 摘 要

在工业生产中，往往需要高温生产环境，此时我们可以利用热电偶直接测量工厂生产温度，并把温度信号转换成电压信号,通过仪表转换成被测介质的温度，以数字的形式直观的展现给作业工人。基于C8051F410的热偶信号发生器是以C8051F410为控制核心的高精度热电偶温度转换仪。可以利用它对实际生产使用的热电偶进行检查，以确保工业生产的安全、高效。此课题设计中主要以Keil

uVision开发软件和Protel软件绘制电路图作为开发平台。设计中主要从硬件和软件两方面进行入手。硬件设计主要包括对供电系统，I/V转换系统，按键输入和液晶显示系统的设计；软件设计包括C8051F410系统初始化，按键输入设计，热电偶分度表查询设计，DAC输出转换设计和液晶显示程序设计。通过硬件和软件相结合的方式实现热电偶校验仪的精确工作。

关键词：C8051F410 工业生产 热电偶

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2 第1章 概述

1.1 硬件实习的目的要求

课程设计是学生理论联系实际的重要实践教学环节，是一次综合性专业设计训练。通过课程设计可以使我们获得以下几方面能力: 1．进一步复习和巩固加深所学专业基础课及专业课理论知识，培养自身规划设计、理论计算、软件绘图、计算机应用、文献查阅、报告撰写等基本技能；2.培养实践动手能力及独立分析和解决工程实际问题的能力；3．培养团队协作精神、创新意识、严肃认真的治学态度和严谨求实的工作作风。

通过这次硬件实习的锻炼使我们熟悉Keil uVision开发软件及Protel电路绘图软件的使用，特别是C8051F410单片机体系结构及C语言程序设计能力方面，有一个很大的提高， 为毕业设计（论文）奠定基础。

1.2 热电偶简介

现代工业生产中，很多产品的生产需要高温加热的环境。随着科技的进步，工业现场对温度的要求也是越来越高，特别是化工，冶炼，陶瓷等高温加热生产线。在现实生产中人是无法接触这些高温环境，所以工业热电偶成为工业生产中必不可少的温度传感器。下面对热电偶做简单的介绍：

热电偶工作原理是基于赛贝克(seeback)效应,即两种不同成分的导体两端连接成回路，如两连接端温度不同，则在回路内产生热电流的物理现象。热电偶由两根不同导线(热电极)组成，它们的一端是互相焊接的，形成热电偶的测量端(也称工作端)。将它插入待测温度的介质中；而热电偶的另一端 (参比端或自由端)则与显示仪表相连。如果热电偶的测量端与参比端存在温度差，则显示仪表将指出热电偶产生的热电动势。

热电偶的分度号有主要有S、R、B、N、K、E、J、T等几种。其中S、R、B属于贵金属热电偶，N、K、E、J、T属于廉金属热电偶。

S分度号的特点是抗氧化性能强，宜在氧化性、惰性气氛中连续使用，长期使用温度1400℃，短期1600℃。在所有热电偶中，S分度号的精确度等级最高，通常用作标准热电偶。

R分度号与S分度号相比除热电动势大15%左右，其它性能几乎完全相同。

B分度号在室温下热电动势极小，故在测量时一般不用补偿导线。它的长期使用温度为1600℃，短期1800℃。

N分度号的特点是1300℃下高温抗氧化能力强，热电动势的长期稳定性及短期热循环的复现性好，耐核辐照及耐低温性能也好，可以部分代替S分度号热电硬件课程设计说明书

3 偶。

K分度号的特点是抗氧化性能强，宜在氧化性、惰性气氛中连续使用，长期使用温度1000℃，短期1200℃。在所有热电偶中使用最广泛。

E分度号的特点是在常用热电偶中，其热电动势最大，即灵敏度最高。宜在氧化性、惰性气氛中连续使用，使用温度0-800℃。

J分度号的特点是既可用于氧化性气氛(使用温度上限750℃)，也可用于还原性气氛(使用温度上限950℃)，并且耐H2及CO气体腐蚀，多用于炼油及化工。

T分度号的特点是在所有廉金属热电偶中精确度等级最高，通常用来测量300℃以下的温度。

1.3 热电偶校验仪的意义

通过对对热电偶的介绍可知工业热电偶是一种很实用的温度传感器。如果在使用中不注意其特性变化或其自身的转换能力，会在生产中引起较大测量误差，给生产生活带来不必要的损失。针对当前存在的问题，我们设计一种可以校验热电偶准确度的设备，即热电偶校验仪。通过对热电偶的校验，掌握热电偶的工作情况，及时检查热电偶的转换精度，准确测量生产过程中不断变化或相对稳定的环境，并且热电偶校验仪对工业精密生产有着重大意义。

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4 第2章 硬件设计

2.1 控制系统设计

图2-1 系统结构框图

此课题中我们利用新华龙公司生产的C8051F410单片机作为控制核心，控制系统结构框图如图2-1所示。C8051F410器件是完全集成的低功耗混合信号片上系统型MCU。下面列出一些主要特性：

高速、流水线结构的8051兼容的微控制器核（可达50MIPS）， 全速、非侵入式的在系统调试接口（片内） ，真12位200 ksps的24通道ADC，带模拟多路器 ，两个12位电流输出DAC ，高精度可编程的24.5MHz内部振荡器 ，达32KB的片内FLASH存储器 ，2304字节片内RAM ，硬件实现的SMBus/ I2C、增强型UART和增强型SPI串行接口 ，4个通用的16位定时器 ，具有6个捕捉/比较模块和看门狗定时器功能的可编程计数器/定时器阵列（PCA） ，硬件实时时钟（smaRTClock），工作电压可低至1V，带64字节电池后备RAM和后备稳压器 ，片内上电复位、VDD监视器和温度传感器 ，多达24个端口I/O 等。