邱康平
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开封大学
《智能仪器》
课程设计说明书
学生姓名： 邱康平 学 号： 2008062041
学 院： 机电工程学院
专 业： 电子信息工程技术
题 目： 智能温度计
指导教师： 董卫军 职称： 讲师
2010 年 10 月 23 日
1 《智能仪器》课程设计指导书
一.课程设计的目的：
本课程是电子信息工程技术专业的专业基本能力训练课程，其目的是通过本课程设计，使学生掌握智能仪器的一般设计方法，熟悉系统硬件和软件的一般开发环境和开发流程，为设计和开发智能仪器打下坚实的基础。培养学生基于单片机应用系统的分析和设计能力和专业知识综合应用能力，同时提高学生分析问题和解决问题的能力以及实际动手能力，为日后工作奠定良好的基础。
二.设计题目：
智能型温度测量仪的设计
三.内容和要求
四.组织方式
1.智能型温度测量仪的设计
⑴．功能要求
①．配合温度传感器，实现温度的测量；
②．具有开机自检、自动调零功能；
③．使用220V/50Hz交流电源，设置电源开关、电源指示灯和电源保护功能。
⑵．主要技术指标
①．测量温度范围：0～120℃
②．测量误差：≤1%
⑥．显示方式：4位LED数码管显示被测温度值。
2 目录
一：《智能仪器》课程设计指导书
二：摘要
三：引言:
四 智能温度计的设计梗概
五：系统硬件组成
六：系统硬件组成 温度传感器AD590
七：放大器
八：3A/D转换器MC14433放大器
九： LED显示器
十：性能弊端处理
十一：总结
十二：体会
十三：参考文献
十四：程序清单
3 摘要：本论文叙述了应用单片机AT89C51构成的智能温度计主要的功能、硬件的组成和软件的设计。该系统的功能是通过温度传感器对温度进行采集，然后通过A/D转换器MC14433进行模数转换，传给单片机进行处理，从而实现温度的实时显示。整个系统结构紧凑、简单可靠、操作灵活、功能强、性能价格比高，较好地满足了现代农业生产和科研的需要。单片机自问世以来，性能不断提高和完善，其资源又能满足很多应用场合的需要，加之单片机具有集成度高、功能强、速度快、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等特点，因此，在工业控制、智能仪器仪表、数据采集和处理、通信系统、高级计算器、家用电器等领域的应用日益广泛，并且正在逐步取代现有的多片微机应用系统。单片机的潜力越来越被人们所重视。特别是当前用CMOS工艺制成的各种单片机，由于功耗低，使用的温度范围大，抗干扰能力强、能满足一些特殊要求的应用场合，更加扩大了单片机的应用范围，也进一步促使单片机性能的发展。而现在单片机在农业上也有了很多的应用。
关键词： 温度传感器；A/D转换器；实时显示
引言:单片机自问世以来，性能不断提高和完善，其资源又能满足很多应用场合的需要，加之单片机具有集成度高、功能强、速度快、体积小、功耗
4 低、使用方便、价格低廉等特点，因此，在工业控制、智能仪器仪表、数据采集和处理、通信系统、高级计算器、家用电器等领域的应用日益广泛。
1 智能温度计的设计梗概
下图是智能温度计的基本组成方框。主要由温度传感器，放大器，A/D转换器，单片机控制，LED显示器，电源等组成。温度传感器是把温度转换成电压（或电流）的器件。不同的温度传感器，输出电压的范围也差别很大。放大器的主要功能是把微弱的温度电压信号放大到（0—2）伏或（0—5）伏的范围内，以便进行A/D转换。一方面控制A/D转换器实现模拟信号到数字信号的转换，另一方面将采集到的数字温度电压值，经过计算处理，得到相应的温度值，送到LED显示器以数字形式显示测量的温度。LED显示器用于显示测量温度的结果。
智能温度计的基本组成如图1所示
温度传感器 放大器 A/D转换器 单片机8951
LED显示器 电源
图1 智能温度计方框图
5 2 系统硬件组成
硬件组成如图2所示
图2 测量摄氏（℃）温度的电路原理。
假定 ：温度测量范围：0——150℃ 摄氏（℃）
温度数字显示： 000.0 或112.8等，十进制小数点后一位
2.1 温度传感器AD590
图中用电位器R1调零点，用R2调增益，方法如下：在0 oC时调整W1使输出Vo＝273.2mV。然后在100 ℃时调W2使Vo＝373.2mV。然后反复多次，直至0 ℃时Vo＝273.2mV，100 ℃时Vo＝373.2mV为止。最后在室温下进行校验。例如，若室温为25℃，那么Vo应为298.2mV。0 ℃和100 ℃环
6 境的产生方法：冰水混合物是0 ℃的环境，沸水为100 ℃环境。
2.2 放大器
放大器由运算放大器A组成，常用的芯片有：LF335，LF336，CA3140等，主要功能是把模拟的温度电压信号放大到A/D转换器要求的输入电压范围。A/D转换器MC14433要求，模拟输入电压的范围为：0——2V。W3的作用是抵消温度传感器AD590在摄氏0℃时产生的温度电压Vo＝273.2mV，使放大器A的输出电压为0.0V。放大器A的放大倍数选择为10，保证温度在0—150℃范围内变化，而放大器的输出电压在0—1。50V的范围内。电位器W2用于调整放大器的放大倍数。
2.3 A/D转换器MC14433
图3是主要框图和引脚的分布
图3 MC14433的方框图和引脚
7 引脚引线功能如下：
G 被测电压VX和参考电压VR的模拟接地端
VR 外接参考电压端（+2V或+200Mv）
VX 被测电压输入端
R1，R1/C1，C1 外接积分电阻R1和积分电容C1元件端。外接元件典型值：当量程为2V时，C = 0.1μF,R = 470kΩ；当量程为200mV时，C1 = 0.1μF, R1 = 27kΩ
C01,C02 外接失调电容C0端。C0典型值为0.1μF
DU 数据显示控制端。当DU和EOC（引脚14）连接时，每次A/D转换都输出
CLKI，CLKO 时钟振荡器外接电阻RC端， RC的典型值为470kΩ，时钟频率随RC增加而下降
VEE 模拟负输入端。典型值为-5V
VSS 数字地，除CLKO端外所有输出端的低电平基准。当VSS与VAG相连（即数字地和模拟地相连）时，输出电压幅度为VAG～VDD（0V～+5V）；当VSS与VEE（-5V）相连，输出电压幅度为VEE～VDD（-5V～+10V）。实际应用时一般是VSS与VAG相连
EOC 转换结束控制端（输出）。每当一个A/D转换周期结束，EOC端输出一个宽度为时钟周期1/2宽度的正脉冲
OR 过量程标志输出端。平时为高电平。当｜VX｜﹥VR时（被测电压输入绝对值大于参考电压），OR端输出低电平
DS1～DS4 多路选通脉冲输出端，对应DS1千位，对应DS4个位。每个选通脉冲宽度为18个时钟脉冲，两个相邻脉冲之间间隔为2个时钟周期
Q0～Q3 BCD码数据输出线。其中为Q0最低位，Q3为最高位。当DS2 、DS3和 DS4选通期间，Q0～Q3除了表示千位的0或1外，还表示了转换值的正负极性和欠量程还是过量程
VDD 正电源端。典型值为+5V
2.4 LED显示器
共阴极LED显示器的阳极和单片机CPU的P1口连接，显示段码由CPU通过P1口传送到LED显示器的阳极。位扫描码由单片机8051的P2口低四
8 位输出，经同相驱动器传送到LED显示器的阴极，选通LED显示器的数位，P2.3，P2.2,P2.1,P2.0输出电平为‘0111’时，选通左边的第一位数字，P2.3，P2.2,P2.1,P2.0输出电平为‘1011’时，选通左边的第二位数字，P2.3，P2.2,P2.1,P2.0输出电平为‘1101’时，选通左边的第三位数字，P2.3，P2.2,P2.1,P2.0输出电平为‘1110’时，选通左边的第四位数字。
2.5 系统核心单片机部分
单片机AT89C51有内部RAM，可以作为各种数据区使用，内部闪电存储器存放智能温度计的控制程序。它的主要功能是控制MC14433，实现温度的数字值采集，完成温度的数字采集值到对应数字温度的转换计算，并把计算的数字温度转换相应的显示段码，控制LED显示器以动态扫描方式进行温度显示。
3 性能弊端处理
为增强系统在工作现场的抗干扰能力，在硬件设计方面采取了一系列措施，例如，信号的输入／输出采用电平转换、光电隔离；正确配置接地系统，处理好共地信号；强电信号和弱电信号分开走线，传输线尽可能使用双绞线和屏蔽电缆；设置ＷＤＴ时钟监视电路，自动监视ＣＰＵ运行状态，出现故障自动处理，同时具有硬件自诊断功能，避免“死机”现象发生等等。
9 4系统核心单片机部分下
图是智能温度计的流程图。因为智能温度计的控制和计算相对简单，由该流程方框图可见，该主程序是循环线性结构。在初始化时，清除内部RAM，设定标志位和标志单元，设置堆栈指针，检测LED显示器工作是否正常等。
它主要包括了下述一些子程序：
（1）从A/D转换器MC14433读取温度数字电压子程序：查询A/D转换状态，一旦本次A/D转换结束，CPU将温度电压的BCD码数字值送到RAM中的输入缓冲区存放。
（2）温度电压数字值到温度数字转换子程序；将缓冲区中的温度电压数字BCD码转换为实际的温度十进制数字。
（3）温度数字到LED显示段码转换子程序：把温度十进制数字转换成相应的LED显示段码，存放在显示段码缓冲区供LED显示器显示传送子程序
（4） LED显示段码到LED显示器显示传送和动态扫描子程序
（5） BCD码加，减，乘，除子程序；
（6） BCD码在缓冲器间传送子程序；
（7） 其它专用子程序；
调用A/D输入数字值到数字温度转换子程序，将数字温度电压值转换为其相应的温度数字，存放到数字温度的缓冲区
调用送LED显示器显示子程序，将数字温度缓冲开始
ＣＰＵ 初始化，设堆栈指针，清除RAM缓冲区，初始化LED显示器，显示8888一秒，调用MC14433的A/D转换程序，对温度进行采样，送LED显示器，显示当前温调用MC14433的A/D转换子程序，将温度的电压数字值存放到内部A/D输入数据缓冲程序流程如图4所示
