熱電阻溫度計(jì)的設(shè)計(jì).doc

石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)熱電阻溫度計(jì)的設(shè)計(jì)Design of the Thermal Resistance Thermometers 2012 屆 電氣工程 系專 業(yè) 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 孫克軍 完成日期 2012年 5月15日畢業(yè)設(shè)計(jì)成績單學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 班級(jí) 專 業(yè)自動(dòng)化畢業(yè)設(shè)計(jì)題目熱電阻溫度計(jì)的設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師姓名孫克軍指導(dǎo)教師職稱副教授評(píng)定成績指導(dǎo)教師得分評(píng)閱人得分答辯小組組長得分成績： 院長（主任）簽字： 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書題目熱電阻溫度計(jì)的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 班級(jí) 專業(yè)自動(dòng)化承擔(dān)指導(dǎo)任務(wù)單位電氣工程系導(dǎo)師姓名孫克軍導(dǎo)師職稱副教授一、主要內(nèi)容單片機(jī)MC-8051系列實(shí)現(xiàn)溫度計(jì)功能，驅(qū)動(dòng)LED屏幕顯示結(jié)果。二、基本要求1單片機(jī)完成溫度計(jì)功能，可顯示溫度數(shù)值。2使用溫度傳感器和A/D變換器采集溫度信息，采用銅熱電阻傳感器作為測量溫度的主要器件。3可以任意設(shè)定溫度的上下限，能夠?qū)崿F(xiàn)報(bào)警功能。4C語言或者匯編語言編程，實(shí)現(xiàn)相關(guān)邏輯控制。5電路原理圖設(shè)計(jì)。6提出系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖，提出相應(yīng)的解決方案。7需單片機(jī)和芯片，開發(fā)電路板以相關(guān)傳感器，價(jià)格200元。三、主要技術(shù)指標(biāo)1電壓直流5V，工作電流小于500mA。2完成主要功能。3電路原理圖。4論文正文不少于1.5萬字，查閱文獻(xiàn)資料不少于10篇，其中外文文獻(xiàn)2篇以上，翻譯與課題有關(guān)的外文資料不少于3000漢字。四、應(yīng)收集的資料及參考文獻(xiàn)1匯編語言程序設(shè)計(jì) 劉衛(wèi)國 中國鐵道出版社2傳感器應(yīng)用電路400例 王煜東 中國電力出版社3單片微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù) 高峰 科學(xué)出版社五、進(jìn)度計(jì)劃1第1周-第2周：收集材料，完成開題報(bào)告；2第3周-第4周：分析、確定方案；3第5周-第7周：設(shè)計(jì)系統(tǒng)、電路實(shí)現(xiàn)、編寫單片機(jī)程序；4第8周：中期檢查；5第9周-第12周：調(diào)試、撰寫論文；6第13周-第14周：論文審核定稿；7第15周-第16：答辯。教研室主任簽字時(shí)間 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告題目熱電阻溫度計(jì)的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 班 級(jí) 專業(yè) 自動(dòng)化1、 課題研究背景 在人們的日常生活中，溫度扮演著極其重要的角色。以往傳統(tǒng)的用酒精或者水銀制作的溫度計(jì)不但測量時(shí)間長、容易破損，而且讀數(shù)非常不方便，因此一種新型的數(shù)字式溫度計(jì)應(yīng)運(yùn)而生。這種溫度計(jì)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)快速準(zhǔn)確的對(duì)溫度進(jìn)行測量，而且還能夠通過顯示屏以數(shù)字的形式顯示出來，新型的溫度計(jì)具備線性優(yōu)良、性能穩(wěn)定、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，能夠在冰箱、蔬菜大棚、倉庫等所有需要考慮溫度因素的環(huán)境中得到很好的應(yīng)用。2、 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀自從溫度計(jì)問世以來，經(jīng)歷了兩千年的發(fā)展，最初的溫度計(jì)是由酒精和玻璃管、水銀和玻璃管制作而成的。隨著傳感器在溫度計(jì)中的應(yīng)用，溫度計(jì)已經(jīng)從原始的玻璃管結(jié)構(gòu)發(fā)展到了現(xiàn)在的以傳感器以及單片機(jī)為主要組成部分。傳感器的精度靈敏度決定了溫度計(jì)的精度、測量范圍、控制范圍和用途等，現(xiàn)在比較常用的有熱電阻溫度計(jì)、熱電偶溫度計(jì)、數(shù)字溫度計(jì)、電子溫度計(jì)等等。近年來，數(shù)字溫度計(jì)正處于傳統(tǒng)型向新型溫度計(jì)轉(zhuǎn)型的發(fā)展階段。新型溫度計(jì)的特點(diǎn)是微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化，它不僅促進(jìn)了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造，而且可導(dǎo)致建立新型工業(yè)和軍事變革，是21世紀(jì)新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。3、 論文進(jìn)行的主要工作首先選擇合適的傳感器和單片機(jī)器件，再使用溫度傳感器和A/D變換器采集溫度信息，再用C語言編程，實(shí)現(xiàn)相關(guān)邏輯控制，最后利用軟件繪制出電路原理圖設(shè)計(jì)。4、 采用的方法、手段通過對(duì)溫度計(jì)整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，選擇出銅熱電阻和單片機(jī)MC-8051作為溫度計(jì)測量和計(jì)算的器件。然后設(shè)計(jì)用銅熱電阻來收集溫度信息，經(jīng)過A/D變換器后輸入到已經(jīng)寫入C語言程序的單片機(jī)MC-8051內(nèi)，能夠把測量結(jié)果由LED顯示，同時(shí)用protel99se軟件繪制出電路原理圖，方便實(shí)物電路板的焊制。5、 預(yù)期達(dá)到的結(jié)果焊制出電路板后，把溫度計(jì)開關(guān)打開，將其放到某一溫度環(huán)境后，溫度計(jì)的LED顯示器能夠快速準(zhǔn)確的顯示該環(huán)境的溫度，并且能夠?qū)崿F(xiàn)鍵盤調(diào)節(jié)溫度報(bào)警的上下限，當(dāng)超過設(shè)定的上下限溫度后能夠?qū)崿F(xiàn)蜂鳴器報(bào)警功能。指導(dǎo)教師簽字時(shí)間 年 月 日摘要溫度是最基本的一個(gè)物理量，在日常生活中扮演著很重要的角色。溫度計(jì)作為測量溫度的工具，它的準(zhǔn)確性和實(shí)用性顯得尤為重要。而溫度計(jì)代替玻璃液體溫度計(jì)是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然規(guī)律。為了滿足溫度計(jì)測量精確、價(jià)格低廉的要求，設(shè)計(jì)了本系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用單片機(jī)AT89C52作為控制的核心，實(shí)現(xiàn)溫度計(jì)的基本測量和報(bào)警功能。數(shù)據(jù)采集部分由銅熱電阻、差分比例運(yùn)算電路、A/D轉(zhuǎn)換電路PCF8591組成。顯示部分用LED8位數(shù)碼管顯示。該溫度計(jì)的工作原理是用銅熱電阻將溫度的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化，經(jīng)由差分比例運(yùn)算電路放大，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，送入單片機(jī)AT89C52中處理，由單個(gè)的鍵盤來調(diào)節(jié)溫度計(jì)報(bào)警的上下限，當(dāng)超過設(shè)定的上下限后能夠?qū)崿F(xiàn)報(bào)警功能，軟件采用C語言實(shí)現(xiàn)。經(jīng)測試，本系統(tǒng)具有測量精確，操作簡單，方便使用的特點(diǎn)。主要功能有顯示溫度和在超過設(shè)定溫度值之外報(bào)警，具有一定的實(shí)用功能。關(guān)鍵詞：銅熱電阻AT89C52A/D轉(zhuǎn)換數(shù)碼管Abstract The temperature is a the most fundamental physical quantities, in our daily life plays a very important role. The thermometer as measuring temperature tools, its accuracy and practical is particularly important. While digital thermometer instead of glass liquid thermometer is an inexorable law governing of the science and technology development. In order to meet the digital thermometer measurement precision, the price is low, the design of this system. The system uses the AT89C52 single chip microcomputer as control core, implemented digital thermometer the basic control function. Data acquisition in part by the copper thermal resistance sensor, differential ratio operation circuit, A/D conversion circuit PCF8591 composition. With a digital display section LED 8 tube display. The digital thermometer principle of work is made of copper thermal resistance sensor will the change of the temperature conversion for voltage change, operation circuit by difference proportion amplification, after A/D conversion, into the single chip microcomputer in the AT89C52 processing, by single keyboard to adjust the thermometer alarm the upper and lower limits using C language program of design requirements, simple operation, convenient use. Main functions are display temperature and temperature alarm set in more than outside. It has certain practical function. Keywords：Copper thermal resistanceA/D conversionAT89C52LED 目 錄第1章 緒論11.1課題的選題背景11.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀11.3本論文主要研究內(nèi)容21.3.1主要內(nèi)容21.3.2基本要求21.3.3主要技術(shù)指標(biāo)2第2章 熱電阻溫度計(jì)總系統(tǒng)設(shè)計(jì)32.1熱電阻溫度計(jì)整體設(shè)計(jì)方案32.2各個(gè)主要模塊電路器件的選擇32.3單片機(jī)控制程序的選擇5第3章 熱電阻溫度計(jì)硬件設(shè)計(jì)63.1溫度計(jì)硬件設(shè)計(jì)總方案63.2直流電橋電路63.2.1熱電阻63.2.2直流電橋電路的設(shè)計(jì)73.3放大電路73.4A/D轉(zhuǎn)換103.5單片機(jī)103.6報(bào)警顯示電路123.6.1數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì)123.6.2聲音報(bào)警電路設(shè)計(jì)133.7電源電路的設(shè)計(jì)143.8系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖14第4章 熱電阻溫度計(jì)軟件設(shè)計(jì)154.1主程序的流程圖154.2顯示子程序流程圖174.3PCF8591A/D轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)174.4通信協(xié)議I2C總線18第5章 設(shè)計(jì)誤差分析205.1軟件方面205.2硬件方面20第6章 結(jié)論與展望216.1結(jié)論216.2 展望21參考文獻(xiàn)23致謝24附錄25附錄A外文翻譯25附錄B設(shè)計(jì)電路圖37附錄C程序38- I -石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第1章 緒論1.1課題的選題背景測溫技術(shù)自古以來就被人們所重視，作為一種計(jì)量手段，廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、科研、交通等各個(gè)領(lǐng)域，與人民的生活緊密相連。溫度計(jì)是最新型的一種溫度計(jì)，溫度計(jì)是國計(jì)民生、國防建設(shè)、科學(xué)研究不可缺少的計(jì)量設(shè)備，溫度測量產(chǎn)品技術(shù)水平的高低，將直接影響各行各業(yè)的現(xiàn)代化水平和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的提高。測溫設(shè)備不僅是提供溫度數(shù)據(jù)的單體儀表，而且作為工業(yè)控制系統(tǒng)和人們?nèi)粘Ｉ畹囊粋€(gè)組成部分，推進(jìn)了工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化和方便了人們的日常生活，它起到了縮短作業(yè)時(shí)間、改善操作條件、降低能源等多方面的作用。測溫裝置的應(yīng)用已遍及到國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。因此，測溫技術(shù)的研究各國都非常重視1。在人們的日常生活中，溫度扮演著極其重要的角色。以往傳統(tǒng)的用酒精或者水銀制作的溫度計(jì)不單測量時(shí)間長、容易破損，而且讀數(shù)非常不方便，因此一種新型的數(shù)字式溫度計(jì)應(yīng)運(yùn)而生。這種溫度計(jì)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)快速準(zhǔn)確的對(duì)溫度進(jìn)行測量，而且還能夠通過數(shù)碼管以數(shù)字的形式顯示出來，新型的溫度計(jì)具備線性優(yōu)良、性能穩(wěn)定、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，能夠在冰箱、蔬菜大棚、倉庫等所有需要考慮溫度因素的環(huán)境中得到很好的應(yīng)用。1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀溫度是表征物體冷熱程度的物理量, 是國際單位制中七個(gè)基本物理量之一, 它與人類生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究有著密切關(guān)系。隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高, 溫度測量技術(shù)也得到了不斷的發(fā)展。自從溫度計(jì)問世以來，經(jīng)歷了兩千年的發(fā)展，最初的溫度計(jì)是由酒精和玻璃管、水銀和玻璃管制作而成的。隨著傳感器在溫度計(jì)中的應(yīng)用，溫度計(jì)已經(jīng)從原始的玻璃管結(jié)構(gòu)發(fā)展到了現(xiàn)在的以傳感器為主要組成部分的結(jié)構(gòu)。傳感器的精度靈敏度決定了溫度計(jì)的精度、測量范圍、控制范圍和用途等，現(xiàn)在比較常用的有熱電阻溫度計(jì)、熱電偶溫度計(jì)、數(shù)字溫度計(jì)、電子溫度計(jì)等。近年來，數(shù)字溫度計(jì)正處于傳統(tǒng)型向新型溫度計(jì)轉(zhuǎn)型的發(fā)展階段。新型溫度計(jì)的特點(diǎn)是微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化，它不僅促進(jìn)了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造，而且可導(dǎo)致建立新型工業(yè)和軍事變革，是21世紀(jì)新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。1.3本論文主要研究內(nèi)容1.3.1主要內(nèi)容 采用單片機(jī)AT89C52為控制核心，由銅熱電阻、差分比例運(yùn)算放大電路LM358、A/D轉(zhuǎn)換芯片PCF8591完成數(shù)據(jù)采集，獨(dú)立鍵盤作為輸入來調(diào)節(jié)報(bào)警溫度的上下限，LED數(shù)碼管顯示溫度上下限和測得的溫度。1.3.2基本要求(1)單片機(jī)完成溫度計(jì)功能，可顯示溫度數(shù)值。(2)使用溫度傳感器和A/D變換器采集溫度信息，采用銅熱電阻作為測量溫度的主要器件。(3)可以任意設(shè)定溫度的上下限報(bào)警功能。(4)C語言編程，實(shí)現(xiàn)相關(guān)邏輯控制。(5)電路原理圖設(shè)計(jì)。(6)提出系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖，提出相應(yīng)的解決方案。(7)需單片機(jī)和芯片，開發(fā)電路板以相關(guān)傳感器，價(jià)格200元。1.3.3主要技術(shù)指標(biāo)(1)系統(tǒng)供電電壓：直流5V。(2)工作電流：小于500mA。(3)LED屏幕顯示結(jié)果。 第2章 熱電阻溫度計(jì)總系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1熱電阻溫度計(jì)整體設(shè)計(jì)方案溫度計(jì)就是能夠顯示其所在環(huán)境的溫度的儀器。并且能夠設(shè)定溫度的上下限，當(dāng)超過這一范圍的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)蜂鳴器報(bào)警，儀器包括七個(gè)部分：銅熱電阻、放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、鍵盤輸入、LED顯示、蜂鳴器報(bào)警電路。系統(tǒng)總框圖如圖2-1所示。圖2-1系統(tǒng)總框圖其中銅熱電阻和單片機(jī)芯片是溫度計(jì)的兩大核心，根據(jù)測量溫度范圍以及報(bào)警功能的需要，選擇合適、精確、經(jīng)濟(jì)的銅熱電阻以及單片機(jī)芯片是至關(guān)重要的。2.2各個(gè)主要模塊電路器件的選擇(1)傳感器的選擇方案一：采用熱電阻Cu50。銅熱電阻主要由接線端子、絕緣套管和感溫元件組成?？梢詼y量從-50至150范圍內(nèi)的液體、蒸汽和氣體介質(zhì)及固體表面的溫度。銅熱電阻具有良好的電輸出特性，可提供準(zhǔn)確的溫度變化信號(hào)。方案二：采用熱電阻PT100。性能和測溫范圍較Cu50稍高，但是成本較高，考慮到設(shè)計(jì)的要求，不予選擇。因此，選擇方案一。(2)放大電路的選擇方案一：利用普通低溫漂運(yùn)算放大器構(gòu)成多級(jí)放大器。 普通低溫漂運(yùn)算放大器構(gòu)成多級(jí)放大器會(huì)引入大量噪聲，由于A/D轉(zhuǎn)換器需要很高的精度，所以幾毫伏的干擾信號(hào)就會(huì)直接影響最后的測量精度。方案二：采用差分比例運(yùn)算電路。雖然對(duì)器件的要求仍比較高，但是所用器件較少，容易實(shí)現(xiàn)。并且一個(gè)放大器足以滿足實(shí)驗(yàn)的要求2。綜合考慮，選擇方案二。 (3)放大器的選擇 方案一：采用雙獨(dú)立運(yùn)放的LM358。LM358內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關(guān)。方案二：采用四獨(dú)立運(yùn)放的TL084CN。TL084CN是一款高輸入電阻的四運(yùn)放，但是精度不高。綜合考慮，選擇方案一。(4)鍵盤的選擇方案一：利用I/O口直接連接矩陣式鍵盤。采用中斷或查詢方式，鍵盤處理采用查詢法并對(duì)按鍵進(jìn)行消抖處理。方案二：采用獨(dú)立鍵盤。用開發(fā)板上的四個(gè)獨(dú)立鍵和單片機(jī)的P3.0-P3.3相連接，編寫程序相對(duì)于矩陣鍵盤更加簡單。綜合考慮，選擇方案二。(5)單片機(jī)的選擇STC和AT89系列有很多相同點(diǎn)都支持ISP在線編程功，但AT89S51是模擬ISP，不是真正的ISP?？梢圆挥冒嘿F的編程器，只用自己做一個(gè)編程即可。都是40引腳兩種單片機(jī)。不同的是，STC的在線編程方式是通過串口，需要一個(gè)MAX232芯片做串口通信電路，AT的是并口編程方式，需要一個(gè)74HC244來做并口通信電路。 AT89系列51是指ATMEL出的51單片機(jī)，特點(diǎn)是AT發(fā)揮了自己在FLASH上的特長，把flash儲(chǔ)存器集成到單片機(jī)里，然后推廣的也好用的人多，其實(shí)和標(biāo)準(zhǔn)的51單片機(jī)沒有太大不同，可以認(rèn)為就是標(biāo)準(zhǔn)51單片機(jī)。這些單片機(jī)都是需要把晶振頻率除以12后才是機(jī)器周期，所以慢。STC系列從性能方面上說價(jià)格最便宜，功能比較多，抗干擾能力最強(qiáng)，串口編程比較與并口編程更容易掌握。并且STC單片機(jī)可以理解成是把傳統(tǒng)51單片機(jī)A/D芯片定時(shí)芯片復(fù)位芯片全做到一個(gè)芯片里，同時(shí)還內(nèi)置RC振蕩單片機(jī)的運(yùn)行速度也比傳統(tǒng)51快了12倍，用起來比51要方便3。綜合考慮，選擇STC89C52作為本系統(tǒng)的單片機(jī)。(6)數(shù)碼管的選擇方案一：半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）的工作原理是利用發(fā)光二極管把電能轉(zhuǎn)化為光能的電光轉(zhuǎn)換過程，當(dāng)一個(gè)正向偏壓施加于PN結(jié)兩端，由于PN結(jié)勢壘的降低，P區(qū)的正電荷將向N區(qū)擴(kuò)散，N區(qū)的電子也向P區(qū)擴(kuò)散，同時(shí)在兩個(gè)區(qū)域形成非平衡電荷的積累。由于電流注入產(chǎn)生的少數(shù)載流子是不穩(wěn)定的，對(duì)于PN結(jié)系統(tǒng)，注入到價(jià)帶中的非平衡空穴要與導(dǎo)帶中的電子復(fù)合，其中多余的能量將以光的形式向外輻射，電子和空穴的能量差越大，產(chǎn)生的光子的能量就越高。能量級(jí)差大小不同，產(chǎn)生光的頻率和波長就不同，相應(yīng)的光的顏色就不同。方案二：液晶顯示器（LCD）的顯像原理，是將液晶置于兩片導(dǎo)電玻璃之間，靠兩個(gè)電極間電場的驅(qū)動(dòng)引起液晶分子扭曲向列的電場效應(yīng)，以控制光源透射或遮蔽功能，在電源關(guān)開之間產(chǎn)生明暗而將影像顯示出來，若加上彩色濾光片，則可顯示彩色影像。LED適于制成各種小型信號(hào)燈、微型光源、光耦合器件、數(shù)碼管、字符管等小型顯示器件或轉(zhuǎn)換器。用LED制成的全電子式儀表中的電子顯示器，以及點(diǎn)陣平面顯示屏得到了廣泛的應(yīng)用。LCD對(duì)比與LED其可以在數(shù)碼管上呈現(xiàn)圖案，更加美觀，但成本費(fèi)用更高。本設(shè)計(jì)主要是顯示溫度，數(shù)碼管只是起到顯示的模式，所以采用LED更合理。綜合考慮，選擇方案一。2.3單片機(jī)控制程序的選擇對(duì)于指令系統(tǒng)兼容MCS51系列的單片機(jī)，其較為常用的編程語言有C和匯編語言。C語言是一種源于編寫UNIX操作系統(tǒng)的語言，是一種結(jié)構(gòu)化編程語言，可產(chǎn)生壓縮代碼。C語言運(yùn)用于單片機(jī)編程的優(yōu)點(diǎn)在于：在硬件結(jié)構(gòu)上僅要求對(duì)單片機(jī)存儲(chǔ)器等硬件結(jié)構(gòu)有初步了解，寄存器分配，不同存儲(chǔ)器尋址及數(shù)據(jù)類型等細(xì)節(jié)可由編譯器管理。C語言程序本身并不依賴于機(jī)器硬件系統(tǒng)，基本上不做修改就可以在不同種類的單片機(jī)之間相互移植。程序可劃分為不同函數(shù)，結(jié)構(gòu)規(guī)范，可讀性強(qiáng)。C語言提供的庫包含許多標(biāo)準(zhǔn)子程序，具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力。C語言作為一種方便、容易掌握的語言得到了廣泛的應(yīng)用，是目前單片機(jī)編程中應(yīng)用最多的語言之一。匯編語言同樣在單片機(jī)編程中得到了廣泛的應(yīng)用，其具有簡單實(shí)用，控制靈活，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，程序效率高等特點(diǎn)。匯編語言有著極強(qiáng)的硬件控制能力，用其它的高級(jí)語言所無法控制的軟硬件細(xì)節(jié)，在匯編語言中都可以實(shí)現(xiàn)，但是編程復(fù)雜。綜合考慮，軟件的設(shè)計(jì)語言選擇C語言。第3章 熱電阻溫度計(jì)硬件設(shè)計(jì)3.1溫度計(jì)硬件設(shè)計(jì)總方案硬件部分主要包括的電路有：直流電橋電路、差分比例運(yùn)算放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)控制電路、鍵盤控制電路、LED顯示電路。直流電橋中用一銅熱電阻替換電橋中的一個(gè)電阻，當(dāng)銅熱電阻的阻值變化的時(shí)候可以轉(zhuǎn)換成電壓的變化，由于此時(shí)電壓變化的幅值很小，芯片很難檢測出來，因而需要放大電路將信號(hào)進(jìn)行放大，然后將放大后的信號(hào)輸入到A/D轉(zhuǎn)換芯片中，轉(zhuǎn)化后生成的數(shù)字量輸入到單片機(jī)中，然后送到LED數(shù)碼管顯示電路中進(jìn)行顯示，用獨(dú)立鍵盤對(duì)溫度的上下限進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)溫度低于設(shè)定的下限的時(shí)候或者高于設(shè)定的溫度的上限的時(shí)候，蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。3.2直流電橋電路3.2.1熱電阻由于鉑為貴金屬，一般在測量精度要求不高和測溫范圍較小時(shí)，均采用銅熱電阻作為傳感器。由于銅熱電阻具有良好的電輸出特性，可為顯示儀、記錄儀、調(diào)節(jié)器、掃描器、數(shù)據(jù)記錄儀以及計(jì)算機(jī)提供準(zhǔn)確的溫度變化信號(hào)。本系統(tǒng)采用的是Cu50熱電阻，銅熱電阻是通過金屬在溫度變化時(shí)本身電阻也隨之發(fā)生變化的原理來測量溫度的儀器。銅熱電阻主要由接線端子、絕緣套管和感溫元件組成?？梢詼y量各種生產(chǎn)過程中從-50至150范圍內(nèi)的液體、蒸汽和氣體介質(zhì)及固體表面的溫度。工業(yè)用熱電阻作為測量溫度的傳感受器，通常和顯示儀表、記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器配套使用。在-50到150范圍內(nèi)，銅熱電阻的化學(xué)、物理性能穩(wěn)定，輸入輸出接近線性，價(jià)格低廉。銅熱電阻的缺點(diǎn)是電阻率低，體積大，熱慣性大，而且當(dāng)溫度高于100時(shí)銅熱電阻易被氧化，因此銅熱電阻適于在溫度較低，沒有腐蝕性的介質(zhì)中工作。銅熱電阻的阻值與溫度變化之間的關(guān)系可近似的表示為： （ 3-1 ）式中，、為銅熱電阻在0和t時(shí)的電阻值； 為銅熱電阻的溫度系數(shù)（）。通過查找Cu50的分度表得Cu50銅熱電阻在環(huán)境溫度為50時(shí)，電阻值為60.7。 3.2.2直流電橋電路的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用了直流電橋電路將熱電阻阻值微小的變化轉(zhuǎn)換成為電壓的變化，然后輸入到A/D轉(zhuǎn)換器中轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號(hào)顯示出來，該設(shè)計(jì)采用了直流電橋電路。直流電橋電路如圖3-1所示。當(dāng)電橋各橋臂電阻滿足條件時(shí)，則電橋輸出電流為0，電壓，稱電橋處于平衡狀態(tài)。 圖3-1直流電橋當(dāng)某一個(gè)橋臂為熱電阻時(shí)，其他橋臂為固定電阻。則 （ 3-2 ） 式中，電壓隨的變化而變化的值； 加載到直流電橋上的電壓值。 直流電橋的電阻選擇,當(dāng)溫度是0時(shí)，Cu50的電阻為50，此時(shí) （ 3-3 ） 本設(shè)計(jì)需要測量的范圍是0到50，當(dāng)溫度為0時(shí)，直流電橋的輸出電壓為0V，當(dāng)溫度為50時(shí)，直流電橋的輸出電壓為0.24V。3.3放大電路由銅熱電阻構(gòu)成的直流電橋的輸出電壓為毫伏級(jí)，而A/D轉(zhuǎn)換器所能處理的電壓是05V，所以必須在A/D轉(zhuǎn)換器前加入放大電路以實(shí)現(xiàn)電壓的放大，放大二十倍能夠讓單片機(jī)識(shí)別，使輸出電壓為05V。雖然三運(yùn)放結(jié)構(gòu)具有差動(dòng)輸入阻抗高、共膜抑制比高、偏置電流低等優(yōu)點(diǎn)，但是它對(duì)組成器件電阻的對(duì)稱性要求很高，因而如果組成電阻有一點(diǎn)誤差將會(huì)大大的影響系統(tǒng)的穩(wěn)定和放大倍數(shù)。所以選擇一級(jí)放大的差分比例運(yùn)算放大電路4。差分比例放大電路如圖3-2所示。圖3-2差分比例放大電路差分比例運(yùn)算放大電路中兩個(gè)輸入電壓和各自通過電阻和分別加在集成運(yùn)放的反相輸入端和同相輸入端。另外，從輸出端通過反饋電阻接到反相輸入端，為了保證運(yùn)放兩個(gè)輸入端對(duì)地的電阻平衡，同時(shí)為了避免降低共模抑制比，通常要求,。在理想條件下，由于“虛斷”，利用疊加定理可求得反相輸入端的電位為： （ 3-4 ） 而同相輸入端的電位為： （ 3-5 ）因?yàn)椤疤摱獭?，即，所以?（ 3-6 ）當(dāng)滿足條件,時(shí)，整理上式可得差分比例運(yùn)算電路的輸入輸出關(guān)系為： （ 3-7 ）在本設(shè)計(jì)中單片機(jī)能夠接收的電壓范圍為0到5V，為了最大限度的利用這一范圍，需要將直流電橋的輸出電壓放大20倍后輸入到PCF8591中進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。當(dāng)環(huán)境溫度為0時(shí)，輸入到單片機(jī)的電壓為0V；當(dāng)環(huán)境溫度為50時(shí)，輸入到單片機(jī)的電壓為4.8V。根據(jù)常用電阻的阻值大小，采用RF=1K，R1=50，實(shí)現(xiàn)放大20倍的功能。放大電路采用差分比例運(yùn)算放大電路，放大的器件采用LM358，LM358內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關(guān)。其引腳圖及引腳功能如圖3-3所示。LM358的主要特性有：內(nèi)部頻率補(bǔ)償；直流電壓增益高（約100dB）；單位增益頻帶寬（約1MHz）；電源電壓范圍寬：單電源（3-30V），雙電源（1.5-15V）；低功耗電流，適合于電池供電；低輸入偏流；低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流；共模輸入電壓范圍寬，包括接地；差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍；輸出電壓擺幅大（0至1.5V）。LM358主要參數(shù)有：輸入偏置電流45nA；輸入失調(diào)電流50nA；輸入失調(diào)電壓2.9mV；輸入共模電壓最大值VCC-1.5V；共模抑制比80dB；電源抑制比100dB。圖3-3LM358引腳圖和引腳功能3.4A/D轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換芯片選用了PCF8591。它的管腳圖如圖3-4所示。圖3-4PCF8591管腳圖PCF8591是一個(gè)單片集成、單獨(dú)供電、低功耗、8-bit CMOS數(shù)據(jù)獲取器件。PCF8591具有4個(gè)模擬輸入、1個(gè)模擬輸出和1個(gè)串行I2C總線接口。PCF8591的3個(gè)地址引腳A0, A1和A2可用于硬件地址編程，允許在同個(gè)I2C總線上接入8個(gè)PCF8591器件，而無需額外的硬件。在PCF8591器件上輸入輸出的地址、控制和數(shù)據(jù)信號(hào)都是通過雙線雙向I2C總線以串行的方式進(jìn)行傳輸。PCF8591的功能包括多路模擬輸入、內(nèi)置跟蹤保持、8-bit模數(shù)轉(zhuǎn)換和8-bit數(shù)模轉(zhuǎn)換。PCF8591的最大轉(zhuǎn)化速率由I2C總線的最大速率決定。PCF8591的特征是可以單獨(dú)供電；PCF8591的操作電壓范圍2.5V-6V；低待機(jī)電流；通過I2C總線串行輸入/輸出；PCF8591通過3個(gè)硬件地址引腳尋址；PCF8591的采樣率由I2C總線速率決定；4個(gè)模擬輸入可編程為單端型或差分輸入；自動(dòng)增量頻道選擇；PCF8591的模擬電壓范圍從VSS到VDD；PCF8591內(nèi)置跟蹤保持電路；8-bit逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換器；通過1路模擬輸出實(shí)現(xiàn)DAC增益。3.5單片機(jī)本設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用的是STC89C52。管腳圖如圖3-5所示。STC89C52單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)，內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路。它的特點(diǎn)有：增強(qiáng)型8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051；工作電壓：5.5V-3.3V；工作頻率范圍：040MHz，相當(dāng)于普通8051的080MHz，實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz；用戶應(yīng)用程序空間：8K；片上集成512字節(jié)RAM；通用I/O口，復(fù)位后為：P1/P2/P3/P4是準(zhǔn)雙向口/弱上拉(普通8051傳統(tǒng)I/O口) P0口是開漏輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為I/O口用時(shí)，需加上拉電阻； ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器可通過串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片；有EEPROM功能；內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，外部晶體20M以下時(shí)，可省略外部復(fù)位電路；共3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，其中定時(shí)器0還可以當(dāng)成2個(gè)8位定時(shí)器使用；外部中斷4路,下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷，Power Down模式可由外部中斷電平觸發(fā)中斷方式喚醒；工作溫度范圍：-40+85（工業(yè)級(jí)）/075（商業(yè)級(jí)）。STC89C52單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示。STC89C51單片機(jī)中包含中央處理器（CPU）、程序存儲(chǔ)器（Flash）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（SRAM）、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、UART串口、I/O接口、EEPROM、看門狗等模塊STC89C51系列單片機(jī)幾乎包含了數(shù)據(jù)采集和控制中所需的所有單元模塊，可稱得上一個(gè)片上系統(tǒng)5。STC89C52各個(gè)管腳功能有：(1)P0.7：此引腳的作用是外接蜂鳴器。通過改變引腳的電平高低來控制蜂鳴器的響停。(2)P1.0/T2：作為P1.0時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)I/O口PORT10；作為T2時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部輸入。(3)P1.1/T2EX：作為P1.1時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)I/O口PORT11；作為T2EX時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2捕捉/重裝方式的觸發(fā)控制。(4)P1.2P1.7：標(biāo)準(zhǔn)I/O口PORT12標(biāo)準(zhǔn)I/O口PORT13。 P1.0P1.7的作用是外接鎖存器。(5)P3.0/RxD： P3.0 標(biāo)準(zhǔn)I/O口PORT30；RxD 串口1數(shù)據(jù)接收端(6)P3.1/TxD：P3.1 標(biāo)準(zhǔn)I/O口PORT31；TxD 串口1數(shù)據(jù)發(fā)送端(7)P3.2/INT0： P3.2 標(biāo)準(zhǔn)I/O口PORT32；INT0外部中斷0,下降沿中斷或低電平中斷。(8)P3.3/INT1：P3.3 標(biāo)準(zhǔn)I/O口PORT33；INT1外部中斷1,下降沿中斷或低電平中斷。 P3.0P3.3的功能是外接鍵盤輸入。 (9)P3.6 WR低電平有效，輸出，片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或I/O端口寫選通。 (10)P3.7 WR低電平有效，輸出，片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或I/O端口讀選通。 P3.6P3.7的功能是A/D轉(zhuǎn)換芯片和單片機(jī)直接的數(shù)據(jù)交換。(11)XTAL1：內(nèi)部時(shí)鐘電路反相放大器輸入端，接外部晶振的一個(gè)引腳。當(dāng)直接使用外部時(shí)鐘源時(shí)，此引腳是外部時(shí)鐘源的輸入端。(12)XTAL2內(nèi)部時(shí)鐘電路反相放大器的輸出端，接外部晶振的另一端。當(dāng)直接使用外部時(shí)鐘源時(shí)，此引腳可浮空，此時(shí)XTAL2實(shí)際將XTAL1輸入的時(shí)鐘進(jìn)行輸出。(13)VCC：電源正極。(14)Gnd:：電源負(fù)極，接地。圖3-5STC89C52管腳圖3.6報(bào)警顯示電路3.6.1數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中的LED數(shù)碼管采用的是共陰極，動(dòng)態(tài)顯示。共陰數(shù)碼管即是公共端接地，另一端需要高電平即會(huì)點(diǎn)亮發(fā)光管，而公共地端既是位選，既低電平有效。而另一端既是段選，段選信號(hào)既是高電平有效，這樣就構(gòu)成了整體的發(fā)光數(shù)碼管電路。數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。數(shù)碼管顯示分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示。本設(shè)計(jì)采用的是動(dòng)態(tài)顯示。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O端口多，如驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5840根I/O端口來驅(qū)動(dòng)，要知道一個(gè)89C51單片機(jī)可用的I/O端口才32個(gè)），實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃“a,b,c,d,e,f,g,dp”的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低6。3.6.2聲音報(bào)警電路設(shè)計(jì)喇叭的正極接到三極管的發(fā)射極，由三極管起到放大作用，負(fù)極經(jīng)過單片機(jī)的P0.7口控制，如果P0.7口輸出為低電平則喇叭響，此時(shí)喇叭只能響一次，如果有頻率的改變其電平，此時(shí)蜂鳴器就可以不停地進(jìn)行報(bào)警。因此，通過程序控制P0.7的電平不停地有節(jié)奏的高低變化來驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲。蜂鳴器的電路如圖3-6所示。圖3-6蜂鳴器電路3.7電源電路的設(shè)計(jì)由于在直流電橋上所加的直流電壓如果不穩(wěn)定的話，將直接導(dǎo)致溫度計(jì)的精確度降低，所以添加一個(gè)穩(wěn)壓電路，能夠提供穩(wěn)定的直流5V電壓，確保設(shè)計(jì)測量的準(zhǔn)確性。系統(tǒng)需要外接12V電源，本電路的核心器件是7805芯片，其功能就是將12V轉(zhuǎn)換成5V的電源，其中C1和C2是濾出其中的高次諧波，C3和C4的功能是使輸出的電壓更加穩(wěn)定和濾出其中的高次諧波，最終輸出端即Vcc端輸出的是穩(wěn)定的5V直流電源。電源電路的具體電路如圖3-7所示。圖3-7電源電路本設(shè)計(jì)中所采用的穩(wěn)壓芯片為7805，7805芯片三端穩(wěn)壓IC來組成穩(wěn)壓電源，所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來可靠、方便，而且價(jià)格便宜。78系列的穩(wěn)壓芯片中的78后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓。3.8系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖利用protel99se繪制而成，目的是為了更方便的了解本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)原理和結(jié)構(gòu)構(gòu)造。系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖見附錄B。第4章 熱電阻溫度計(jì)軟件設(shè)計(jì)4.1主程序的流程圖主程序包含數(shù)據(jù)采集模塊、液晶顯示模塊。 本論文中，軟件解決的主要問題是檢測銅熱電阻經(jīng)過直流電橋后轉(zhuǎn)化成的電壓信號(hào)，然后對(duì)信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，LED溫度顯示，以及報(bào)警器警報(bào)。具體的軟件程序運(yùn)行順序如下：當(dāng)開始運(yùn)行后，會(huì)先進(jìn)行初始化，直流電橋會(huì)根據(jù)Cu50的電阻輸出相應(yīng)的電壓值，這些準(zhǔn)備進(jìn)行完成后，經(jīng)過放大的模擬信號(hào)會(huì)送到PCF8591中，程序會(huì)通過I2C總線讀取模擬量，轉(zhuǎn)化為數(shù)字量后，同時(shí)掃描是否有獨(dú)立鍵盤的按鍵按下，如果有的話，延時(shí)100ms后再判斷是否有按鍵按下，如果有，則在相應(yīng)的位置加一或者減一。此時(shí)調(diào)用顯示子程序，將測得的溫度值顯示在LDE數(shù)碼管上。同時(shí)會(huì)判定是否超過程序設(shè)定的溫度上下限，如果高于上限或者低于下限，會(huì)進(jìn)入相應(yīng)的報(bào)警處理程序中，如果沒有繼續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。程序流程圖如圖4-1所示。軟件部分完成了和硬件電路相對(duì)應(yīng)的各功能，信號(hào)采集方面只要通過由Cu50構(gòu)成的直流電橋收集并經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換功能后送入了可擦可編程只讀存儲(chǔ)器，通過I2C總線去提取數(shù)據(jù)，而數(shù)碼管顯示電路的程序則是通過段選位選的方式進(jìn)行數(shù)碼管的使用，另外蜂鳴器的報(bào)警功能只要通過控制單片機(jī)端口的電平轉(zhuǎn)換即可完成7。圖4-1主程序流程圖4.2顯示子程序流程圖LED顯示時(shí)首先進(jìn)行位選，選擇進(jìn)行哪個(gè)數(shù)碼管的顯示，然后進(jìn)行段選，判斷七段數(shù)碼管到底哪些亮，掃描時(shí)間不能太長，不然數(shù)碼管會(huì)閃爍，上一個(gè)數(shù)碼管顯示后由于視覺暫存效果會(huì)一直有顯示8。LED數(shù)碼管顯示程序流程圖如圖4-2所示。圖4-2顯示子程序流程圖4.3PCF8591A/D轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)經(jīng)過放大電路放大后的電壓信號(hào)經(jīng)過PCF8591A/D轉(zhuǎn)換后輸入到單片機(jī)內(nèi)。主要分為啟動(dòng)、讀取數(shù)據(jù)、讀出轉(zhuǎn)換結(jié)果、存入指定內(nèi)存單元。PCF8591初始化后，就具有了將通道輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)字量，然后再存入內(nèi)部RAM的指定單元中。在控制方面采用程序查詢方式。數(shù)據(jù)采集模塊流程圖見圖4-3所示。圖4-3數(shù)據(jù)采集子程序流程圖4.4通信協(xié)議I2C總線I2C規(guī)程運(yùn)用主/從雙向通訊。器件發(fā)送數(shù)據(jù)到總線上，則定義為發(fā)送器，器件接收數(shù)據(jù)則定義為接收器。主器件和從器件都可以工作于接收和發(fā)送狀態(tài)。 總線必須由主器件通常為微控制器控制，主器件產(chǎn)生串行時(shí)鐘SCL控制總線的傳輸方向，并產(chǎn)生起始和停止條件。SDA線上的數(shù)據(jù)狀態(tài)僅在SCL為低電平的期間才能改變，SCL為高電平的期間，SDA狀態(tài)的改變被用來表示起始和停止條件。I2C通訊協(xié)議流程圖如圖4-4所示。圖4-4I2C通訊協(xié)議流程圖第5章 設(shè)計(jì)誤差分析在測量儀器的實(shí)際使用中，造成誤差的來源很多，通常是多種誤差源綜合作用的結(jié)果。就本儀器而言，誤差來源主要有軟件和硬件兩個(gè)方面。5.1軟件方面 軟件誤差主要來自以下兩個(gè)方面 （1）A/D轉(zhuǎn)換量化誤差 STC89C52單片機(jī)的外部A/D轉(zhuǎn)換器所帶來的誤差，輸入單片機(jī)模擬電壓信號(hào)03.7V，參考電壓2.5V，A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入模擬信號(hào)的最大分辨率達(dá)不到太精確。 （2）數(shù)字顯示過程中的有限字長效應(yīng) 在數(shù)字顯示過程中，用到了乘法和除法運(yùn)算，因此 在運(yùn)算過程中，由于字長有限而不能保留原有數(shù)據(jù)的有效位數(shù)會(huì)出現(xiàn)舍入誤差，由于累計(jì)計(jì)算會(huì)造成計(jì)算誤差。5.2硬件方面 硬件誤差主要來自以下四個(gè)方面： （1）傳感器非線性誤差 本系統(tǒng)選用Cu50熱電阻，環(huán)境溫度與熱電阻的阻值存在一定的非線性。利用熱電阻進(jìn)行溫度測量時(shí)，熱電阻的阻值很小，導(dǎo)線的電阻值不能忽略。實(shí)驗(yàn)證明50的銅熱電阻，若導(dǎo)線電阻為1，將會(huì)產(chǎn)生5的誤差。實(shí)際出的實(shí)物和所測環(huán)境的溫度誤差在3。（2）器件不穩(wěn)定和直流電橋所加電壓不穩(wěn)定造成的誤差 傳感器運(yùn)用過程中會(huì)出現(xiàn)電壓不穩(wěn)定，從而造成測量出現(xiàn)誤差的問題，溫度的降低會(huì)導(dǎo)致電子元器件的精度的降低。直流電橋的電阻長時(shí)間處于通電狀態(tài)時(shí)變熱，電阻會(huì)隨之升高，對(duì)儀器的精度產(chǎn)生不可忽視的影響。直流電橋所加的電壓如果不穩(wěn)定，經(jīng)過放大器放大后，直接導(dǎo)致輸入到單片機(jī)的電壓發(fā)生不可忽視的誤差，所以直流電橋所加的電壓要保證一定是5V。（3）環(huán)境、外部噪聲引起的誤差 環(huán)境因素包括環(huán)境溫度、濕度、空氣中的塵埃等。對(duì)本系統(tǒng)來說，空氣中的成分對(duì)系統(tǒng)的放大電路和單片機(jī)及其外圍電路影響雖然很小，但是仍然不能忽略。 第6章 結(jié)論與展望6.1結(jié)論本設(shè)計(jì)利用銅熱電阻和AT89C52單片機(jī)等器件完成了這次的銅熱電阻溫度計(jì)的設(shè)計(jì)，經(jīng)過努力的調(diào)試，溫度計(jì)能夠顯示當(dāng)前大氣空氣的溫度，并且將銅熱電阻的絕緣套管放置到溫度相對(duì)較高的環(huán)境中時(shí)，溫度計(jì)也能夠相對(duì)準(zhǔn)確的顯示該環(huán)境的溫度，該溫度計(jì)還具有溫度上下限報(bào)警功能，提前可以先用鍵盤設(shè)定報(bào)警溫度的上下限，當(dāng)溫度低于下限或者高于上限時(shí)，蜂鳴器能夠不停的發(fā)出報(bào)警聲。在設(shè)計(jì)初期，選擇的放大芯片是TL084CN。但是這種四運(yùn)放的精度不夠高，使得溫度計(jì)所測量的溫度和實(shí)際的溫度有很大的偏差，因而直接影響到了溫度計(jì)的精度，經(jīng)過再三考慮和慎重選擇，最終確定用LM358代替原來的TL084CN，因?yàn)長M358是高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用。數(shù)據(jù)采集對(duì)于該設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，包括傳感器對(duì)外界環(huán)境溫度的感應(yīng)，信號(hào)的放大和A/D轉(zhuǎn)換，由于傳感器采集到的信號(hào)只有毫伏級(jí)，而單片機(jī)的工作電壓是05V，所以要先對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，放大倍數(shù)的計(jì)算要考慮多種因素：首先要保證差分比例運(yùn)算放大電路中的電阻值對(duì)稱原則，因?yàn)槿绻娮柚颠x取的不規(guī)范，就會(huì)導(dǎo)致外界干擾增強(qiáng)，漂移變大；然后放大倍數(shù)也要符合要求，因?yàn)槿绻糯蟊稊?shù)太高就會(huì)使得溫度超過某一值后不能正常顯示，如果放大倍數(shù)過低就會(huì)導(dǎo)致溫度計(jì)測量范圍偏大，增大誤差。所以參數(shù)的計(jì)算顯得尤為重要。6.2 展望隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，電子儀表正向著集成化、智能化和數(shù)字化邁進(jìn)，原來單調(diào)的簡單的功能越來越不能滿足人們對(duì)高質(zhì)量生活的需要，因而推動(dòng)了現(xiàn)在的數(shù)字電子產(chǎn)品不停的更新?lián)Q代。而作為數(shù)字電子產(chǎn)品的核心器件：傳感器和單片機(jī)，它們的性能直接影響到電子儀表的發(fā)展程度。只有充分的了解這些核心部件，才能更好的在原來的基礎(chǔ)上進(jìn)行改革和創(chuàng)新。為了使溫度計(jì)更能滿足人們?nèi)粘５男枰?，我想還可以給溫度計(jì)加上一些附加功能，比如語音提示或者報(bào)警，或者將溫度計(jì)跟繼電器相連接，當(dāng)溫度到達(dá)一定的數(shù)值時(shí)，驅(qū)動(dòng)繼電器動(dòng)作，比如開關(guān)空調(diào)或者門窗。但是由于時(shí)間比較緊張，再有這樣的系統(tǒng)比較復(fù)雜，經(jīng)濟(jì)方面等條件的限制，不能實(shí)現(xiàn)該功能，我對(duì)此感覺特別的遺憾。在今后的日子里我依然會(huì)不斷的努力學(xué)習(xí)，完善設(shè)計(jì)的功能，最終讓它能夠有現(xiàn)實(shí)意義。參考文獻(xiàn)1 劉愛華，滿寶元傳感器原理與應(yīng)用技術(shù)M北京人民郵電出版社，20102 孫禮惠低漂移高增益運(yùn)算放大器的理論與實(shí)踐J北京化工大學(xué)學(xué)報(bào)，1980年01期3 周立功單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐M北京航空航天大學(xué)出版社，20044 楊素行模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程（第三版）M高等教育出版社，20055 凌志浩AT89C52單片機(jī)原理與接口技術(shù)M高等教育出版社，20026 殷桂梁單片機(jī)熱力管道內(nèi)壁溫度測算儀J自動(dòng)化與儀表，1997年02期7 劉衛(wèi)國C語言程序設(shè)計(jì)M中國鐵道出版社，19978 Data Sheep Philips Semiconductors，19999 余孟嘗數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程（