基于单片机的温度控制器的设计毕设.doc

安徽工程大学机电学院毕业设计（论文）基于单片机的温度控制器的设计摘要温度的检测与控制是工业生产过程中必不可少的程序之一，随着传感器在生产和生活中的更加广泛的应用，利用新型单总线式数字温度传感器实现对温度的测试与控制得到更快的开发势在必行，本文设计了一种基于AT89C51的温度检测及报警系统。该系统将温度传感器 DS18B20。通过模拟放大电路接在模数转化器ADC0809的输入端,然后将 ADC0809 的输出端接在控制器的一个端口上，就可以对传感器温度进行采集将采集到的温度值与设定值进行比较,并适当调节其温度。本文从硬件电路的设计、软件设计两方面介绍了51单片机温度控制系统的设计思路，对硬件原理图和程序框图作了简单的描述，对设计的实现过程和调试过程也做了相应的说明.经实验测试表明,该系统测量精度高、抗干扰能力强、报警及时准确，具有一定的参考价值。本课题主要对实现了双通道的温度自动控制系统的说明,并且系统设计和布线简单,结构紧凑,体积小,重量轻,抗干扰能力强,性价比高,扩展方便,实现一个主机对多个系统进行控制，解决了单个的主机对各个温控的对象进行控制显得资源浪费现象，有利于节约资源，在大型仓库，工厂，智能化建筑等领域的多点温度检测中有广阔的应用前景。关键词:ADC0809;AT89C51; DS18B20; 温度控制Design of temperature controller based on MCUAbstract Temperature detection and control is one of the indispensable in the process of industrial production process, as the sensor is more widely used in the production and life, using new type single bus digital temperature sensor for temperature test and control, it is imperative to get faster development, this paper designs a temperature detection and alarm system based on AT89C51. The system will be the temperature sensor DS18B20. Through analog amplifying circuit in the input end of the AD converter ADC0809, then to connect the output of the ADC0809 on one port of the controller, temperature sensor for acquisition, will be collected temperature comparing with set point, when less than set the upper limit of temperature, by opening the heating circuit to keep the temperature to cool naturally. In this paper, from two aspects of the design of hardware circuit, software design, this paper introduces the 51 single chip microcomputer temperature control system design idea, the hardware principle diagram and the program diagram for a simple description of the implementation process of the design and debug process also made the corresponding instructions. Through experimental tests show that the system is high accuracy, strong anti-jamming capability, alarm in time accurately, has a certain reference value. This topic is mainly to realize the automatic temperature control system of dual channel, and the system design and the wiring simple, compact structure, small volume, light weight, strong anti-interference ability, high cost performance, convenient extension, implement a host to control multiple systems, a single host to solve various temperature control for the controlled object appear waste resources phenomenon, which saves resources, in large warehouses, factories, the multipurpose temperature test of intelligent building and other fields have broad application prospects. Key words: ADC0809; AT89C51; DS18B20 ; Temperature control目录引言1第一章 绪论21.1 课题的学术背景及研究意义21.2 课题在国内外的发展状况21.3 课题研究的主要内容3第2 章 温度控制器的设计方案42.1系统整体方案和结构42.2系统方案的选择与说明42.2.1主机模块42.2.2 显示模块52.2.3 温度测量5第 3 章 温度控制器的硬件电路设计63.1 51单片机的介绍与选择63.2温度传感器的介绍与选择83.2.1 DS18B20性能83.2.2 DS18B20外形及引脚说明83.2.3 DS18B20接线原理图93.3 模数转换部分93.3.1 模数转换技术93.3.2显示模块电路103.3.3供电系统电路113.4报警电路113.4.1报警电路原理图113.4.2报警电路说明123.5时钟电路123.5.1时钟电路原理图123.5.2时钟电路说明133.6 复位电路133.6.1复位电路原理图133.6.2复位电路说明133.7按键电路143.7.1按键电路原理图143.7.2按键电路说明14第4章 软件设计154.1 软件组成154.2 主程序模块154.3 数据采集模块164.4 温度设置模块19第5章 结论与展望21致谢22参考文献23附录24附录A 硬件电路图24附录B 外文文献及翻译25附录C 主要参考文献的题录及摘要33附录D 软件程序35表格清单表3-1 P3引脚功能表7图表清单图3-1 最小的单片机原理图8图3-2 DS18B20接线原理图9图3-3 显示模块电路原理图10图3-4 电源电路原理图11图3-5 报警电路原理图12图3-6 时钟电路原理图13图3-7复位电路原理图13图3-8按键电路原理图14图4-1主程序模块的程序流程图16图4- 2数据采集模块流程图17图4- 3写时序流程图18图4- 4读时序流程19图4- 5选定程序值流程图2047引言温度在我们日常生活中处处存在，因为温度控制关联着生产安全、产品质量、产品产量等一系列问题，因此对温度的的检测与控制是在工业生产和日常生活十分重要，如锅炉、温室、养殖场和冷冻室等1。在现今社会中,随着单片机和其相关电子技术飞速发展, 应用领域不断延展，利用单片机和温度传感器对温度进行精确测量的同时,可以大大提高了生产的自动化程度, 成本低廉, 应用十分广泛。本次设计利用单片机通过DS18B20 采集温度，温度信息主要是由传感器进行测量,温度信息主要是由传感器进行测量,并转换成为毫伏级的电压信号,把经过的信号放大电路,就会把弱电压信号逐渐放大到单片机可以处理的范围以内。再经过输入A/O转换器来转换到数字信号,并且输入到主机中去。在单片机对信号进行采集的时候,若要更大程度上的提高测量的精度,则在采样的时候就必须对信号进行数字滤波1。这个时候,信号经过数字滤波以后,标度就会被转换出来,并通过LCD把温度显示出来。此外,还可以将该温度值与已经设定的温度值进行比较,根据两者之间存在的偏差值的大小,按照积分分离的算法得出最后的输出控制量值。在通过输出控制量的数值来确定导通的时间以及所需加热的所用的功率,从而来有效的调节温度环境。整个系统设计中,主要的目的就是为了能够使单片机对于温度进行实时的检测和控制,用来解决工业以及日常生活中对温度控制遇到的问题,而且可以运用十进制的数码来显示实际的温度值,便于人们的监视,另外,我们人为的在键盘上输入人工设置的温度范围,可以方便温度控制器在不同的范围查看温度2。因为如果当实际的温度不在规定范围内,那么系统将会自动调节温度,以确保温度的稳定性,实现自动控制的目的。并把温度的区分在规定的1内,这样当环境温度出现变化的时候,那么温度控制的静态误差就会小于等于0.5。在整个系统设计中,主要的目的就是检测和控制温度,使测控的精度更加准确,尽量使整个系统稳定性更好、可靠性更高并且速度较快,具备灵活性3。第一章 绪论1.1 课题的学术背景及研究意义不论是对于工业生产还是对于人们的日常生活,温度的变化都会对其产生一定程度的影响。所以,适时和恰当的温度控制对生产生活具有非常重要的作用。在过去的时间中,对温度的控制总是采用常规的模拟调节器,然而,这种调节器存在一些缺点，比如控制精度低,具有滞后、非线性等特点。-本文将采用微电子技术来提高温度控制的精度,因为微电子技术的电路设计简单,控制效果好,具有很强的实用性。众所周知,在现代工业测控领域中,单片机系统的开发和运用给其带来了全新的技术创新和变革。而且,自动化和智能化程度的高低均依赖于是否使用单片机。试想:将单片机的温度控制方法如果能够运用到温度控制系统中的话,那么,就可以在一定程度上缓减和克服温度控制系统中存在的滞后现象,同时在很大程度的上,单片机的使用可以提高温度的控制效果以及控制精度。在工业自动化控制中,温度的控制一直都占有非常特殊的地位。比如说:在正常的钢铁冶炼过程中,就要对刚出炉的钢铁进行特殊的热处理后,才能达到要求的性能指标。再比如说,在塑料的生产过程中,不同的生产工艺中也要求保持不同的温度。随着科学技术的快速发展,各个科研领域对自动控制系统的控制精度、响应的速度、稳定性与自适能力的要求也越来越高。而且,被控对象的非线性、时变性、多参数点的强烈耦合,或生产过程中偶尔的随机扰动、现场测试手段不完善等各种不确定性的因素,都会使温度控制难以达到一个理想的程度。现代自动控制一直朝着智能化的方向发展,而且很多自动控制系统中都使用了工控机,小型机、甚至是巨型处理机等等。这些处理机都有很多的共性,比如说:运行速度很高,内存很大以及大量的数据存储器。有些小规模的系统,处理机的所用成本为系统总成本的比例高达20%多,因此对于这种一些小型的系统来说,可以不必要配置一个相对高速的处理机,以节约经济支出4。所以用成本低廉的单片机控制小型机是非常适合的。随着电子技术的发展,单片机技术也得到了快速的发展,在集成度,速度,低功耗以及性能方面都有着显著的改善。伴随着科学技术的发展,现在已经可以完全运用单片机和电子温度传感器对某处进行温度检测,并且还可以做到多点的温度检测,如果对此原理图稍加改进,甚至可以进行远程温度监控,这将会具有更大的实用价值5。1.2 课题在国内外的发展状况目前，国内外的各种温度采集控制系统的技术已经很成熟，在实际应用中也非常普遍。基于应用目的的不同，有各种类型的温控系统，如：有基于微机的温控系统、有基于 DSP 芯片的温控系统、有基于单片机的温度控制系统6。虽然这些系统不尽相同，但它们的基本原理和完成的功能都大致一样。首先，由温度传感器负责采集温度，经过信号放大、滤波等处理后进行转换，把温度数据转换为数字信号；数字信号最后送入控制系统进行相应的处理和显示，系统根据处理结果发出相应的控制信号。 加拿大的CSI集团公司根据声学高温测量原理研究开发出了名为BOILERWATCH的锅炉膛温度场实时监测系统，该系统可以设计成测量8条单一路线上的平均温度或按阵列编排的多达 24 条路线来测量温度的分布。BOILERWATCH 测得的温度数据值可以直接从输入厂内的分散控制系统（DCS）、数据采集系统（DAS）或输入计算机供数据显示和提取。可通过 DCS 来向运行人员提供温度时间曲线，或在一台装有 CSI 公司的 TMSWIN 软件的计算机屏幕上显示出来，也可以通过 TMSWIN 软件令计算机画出空间温度分布形态或提供其它的数据显示公式7。 温度测量技术：接触式测温、非接触式测温、辐射式测温。温度控制技术：智能温度控制法、PID 线性控温法、定值开关控制法。本论文采用的是接触式测温，定值开关控制温度法。主要目的是实现温度的自动控制，保证水温在所设定温度范围内正常运作，此系统主要由温度采集系统、显示系统、报警系统、加热控制单元、输入设定等部分组成。通过以上系统能够做到设置水温范围以及自动调节水温。如果温度在设定值范围内，则系统正常工作；如果低于设定的下限值，系统显示低温警报信号并保持加热装置为水箱加热；如果超出温度范围上限值，系统发出高温警报并控制系统负载停止工作。1.3 课题研究的主要内容本设计的内容是温度测试控制，控制对象就是温度。温度控制在日常生活及工业领域应用相当广泛，比如浴室、水池、电源等场所的温度控制。而以往温度控制大多数是由人工完成的,但是对于温度的检测却不够重视，以致于许多的意外发生都是由于对温度的检测的误差所导致的。本文将采用了单片机对温度实现自动控制。主要实现的功能有:对于被测控对象的温度进行实时采集，采用的方法主要是通过一传感器（ DS18B20）将温度转变模拟电信号,然后再将所得的模拟量转变成数字量送入单片机（AT89C51）中，最后单片机将传感器所采集到的温度和预先设定好的温度进行数值上的对比，当对于小于设定值时将发出信号,并启动加热装置；当大于设定值时将关闭加热装置，让其自然冷却,从而使得被控温度控制在一定的范围之内,达到实时控制的功能。通过一系列的对温度的改变是其达到可以自动控制温度，满足该设计的要求。第2 章 温度控制器的设计方案2.1系统整体方案和结构由于本课题主要要求的是，完成一种基于51单片机和DS18B20温度传感器共同控制的一种自动控制系统，具有温度检测、温度范围设置、温度显示、温控控制信号输出等功能。本文对于温度控制系统硬件部分的研究，按功能大致可以分为以下几个部分：单片机主控模块、数模转换电路、显示电路、电源电路、声光报警电路等。硬件总体结构框图如图2-1所示。由结构框图可见，温度控制系统是以单片机为控制的主机，主控模块由扩展外部存储器构成。被测对象的温度，由DS18B20温度传感器检测温度。转化的数字信号将传输给给单片机让其对其数值进行处理，一方面将测得的温度值通过控制面板上的LCD显示器显示出来；另一方面将该温度值和设定的温度值相比较，根据其偏差值的大小,采用控制算法进行运算，最后通过单片机的输出管脚输出控制信号8。进而对被测物体温度进行控制。如果实际测得的温度值超过，或低于系统给定的极限安全温度，保护电路会做出反应，同时报警电路报警响起，从而保护被测对象。单片机快速、准确的进行温度数据采集、然后处理、显示温度和控制主要是时钟电路，提供的时钟频率，使单片机能正常的处理许多任务。其结构方案图如图2-1。图2-1结构方案图2.2系统方案的选择与说明2.2.1主机模块方案一：ARM处理器为RISC芯片，是32位的微处理器。具有体积小、功耗低、高性能，功能强大等特点，支持16位32位双指令集，能很好的兼容8位/16位器件，共有37个寄存器，是目前应用于嵌入式系统的主流处理器9。因此，使用ARM处理器来作为本课题的主控制芯片是可行的，但是其成本相对较高。方案二：51内核单片机是典型的微控制器，其广泛应用于工业控制领域。目前应用广泛的单片机类型有51单片机、AVR单片机、PIC单片机等。其中STC12C5A60S2单片机属于增强型单片机，具有高速，宽电压，低功耗，低成本,根据本课题的设计要求可知，使用51单片机实现所有功能。根据以上说明可知，方案一功能强大，但是由于成本相对较高，而方案二也可以实现课题所有要求，并且成本非常低。因此本课题决定采用方案二，单片机STC12C5A60S2单片机作为主机主控制芯片，而从机控制芯片则选择成本更低的AT89C51单片机作为控制芯片。2.2.2 显示模块方案一：1602液晶也叫1602字符型液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶，能够同时显示32个字符（16列2行）。具有微功耗，体质小，显示内容丰富，超薄轻巧，成本低等特点。可以使用其作为本课题的显示模块。方案二：LCD12864是一种具有4位/8位并行，2线或3线串行多种接口方式，其中包含了国际一级，二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块，其分辨率为 128x64。使用该液晶可以在满足要求的同时还可以显示图像文字。并且具有操作简单，低电压低功耗，功能强大等特点。根据以上说明可知，由于本课题需要测量显示的数据较多，并且需要根据特定要求进行人机交互设置操作，因此选择方案二中的LCD1602作为主机模块的液晶显示模块可以达到很好的显示效果，且价格低廉。2.2.3 温度测量方案一：使用热敏电阻作为感温器件。音位热敏电阻为半导体材料，且为负温度系数，即阻值随温度增加而降低。温度变化则会造成大的阻值改变，因此本试验中它是最灵敏的温度传感器。热敏电阻具有灵敏度高，工作温度范围宽，体质小使用方便等特点。但是由于热敏电阻的线性度极差，不易控制，因此用来测量温度的精度就相应的降低了。方案二：使用DS18B20数字测温传感器作为测温元件。它只用一条线进行输入输出，因而与之接口的微处理器也只需要一条口线与之通信。它不需要任何外围元件即可检测温度，并转换成数字量传给上位机（微处理器）。这种单线传输方式，大大提高了系统的抗干扰性，适合在恶劣环境的现场进行温度测量。并且由于DS18B20本身测温系统简单，测温精度高，连续方便，占用口线少,测温误差小，分辨力高，抗干扰能力较强，能远程传输数据，而且用户可设定温度上、下限，使其具有越限自动报警功能，并且自带串行总线接口，适配各种微控制器，因此本次设计选用DS18B20作为测温元件。第 3 章 温度控制器的硬件电路设计3.1 51单片机的介绍与选择51单片机系列是将运算器、控制器、存储器和各种输入输出接口等计算机的主要部件集成在一块芯片上，使其具备其全部功能，这样就能得到一个单芯片的微型计算机。它虽然只是一个单个芯片，但它的组成和功能上已经具有了计算机系统的特点，因此称之为单片微型计算机(Single-ChipMicrocomputer)，简称单片机。又因为其体积小、功耗低、价格低廉、抗干扰能力强且可靠性高，特别适合应用于工业过程控制、智能仪器仪表和测控系统的前端装置。因此本次毕业设计所采用的是 AT89C51。以下简述本次毕业设计所用到的与其相关的知识10。 1、 主要特性： （1）与MCS-51 兼容， （2） 4K 字节可编程闪烁存储器，寿命为1000 次写/擦循环，数据可保留时间为10 年 ， （3） 全静态工作：0Hz-24Hz ，（4） 三级程序存储器锁定 ，（5）128X8 位内部RAM ，（6）4 个I/O端口，共32 根可编程口线 ，（7） 两个16 位定时器/计数器， （8）5 个中断源， （9） 可编程串行通道 ，（10） 低功耗的闲置和掉电模式，（11）片内振荡器和时钟电路 ，2、 管脚说明： AT89C51的管脚布置如图3-2 所示VCC：供电电压。 GND：接地。 P0：P0 口为一个8 位漏级开路双向I/O 口，每脚可吸收8TTL 门电流。当P1 口的管脚第一次写1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH 进行校验时，P0 输出原码，此时P0 外部必须被拉高。 P1：P1 口是一个内部提供上拉电阻的8 位双向I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出4TTL 门电流。P1 口管脚写入后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH 编程和校验时，P1 口作为低八位地址接收。 P2：P2 口为一个内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出4 个TTL 门电流，当P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或16 位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3：P3 口管脚是8 个带内部上拉电阻的双向I/O 口，可接收输出4 个TTL 门电流。当P3 口写入 “1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3 口也可作为AT89C51 的一些特殊功能口，如下所示:P3口管脚备选功能 P3.0 RXD（串行输入口）； P3.1 TXD（串行输出口）； P3.2 /INT0（外部中断0）； P3.3 /INT1（外部中断1）； P3.4 T0（记时器0 外部输入）； P3.5 T1（记时器1 外部输入）； P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）； P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）； P3同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入端，当振荡器复位器件时，要保持RST 脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低8 位字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE 脉冲。如想禁止ALE 的输出可在SFR8EH 地址上置0。此时，ALE 只有在执行MOVX，MOVC 指令是ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。微处理器在外部执行状态ALE 禁止，置位无效。 PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指令期间，每个机器周期两次PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN 信号将不出现。 EA/VPP：当EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，EA 将内部锁定为RESET；当EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH 编程期间，此引脚也用于施加12V 编程电源（VPP）。见插图3-1 AT89C51管脚,由此单片机构成的最小单片机原理图如图3-1，表3-1为P3引脚功能表。表3-1 P3引脚功能表端口引脚第二功能P3.0RXD (串行输入口)P3.1TXD (串行输出口)P3.2INT0 (外部中断0)P3.3INT1 (外部中断1)P3.4T0（定时器0）P3.5T1（定时器1）P3.6ER（外部数据存储器写选通）P3.7RD（外部数据存储器读选通）图3-1 最小的单片机原理图 3.2温度传感器的介绍与选择3.2.1 DS18B20性能 在传统的模拟信号远距离传送的测量系统中，需要很好的解决引线误差补偿问题、多点切换误差问题和放大电路的零点误差问题等技术。另外考虑到一般的测量现场的电磁环境非常的恶劣，各种干扰信号较强，模拟信号很容易受到干扰而产生测量误差，影响测量精度。因此，在温度测量系统中，采用抗干扰能力较强的新型数字温度传感器是解决这些问题的最有效的方案。在实际的温度测量过程中被广泛应用，同时也取得了良好的测量效果11。3.2.2 DS18B20外形及引脚说明 1、DS18S20 的适应电压范围更宽，其范围为：3.0-5.5V，而且它能够直接由数据线获取电源 (寄生电源)，无需外部工作电源。 2、DS18S20 提供了9-12位摄氏温度测量，具有非易失性、上下触发门限用户可编程的报警功能。3、DS18S20 通过1-Wire 总线与中央微处理器通信，仅需要单根数据线(或地线)。同时，在使用过程中，它不需要任何的外围的元件，全部的传感元件和转换电路集成在形状如一只三极管的集成电路内。4、DS18S20 具有-55C 至+125C 的工作温度范围，在-10C 至+85C 温度范围内精度为0.5C。5、每片 DS18B20 具有唯一的 64 位序列码，这些序列码允许多片 DS18B20 在同一条 1-Wire 总线上工作，因而，可方便地使用单个微处理器控制分布在大范围内的多片DS18S20 器件。 6、DS18S20 的测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串行传送给CPU，同时还可以传送给CRC 校验码，它具有极强的抗干扰纠错的能力。 7、DS18S20 具有负载特性，当电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但是不能正常的工作。 3.2.3 DS18B20接线原理图由上DS18B20原理,画出DS18B20接线原理图如图3-2图3-2 DS18B20接线原理图3.3 模数转换部分模数转换是将模拟输入信号转换为 N 位二进制数字输出信号的技术。采用数字信号处理能够方便地实现各种先进的自适应算法，完成模拟电路无法实现的功能，因此，越 来越多的模拟信号处理正在被数字技术所取代。与之相应的是，作为模拟系统和数字系 统之间桥梁的模数转换的应用日趋广泛。为了满足市场的需求，各芯片制造公司不断推出性能更加先进的新产品、新技术，令人目不暇接12。3.3.1 模数转换技术 本次设计还涉及到数模转换技术，而模数转换技术包括采样、保持、量化和编码四 个过程。1采样就是将一个连续变化的模拟信号 x(t)转换成时间上离散的采样信号 x(n)。根据奈奎斯特采样定理，如果采样频率 fs 大于或等于 2fmax(fmax 为 x(t) 对于采样信号 x(t)， 最高频率成分)，则可以无失真地重建恢复原始信号 x(t)。实际上，由于模数转换器器 件的非线性失真、量化噪声及接收机噪声等因素的影响采样速率一般取 fs=2.5fmax。通常采样脉冲的宽度 tw 是很短的，故采样输出是断续的窄脉冲。 2要把一个采样输出信号数字化，需要将采样输出所得的瞬时模拟信号保持一段时间，这就是保持过程。 3量化是将连续幅度的抽样信号转换成离散时间、离散幅度的数字信号，量化的主要问 题就是量化误差。假设噪声信号在量化电平中是均匀分布的，则量化噪声均方值与量化 间隔和模数转换器的输入阻抗值有关。 4编码是将量化后的信号编码.成二进制代码输出，这些过程有些是合并进行的，例如采集样本和保持就是利用同一个电路完成的，量化和编码也是在转换的过程中同时进行的，所用掉的时间是保持时间的组成成分13。3.3.2显示模块电路显示模块电路原理图如图3-3图3-3 显示模块电路原理图显示模块电路说明本课题主要使用1602液晶屏进行采集数据的显示，电路原理图如图4-4所示，根据1602液晶屏的特征，本系统中采用并行数据传输方式。因此，LCD1602的引脚7到引脚14直接接到单片机的P0口用于并行数据传输，电位器用于液晶屏对比度的设置。管脚2、15、16为电源供电接入3.3.3供电系统电路（1） 电源电路原理图如图3-4图3-4 电源电路原理图电源电路说明在本系统中提供了两种供电方式，方便系统在不同的环境中使用。供电系统原理图上图所示。其中一种供电方式为外部电源供电方式，一种为电源线供电方式。外部电源供电在电路设计中通过插针引出两个引脚负责外接其他电源，而电源要求供电必须在5V，因为此时接入的电路并没有相应的保护电路。电源线电源供电使用了三端稳压芯片7805进行稳压后再输入到系统，使整个系统的工作电压稳定在5V左右。因为稳压芯片7805的输入极限值最大为36V。因此，按照理论值通过外部电源供电时，可输入引脚最大电压为36V。因为单片机的工作电压是3.3V至5.5V，因此输入小于4.8V时单片机一样能工作，只要7805芯片的输出电压在3.3V至5V之间，单片机均可正常工作。另外需要说明的是电源线接口不具备数据传输功能，只是单纯的供电输入143.4报警电路3.4.1报警电路原理图 报警电路原理图如图3-5图3-5 报警电路原理图3.4.2报警电路说明说明本课题采用的报警电路主要分为两个部分：一个部分是使用三极管作为开关作用，用于驱动蜂鸣器报警；第二不是是LED报警指示灯。设计中采用PNP三级管作为驱动电路的组成，其发射极接上高电平，集电极对接上蜂鸣器的正极，通过对基极电流和电压的输出，来控制三级管的截止、放大、饱和状态。当其处于饱和状态的瞬间，将驱动蜂鸣器报警，集电极输出一个高电平给蜂鸣器。此时对应的LED1和LED2分别为两路温控系统的报警指示灯。当蜂鸣器响时，相应的报警指示灯将会根据程序的要求进行闪烁，从而达到报警的状态。三极管的基极上接有个1K的偏置电阻，用以提供相应的偏置电压，控制三极管的工作状态。单片机的P1.0管脚接的是三级管的基极。P2.2、P2.3分别是的是两路温控通道的LED1和LED2报警指示灯。3.5时钟电路3.5.1时钟电路原理图 图3-6 时钟电路原理图3.5.2时钟电路说明实时时钟模块主要用于实时时间显示以及测量数据时间的记录。电路原理图如图4-5所示。根据51系列单片机的芯片说明，在单片机XTAL1和XTAL2引脚上跨接上一个晶振和两个稳频电容，可以与单片机片内的电路构成一个稳定的自激振荡器。晶振的取值范围一般为024MHz，常用的晶振频率有6MHz、12 MHz、11.0592 MHz、24 MHz等。一些新型的单片机还可以选择更高的频率。外接电容的作用是对振荡器进行频率微调，使振荡信号频率与晶振频率一致，同时起到稳定频率的作用，一般选用2030pF的瓷片电容。而本设计采用12MHZ晶振和30PF的电路。3.6 复位电路3.6.1复位电路原理图图3-7复位电路原理图3.6.2复位电路说明单片机最小系统复位电路的极性电容C1的大小直接影响单片机的复位时间，一般采用1030uF，51单片机最小系统容值越大，需要的复位时间越短。无论是在单片机刚开始接上电源时，还是运行过程中发生故障都需要复位。复位电路用于将单片机内部各电路的状态恢复到一个确定的初始值，并从这个状态开始工作。单片机的复位条件：必须使其RST引脚上持续出现两个（或以上）机器周期的高电平。按键复位电路中，当按键没有按下时，电路同上电复位电路。如在单片机运行过程中，按下RESET键，已经充好电的电容会快速通过200电阻的回路放电，从而使得RST引脚上的电位快速变为高电平，此高电平会维持到按键释放，从而满足单片机复位的条件实现按键复位。3.7按键电路3.7.1按键电路原理图在图3-8按键电路原理图3.7.2按键电路说明键盘电路设计是用四个控制键盘组成，它具有单片机最简单的输入设备通过键盘输入数据或命令，实现简单的人机对话，本设计由于单片机I/O口资源丰富，故采用独立键盘的形式，而不需要采用矩阵键盘，使用矩阵键盘能大量的节约单片机的I/O资源，方便快捷独立键盘虽然占用了I/O资源，但是运用灵活，很适用键盘少的电路。将以上各模块按照要求进行组线连接绘制成总电路图，总电路图见附录A。第4章 软件设计在微机测控系统中，软件与硬件都是非常重要。系统的躯体是硬件，灵魂则是软件，硬件电路在系统中设计好之后，软件是系统功能实现的主要方式，而且测控系统的性能的主要方式，测控系统的性能.很大程度上是由软件设计实现的。为了达到系统的要求，编制软件时一般要符合以下基本要求15：一、易理解性、易维护性要达到易理解和易维护等指标；在软件的设计方法中，结构化设计是最好的一种设计方法，这种设计方法是由整体到局部，然后再由局部到细节，先考虑整个系统所要实现的功能，确定整体目标，然后把这个目标分成一个个的任务，任务中可以分成若干个子任务，这样逐层细分，逐个实现。二、实时性是电子测量系统的普遍要求；即要求系统及时响应外部事件的发生，并及时给出处理结果。近年来，由于硬件的集成度与运算速度的提高，配合相应的软件，实时性比较容易满足设计要求。三、准确性对整个系统具有重要意义，尤其是测量系统，系统要进行一定量的运算，算法的正确性和准确性对结果有着直接的影响，因此在算法的选择、计算的精度等方面都要符合设计的要求。四、可靠性；是系统软件最重要的指标之一，作为能够稳定运行的系统，抗干扰技术的应用是必不可少的，最起码的要求是在软件受到干扰出现异常时，系统还能恢复正常工作。系统的软件由三大模块组成：主程序模块、功能实现模块和运算控制模块。4.1 软件组成由于整个