智能仪器设计Cu100.doc

《智能仪器设计基础》课程设计 题目号: 18 题 目：智能仪表班级STC89C51单片机的智能仪表。智能仪表电路主要由STC89C51单片机、按钮、数码管、LED显示、串行通信接口、电源、ADC、E2PROM等电路组成，其以51单片机为核心控制部件，利用Cu100阻值随温度变化的特点，将其和其他三个电阻构成非平衡电桥，因而，温度的变化可转化成电桥输出微弱电压信号的变化，电压信号经集成运放电路放大后送到A/D转换器，将模拟信号变换成数字信号。单片机根据输入量和设定量进行运算，将结果送到数码管显示，完成对温度的测量。软件方面采用C语言来进行程序设计，使指令执行速度快，节省存储空间，便于扩展和更改。 1. 设计要求 实现智能数字显示仪表 原理设计方框图 3. 硬件电路设计 由系统要求知，该智能仪表需要如下电路模块： （1）单片机电路（包括单片机最小系统、ADC、数码显示、按键、LED灯，蜂鸣器、电源等）； （2）热电阻Cu100信号调理电路； （3）4～20mA电流输出电路和加热功率驱动电路。 该测温仪表原理框图如下图所示 STC98C51智能仪表原理框图 3.1 STC89C51单片机电路设计 智能仪表单片机电路主要由STC89C51单片机、数码管、LED、按钮、电源、ADC、DAC、E2PROM、蜂鸣器、串行通信接口等电路组成。 3.1.1 主控芯片STC89C51的接口连接 单片机采用11.059MHz的时钟，单片机的P0口作为I/O使用时，需要外接上拉电阻，在本系统中，上拉电阻的阻值为1KΩ 3.1.2 数码管显示 两排各4个数码管显示，分别显示测量值与设定值。本系统采用总线法扫描数码管，其采用两个8D锁存器74HC373分时锁存段码和位码，其可以节省I/O空间。锁存器74HC373的功能为：OE是输出使能控制，OE=1时，输出高阻，OE=1时，输出等于锁存器输出；LE为锁存控制端，LE=1时，锁存器输出与输入相同，LE=0时，锁存器锁存输入信号。 本系统中，单片机的P1.6=1时,P0口输出段码，74HC373锁存段码；再P1.7=1时,P0口输出位码，74HC373锁存位码，这时一位数码管被点了，延时一段时间后输出其他数码管数据。 3.1.3 LED和按钮电路  4个LED灯用于显示报警、动作等，直接连接到单片机引脚，低电平有效；四个按钮的作用分别为：功能选择按钮，数码管选择按钮，数值加1按钮和数值减1按钮，按钮直接连接单片机，低电平有效。 3.1.4 电源电路 电源电路的输入可以是市售220V AC输入、12V直流输出的电源适配器，也可以是输出12V的开关电源。电源电路输出为+12V和+5V电压。本系统采用固定输出稳压电源7812和7805输出+12V和+5V，图中的整流可以使连接输入时，不必考虑电源的极性，发光二极管用于显示电源的有无。 3.1.5 I2C接口存储器24C02和蜂鸣器的电路连接 24C02系列E2PROM芯片地址的固定部分为1010，E2、E1、E0引脚接高、低电平后得到确定的3位编码，形成的7位编码即为该器件的地址码， 由于这里只寻址1个24C02，三个地址输入脚都接地，所以该芯片的地址为1010 000x，x为读写位。24C02用于保存设定值，其串行数据引脚SDA接单片机的P3.6，时钟引脚SCL接单片机的P3.7。 蜂鸣器用于报警，三极管的基极接单片机的P3.2，高电平有效。 3.1.6 电平转电路 单片机的电平为TTL电平，由于RS-232C的接口电平与TTL兼容接口电平标准不同，所以该接口与TTL兼容电平连接时需要进行电平转换，本系统采用MAX232芯片进行电平转换。图中，MAX232芯片内部的电源转换器与外接电容CM1、 CM2、CM4、CM5将+5V电源电压转换成±8.5V电压，电容CM4、CM4拥有电源去耦，目的是滤去电源噪声。 3.1.7 AD转换器TLC1549的电路连接 TLC1549是美国德州仪器公司生产的具有串行控制、连续逐次逼近型的模数转换器，两个差分基准电压高阻输入和一个三态输出三线接口TLC1549 采用CMOS工艺，内部具有自动采样保持、可按比例量程校准转换范围、抗噪声干扰功能，而且开关电容设计使在满刻度时总误差最大仅为±1 LSB( 4.8 mV) ，因此可广泛应用于模拟量和数字量的转换电路。 （1）该芯片的引脚功能说明如下： REF+、REF-ANALOG IN：模拟电压输入端； I/O CLK：DOUT：：片选信号。 （2）TLC1549 在工作温度范围内的极限参数： 电源电压范围：-0.5V～6.5V； 125℃输入电压范围：-0.3V～VCC+0.3V； 输出电压范围：-0.3 V～VC