智能儀表課程設(shè)計 (2)

1、<p>　　課程名稱： 智能儀器設(shè)計課程設(shè)計 </p><p>　　實驗項目： _設(shè)計智能儀表______ </p><p>　　專業(yè)班級： 學(xué)號： </p><p>　　學(xué)生姓名：

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　2012年 1 月 12 日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一、設(shè)計目的及要求..................................

3、..3</p><p>　　二、設(shè)計思路..........................................3</p><p>　　三、硬件電路原理圖與設(shè)計..............................3</p><p>　　3.1智能儀表基本模塊硬件電路.........................................

4、.3</p><p>　　3.2智能儀表基本模塊的功能............................................8</p><p>　　四、測溫模塊設(shè)計......................................9</p><p>　　4.1熱電偶.....................................

5、.......................9</p><p>　　4.2 熱電偶信號調(diào)理電路...............................................10</p><p>　　五、驅(qū)動雙向晶閘管設(shè)計................................10</p><p>　　六、軟件設(shè)計..............

6、............................11</p><p>　　6.1主程序...........................................................11</p><p>　　6.2子程序...........................................................12</p>

7、<p>　　七、總結(jié).............................................16</p><p><b>　　一、設(shè)計目的及要求</b></p><p>　　實現(xiàn)智能數(shù)字顯示儀表。要求8位數(shù)碼管顯示（4位顯示測量值，4位顯示設(shè)定值），4輸入按鈕（功能選擇、數(shù)碼管選擇、數(shù)字增加、數(shù)字減少），可設(shè)定上下限報警（蜂鳴器報警）。

8、適配B型（鉑銠30）熱電偶，測溫范圍為400℃~1200℃。采用位式（兩位、三位，具有滯環(huán)）控制、并用晶閘管過零驅(qū)動1000W電加熱器（電源電壓為AC220V）。</p><p><b>　　二、設(shè)計思路</b></p><p>　　通過B型（鉑銠30）熱電偶測量的答題思路為</p><p>　　三、硬件電路原理圖與設(shè)計</p>

9、<p>　　3.1智能儀表基本模塊硬件電路</p><p>　　智能儀表基本模塊由單片機(jī)、輸入按鈕、硬件顯示和通信接口組成</p><p><b>　　原理圖：</b></p><p>　　(1)最小系統(tǒng)板電路</p><p><b>　　(2)電源電路</b></p>&l

10、t;p><b>　　(3)按鍵電路</b></p><p><b>　　(4)揚聲器電路</b></p><p><b>　?。?）數(shù)碼管電路</b></p><p><b>　　(6)信號調(diào)理電路</b></p><p><b>　　(7

11、)功率驅(qū)動電路</b></p><p><b>　　(8)LED電路</b></p><p>　　3.2智能儀表基本模塊的功能：</p><p>　?。?）具有兩排8個是數(shù)碼管顯示，分別顯示測量值與設(shè)定值， 數(shù)碼管由74HC595驅(qū)動，因此只需要3個單片機(jī)引腳，可以用SPI接口引腳：PB4、PB5（MOSI）和PB7（SCK），或是

12、采用I/O引腳搭配時序的方法驅(qū)動。</p><p>　?。?）具有4個按鈕：功能選擇按鈕、數(shù)碼管選擇按鈕、數(shù)字加按鈕、數(shù)字減按鈕。按鈕直接連在單片機(jī)引腳，低電平有效。</p><p>　?。?）具有4個LED燈，用于顯示狀態(tài)，直接連到單片機(jī)引腳，低電平有效。</p><p><b>　　智能儀表的外形：</b></p><p

13、>　　其中上排數(shù)碼管顯示測量值，下排數(shù)碼管顯示設(shè)定值，4個按鈕用三個，右上側(cè)有4個發(fā)光二極管。</p><p><b>　　四、測溫模塊設(shè)計</b></p><p><b>　　4.1熱電偶</b></p><p>　　B型熱電偶在熱電偶系列中具有準(zhǔn)確度最高，穩(wěn)定性最好，測溫溫區(qū)寬，使用壽命長，測溫上限高等優(yōu)點。適用

14、于氧化性和惰性氣氛中，也可短期用于真空中，但不適用于還原性氣氛或含有金屬或非金屬蒸氣氣氛中。B型熱電偶一個明顯的優(yōu)點是不需用補償導(dǎo)線進(jìn)行補償，因為在0~50℃范圍內(nèi)熱電勢小于3μV。</p><p>　　B型熱電偶不足之處是熱電勢，熱電勢率較小，靈敏度低，高溫下機(jī)械強度下降，對污染非常敏感，貴金屬材料昂貴，因而一次性投資較大。 兩種不同成分的導(dǎo)體兩端接合成回路，當(dāng)接合點的溫度不同時，在回路中就會產(chǎn)生電動勢

15、，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，而這種電動勢成為熱電勢，也稱為熱電動勢，熱電偶就是利用這種原理進(jìn)行溫度測量的。其中，直接用做測量介質(zhì)溫度的一端叫作工作端（稱為測量端），另一端叫做冷端（稱為補償端）。冷端與顯示儀表或配套儀表連接，顯示儀表會顯示出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢。</p><p>　　熱電偶將熱能轉(zhuǎn)換為電能，用所產(chǎn)生的熱電勢測量溫度，對于熱電偶的熱電勢，應(yīng)注意以下問題：</p><p>　　熱電

16、偶所產(chǎn)生的熱電勢大小，與熱電偶的長度和直徑無關(guān)，只與熱電偶材料的成分和兩端的溫差有關(guān)</p><p>　　當(dāng)熱電偶的兩個熱電偶絲材料成分確定后，熱電偶電勢的大小，只與熱電偶的溫度差有關(guān)；若熱電偶冷端的溫度保持一定，則熱電勢僅是工作端溫度的單值函數(shù)</p><p>　　本設(shè)計要求的B型（鉑銠30）熱電偶測溫范圍如下表</p><p>　　4.2 熱電偶信號調(diào)理電路&l

17、t;/p><p>　　采用LM35的B00000000----------------------------型熱電偶冷端補償電路</p><p>　　B型熱電偶在0度時的熱電勢為0mV，在1600度時的熱電勢為18.84mV。若輸出電壓為0.2-3.3v。因此放大器輸出電壓方程為：</p><p>　　1）0.2=m*0+b 和 2）3.3=m*18.84+b算出m、

18、b的值然后根據(jù)</p><p>　　3）m=[R2/(R1+R2)][(Rf+Rg)/Rg] 和 4）b=Vref[R1/(R1+R2)][(Rf+Rg)/Rg]算出實驗所需的數(shù)據(jù)</p><p>　　五、驅(qū)動雙向晶閘管設(shè)計</p><p>　　本系統(tǒng)采用晶閘管脈沖調(diào)制驅(qū)動電路，其負(fù)載為1000W的電加熱器（電源電壓為220VAC）。單片機(jī)驅(qū)動晶閘管脈沖調(diào)制驅(qū)動器的

19、電路如下圖所示。</p><p>　　單片機(jī)驅(qū)動晶閘管脈沖調(diào)制驅(qū)動器的電路</p><p><b>　　六、軟件設(shè)計</b></p><p><b>　　6.1主程序</b></p><p>　　#include<iom 16v.h></p><p>　　#inc

20、lude< macros.h ></p><p>　　unsigned char vadc; //vadc 測得的放大電勢值</p><p>　　unsigned int var; //測得的溫度值</p><p>　　Unsign int

21、data[8]; //全局變量</p><p>　　unsigned char xs[8]; //數(shù)據(jù)緩存</p><p>　　unsigned char disp[] = {0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,//共陽數(shù)碼</p><p

22、>　　0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e,0xbf, </p><p>　　0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f, 0xFE,0xFF}; </p><p>　　unsigned int weizhi[]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80}; 高電平有效*/</

23、p><p>　　unsigned char LED0,LED1,LED2,LED3;</p><p>　　Void main(void) //主函數(shù)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsign char adc_time;</p>&

24、lt;p>　　unsign char saomiao_time;</p><p>　　unsign char xianshi_time;</p><p>　　init_devices（）；adc_time=0;}</p><p><b>　　while(1)</b></p><p>　　While(adc_time

25、=1) //測溫</p><p>　　{ adc(); </p><p>　　Char lp(); //濾波 </p><p><b>　　PID（）；</b></p><p><b>　　Shuchu();</b

26、></p><p>　　adc_time=0;}</p><p>　　While(saomiao_time==1)</p><p>　　{ saomiao1(); //掃描按鍵并存放數(shù)據(jù)</p><p>　　Saomiao_time=0;}</p><p>　　while(xianshi

27、_time==1)</p><p>　　{ spihc(); //數(shù)碼管顯示</p><p>　　LED(); // LED燈顯示</p><p>　　xianshi_time=0;}</p><p><b>　　}</b></p>&

28、lt;p>　　#pragma interrupt_handler int_TCCR1A:7 //定時器1的TCCR1A組比較匹配中斷服務(wù)程序</p><p>　　{ static unsigned char n；</p><p><b>　　n ++;</b></p><p>　　If(n==20)

29、 //200ms</p><p>　　adc_time=1; //adc轉(zhuǎn)換</p><p>　　Saomiao_time=1; //掃描PD口按鍵 </p><p>　　xianshi_time=1;

30、 //顯示數(shù)碼管</p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　6.2子程序</b></p><p>　?。?）ADC初始化函數(shù)</p><p>　　Void adc_init(void)</p><p>　　{ ADCSRA=0x00;

31、 // ADCSRA –ADC控制和狀態(tài)寄存器</p><p>　　ADMAX=0x20; //選擇外部參考電壓，通道0，左對齊</p><p>　　ADCSRA=0xE2;</p><p>　　SFIOR=0Xa0; // SFIOR

32、-特殊功能IO寄存器，定時器1比較匹配B</p><p><b>　　}</b></p><p>　　(2)ADC轉(zhuǎn)換程序</p><p>　　Void adc(void)</p><p>　　{ static unsigned char n;</p><p>　　while(!(ADCSRA&a

33、mp;(1<<ADIF))); //等待轉(zhuǎn)換完成</p><p>　　ADH=ADCH; //8位轉(zhuǎn)換</p><p><b>　　If(n<5)</b></p><p>　　Value_adc[n++]=ADH;</p><p

34、><b>　　Else </b></p><p><b>　　n =0;} </b></p><p>　　(3)算術(shù)平均值濾波子函數(shù)</p><p>　　Void Char lp(void)</p><p>　　{ Int sum=0;</p><p>　　Char

35、count;</p><p>　　For (count=0;count<5;count++)</p><p>　　{ sum+=Value_adc[count]; //獲取ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果，計算相加</p><p><b>　　Delay();}</b></p><p>　　vadc=sum/5

36、;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　(4)定時器初始化函數(shù)</p><p>　　Void T1_init(void) //初始化定時器，產(chǎn)生10ms周期中斷</p><p>　　{OCR1A=1249;</p><p>　　TIMSK|

37、=(1<<OCIEA);</p><p>　　TCCR1A=0x00;</p><p>　　TCCR1B=0x08; //定時器工作在CTC計數(shù)器模式</p><p>　　TCCR1B|=0x02; // 設(shè)定定時器1的分頻值為8分頻</p

38、><p><b>　　}</b></p><p>　?。?）顯示LED燈子程序</p><p>　　Void LED(void)</p><p>　　{ if(LED0==1)</p><p>　　PORTB^=0x01;</p><p>　　If(LED1==1)</p

39、><p>　　PORTB|=1<<1;</p><p>　　If(LED2==1)</p><p>　　PORTB|=1<<2;</p><p>　　If(LED3==1)</p><p>　　PORTB|=1<<3;</p><p><b>　　}&l

40、t;/b></p><p>　　(6)定時器1的TCCR1A組比較匹配中斷服務(wù)程序 </p><p>　　#pragma interrupt_handler int_TCCR1A:7 //定時器1的TCCR1A組比較匹配中斷服務(wù)程序</p><p>　　{ static unsigned char n；</p><p><

41、;b>　　n ++;</b></p><p>　　If(n==20) //200ms</p><p>　　adc_time=1; //adc轉(zhuǎn)換</p><p>　　Saomiao_time=1;

42、 //掃描PD口按鍵 </p><p>　　xianshi_time=1; //顯示數(shù)碼管</p><p><b>　　} </b></p><p>　　(7) SPI初始化</p><p>　　Void SPI_init(void)</p>&l

43、t;p>　　SPDR=(1<<6)|(1<<4)|(1<<5)|(1<<1)|(1<<0); //使能SPI主機(jī)模式，設(shè)置時鐘速率為fck/128</p><p><b>　　}</b></p><p>　?。?）引腳初始化函數(shù)</p><p>　　Void port_init

44、(void) //引腳初始化函數(shù)</p><p>　　{PORTA=0x80; //AD通道PA0口輸入模擬信號</p><p>　　DDRA=0x80;</p><p>　　PORTB=0xff; /

45、/PB輸出 LED燈</p><p>　　DDRB=0xff;</p><p>　　PORTC=0xff; //PC輸出 數(shù)碼管</p><p>　　DDRC=0xff;</p><p>　　PORTD=0x00; //PD口

46、輸入按鈕信號</p><p>　　DDRD=0x00;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　（9）系統(tǒng)初始化函數(shù)</p><p>　　Void init_devices(void) //系統(tǒng)初始化</p><p><b>

47、　　{CLI();</b></p><p>　　port_init();</p><p><b>　　adc_init;</b></p><p><b>　　T1_init;</b></p><p><b>　　SPI_init;</b></p>&l

48、t;p><b>　　SEI();</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　（10）掃描子程序</b></p><p>　　Void saomiao1(void)</p><p>　　{ unsigned int i;</p>

49、<p>　　Static unsigned int j,m,k;</p><p><b>　　If(j==0)</b></p><p>　　{if (PIND|=0xFE) //判斷PD0引腳 功能鍵</p><p>　　for (i=0;i<<2000;i++);</p><p

50、>　　if (PIND|=0xFE) </p><p>　　while(PIND|=0xFE);</p><p><b>　　{j+=1;</b></p><p><b>　　if(j>3)</b></p><p><b>　　j=0;}</b></p>

51、;<p><b>　　else </b></p><p>　　saomiao2();</p><p><b>　　shuju();</b></p><p>　　if(j==1) // LED燈亮</p><p><b>　　{LED1

52、=1;</b></p><p>　　data[3]=data[2];} //設(shè)定并存放報警上限值</p><p>　　Else if(j==2)</p><p>　　{LED2=1; data[4]=data[2];} //設(shè)定并存放報警下限值 </p><p>　　Else if(j==3

53、)</p><p>　　{ED3=1; data[5]=data[2];} //設(shè)定并存放給定值</p><p><b>　　}</b></p><p>　?。?1）數(shù)碼管、按鈕子程序</p><p>　　Void saomiao2(void) //選擇數(shù)碼管 按鈕 </p&

54、gt;<p>　　{ unsigned int p;</p><p><b>　　if(m==0)</b></p><p>　　if (PIND|=0xFD) //判斷PD1引腳</p><p>　　for (p=0;p<<2000;p++);</p><p>　　if (PI

55、ND|=0xFD) </p><p>　　while(PIND|=0xFD);</p><p><b>　　{m+=1;</b></p><p><b>　　if(m>4)</b></p><p><b>　　m=0;}</b></p><p>

56、<b>　　else</b></p><p>　　saomiao3();</p><p><b>　　}</b></p><p>　　（12）判斷數(shù)據(jù)增減子程序</p><p>　　Void saomiao3(void) //判斷數(shù)據(jù)增減</p><p

57、>　　{ unsigned int q; </p><p><b>　　If(0<k<9)</b></p><p>　　if (PIND|=0xFB) //判斷PD2引腳</p><p>　　for (q=0;q<<2000;q++);</p>&l

58、t;p>　　if (PIND|=0xFB) </p><p>　　while(PIND|=0xFB);</p><p><b>　　{k+=1；}</b></p><p>　　if (PIND|=0xF7) //判斷PD3引腳</p><p>　　for (q=0;q<<2000;q

59、++);</p><p>　　if (PIND|=0Xf7) </p><p>　　while(PIND|=0xF7);</p><p><b>　　{k-=1;}</b></p><p>　　Else k=0; </p><p><b>　　}</b></p>

60、<p>　?。?3）數(shù)據(jù)設(shè)定存放子程序</p><p>　　Void shuju(void)</p><p><b>　　{If(m==1)</b></p><p>　　data[2]+=k;</p><p><b>　　if(m==2)</b></p><p>

61、;　　data[2]+=1<<4;</p><p><b>　　if(m==3)</b></p><p>　　data[2]+=1<<8;</p><p><b>　　if(m==4)</b></p><p>　　data[2]+=1<<12;}</p>

62、;<p>　?。?4）向HC595輸出數(shù)據(jù)的函數(shù)</p><p>　　void xianshi(unsigned char X) //向HC595輸出數(shù)據(jù)的函數(shù)</p><p>　　{unsigned char i; </p><p>　　for(i=8;i>=1;i--)</p><p>　　{if (X&am

63、p;0x80) PORTC.5=1; else PORTC.5=0; //先輸出低位</p><p><b>　　X<<=1;</b></p><p>　　PORTC.7 = 0;</p><p>　　PORTC.7 = 1;</p><p><b>　　}</b></p&g

64、t;<p><b>　　}</b></p><p>　　（15）顯示數(shù)碼管子程序</p><p>　　void spihc595 (void) //顯示子程序</p><p>　　{unsigned char i; </p><p><b

65、>　　{</b></p><p>　　{data[0]=var; //顯示測量值</p><p>　　data[1]=data[4]; //顯示給定值定值</p><p>　　if(LED1==1)<

66、;/p><p>　　data[1]=data[2]; //顯示報警上限值</p><p>　　if(LED2==1)</p><p>　　data[1]=data[3]; //顯示報警下限值</p><p>　　xs[0]= data

67、[1]/1000%10;</p><p>　　xs[1]= data[1]/100%10;</p><p>　　xs[2]= data[1]/10%10;</p><p>　　xs[3]=data[1]%10;</p><p>　　xs[4]= data[0]/1000%10;</p><p>　　xs[5]= dat

68、a[0]/100%10;</p><p>　　xs[6]= data[0]/10%10;</p><p>　　xs[7]=data[0]%10;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　xianshi(weizhi[i]); //位輸出</p

69、><p>　　xianshi(disp[xs[i]]); //段輸出 </p><p>　　PORTC.6 = 0; //鎖存信號低電平</p><p>　　PORTC.6= 1; //鎖存信號高電平</p><

70、;p>　　i++;if(i==8)i=0;</p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　七、總結(jié)</b></p><p>　　在這次的課程設(shè)計中不僅檢驗了我所學(xué)習(xí)的知識，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何

71、去做一件事情，又如何完成一件事情。在設(shè)計過程中，與同學(xué)分工設(shè)計，和同學(xué)們相互探討，相互學(xué)習(xí)，相互監(jiān)督。學(xué)會了合作，學(xué)會了運籌帷幄，學(xué)會了寬容，學(xué)會了理解，也學(xué)會了做人與處世。</p><p>　　智能儀表的課程設(shè)計使我加深了對于所學(xué)知識的理解，鞏固了所學(xué)的知識，學(xué)會了用Protel99SE軟件設(shè)計制作簡單的單片機(jī)電路及其設(shè)計封裝PCB圖。從生疏到較熟練地應(yīng)用軟件設(shè)計單片機(jī)的過程中 ，并不是一帆風(fēng)順，我在設(shè)計過程中