8總結........................................................................................................19

在工農業生產中，溫度檢測及其控制占有舉足輕重的地位，隨著現代信息 技術的飛速發展和傳統工業改造的逐步實現 ，能夠獨立工作的溫度檢測和顯示 系統已經應用于諸多領域。要達到較高的測量精度需要很好的解決引線誤差補償 問題、多點測量切換誤差問題和放大電路零點漂移誤差等問題，使溫度檢測復雜 化。模擬信號在長距離傳輸過程中，抗電磁干擾時令設計者傷腦筋的問題，對于 多點溫度檢測的場合，各被檢測點到監測裝置之間引線距離往往不同，此外，各 感元件參數的不一致，這些都是造成誤差的原因，并且難以完全清除。

單片機以其功能強、體積小、可靠性高、造價低和開發周期短等優點，成為 自動化和各個測控領域中必不可少且廣泛應用的器件，尤其在日常生活中也發揮 越來越大的作用。采用單片機對溫度采集進行控制，不僅具有控制方便、組態簡 單和靈活性大等優點，而且可以大幅度提高被控數據的技術指標，從而能夠大大 提高產品的質量和數量。

由于科學技術的飛速發展，特別是微電子加工技術，計算機技術及信息處理 技術的發展，人們對信息資源的需求日益增長，作為提供信息的傳感技術及傳感 器愈來愈引起人們的重視，而綜合各種技術的傳感器技術也進入到一個飛速的發 展階段。要及時正確地獲取各種信息，解決工程、生產及科研中遇到的各種具體 的檢查問題，就必須合理選擇和善于應用各種傳感器及傳感技術。如最簡單的溫 度的測量，有熱電偶、光纖溫度傳感器等等。但是，熱電阻是開發早、種類多、 發展較成熟的感元器。熱電阻由半導體陶瓷材料組成，利用的原理是溫度引起電 阻變化。熱電阻器是感元件的一類,按照溫度系數不同分為正溫度系數熱電阻器 和負溫度系數熱電阻器。熱電阻器的典型特點是對溫度感，不同的溫度下表現出 不同的電阻值。正溫度系數熱電阻器在溫度越高時電阻值越大，負溫度系數熱電 阻器在溫度越高時電阻值越低，它們同屬于半導體器件。隨著半導體技術的不斷 發展，熱電阻作為一種新型感溫元件應用越來越廣泛。他具有體積小、靈度高、 重量輕、熱慣性小、壽命長以及價格便宜等優點,最重要的是作為溫度傳感器的 熱電阻的靈度非常高，這是其他測溫傳感器所不能比擬的。

使用熱電阻 pt100 溫度傳感器利用其感溫效應，熱電阻隨環境溫度的變化而 變化，在電路圖中將電阻值的變化轉換成電壓的變化，再將電壓值作為輸入信號 輸入至 AD 轉換器中進行模擬信號到數字信號的轉換，其輸出端接單片機，向單 片機內寫入源程序，將被測溫度在顯示器上顯示出來： 測量溫度范圍−50℃～110℃。

本題目使用鉑熱電阻 PT100，其阻值會隨著溫度的變化而改變。PT 后的 100 即表示它在 0℃時阻值為 100 歐姆，在 100℃時它的阻值約為 138.5 歐姆。廠家 提供有 PT100 在各溫度下電阻值值的分度表，在此可以近似取電阻變化率為

0.385Ω/℃。向 PT100 輸入穩恒電流，再通過 A/D 轉換后測 PT100 兩端電壓，即 得到 PT100 的電阻值，進而算出當前的溫度值。

0.385Ω/℃的特性，計算出當前溫度值。 測溫系統如圖 2 所示：

如圖 2 所示，熱電阻 RT 和 RA1，RB1 和 RC1，可以改變電阻 R2 組成一 個測溫點橋，在溫度為 20 度時，調節 R2 使點橋達到平衡。當溫度升高時，熱 電阻的阻值變大，電橋失去平衡，電橋輸出不平衡的電壓，經過濾波后，輸入運 算放大器，進行放大處理。

pt100 是鉑熱電阻，它的阻值會隨著溫度的變化而改變。PT 后的 100 即表 示它在 0℃時阻值為 100 歐姆，在 100℃時它的阻值約為138.5 歐姆。它的工業 原理：當 PT100 在 0℃的時候他的阻值為 100 歐姆，它的的阻值會隨著溫度上升 它的阻值是成勻速增漲的。

式中，A=0.00390802；B=-0.000000580；C=0.0000000000042735。可見 Pt100 在 常溫 0~100℃之間變化時線性度非常好，其阻值表達式可近似簡化為：RPt=100

（1+At），當溫度變化 1 ℃，Pt100 阻值近似變化 0.39 歐。

LM324 系列器件帶有差動輸入的四運算放大器。與單電源應用場合的標準 運算放大器相比，它們有一些顯著優點。該四放大器可以工作在低到 3.0V 或者 高到 32V 的電源下，靜態電流為 MC1741 的靜態電流的五分之一。共模輸入范 圍包括負電源，因而消除了在許多應用場合中采用外部偏置元件的必要性。每一 組運算放大器可用圖 1 所示的符號來表示，它有 5 個引出腳，其中“+”、“-” 為兩個信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負電源端，“Vo”為輸出端。兩個 信號輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運放輸出端 Vo 的信號與該輸入端 的位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運放輸出端 Vo 的信號與該輸入端的相 位相同。如圖 6 所示：

放大倍數 Av 也僅由外接電阻決定：Av=1+Rf/R4，電路輸入電阻為 R3。R4 的阻 值范圍為幾千歐姆到十幾千歐姆。

ADC0804 是用 CMOS 集成工藝制成的逐次比較型模數轉換芯片。分辨率 8 位，轉換時間 100μs，輸入電壓范圍為 0～5V，增加某些外部電路后，輸入模 擬電壓可為 5V。該芯片內有輸出數據鎖存器，當與計算機連接時，轉換電路的 輸出可以直接連接在 CPU 數據總線上，無需附加邏輯接口電路。ADC0804 芯片 管腳如圖 8 所示引腳名稱及意義如下：

D7～D0：A/D 轉換器數據輸出端，該輸出端具有三態特性，能與微機總線相 接。

AGND：模擬信號地。 DGND:數字信號地。 CLKIN:外電路提供時鐘脈沖輸入端。

CLKR:內部時鐘發生器外接電阻端，與 CLKIN 端配合可由芯片自身產生時鐘 脈沖，其頻率 為 1.1/RC。

CS：片選信號輸入端，低電平有效，一旦 CS 有效，表明 A/D 轉換器被選中， 可啟動工作。

WR：寫信號輸入，接收微機系統或其它數字系統控制芯片的啟動輸入端，低 電平有效， 當 CS、WR 同時為低電平時，啟動轉換。

RD:讀信號輸入，低電平有效，當 CS、RD 同時為低電平時，可讀取轉換輸 出數據。

INTR：轉換結束輸出信號，低電平有效。輸出低電平表示本次轉換已完成 。 該信號常作為向微機系統發出的中斷請求信號。

AT89C51 是一種帶 4K 字節 FLASH 存儲器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱 單片機。AT89C2051 是一種帶 2K 字節閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。 單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除 1000 次。該器件采用 ATMEL 高密度非 易失存儲器制造技術制造，與工業標準的 MCS-51 指令集和輸出管腳相兼容。由 于將多功能 8位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一種 高效微控制器，AT89C2051 是它的一種精簡版本。AT89C51 單片機為很多嵌入式

P0 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。P0 能夠用于外部程序數據存儲 器，它可以被定義為數據/地址的低八位。在 FIASH 編程時，P0 口作為原碼輸入 口，當 FIASH 進行校驗時，P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須接上拉電阻。

P1 口：P1 口是一個內部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P1 口緩沖器能接 收輸出 4TTL 門電流。P1 口管腳寫入 1 后，被內部上拉為高，可用作輸入，P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗時，P1 口作為低八位地址接收。

P2 口：P2 口為一個內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 口緩沖器可接收， 輸出 4 個 TTL 門電流，當 P2 口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作 為輸入。并因此作為輸入時，P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于 內部上拉的緣故。P2 口當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數據存儲器進行 存取時，P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優勢， 當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。

門電流。當 P3 口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸 入，由于外部下拉為低電平，P3 口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。

平時間。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的

低位字節。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE 端以不 變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外 部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器時， 將跳過一個 ALE 脈沖。如想禁止ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時， ALE 只有在執行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果 微處理器在外部執行狀態 ALE 禁止，置位無效。

PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機 器周期兩次/PSEN 有效。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的/PSEN 信號 將不出現。

/EA 端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于 施加 12V 編程電源（VPP）。

XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。

本課程采用 MPX4-DCC 作為顯示器。該顯示器由四個八段數碼管組成，如 圖 10 所示，該顯示器是共陰極顯示器，A、B、C、D、E、F、DP 與 P0 口相連，

1、2、3、4 與 P0 口的 P0~P3 相連。所以，當顯示器開始工作時，必須向 P0 口 寫 0。通過控制數碼顯示管的位選，來實現顯示溫度的目的。

Proteus 是世界上著名的 EDA 工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調試到 單片機與外圍電路協同仿真，一鍵切換到 PCB 設計，真正實現了從概念到產品的 完整設計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB 設計軟件和虛擬模型仿真軟 件 三 合 一 的 設 計 平 臺 ， 其處 理 器 模 型 支 持 8051 、 HC11 、 PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086 和 MSP430 等。

Proteus 軟件是英國 Lab Center Electronics 公司出版的 EDA 工具軟件（該 軟件中國總代理為廣州風標電子技術有限公司）。它不僅具有其它 EDA 工具軟件 的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前比較好的仿真單片機及外圍 器件的工具。雖然目前國內推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教

在 PROTEUS 繪制好原理圖后，調入已編譯好的目標代碼文件：*.HEX，可以 在 PROTEUS 的原理圖中看到模擬的實物運行狀態和過程。

PROTEUS 不僅可將許多單片機實例功能形象化，也可將許多單片機實例運行 過程形象化。前者可在相當程度上得到實物演示實驗的效果，后者則是實物演示 實驗難以達到的效果。

它的元器件、連接線路等卻和傳統的單片機實驗硬件高度對應。這在相當程 度上替代了傳統的單片機實驗教學的功能，例：元器件選擇、電路連接、電路檢 測、電路修改、軟件調試、運行結果等。

課程設計、畢業設計是學生走向就業的重要實踐環節。由于 PROTEUS 提供了 實驗室無法相比的大量的元器件庫，提供了修改電路設計的靈活性、提供了實驗 室在數量、質量上難以相比的虛擬儀器、儀表，因而也提供了培養學生實踐精神、 創造精神的平臺

使用 Proteus 軟件進行單片機系統仿真設計，是虛擬仿真技術和計算機多 媒體技術相結合的綜合運用，有利于培養學生的電路設計能力及仿真軟件的操作 能力。實踐證明，在使用 Proteus 進行系統仿真開發成功之后再進行實際制作， 能極大提高單片機系統設計效率。因此，Proteus 有較高的推廣利用價值。

Keil C51 是美國 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機 C 語言軟件 開發系統，與匯編相比，C 語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯 的優勢，因而易學易用。Keil 提供了包括 C 編譯器、宏匯編、鏈接器、庫管理 和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發方案，通過一個集成開發環境

KeilμVision2 是美國 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機 C 語 言軟件開發系統，使用接近于傳統 C 語言的語法來開發，與匯編相比，C 語言易 學易用,而且大大的提高了工作效率和項目開發周期,他還能嵌入匯編，可以在關 鍵的位置嵌入。Keil C51 標準 C 編譯器為 8051 微控制器的軟件開發提供了 C 語 言環境,同時保留了匯編代碼高效,快速的特點。C51 編譯器的功能不斷增強，使 你可以更加貼近 CPU 本身，及其它的衍生產品。C51 已被完全集成到μVision2

調節熱電阻的“↓”和“↑”，觀察顯示器的示數找到環境溫度與示數之間的 線性關系，不斷調整程序使環境溫度與示數相對應。

在這一環節，示數與溫度本來就是呈線性的，尋找示數與溫度之間的關系， 即找到示數與環境溫度相差多少。在原理上，顯示器上的實數是指經 AD 轉換后 的電壓值，并非環境溫度，所以，示數與環境溫度必相差一定的值，只要找到這 個值，并在程序中稍加改動，顯示器上顯示的數就可以看作是所測的環境溫度了。

圖22    環境溫度 75℃，測量溫度 74℃

由圖 15—圖 22 可知，本系統的最大誤差為±2℃，由于本系統的測量范圍 為-50℃—+110℃，所以，本系統的線性誤差為±0.0125。

數字溫度計是為了測溫而設計開發的。在單片機技術與熱電阻的巧妙結合 下，可以有效測出溫度，并實時數字顯示。

該系統雖然設計比較簡單，但是對所學的知識應用的很多，對鍛煉實際能力 有很大的幫助。在查找資料和設計的過程中，對熱電阻傳感器、基本的測控輸入 通道、基本的信號調理電路有了比較深刻的認識。由于時間有限，并受 ADC0832 的精度限制，目前只能測量室內的基本溫度，再加上 PT100 的線性只存在與理想 狀況下，實際操作中會產生一定的誤差，以至于不能達到更高的精度，有待提高。