1、 设计题目 基于 AT89C52的 PT100 温度采集 学生学号： 学生姓名： 专业班级： 指导教师： 职 称： 起止日期： 2016.03.7 2016.03.27 吉林化工学院 Jilin Institute of Chemical Technology 信息与控制工程学院硬件课程设计说明书 - I - 课程设计任务书 一、设计题目：基于 AT89C52 的 PT100 温度采集 二、设计目的 1掌握可编程逻辑器件 AT89C52 的基本原理及利用开发工具 Keil 4进行可编程逻辑器件设计的方法； (宋体 ,小四号字 ) 2掌握 AT89C52定时器，串口中断及 LCD1602显示屏显
2、示驱动电路设计的方法； 3熟练掌握使用 Altium Designer15对可编程逻辑器件 AT89C52 的原理图和 PCB 板图的设计方法； 4掌握利用 Modbus通讯协议进行可编程逻辑器件 AT89C52 进行硬件下载和调试的方法。 三、设计任务及要求 设计并实现 PT100 温度在采集、 LCD1602显示屏进行显示和 上位机组态王软件的显示。 下载芯片： AT89C52， MAX485， 1具有时、分、秒显示， 24 小时循环计时功能； 2具有时间校准（调时或对时）功能； 四、设计时间及进度安排 设计时间共两周（ 2005.11.7 2005.11.21） ,具体安排如下表： 周安
3、排 设 计 内 容 设计时间 第一周 学习可编程逻辑器件 AT89C52 开发工具 Altium Designer15的使用，并绘画出 PT100温度采集系统的原理图和 PCB板图。 理解原理图上边各个器件的功能和使用方法。 2005.11.7 2005.11.14 第二周 学习可编程逻辑器件的原理图层次化设计方法，硬件下载实现基本数字时钟功能。实现发挥与创新要求的部分内容，完成并提交硬件设计作品及硬件课程设计说明书，课程设计答辩。 2005.11.7 2005.11.14 五、指导教师评语及学生成绩 指导教师评语 : 年 月 日 基于 AT89C52 的 PT100 温度采集 - II -
4、成绩 指导教师 (签字 ): 信息与控制工程学院硬件课程设计说明书 - III - 目 录 课程设计任务书 I 第一章 绪论 1 第二章 PT100 与 AT89C52 3 一、 温度传感器发展 3 1传感器的概述 3 2传感器的分类 3 二、 PT100 的简介 4 三、 AT89C52 单片机 5 1 AT89C52单片机简介 5 2 AT89C52的工作原理： 6 第三章 系统方案设计 8 一设计简介 8 1 温度检测与处理 8 2 模数转换 8 3 温度显示 8 二硬件设计 8 1.单片机电路 8 2.信号调理电路 9 3.电路原理图 10 4.PCB 板图 10 三、软件设计 11
5、1程序设计语言的选用 11 2软件程序的设计 11 3系统调试 12 第四章 实习总结 14 参考文献 15 信息与控制工程学院硬件课程设计说明书 - 1 - 第一章 绪论 智能仪表建立在微电子技术发展的基础上，超大规模集成电路的嵌入，将 CPU、存储器、 A/D转换、输入 /输出等功能集成在一块芯片上，甚至将 PID 控制组件也置入其中。加之现场总线的应用，智能仪表与控制系统之间的数字通讯将替代以往的模拟传递，大大提高了精度和可靠性，避免了模拟信号在传输过程中的衰减，长期难以解决的干扰问题得到解决。由于 数字通讯，节省了大量电缆、安装材料和安装费用。 智能仪表及其技术的发展历程 历经以模拟技
6、术为特征的电动单元组合仪表、以数模混合技术为特征的 DDZ-S系列仪表的开发后， 1983 年，美国霍尼韦尔公司向制造工业率先推出了新一代智能型压力变送器，这标志着模拟仪表向数字化智能仪表的转变。当时的这种智能变送器已具有高精度、远距离校验和灵活组态的特点，并告知用户：尽管初期购置费用较高，但会被较低的运行和维护费用所补偿。紧随其后的十年里，国外其他公司的智能压力变送器也陆续在一些生产线上被采用，它们包括： Rosemount、 Foxboro、YOKOGAWA、 Siemens、 E (1) 传统的分立式温度传感器 (含敏感元件 );主要是能够进行非电量和电量之间转换。 (2) 模拟集成温度
7、传感器 /控制器 ; (3) 智能温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展。 2传感器的分类 传感器分类方法很多，常用的有 2种 :一种是按被测的参数分，另一种是按变换原理来分。通常按被测的参数来分类，可分为热工参数 :温度、比热、压力、流量、液位等 ;机械量参数 :位移、力、加速度、重量等 ;物性参数 :比重、浓度、算监度等 ;状态量参数 :颜色、裂纹、磨损等。温度传感器属于热工参数。 温度传感器按传感器于被测介质的接触方式可分为 2 大类 :一类是接触式温度传感器，一类是非接触式 温度传感器，接触式温度传感器的测温元件与被测对象要有良好的
8、热接触，通过热传导及对流原理达到热平衡，这时的示值即为被测对象的温度。这种测温方法精度比较高，并在一定程度上还可测量物体内部的温度分布，但对于运动的、热容量比较小的、或对感温元件有腐蚀作用的对象，这种方法将会产生很大的误差。 非接触测温的测温元件与被测对象互不接触。目前最常用的是辐射热交换原理。此种测温方法的主要特点是可测量运动状态的小目标及热容量小或变化迅速的对象，也可测温度场的温度分布，但受环境的影响比较大。 3 传感器的原理及发展 3.1 传 统的分立式温度传感器 热电偶传感器 热电偶传感器是工业测量中应用最广泛的一种温度传感器，它与被测对象直接接触，不受中间介质的影响，具有较高的精确度
9、 ;测量范围广，可从 -50 -1600 进行连续测量，特殊的热电偶如金铁 -镍铬，最低可测到 -269 ，钨 -铼最高可达 2800 。 热电偶传感器主要按照热电效应来工作。将两种不同的导体 A和 B 连接起来，组成一个闭合回路，即构成感温元件，如图 1所示。当导体 A和 B的两个接点 1和 2之间存在温差时，两者之间便基于 AT89C52 的 PT100 温度采集 - 4 - 产生电动势，因而在回路中形成一定大小的电流，这种现象 即称为热电效应，也叫温差电效应。热电偶就是利用这一效应进行工作的。热电偶的一端是将 A、 B 两种导体焊接在一起，称为工作端，置于温度为 t的被测介质中。另一端称
10、为参比端或自由端，放于温度为 t0 的恒定温度下。当工作端的被测介质温度发生变化时，热电势随之发生变化，将热电势送入计算机进行处理，即可得到温度值。 热电偶两端的热电势差可以用下式表示 : Et=E(t)-E(t0) （ 2-1） 式中 :Et 热电偶的热电势 E(t) 温度为 t时的热电势 E(t0) 温度为 t0 时的热电势 当参比端的温度 t0恒定时，热电势只于工作端的温度有关，即 Et=f(t)。 当组成热电偶的热电极的材料均匀时，其热电势的大小与热电极本身的长度和直径无关，只与热电极的成分及两端的温度有关。 3.2 集成 (IC)温度传感器 (1) 模拟集成温度传感器 集成传感器是采
11、用硅半导体集成工艺而制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。模拟集成温度传感器是在 20 世纪 80 年代问世的，它是将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温 度测量及模拟信号输出功能的专用 IC。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一 (仅测量温度 )、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温、控测，不需要进行非线性校准，外围电路简单 。 (2) 智能温度传感器 传感器 (亦称数字温度传感器 )是在 20 世纪 90年代中期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术 (ATE)的结晶。目前，国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。智能温度传感器
12、内部都包含温度传感器、 A/D转换器、信号处理器、存储器 (或寄存器 )和接口电路。有的产品还带多路 选择器、中央控制器 (CPU)、随机存取存储器 (RAM)和只读存储器 (ROM)。智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器 (MCU);并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的，其智能化和谐也取决于软件的开发水平。 二、 PT100 的简介 铂电阻的特点是精度高，稳定性好，性能可靠。铂在氧化性气氛中，甚至在高温下的物理、化学性质都非常稳定。因此铂被公认为是目前制造热电阻的最好材料。铂电阻主要作为标准电阻温度计使用，也常被用在工业测量中。 铂电阻的阻值温度
13、之间的关系， 在 0 850 范围内 可用下式表示， Rt =R0 (1+At+Bt2) （ 2-2） 在 -200 0 范围内 则用下式表示， Rt =R0 1+At+Bt2+C(t-100)3 (2-3) 式中 Rt-温度为 t 时的铂电阻的阻值； 信息与控制工程学院硬件课程设计说明书 - 5 - R0-温度为 0 时的铂电阻的阻值； A、 B、 C 为常数， A=3.9684710 -3/ ； B=-5.84710 -7/ ； C=-4.2210 -12/ ； 对满足上述关系的热电阻，其温度系数约为 3.9 10-3/。 根据国家从 1988年开始采用的 IEC 标准，工业用标准铂电阻
14、R0 有 100 和 50 两种，并将电阻值 Rt与温度 t的对应关系列成表格，成为铂电阻分度表，分度号分别为 Pt100 和 Pt50。 PT100 是铂热电阻，它的阻值跟温度的变化成正比。 PT100 的阻值与温度变化关系为：当 PT100温度为 0 时它的阻值为 100欧姆，在 100 时它的阻值约为 138.5欧姆。它 的工业原理：当 PT100在 0摄氏度的时候他的阻值为 100欧姆，它的阻值会随着温度上升而成匀速增长的。 设计中我们就是利用 PT100的这一特性来实现温度与输出值之间的转化的。 PT100 的温度表 ： 表 2-1 PT100的温度表 PT100 的温度曲线： 图
15、2-1 PT100的温度曲线 三、 AT89C52 单片机 1 AT89C52 单片机简介 基于 AT89C52 的 PT100 温度采集 - 6 - AT89C52 是一个低电压，高性能 CMOS8位 单片机 ，片内含 8kbytes 的可反复擦写的 Flash只读程序存储器和 256bytes的随机存取数据存储器（ RAM），器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS-51指令系统，片内置通用 8位中央处理器和 Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。 AT89C52 除了有 AT89C51所有的定时 /计数器 0 和定时 /计数器
16、 1 外，还增加了一个定时 /计数器 2。 2 AT89C52 的工作原理： AT89C52为 8 位通用微处理器，采用工业标准的 C51 内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主 IC 内部寄存器、数据 RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号 IR 的接收解码及与主板 CPU 通信等。主要管脚有： XTAL1（ 19 脚）和 XTAL2（ 18 脚）为振荡器输入输出端口，外接 12MHz 晶振。 RST/Vpd（ 9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。 VCC（ 40 脚）和
17、VSS（ 20 脚）为供电端口，分别接 +5V 电源的正负端。 P0P3 为可编程通用 I/O 脚，其功能用途由软件定义，在本设计中， P0 端口（ 3239 脚）被定义为 N1 功能控制端口，分别与 N1 的相应功能管脚相连接 ， 13 脚定义为 IR输入端， 10 脚和 11 脚定义为 I2C总线控制端口，分别连接 N1 的SDAS（ 18 脚）和 SCLS（ 19脚）端口， 12 脚、 27 脚及 28 脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU 的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。 P0 口 : P0 口是一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口， 也即地址 /数
18、据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的 方式驱动 8 个 TTL 逻辑门电路，对端口 P0 写 “1” 时，可作为高阻抗输入端用。 在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地 址（低 8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。 在 Flash 编程时， P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。 P1 口 : P1 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P1 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写 “1” ，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流 (IIL)。 与 AT89C51 不同之处是， P1.0 和 P1.1 还可分别作 为定时 /计数器 2 的外部计数输入（ P1.0/T2）和输入（ P1.1/T2EX）， Flash 编程和程序校验期间， P1 接收低 8 位地址。 表 2-2 P1.0 和 P1.1 的第二功能 引脚号 功能特性 P1.0 T2，时钟输出 P1.1 T2EX（定时 /计数器 2）
