智能数字显示仪表

1智能数字显示仪表【摘要】智能仪表是含有微型计算机或者微型处理器的测量仪器。它的出现，极大的扩充了传统仪器的应用范围。智能仪器凭借其体积小、功能强、低功耗等优势，迅速的在家用电器、科研单位和工业企业中得到了广泛的使用。智能电子系统，其单片机硬件部分都是相似的，一般是由如下硬件电路组成：单片机最小系统（单片机、电源、晶振、复位、编程调试接口等）。开关量2、输入与输出电路。模数与数模转换电路。通信接口（UART（SCI）SPI、C、I（SMBus）CAN、USB、TCP/IP、ZigBee等）。显示电路（LED数码管、LCD等）。控制电路（继电器、晶闸管等功率输出电路）。而软件部分就是使单片机中运行的程序（算法），程序通过单片机与单片机的引脚指挥各个硬件电路部分，进而控制各种各样的对象，实现对象控制的自动化与智能化。单片机技术的落脚点就是实现电子系统智能化，换句话说，就是开发控制各种对象的智能电子产品。本课程设计以工业控制中使用的温度监测智能仪表为例，介绍单片机在电子系统智能化方面的应用。1、设计目的和原理设计题目：实现智能数字显示仪表。要求8位数码管显示位显示测量值，位显示设定值）（44，4输入按钮（功能选择、数码管选择、数字增加、数字减少），可设定上下限报警（蜂鸣器报警）适配E型（镍铬-铜镍）热电偶，测温范围为0℃~700℃。采用比例控制、并。用晶闸管移相驱动1000W电加热器（电源电压为AC220V）。设计目的：单片机综合练习是一项综合性的专业实践，目的是让学生在所学知识的基础上，结合工程实际，加以消化和巩固，培养学生的综合运用知识的能力、动手实际的能力和工程实践能力，为以后的工作实践打好良好的基础。设计原理：由热电偶送来的电信号一方面通过AD转换成数字信号供单片机处理后进行数字显示，另一方面传输到调节器比较运算，输出一个需要的控制信号与给定匹配。22、硬件设计本设计采用STC89C51单片机实现智能测温仪表。由题目可知，该测温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、电源等）。（2）E型（镍铬-铜镍）热电偶信号调理电路（3）加热功率驱动电路。原理框图智能仪表单片机电路由STC89Ｃ51单片机电路、按钮、数码管、LED显示、串行通讯口、电源、ADC、DAC、E2PROM、热电偶、功率输出等电路组成。控制板面图：上排数码管显示设定值，下排数码管显示测量值。第一个按钮选择功能设置，第二个数码管选择，第三个数值加，第四个数值减。四个LED显示灯显示系统的各个运行状态基本电路模块：总框图3单片机最小系统：STC89C51单片机最小系统包含51单片机、晶振电路、复位电路、电源电路。单片机可采用11.0592MHz或12MHz的晶振，外置电源可以采用市售开关电源12V直流，稳压模块采用7805芯片，采用单片机上电复位的方式，还有上电指示灯。蜂鸣器电：NPN型三极管驱动蜂鸣器产生报警提示，单片机P1.6口控制4串行存储串行存储器电：串行存储器芯片24C02用于保存设定值。该芯片具有I2C接口，连接单片机P0.0与P0.1引脚，采用软件方法模拟I2C接口。数码管电：具有两排各四个数码管显示，采用四位一体数码管，分别显示测量值和设定值，数码管由2块74HC595串入并出锁存器驱动，因此只需要3个单片机引脚，采用动态扫描数码管驱动法。按键电：根据需要接按键于单片机相关引脚上，低电平有效。可用作功能选择按钮、数值加一按钮、数值减一按钮等。LED电：5LED显示灯用于显示报警、动作等，直接连接到单片机相关引脚，低电平有效。ADC电：由于51单片机内部没有AD资源，因此扩展了10位ADC芯片TLC1549，TLC1549与单片机的P1.0、P1.1、P1.2引脚连接，连接器J1用于模拟信号的输入。DAC电：同样，系统扩展了DAC芯片TLC5615,该芯片采用+5V模拟电压分压作为参考电压，DAC输出范围可达0.25~4.75V，单片机采用3个引脚与该芯片连接，软件模拟芯片时序，将数据输出到TLC5615.通讯电：6使用MAX232组成电平变换电路，可以实现在系统编程（ISP）或实现单片机与PC机之间的通讯。P3.0与P3.1连接有交叉开关，可以实现端口复用。热电调电：E型热电偶信号调理电路如上图所示。镍铬—铜镍热电偶压簧固定式热电偶，铜镍热电偶、工业用装配式热电偶作为测量温度的传铜镍热电偶感器，通常和显示仪表、记录仪表和电子调节器配套使用。它可以直接测量各种生产过程中从0℃～1800℃范围内的液体、蒸汽和气体介质以及固体的表面温度。分度表：7该电路利用1N4148的负温度系数实现热电偶冷端补偿。为保证0℃时输出电压为0V，电路中采用了负电源。第一个运放组成的电路实现冷端温度补偿，其中RP0调节电路零点，由于二极管在反馈通路中，运放输出电压随温度升高而上升，温度系数为2mV/℃,经过R5与R6分压后的温度系数为0.017mV/℃,正好与R13热电偶温度系数近似。第二个运放用于信号方法，发达倍数约为160。74HC14组成的多谐振荡器、二极管和电容构成负电源电路，该电路向LM258提供负电源。0℃~700℃对应线性输出0~1.9V。电加热器电：单片机引脚为低电平时，在交流220V电压移相时，MOC3022触发双向晶闸管接通1000W电加热电源。控制器方案：比例控制(P)是一种控制算法，其输出量out与温度偏差e=SV-PV成比例关系，写成数学公式是：out=kp*e+out0式中，e是测量温度值PV与设定温度值SV之间的偏差，Kp是比例系数。out是输出8量。out0是对应e=0时的控制量，可由人工确定，通常取输出控制量的1/2。3、软件设计及注释软件流程图：描述了软件算法的执行过程。有开始、有结束，有条件分支选择，有正常判断。下图只是列出执行的整体框架：