数显温度测量仪.

学号XX

电子系统综合设计

设计说明书

数字显示温度测量仪

起止日期：2012 年11月10 日至2012 年12月1 日

学生姓名XX

班级XX

成绩

指导教师(签字)

计算机与信息工程学院

2012年12月1日

目录

第一章设计方案 (1)

第二章数显温度测量仪的硬件设计 (2)

2.1 单片机控制模块 (2)

2.1.1 ATmega16简介 (2)

2.1.2 单片机接线 (2)

2.2 传感器检测和数据采集电路 (3)

2.2.1 PT100简介 (3)

2.2.2 数据采集电路 (3)

2.3 放大电路 (5)

2.4 数显模块 (5)

2.5 按键模块 (6)

2.6 超时报警模块 (7)

第三章数显温度测量仪软件设计 (8)

3.1 键盘扫描及上下限程序 (8)

3.2 读键值程序 (10)

3.3 A/D转换程序 (11)

3.4 超时报警程序 (11)

第四章设计总结及心得 (13)

第一章设计方案

这次课程设计的目的是设计数显温度测量仪。要求为：测温范围-50℃～150℃；采用八位单片机作为控制芯片；测温传感器采用PT100；对应温度范围要求变换为0～5V；用四位数码显示，显示精度0.1 ℃；要求可通过键盘设置参数如：温度上下限报警值；采用线性电源，AC220V±15%供电。

下面的设计是采用单片机控制来实现数显温度测量仪的设计，设计思路如图1所示：

图1 数显温度测量仪的单片机控制原理框图

本设计采用pt100热电阻作为温度采集的传感器，把采集到的温度直接送到atmega16单片机，经过atmega16单片机处理后送到显示器，显示器将显示采集的温度，最后将其显示在四位数码管上。加入键盘实现设定温度上下限和控制温度值。

第二章数显温度测量仪的硬件设计

2.1 单片机控制模块

本系统要求实时显示检测值，因涉及到一些计算及BCD转化的处理，以及考虑到功耗等问题，所以选择ATmega16单片机作为控制器的核心。

2.1.1 ATmega16简介

ATmega16是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16 的数据吞吐率高达1 MIPS/MHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。ATmega16 AVR 内核具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器。所有的寄存器都直接与算逻单元(ALU) 相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。这种结构大大提高了代码效率，并且具有比普通的CISC 微控制器最高至10倍的数据吞吐率。

ATmega16是以Atmel高密度非易失性存储器技术生产的。片内ISP Flash 允许程序存储器通过ISP串行接口，或者通用编程器进行编程，也可以通过运行于AVR内核之中的引导程序进行编程。引导程序可以使用任意接口将应用程序下载到应用Flash存储区(Application Flash Memory)。在更新应用Flash存储区时引导Flash区(Boot Flash Memory)的程序继续运行，实现了RWW操作。通过将8位RISC CPU与系统内可编程的Flash 集成在一个芯片内， ATmega16 成为一个功能强大的单片机，为许多嵌入式控制应用提供了灵活而低成本的解决方案。ATmega16 具有一整套的编程与系统开发工具，包括：C 语言编译器、宏汇编、程序调试器/ 软件仿真器、仿真器及评估板。

ATmega16 有以下特点:16K字节的系统内可编程Flash(具有同时读写的能力，即RWW)，512 字节EEPROM，1K 字节SRAM，32 个通用I/O 口线，32 个通用工作寄存器，用于边界扫描的JTAG接口，支持片内调试与编程，三个具有比较模式的灵活的定时器/计数器(T/C),片内/外中断，可编程串行USART，有起始条件检测器的通用串行接口，8路10位具有可选差分输入级可编程增益(TQFP封装)的ADC，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个SPI串行端口，以及六个可以通过软件进行选择的省电模式。工作于空闲模式时CPU停止工作，而USART、两线接口、A/D 转换器、SRAM、T/C、SPI 端口以及中断系统继续工作；掉电模式时晶体振荡器停止振荡，所有功能除了中断和硬件复位之外都停止工作；在省电模式下，异步定时器继续运行，允许用户保持一个时间基准，而其余功能模块处于休眠状态； ADC噪声抑制模式时终止CPU 和除了异步定时器与ADC以外所有I/O模块的工作，以降低ADC转换时的开关噪声；Standby模式下只有晶体或谐振振荡器运行，其余功能模块处于休眠状态，使得器件只消耗极少的电流，同时具有快速启动能力；扩展Standby模式下则允许振荡器和异步定时器继续工作。

2.1.2 单片机接线

如图2所示的是单片机最小系统电路。温度传感器将采集到的模拟信号经放大电路放大后，送到Atmega16单片机进行处理。

图2 单片机最小系统电路

2.2 传感器检测和数据采集电路

2.2.1 PT100简介

PT100是一种广泛应用的测温元件，在-50℃—600℃℃范围内具有其他任何温度传感器无可比拟的优势，包括高精度、稳定性好、抗干扰能力强等。铂电阻温度传感器是利用其电阻和温度成一定函数关系而制成的温度传感器,由于其测量准确度高、测量范围大、复现性和稳定性好等,被广泛用于中温(-200℃—650℃)范围的温度测量中。

由于铂电阻的电阻值与温度成非线性关系，所以需要进行非线性校正。校正分为模拟电路校正和微处理器数字化校正，模拟校正有很多现成的电路，其精度不高且易受温漂等干扰因素影响，数字化校正则需要在微处理系统中使用，将Pt电阻的电阻值和温度对应起来后存入EEPROM中，根据电路中实测的AD值以查表方式计算相应温度值。

2.2.2 数据采集电路

下面分别对桥式电路和恒流源式电路的原理在设计过程中应注意事项进行说明。

（1）桥式测温电路

Pt电阻接法采用三线制，优点是将PT100的两侧相等的的导线长度分别加在两侧的桥臂上，使得导线电阻得以消除，如图3所示为三线制桥式测温电路。

测温原理：电路采用TL431和电位器VR1调节产生4.096V的参考电源；采用R1、R2、VR2、Pt100构成测量电桥（其中R1＝R2，VR2为100Ω精密电阻），当Pt100的电阻值和VR2的电阻值不相等时，电桥输出一个