8通道温度数据采集系统

8通道温度数据采集系统

一、设计题目与要求：

设计一个8通道温度数据采集系统，系统误差小于1%；其中4路测量范围0-200︒C ，选用Pt100热电阻；另4路测量范围0-600︒C ，选用K 分度热电偶。

二、设计过程：

1、画出系统组成框图；

2、完成硬、软件功能分配和完成芯片选型；

（1）运算放大器采用单电源,低功耗,精密四运算放大器MAX479

（2）AD 转换芯片采用带有8位A/D 转换器、8路多路开关的ADC0809

（3）硬件主要的功能是把采集到的温度信号转换成电信号，再经过运算放大器放大信号，传递给AD 转换芯片把模拟信号转换成数字信号，最后传给单片机处理信号并显示温度。

（4）软件主要的功能是对ADC0809 AD 转换芯片控制读取数据，读到单片机里对数据的处理转换成对应的温度值并显示。

3、ADC0809原理和应用：

ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D 转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D 转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D 转换完的数字量，当OE 端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。

ADC0809引脚图

IN0－IN7：8条模拟量输入通道

ADC0809对输入模拟量要求：信号单极性，电压

范围是0－5V ，若信号太小，必须进行放大；输

入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模

拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。

地址输入和控制线：4条

ALE 为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE

线为高电平时，地址锁存与译码器将A ，B ，C

三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选

中的通道的模拟量进转换器进行转换。A ，B 和C

为地址输入线，用于选通IN0－IN7上的一路模

拟量输入。

数字量输出及控制线：11条

ST 为转换启动信号。当ST 上跳沿时，所有内部

寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D转换；在转换期间，ST应保持低电平。EOC为转换结束信号。当EOC为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D转换。OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE＝1，输出转换得到的数据；OE＝0，输出数据线呈高阻状态。D7－D0为数字量输出线。

CLK为时钟输入信号线。因ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500KHZ，本次实验中用51单片机内部时钟产生500KHZ 的时钟。

4、用Protel软件画出电路原理图；

（1）热电阻参数选择：

热电阻原理图

R1=R2=R3=R4=1K，作用是限流。

桥式电路压差计算公式：5*（Rpt100/(R9+Rpt100)-R滑阻/(R13+R滑阻)），这个压差信号接到由MAX479接成的差分放大电路中，作为前级电路，将毫伏级的信号放大到AD的输入端。放大倍数为R19：R17.

根据AD口电压范围和测温需求范围确定参数的方法：

首先确定测温下限。要测0度到200度的温度，那么先查表得出PT100在0度的电阻值是100欧姆，要使这时的电桥输出为0，需要将滑动变阻器阻值调到100欧姆，这就是调零电阻的参数。

我们期望的温度测量上限是200度，查出200度时PT100电阻是175.86欧姆。由Vo = 5 * （ Rpt100 / (R9+Rpt100)-R滑阻/(R13+R滑阻)），得未经过差分放大电路的电桥输出范围就是0-0.293V。将这个信号放大送到AD口，若是5V的AD口，可以用4/0.293=13.65左右，因此取近似值电压放大倍数为14倍，取R19=14k，R17=1k。整个热电阻测温电路参数计算就完成了。

（2）K分度热电偶参数选取：

K分度热电偶原理图：

R31和C1为低通滤波器。时间常数越大，消除噪声效果越好，但是响应速度较慢。取R31=10K ，C1=10uF。

K分度热电偶在600 ℃（满量程）的感应电动势为24.905mV，运放增益为：5V/24.905mV=200 （设600 ℃时输出电压为5V）。电路中取R29=200k，R34=1k。所有电路原理图：

5、用Protel软件设计PCB板

PCB正面

PCB反面

6、画出系统软件流程图；

7、根据后续教学内容，增加系统功能。

热电偶测量的温度补偿电路，需要添加，还有热电偶的零点校正电路也需要完善.