智能仪器课程设计报告金旭

智能仪器课程设计报告

金旭

Pleasure Group Office【T985AB-B866SYT-B182C-BS682T-STT18】

智能仪器课程设计

( 2009届)

分院: 电子信息分院

专业: 电子信息工程

班级: 电子05201班

姓名: 金旭

学号: 01

指导老师: 李正勤

智能仪器课程设计

1. 设计内容

设计单通道温度测量控制系统，并在DP-51PROC实验箱上实现。

2. 设计要求

1．阅读DS18B20的资料，了解单总线协议，编写采用DS18B20进行单点温度测量的程序。

2．阅读步进电机资料，了解步进电机驱动原理，编写步进电机正反转驱动程序。

3．阅读ZLG7290资料，了解ZLG7290工作原理，掌握ZLG7290与单片机数据通信方法。编写温度显示和键盘控制程序。

4．根据D3红外遥控区的电路原理，采用单片机设计相应的红外遥控发射器，编写相应的软件。

5．连接上述程序块，联合调试，完成多通道温度测量控制系统软件设计。

3. 硬件原理构成

硬件采用DP-51PROC实验箱，将四个独立的实验区连接起来，并加上部分外部电路，构成多通道温度测量控制系统，具有单通道温度测量、温度显示、温度上下限设定、温度控制的功能。

1．B4 温度采集区。该区有一个集成单总线温度传感器DS18B20，用于温度测量。DS18B20的数据总线是DQ端。多通道温度测量的功能可以借助两台或两台实验箱验证。

2．D5 I2C 实验区。该区包含8个数码管、16个按键及数码管显示和键盘扫描管理芯片ZLG7290，用于实现温度显示和通过键盘实现温度上下限设定的功能。ZLG7290与单片机通过I2C方式实现数据通信，时钟线为SCL，数据线SDA；ZLG7290键盘中断接口为INT_KEY；ZLG7290的复位控制端为RST_L。

3．C8 步进电机区。该区包含一个四相步进电机及其驱动电路，用于模拟温度的控制。四相步进电机的四个驱动端子分别是BA、BB、BC、BD。

4．根据键盘的电路原理，采用单片机设计相应的键盘控制电路，编写相应的软件。

4. 硬件原理分析

温度传感器DS18B20

DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚TO－92小体积封装形式；温度测量范围为－55℃～＋125℃,可编程为9位～12位A/D转换精度，测温分辨率可达℃，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出；其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生；多个DS18B20可以并联到3根或2根线上，CPU 只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。以上特点使DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统。其电路图如图1所示。

图1 DS18B20原理图

步进电机原理

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。通过控制IN1、IN3、IN5、IN7输入有序的矩形脉冲控制ULN2003A输出有序矩形脉冲控制电机转动。如IN1IN2——IN2IN3——IN3IN4——

IN4IN1。如图2所示。

图2步进电机电路图

ZLG7290原理

ZLG7290是一种多位LED显示及键盘管理器件，采用流行的I2C总线接口，可与各种带I2C总线的单片机方便接口，并可同时驱动8位LED。其内部具有15×8 RAM的功能控制寄存器，可方便寻址。对每位数字可单独控制、刷新。显示亮度可数字控制，每位都具有闪烁使能控制功能。无需任何外部元件便可多路复用自动扫描。其ZLG7290如图3所示。

ZLG7290的特点有：采用I2C串行接口；提供键盘中断信号，方便与处理器接口；可驱动8位共阴数码管或64只独立的LED和64个按键：可控制扫描位数，可控制任意数码管的闪烁：提供数据译码和循环移位段寻址等控制；8个功能键均可检测任意键的连击次数；无需外接元件即直接驱动LED，可扩展驱动电流和驱动电压。

图3为ZLG7290的连接图

5. 软件设计

单通道温度测量控制系统实现的温度采集和显示的功能，并且当采集的温度超过上限或下限时控制步进电极正转或反转，同时还加入按键控制，其中包括功能键、上下限值切换、加减键。

由于单通道温度测量控制系统有4个块组成，所以在软件的设计上也分成4个部分，包括步进电机驱动程序、温度读取程序、按键控制程序、LED显示电路。

主流程图

软件采用汇编语言编写,程序编写采取模块化、结构化设计。各个器件都有其独立的驱动程序，方便读者理解。当开始执行程序时首先判断有没有按键输入，如果有按键输入信号就先进行按键处理，如果没按键输入就从DS18B20读取测得的温度，然后把测得的温度转换成10进制数，并保存到指定寄存器中。然后把转换后的数据送到LED中显示，最后回到最初的按键判断。其主程序工作流程如图4所示。

图4 主流程图

温度读取流程

DS18B20的访问协议必须遵循以下顺序：初始化（复位）、ROM

操作命令、暂存器操作命令。读经过DS18B20转换的温度首先要把DQ 置1然后初始化DS18B20，初始化成功后，向DS18B20送0CCH

即直接向 DS1820 发温度变换命令，然后向

DS18B20送44H 发出温度转换指令，延时等待转换结束，再初始化DS18B20，成功后向DS18B20送0BEH 发出读温度指令，最后把读到的温度放到指定的寄存器中。程序流程如图5所示。