温度采集系统课程设计--8通道温度数据采集系统

课程设计(综合实验)报告( 2012-- 2013 年度第 1 学期)

名称：智能仪器设计

题目：8通道温度数据采集系统院系：自动化系

班级：测控

学号：

学生姓名：

指导教师：

设计周数：

成绩：

日期：2012 年12 月

摘要

本课程设计是以51系列单片机为核心设计的温度采集系统。通过Pt100热电阻和K 分度热电偶对实时的温度采集，经过单片机处理将信号通过串口上传至计算机，从而计算机显示屏读出实时温度，通过对单片机的设置达到所要求的性能。

主要做了如下几方面的工作：一是确定系统的的总设计方案，给出系统设计框图。二是硬件设计，采用模块设计方法。三是进行画PCB，进行PCB设计。

关键词：51系列单片机；K分度热电偶；Pt100热电偶；ADC0809

课题要求：8通道温度数据采集系统

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。要求：

1、画出系统组成框图；

2、完成硬、软件功能分配；

3、完成芯片选型；

4、进行系统误差计算验证；

5、用Protel软件画出电路原理图；设计PCB板；

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。

1 设计方案

温度是国际单位制7个基本物理量之一，是生产过程和科学试验中的物理参数。在工业生产中，常需要对温度进行检测和监控。采用微型机进行温度检测、显示、信息存储及实时控制。对于提高生产效率、节约能源都有重要作用。为此设计了一个基于AT89C51单片机单通道温度检测及显示系统，可以很容易实现温度采集及显示。

整体结构框图如图1.5所示：

温度采集整体结构框图

系统工作流程图如图所示：

系统工作流程

2主要器件的介绍

2.1AT89C51

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且廉价的方案。

2.2 ADC0809

ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。

由下图可知，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。

2.3 LM324

LM324是四运放集成电路,它采用14脚双列直插塑料封装,外形如图所示。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器,除电源共用外,四组运放相互独立。每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示,它有5个引出脚两个信号输入端中,Vi-（-）为反相输入端,表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反;Vi+（+）为同相输入端,表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。LM324引脚排列见图2。

3电路实现

3.1 Pt100测量电路

PT100变化的是阻值而ADC0809 的输入信

号范围为0~5V，在200℃的时候Pt100 的阻

值为175.86Ω，我们利用电桥的原理将阻值

的变化转化为电压的变化，之后利用LM324

的运放放大作用将微小的电压信号放大，以

便ADC0809 的模数转换。右侧电路图：

3.2 电压放大电路

3.2.1 Pt100的电压放大电路：

经电桥初步转换的输出电压为MAX（V0-V1）=0.3076V，若想放大为5V，则需要放大5/0.3679=16倍。所以电桥的设置参数如图所示。

3.2.2 热电偶的放大电路

原理图如下

实际中的电路连接中设置为R1=1K，a=b=4.7，c=10，R=10K;连线如下图

在实际中，经过查询得知热电偶在600℃的未温度下能产生24.905mV的电压，经过上面的放大器放大之后能放大200倍，最后能顺利和ADC0809 的接口实现连接。

3.3 ADC0809 的连接

实际上ADC0809 连接很简单：我们将P1口作为选中和接收数据线，这样能更加节省口的利用，减少了无谓的浪费。CLK经过定时器T0 接收时钟信号。接线如下：

4心得体会

通过这次温度采集系统的设计，让我掌握把理论运用于实际，不再只固定于书本，不再是一味的死读书。在这次课程设计中遇到了许多大大小小的问题，到最后一一都解决了。在这过程中，我学到了很多课本上没有学到的知识。“纸上得来终觉浅”，唯有不断实践，才能跟进一步。

总之，这次实验过程中我受益匪浅，同伴的相互合作即增加了我们的团队意识以及把理论的知识运用于实际。这次的课程设计不仅让我培养了自己的设计思维，增加了动手操作的能力，还使我懂得“神奇”的东西我们也可以做出来，更让我体会到实现电路功能的那种无以名状的喜悦。此次课程设计使我明白知识是无限的，自己需要努力的地方还太多太多，我真心的急迫的希望自己可以不断进步，不断提高自己，使自己不再是局限于书本，而是活学活用，在实践中求得真本事。

只有通过不断实践，不断地发现自己的不足之处。才能够不断从中学到自己曾经没有学到的知识，为自己以后的道路打下坚实的基础。

原理图：