单片机实用技术举例.ppt
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外壳设计、液晶显示器选型、按钮选型等工作。 然后进行电路的设计和软件的编写。
• 仪表外壳设计：由于温度仪表是便携式的，要考
虑仪表的大小、材质、颜色、显示窗口尺寸位置、 按钮位置和电池安放位置，要考虑电路板的大小 尺寸和安装方式及以后维修拆装的问题。或者是 到市场上选择合适的现成的仪表壳，现成的仪表 外壳总有不尽如意的地方，但前期费用小，开发 周期短。
l3.1 智能化温度仪表的设计
• 措施一，三点式线性校正。所谓三点式线性校正，
就是在测量电路里，串联一只固定电阻来补偿热 敏电阻的非线性，如图13.3所示。测量电路供电 电压为E，使测温范围二等分的三点上误差为0， 三点以外的其它各点的误差特性为“S”字形曲线。 热敏电阻是负温度系数的非线性的热敏电阻，补 偿后，在10ºC范围内，最大误差约为±0.01ºC。 在30ºC范围内，约为±0.5ºC。50ºC范围约为 ±0.6ºC，100ºC范围约为±3ºC。
l3.1 智能化温度仪表的设计
l. 智能化仪表的概念
• 智能化仪表是常规测量仪表与单片机相结
合的产物。智能化仪表能够解决常规仪表 不易解决的问题，能够简化仪表电路，提 高仪表的可靠性，降低仪表成本。
l3.1 智能化温度仪表的设计
智能化仪表的组成框图如下图所示。
传
变
A
显
感
送
/
示
器
器
D
单
片
机
串
面 板
行 通 信
l3.1 智能化温度仪表的设计
• 在图中，传感器用于信号的检测，通过传
感器把要检测的值转换成相应的物理量或 电信号。由于这个信号比较微弱，而且通 常是非线性的，需要进行放大和线性化处 理，具有这种功能的电路就是变送器，它 能把检测到的微弱的、非线性的信号变换 成标准的1-5V或ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ-20mA线性变化的电压、 电流信号，再由A/D转换器把检测到的模拟 量信号转换成对应的0-255的数字量(相对于 8位单片机)，输入单片机CPU中。在CPU中， 通过内部的数据处理程序把测量值在显示 器中显示，或者通过单片机的串行输出口 把信号传送到其它地方。
l3.1 智能化温度仪表的设计
• 由于有了单片机，可以采用自校正软件技
术来消除测量仪表内部的电子元器件产生 的电压漂移。可以采用自诊断技术实现仪 表的故障自检，或通过面板操作键，进入 故障自诊断状态，进行仪表的自诊断，通 过显示器来表示故障的类型。可以采用数 字滤波技术和单片机的逻辑判断功能，提 高测量仪表的抗干扰能力。
l3.1 智能化温度仪表的设计
2. 智能化温度仪表的总体设计 (l) 仪表设计要求
• 温度测量范围： -5℃～55℃ • 温度测量精度： ±0.5℃ • 仪表为便携式，三位半液晶显示，设置二
个按钮：电源开关、功能键
• 供电：二节7号电池
l3.1 智能化温度仪表的设计
• (2) 设计思路 • 根据温度仪表的设计要求，必须首先进行仪表的
l3.1 智能化温度仪表的设计
• 液晶显示器选型：为了适合便携式仪表省
电的特点，一般都选择液晶显示器。但是 液晶显示器有字段式、点阵字符式、点阵 图型等，为了获得较好的显示效果和仪表 的个性，需要进行液晶显示器的设计。包 括显示的字符多少、大小和位置，包括显 示器的引脚排列和使用的驱动器。对于一 般的温度测量仪表，可以直接在市场上选 择现成的通用的字段式液晶显示器。
l3.1 智能化温度仪表的设计
• 人们可以使用仪表的面板操作键，对仪表的测量
功能进行选择。在智能化仪表中,单片机是主要的 部分,单片机有存储器、运算器、控制器、输入输 出端口和程序存储器，能够实现四则运算、逻辑 判断、自诊断、自校正、自适应、自学习等功能。 由于有了单片机，可以用软件的方法对测量信号 进行线性化处理，从而简化了测量信号处理部分 的电路，可以用软件的方法实现测量值的数字化 显示，可以通过串行通信实现数据的远程传送， 可以与PC机相连，对测量值进行统计、存储、打 印等。
大器A输出与测量温度相对应
• 的电压信号。 • 因为温度仪表的温度测量范围是-5℃～55℃，在这一范围内，可
以选择的温度传感器有铂电阻、铜电阻、热敏电阻等，但是热敏 电阻灵敏度高，反应速度快，测量电路简单，是测量温度的理想 传感器。可是热敏电阻的非线性比较严重，在传统测量方法中难 以获得好的测量效果，有了单片机,这个问题就可以很方便地予 以解决。在本设计方案中，从两个方面采取措施来解决热敏电阻 产生的非线性问题。
第13章
单片机实用技术举例
• 随着单片机技术的发展，单片机应用已经
渗透到各个领域。从家用电器、测量控制 仪表、机电—体化产品到人工智能、航天 航空等领域都大量应用单片机技术。本章 介绍单片机的8个应用例子，来说明如何应 用已经学到的知识，结合具体对象的特殊 要求，设计单片机的应用电路，阐述单片 机的应用方法和设计步骤。
l3.1 智能化温度仪表的设计
• 在工业生产、科学研究和日常生活中，温
度是最常用的一个测量参数。传统的温度 测量仪表结构复杂，功能有限，特别是在 温度值的显示和非线性处理方面，存在许 多的缺陷。应用单片机制造的智能化温度 测量仪表，具有量程宽，线性度好，显示 方便灵活，可以设置操作键盘和语音功能。
l3.1 智能化温度仪表的设计
3. 硬件电路的设计
• 根据温度仪表的技术设计要求，硬件电路
设计如图13.2所示。
l3.1 智能化温度仪表的设计
电路原理图分析如下。
(1) 温度检测部分
• 图中Rt、电阻Rl组成温度信号的取样电路，其中Rt为热敏电阻温
度传感器，运算
• 放大器A和电阻R2～R5、电位器W1为温度测量电路，由运算放
l3.1 智能化温度仪表的设计
• 按钮选型：一般电源按钮使用开关式按钮，在关
机时切断电源。功能按钮常常使用乒乓式开关， 主要用于向单片机在瞬时输入一个电脉冲信号。 应该考虑按钮在仪表面板上的安放位置、大小和 颜色，使之操作方便，与外壳成为一体。
• 电路和软件的设计：要充分发挥智能化仪表的特
长，尽量简化硬件电路，利用单片机的智能化功 能，能用软件解决的尽量用软件来解决，可以节 约硬件费用，提高智能化程度。硬件电路要与软 件相辅相成。
第13章
单片机实用技术举例
13.1 13.2 13.3 13.4 13.5 13.6 13.7 13.8
智能化温度仪表的设计 PID智能控制器的设计 单片机数字万用表的设计 电子血压计的设计 步进电机在精确走步中的应用 单片机在串行通信中的应用 单片机在气象参数测量中的应用 单片机在模糊控制中的应用
• 仪表外壳设计：由于温度仪表是便携式的，要考
虑仪表的大小、材质、颜色、显示窗口尺寸位置、 按钮位置和电池安放位置，要考虑电路板的大小 尺寸和安装方式及以后维修拆装的问题。或者是 到市场上选择合适的现成的仪表壳，现成的仪表 外壳总有不尽如意的地方，但前期费用小，开发 周期短。
l3.1 智能化温度仪表的设计
• 措施一，三点式线性校正。所谓三点式线性校正，
就是在测量电路里，串联一只固定电阻来补偿热 敏电阻的非线性，如图13.3所示。测量电路供电 电压为E，使测温范围二等分的三点上误差为0， 三点以外的其它各点的误差特性为“S”字形曲线。 热敏电阻是负温度系数的非线性的热敏电阻，补 偿后，在10ºC范围内，最大误差约为±0.01ºC。 在30ºC范围内，约为±0.5ºC。50ºC范围约为 ±0.6ºC，100ºC范围约为±3ºC。
l3.1 智能化温度仪表的设计
l. 智能化仪表的概念
• 智能化仪表是常规测量仪表与单片机相结
合的产物。智能化仪表能够解决常规仪表 不易解决的问题，能够简化仪表电路，提 高仪表的可靠性，降低仪表成本。
l3.1 智能化温度仪表的设计
智能化仪表的组成框图如下图所示。
传
变
A
显
感
送
/
示
器
器
D
单
片
机
串
面 板
行 通 信
l3.1 智能化温度仪表的设计
• 在图中，传感器用于信号的检测，通过传
感器把要检测的值转换成相应的物理量或 电信号。由于这个信号比较微弱，而且通 常是非线性的，需要进行放大和线性化处 理，具有这种功能的电路就是变送器，它 能把检测到的微弱的、非线性的信号变换 成标准的1-5V或ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ-20mA线性变化的电压、 电流信号，再由A/D转换器把检测到的模拟 量信号转换成对应的0-255的数字量(相对于 8位单片机)，输入单片机CPU中。在CPU中， 通过内部的数据处理程序把测量值在显示 器中显示，或者通过单片机的串行输出口 把信号传送到其它地方。
l3.1 智能化温度仪表的设计
• 由于有了单片机，可以采用自校正软件技
术来消除测量仪表内部的电子元器件产生 的电压漂移。可以采用自诊断技术实现仪 表的故障自检，或通过面板操作键，进入 故障自诊断状态，进行仪表的自诊断，通 过显示器来表示故障的类型。可以采用数 字滤波技术和单片机的逻辑判断功能，提 高测量仪表的抗干扰能力。
l3.1 智能化温度仪表的设计
2. 智能化温度仪表的总体设计 (l) 仪表设计要求
• 温度测量范围： -5℃～55℃ • 温度测量精度： ±0.5℃ • 仪表为便携式，三位半液晶显示，设置二
个按钮：电源开关、功能键
• 供电：二节7号电池
l3.1 智能化温度仪表的设计
• (2) 设计思路 • 根据温度仪表的设计要求，必须首先进行仪表的
l3.1 智能化温度仪表的设计
• 液晶显示器选型：为了适合便携式仪表省
电的特点，一般都选择液晶显示器。但是 液晶显示器有字段式、点阵字符式、点阵 图型等，为了获得较好的显示效果和仪表 的个性，需要进行液晶显示器的设计。包 括显示的字符多少、大小和位置，包括显 示器的引脚排列和使用的驱动器。对于一 般的温度测量仪表，可以直接在市场上选 择现成的通用的字段式液晶显示器。
l3.1 智能化温度仪表的设计
• 人们可以使用仪表的面板操作键，对仪表的测量
功能进行选择。在智能化仪表中,单片机是主要的 部分,单片机有存储器、运算器、控制器、输入输 出端口和程序存储器，能够实现四则运算、逻辑 判断、自诊断、自校正、自适应、自学习等功能。 由于有了单片机，可以用软件的方法对测量信号 进行线性化处理，从而简化了测量信号处理部分 的电路，可以用软件的方法实现测量值的数字化 显示，可以通过串行通信实现数据的远程传送， 可以与PC机相连，对测量值进行统计、存储、打 印等。
大器A输出与测量温度相对应
• 的电压信号。 • 因为温度仪表的温度测量范围是-5℃～55℃，在这一范围内，可
以选择的温度传感器有铂电阻、铜电阻、热敏电阻等，但是热敏 电阻灵敏度高，反应速度快，测量电路简单，是测量温度的理想 传感器。可是热敏电阻的非线性比较严重，在传统测量方法中难 以获得好的测量效果，有了单片机,这个问题就可以很方便地予 以解决。在本设计方案中，从两个方面采取措施来解决热敏电阻 产生的非线性问题。
第13章
单片机实用技术举例
• 随着单片机技术的发展，单片机应用已经
渗透到各个领域。从家用电器、测量控制 仪表、机电—体化产品到人工智能、航天 航空等领域都大量应用单片机技术。本章 介绍单片机的8个应用例子，来说明如何应 用已经学到的知识，结合具体对象的特殊 要求，设计单片机的应用电路，阐述单片 机的应用方法和设计步骤。
l3.1 智能化温度仪表的设计
• 在工业生产、科学研究和日常生活中，温
度是最常用的一个测量参数。传统的温度 测量仪表结构复杂，功能有限，特别是在 温度值的显示和非线性处理方面，存在许 多的缺陷。应用单片机制造的智能化温度 测量仪表，具有量程宽，线性度好，显示 方便灵活，可以设置操作键盘和语音功能。
l3.1 智能化温度仪表的设计
3. 硬件电路的设计
• 根据温度仪表的技术设计要求，硬件电路
设计如图13.2所示。
l3.1 智能化温度仪表的设计
电路原理图分析如下。
(1) 温度检测部分
• 图中Rt、电阻Rl组成温度信号的取样电路，其中Rt为热敏电阻温
度传感器，运算
• 放大器A和电阻R2～R5、电位器W1为温度测量电路，由运算放
l3.1 智能化温度仪表的设计
• 按钮选型：一般电源按钮使用开关式按钮，在关
机时切断电源。功能按钮常常使用乒乓式开关， 主要用于向单片机在瞬时输入一个电脉冲信号。 应该考虑按钮在仪表面板上的安放位置、大小和 颜色，使之操作方便，与外壳成为一体。
• 电路和软件的设计：要充分发挥智能化仪表的特
长，尽量简化硬件电路，利用单片机的智能化功 能，能用软件解决的尽量用软件来解决，可以节 约硬件费用，提高智能化程度。硬件电路要与软 件相辅相成。
第13章
单片机实用技术举例
13.1 13.2 13.3 13.4 13.5 13.6 13.7 13.8
智能化温度仪表的设计 PID智能控制器的设计 单片机数字万用表的设计 电子血压计的设计 步进电机在精确走步中的应用 单片机在串行通信中的应用 单片机在气象参数测量中的应用 单片机在模糊控制中的应用