毕业设计论文--基于labview串口的现场实时多通道温度采集测量与实现(编辑修改稿)

毕业设计论文--基于labview串口的现场实时多通道温度采集测量与实现(编辑修改稿)内容摘要：

和有源滤波两大类。 若滤波电路元件仅由无源元件（电阻、电容、电感）组成，则称为无源滤波电路。 无源滤波的主要形式有电容滤波、电感滤波和复式滤波 (包括倒 L型、 LC滤波、 LC∏ 型滤波和 RC∏ 型滤波等 )。 若滤波电路不仅由无源元件，还由有源元件（双极型管、单极型管、集成运放）组成，则称为有源滤波电路。 有源 滤波的主要形式是有源 RC滤波，也被称作电子滤波器。 无源滤波电路的结构简单，易于设计，但它的通带放大倍数及其截止频率都随负载而变化，因而不适用于信号处理要求高的场合。 有源滤波电路的负载不影响滤波特性，因此常用于信号处理要求高的场合。 滤波电路还可以分为高通、低通、带通和带阻滤波器，是一种能使有用频率信号通过，同时抑制无用频率成分的电路。 设计 需要采集由温度传感器将温度转化为电压的信号，在实际中温度 的变化频率不可能是太高的。 为了使采集到的电压信号更加稳定可靠， 设计需要将高于 50HZ以上的信号滤除掉，才能进行电压信 号的放大。 在满足要求的前提下，为了使设计更加的简单，采用 RC无源低通滤波电路。 RC低通滤波器的截止频率计算公式为 : CRf  2 1 其中 : R 为电阻的阻值，单位为 。 C 为电容值，单位为 F。 设计中选用的电容为FC  ,电阻 33R ， 所以可以计算出低通滤波器的截止频率为 : zzf   1 63 所以 满足截止频率小于 50HZ的要求， RC低通滤波电路原理图 设计 如图 24所示。 桂林电子科技大学毕业设计（论文） 报告用纸 第 7 页 共 45 页 图 24 RC低通滤波电路 OP07 放大电路 设计 采用运算放大 器 OP07作为主芯片 组 建电压放大电路，放大经过 RC低通滤波器电路后的电压信号。 OP07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。 由于 OP07具有非常低的输入失调电压 ，所以 OP07在很多应用场合都不需要额外的调零。 OP07同时具有输入偏置 电流低各和开环增益高的特点。 这种低失调电压、高开环增益的特性使得 OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器输出的信号。 温度 传感器 TC1047 在 0℃到 40℃的电压输出范围为 到 ，每 mV10 变化一度， 精度 要求为 ℃。 而采用的是 8 位的 A/D 转换，最大能分辨 20mV 电压变化，放大器的放大倍数为 5 即可满中要求。 设计要求能实时快速地采集温度的变化，对采集的速度有较高的要求，不能通过 模拟开关来分时放大每一通道的电压信号，而是每个通道都有各自的放大电路，这样就可以大大提高温度采集的速度。 单通道放大电路原理图如图25 所示。 图 25 单通道电压放大电路 桂林电子科技大学毕业设计（论文） 报告用纸 第 8 页 共 45 页 如上图 25所示为三运放组成的差分放大电路，其中 9U 和 10U 都是组成电压 跟 随器，用于增大输入阻抗减小输出阻抗。 10U 的管脚 3输入温度传感器的输出电压， 11U 用于将电压进行差分放 大。 需要根据要求计算各电阻的参数值。 10U 的输出电压为： 32313 )( RR RVV  „„„„„„„„„„„„„„ （ 21） 根据运算放大器虚短虚断的特性可得： 14142 RVVVR VV out „„„„„„„„„„„„ （ 22） 其中 : 43 VV , inVV1 , 02V „„„„„„„„„„„„„„ „ （ 23） 由 公式（ 21）、（ 22）和（ 23） 可计算出如下表达式： 132311 )( )( RRR RRVRVVinout   „„„„„„„„„„„ （ 24） 其中表达式（ 24）中 1321 RVR 、 RR 为电阻阻值，单位为 。 outin VV、 分别为输入输出电压，单位为 V。 设 表达式 （ 24） 中的 GVVinout ,G 即为电压放大倍数，为了方便计算，取  121 RR ，  ,将 5G 和所选择的电阻 阻值 代入 （ 24） 可得： 1)( )11(5   RV 解得：  ,电阻 1RV 用一个 50 的滑动变阻器代替，便于 放大倍数 的调节。 A/D 转换电路 设计 采用两片分辨率为 8位的 A/D转换芯片 ADC0832将已放大的模拟电压信号转换为单片机可以处理的数字信号。 ADC00832为 8位分辨率的逐次逼近型双通道 A/D转换芯片，其最高分辨可达 256级，可以适应一般模拟量的转换要求。 其内部电源输入与参考电压复用，使得芯片的模拟电压输入在 0～ 5V之间。 芯片的转换时间仅为 32us，具有双数据输出可作为数据校验，以减小误差，转换速度快且性能稳定性强。 独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变得更加方便。 设计要求采集 4通道的模拟量，而单片 ADC0832只有双通道，所以选择使用 2片ADC0832。 之所以选择两片 ADC0832作为 A/D转换电路，而不是选择集成有多通道的 A/D转换芯片，如 ADC0834或 ADC0838，而这两个芯片在操作时更复杂，编写软件时会降低模拟 桂林电子科技大学毕业设计（论文） 报告用纸 第 9 页 共 45 页 量采集的速度，若选用常用的转换芯片 ADC0809,在频率为 500KHZ时，转换速度才 128us，速度也达不到。 在设计时将两片芯片的引脚 CLK、 DI和 DO分别对应并联在一起连接到单片片机的三个 I/O口上，而两芯片的片选信号 CS则连接到不同的 I/O口上，可以通过片选端来选择要操作的 A/D芯片。 两片 ADC0832组成的 A/D转换电路原理图如图 26所示。 图 26 A/D转换电路 LCD1602 显示电路 设计 LCD1602主要 用于显示采集到的 4路温度值。 LCD1602是常用的液晶显示屏，它显示的内容为 16 2，即可以显示两行，每行 16个字符，目前绝大多数字符液晶基于HD44780液晶芯片的， 控制原理是完全相同的，因此基于 HD44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。 LCD1602工作电压为 5V，内含复位电路，提供各种控制命令 如：清屏、字符闪烁、光 标闪烁、显示移位等多种功能。 有 80字节 显示数据存储器 DDRAM， 内建有 192个 5X7点阵 的字型的字符发生器 CGROM和 8个可由用户自定义的 5X7的字符发生器 CGRAM。 图 27 LCD1602显示电路 LCD1602 主要由控制引脚和数据引脚 2 个部分组成。 参考图 27其中 RS 和 RW 两个引脚用于控制 LCD1602 的写操作类型，当 RS 和 RW均为 0 时，即都为低电平时，则此次 桂林电子科技大学毕业设计（论文） 报告用纸 第 10 页 共 45 页 单片机发送的 8位数为对 LCD1602 的控制命令，通过命令类型的判断执行相应的 LCD的配置。 而当 RS 为 1 即高电平时，则发送 的 8 位数为需要显示的内容， LCD 对其进行显示。 每次的写命令，需要将 LE控制引脚置为高电平，使能此次写，平时状态则置为低电平。 引 脚 1和 2分别为 LCD 的电源和接地端， 引 脚 15 和 16分别为 LCD 背光调节的正极和负极，分别接上电源和地。 LCD 的 3 引脚用于调整字符显示的对比度，此部分通过外加一个 10K 电位器，接电源和地之间来实现手动的调整，一般当对比度不够高时，字符不会显示 ，而增加太多时会出现重影，因此合适的对比度对于显示效果比较重要。 串口通信电路 设计 采用 MAX232芯片进行单片与 PC之间的电平转换，实 现单片机与 PC机之间的通信。 MAX232芯片是美信（ MAXIM）公司专为 RS232标准串口设计的单电源电平转换芯片，使用 +5V单电源供电。 由于电脑串口 RS232电平是 10V， +10V，而一般的单片机应用系统的信号电压是 TTL电平 0 V和 +5V,MAAX232就是用来进行电平转换的 ,该器件包含 2驱动器、2接收器和一个电压发生器电路提供 TIA/EIA232F电平。 该器件符合 TIA/EIA232F标准，每一个接收器将 TIA/EIA232F电平转换成 5V TTL/CMOS电平。 每一个发送器将TTL/CMOS电平转换成 TIA/EIA232F电平。 图 28 串口通信电路 串口通信电路原理图设计如图 28所示。 此次设计的串口通信电路主要使用 MAX232芯片 来实现电平转换。 其中 T1IN和 R1OUT分别接单片机的发送引脚 TXD和接收引脚 RXD，MAX232 外接 5 个 1uf 电容 为经典电路的接法， 主要实现振荡式升压将单片机的电平变成符合计算机的电平类型。 与计算机接口电路使用 RS232 DB9 接头，由于不需要奇偶校验等，因此只需接其中 3 根线， 即 发送、接收和地线。 桂林电子科技大学毕业设计（论文） 报告用纸 第 11 页 共 45 页 电源稳压电路 设计要求运算放大器 OP07需要在正负电源下工作，并且 A/D的参考电压值也需要较稳定。 为了使电路正常并且稳定工作，选用 L78 / L79稳压芯片设计稳压电源。 L78系列是三端正电源稳压芯片，它有一系列固定的固定的正电压输出，应用十分广泛。 芯片内部有电流限制、过热保护以及安全工作区的保护，使它基本不会损坏。 如果能够提供足够的散热片，就能够提供大于。 虽然芯片是按照固定输出电压来设计的，但是接入适当的外部器件后，就能获得各种不同的输出电压和输出电流。 L79系列是三端稳压芯片除了输出是负电压之外，其余特 性与 L78系列是三端稳压芯片基本一致。 图 29 稳压电源电路 电源电路原理图如图 29所示。 选用 L7812和 L7912稳压芯片分别得到稳定的正 12V和负 12V电压。 而 A/D转换芯片、温度传感器和单片机等都需要正 5V的工作电压，选用 L7805稳压芯片得到稳定的正 5V电压输出。 其中 P5用于接 220V交流转 12V交流的变压器，对 12V交流经过整流后输出直流正电压和直流负电压。 将整流后的直流电压经过一个 2200uF和一个。 然后通过稳压芯片 L7812和 L7912就可以得到稳定的正负 12V电压，把稳压管输出的正 12V作为 L7805的输入， L7805就可以输出稳定的正 5V电压。 桂林电子科技大学毕业设计（论文） 报告用纸 第 12 页 共 45 页 3 下位机软件 设计 下位机程序设计使用 KEIL C的编译环境，并使用 C语言进行程序的编写，然后 经过编译 后 生成 .hex文件。 此次设计因为要用到串口通信，所以选择使用串口下载，将 代码下载到相应 STC89C52的单片机中去。 主程序框架 下位机程序设计 采用模块化的设计思想， 主要包括下面几部分： （ 1） 编写 LCD1602驱动程序，实现对 LCD1602的 8字节写命令操作函数、写 数据操作函数 ，调用写命令函数初始化液晶屏以及通过写命令和写数据这两个函数来编写在指定的位置显示单个字符、在指定的位置开始显示字符串等扩展函数，便于在主程序中调用。 通过在主程序中调用相应的 LCD显示函数，最终完成 4路温度值的显示。 （ 2） 编写 ADC0832驱动程序，实现对 4通道模拟电压的采集。 程序中包括相应通道的选择和对 A/D转换结果 1个字节的读取。 为了能方便在主函数中选择转换通道和读取相应通道的 A/D转换结果。 将程序设计成有两个参数变量和带返回值的函数，其中一参数变量用来选择对那片芯片操作，另一个参数变量用 来选择转换通道，最后的返回值则为 A/D的转换结果。 （ 3） 编写串口通信程序，实现将 A/D转换的 8位数字量通过串口发送到上位机。 串口通信程序包括串口的初始化配置函数，串口 1个字节发送函数。 其中串口的初始化配置要特别注意波特率的设置，应该和上位机的波特率设置成一样大小，保证串口通信更 准确；而串口发送则采用查询法。 在主程序中通过调用发送子函数即可以将数据发送到上位机。 （ 4）编写主程序，实现在主程序中调用已编写好的子程序，即将整个下位机的的功能在主程序中实现。 在主函数中，首先对 LCD160 ADC082和串口进 行初始化，然后在一个大循环中不停地采集 A/D转换的数据，并通过处理通过串口发送到上位，同时再经过适当的处理，在 LCD上显示出温。