基于pt100_热电阻的简易温度测量系统毕业设计论文(编辑修改稿)

基于pt100_热电阻的简易温度测量系统毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

D623 就是具有上述描述的三运放结构，在本设计中 我们根据手中的元器件材料最终选择了 AD620 作为放大器电路的首级放大。 AD620 是低价格、低功耗仪用放大器，它只需要一只 外部电阻就可设置 1～1000 倍的放大增益，它具有较低的输入偏置电流、 较快的建立时间和较高的精度，特别适合于精确的数据采集系统，如称重 和传感器 接口，也非常适合医疗仪器的应用系统（如 ECG 检测和血压监视）、多路转换器及干电池供电 的前置放大器使用。 AD620 的内部结构是由 OP07 组成的三运放结构，性能大大优于自制的三运放 IC 电路设计，其基本接法是在 1 脚与 8 脚之间外接一 RG 电阻，增益由式G=1+ /RG 确定，由于它的外围电路十分简单，所以它在 本系统中的应用见下图 24 所示。 由于我们的温度测量范围是 0～ 100℃，而此时的温度传感器的电阻值根据分度表为 100欧姆～ ，由于我们设计的恒流源为 5/3毫安，因此 AD620的输入端为 毫伏，假设考虑我们的 TLC2543 的最大输入为 ，我们设计的放大器的增益在尽量保证分辨率的条件 下，则为 20 倍，假设我们只用一个 AD620，则 AD620 的输出为 2V～ 5V(TLC 只能转换 5V)，这样 12 位的 A/D 转换器的分辨率则大于题目的要求 ℃，因此，我们必须将 100 欧姆以下的值通过偏置的方法将其减掉，然后通过增加放大倍数 来尽量提高分辨率，这里我们设计的偏置电路同样见下图 5 所示。 这里设计的首级放大器的倍数是 20 倍，而后级放大则为 4 倍，合计的放大倍数为 80 倍，这样就完全满足设计分辨率的要 求。 基于 Pt100_热电阻的简易温度测量系统 15 R910kR740k85326741U3A D 62085326741U2op 07V R 12kR82kV R 24kV C C+ 12V 12V+ 12V 12VR 1010kA023增益调整放大器 1 放大器 2 及偏置电路传感器信号的输入 图 24 放大电路 A/D 转换模块 TLC2543 简介 在本设计系统中，为了将模拟量温度转换成数字量，采用德州仪器公司生产的 12 位开关电容型逐次逼近模数转换器 TLC2543，它具有三个控制输入端，采用简单的 3 线 SPI 串行接口可方便地与微机进行连接，是 12 位数据采集系统的最佳选择器件之一。 TLC2543 与外围电路的连线简单，三个控制输入端为 CS(片选 )、输入 /输出时钟 (I/O CLOCK)以及串行数据输入端 (DATA INPUT)。 片内的 14 通道多路器可以选择 11 个输入中 的任何一个或 3 个内部自测试电压中的一个，采样－保持是自动的，转换结束， EOC 输出变高。 基于 Pt100_热电阻的简易温度测量系统 16 TLC2543 的主要特性 (1) 11 个模拟输入通道； (2) 66ksps 的采样速率； (3) 最大转换时间为 10μ s； (4) SPI 串行接口； (5) 线性度误差最大为177。 1LSB； (6) 低供电电流 (1mA 典型值 )； (7) 掉电模式电流为 4μ A。 TLC2543 引脚简介 TLC2543 的引脚排列如图 25 所示。 A01A12A23A34A45A56A67A78A89GND10A911A 1012R13R+14/C S15DO16DI17C L O K18E O C19V C C20T L C 2543 图 25 TLC2543的引脚 AIN0～ AIN10：模拟输入端，由内部多路器选择。 对 的 I/O CLOCK，驱动源阻抗必须小于或等于 50Ω。 CS：片选端， CS 由高到低变化将复位内部计数器，并控制和使能 DATA OUT、DATA INPUT 和 I/O CLOCK。 CS 由低到高的变化将在一个设置时间内禁止DATA INPUT 和 I/O CLOCK。 基于 Pt100_热电阻的简易温度测量系统 17 DATA INPUT：串行数据输入端，串行数据以 MSB 为前导并在 I/O CLOCK的前 4 个上升沿移入 4 位地址，用来选择下一个要转换的模拟输入信号或测试电压，之后 I/O CLOCK 将余下的几位依次输入。 DATA OUT： A/D 转换结果三态输出端，在 CS 为高时，该引脚处于高阻状态；当 CS 为低时，该引脚由前一次转换结果的 MSB 值置成相应的逻辑电平。 EOC：转换结束端。 在最后的 I/O CLOCK 下降沿之后， EOC 由高电平变为低电平并保持到转换完成及数据准备传输。 VCC、 GND：电源正端、地。 REF＋、 REF－：正、负基准电压端。 通常 REF＋接 VCC， REF－接 GND。 最大输入电压范围取决于两端电压差。 I/O CLOCK：时钟输入 /输出端。 TLC2543 每次转换和数据传送使用 16 个时钟周期，且在每次传送周期之间插入 CS 的时序。 根据 TLC2543 时序图可以看出，在 TLC2543 的 CS 变低时开始转换和传送过程， I/O CLOCK 的前 8 个上升沿将 8 个输入数据位键入输入数据寄存器，同时它将前一次转换的数据的其余 11 位移出 DATA OUT 端，在I/O CLOCK 下降沿时数据变化。 当 CS 为高时， I/O CLOCK 和 DATA INPUT被禁止， DATA OUT 为高阻态。 TLC2543 与单片机的连接如图所示。 基于 Pt100_热电阻的简易温度测量系统 18 图 26 TLC2543与单片机连接图 单片机控制电路 本设计是采用 STC89C52RC 单片机作为主控电路，其中 P1 口为 A/D 转换器，, 为按键控制， P0 为液晶数据端口 ， P2 为液晶控制端口 ，用于对液晶 进行 控制。 如图 8 所示。 图 2 7 STC89C52RC 单片机控制电路 A0 1 A1 2 A2 3 A3 4 A4 5 A5 6 A6 7 A7 8 A8 9 GND 10 A9 11 A10 12 R 13 R+ 14 /CS 15 DO 16 DI 17 CLOK 18 EOC 19 VCC 20 TLC2543 VCC 5V CLOK D1 D0 /CS A0 基于 Pt100_热电阻的简易温度测量系统 19 显 示模块 本设计采用液晶 12864来显示温度及温度曲线。 其连线图如下： 图 28 液晶显示 第三章 软件设计 系统总流程的设计 本系统先进行初始化，然后 PT100进行温度采集，然后经过放大， A/D采集后由单片机处理读到的数据，然后通过液晶显示温度及温度曲线。 流程图如下： 基于 Pt100_热电阻的简易温度测量系统 20 图 31 系统总流程图 主函数的设计 系统初始化，调用温度子程序，调用显示子程序，调用扫描按键程序，然后循环。 流程图如下： 图 32 主函数流程图 开始 系统初始化 PT100 温度数据采集 处理读到的数据 显示温度及温度曲线 结束 开始 系统初始化 调用温度子程序 调用显示子程序 调用扫描按键程序 基于 Pt100_热电阻的简易温度测量系统 21 温度转换流程图的设计 温度转换函数先行初始化 ， A/D 转换开始工作，单片机将转换后的电压转换成温度。 流程图如下： 图 33 温度转换流程图 显示流程图 主函数将数据写入 12864，读取温度值。 并显示温度及温度曲线。 流程图如下：开始 初始化函数 A/D 转换器进行 A/D 转换 将转换后的电压转换为温度 返回 基于 Pt100_热电阻的简易温度测量系统 22 图 34 显示流程图 按键流程的设计 图 35 按键流程图 开始 将温度数据写入 12864 液晶 读取温度值 显示温度 值及温度曲线 返回 基于 Pt100_热电阻的简易温度测量系统 23 第四章 数据处理与性能分析 采集的数据及数据处理 表 41采集的数据 温度℃ 39 49 55 69 74 80 93 电压 V 通过最小二乘法拟合的直线： Y=X* （公式 3） 性能测试分析 做实际的电 路板时为了调零的需 要先将 Pt100 用 100Ω的电阻来代替，模拟出一个外界温度为 0℃的环境，以便于通过对电位器的调节使其输出电压为 0V。 先检查电路各个模块是否能正常工作，如 T431 的参考极的电压是否为 ，代替 Pt100 的 100Ω电阻两端的电压是否是 ，通过对信号放大模块中的电位器的调节是否能正常影响信号放大模块和运放加减模块的输出电压。 将电路板调试正常后，调节电位器使电路最终输出端的电压降到 0V，但是在实际调节中输出电压调节到 时就没有办法继续下调了，由于输出电压是随电位器的电压上升而下降的，故可能是 和电位器串联的电阻 R8 设置得太小了。 将 100Ω电阻拆下换上 Pt100 热敏电阻进行实际测量 ,测得电压为 ，测得的温度为 21℃，而这时用标准的温度传感器测得的温度也为 21℃，在用 Pt100 测体温，测得，为 36℃，误差很小，电路设计成功。 故前面的 的误差可能是其他原因照成的，但是由于没有尝试其他标准温度的测量还不能对产生误差的原因进一步分析。 基于 Pt100_热电阻的简易温度测量系统 24 第五章 结论与心得 1 结论 根据电路板的测试结果表明电路工作正常，能实现设定的功能，达到指标要求，但是对低温的测量可能存在着较大的误 差。 2 心得 通过这次的课程设计我掌握了一些简单的设计过程和调试方法。 在设计一个电路时可以先查阅相关资料，然后先确定电路中各个模块要实现的功能以及基本指标，再确定对各个模块中的器件的型号和常数，最后将各个模块联系起来再进一步进行调整。 将设计好的电路放到仿真软件上进行仿真，观察电路以及各个模块能否按设定的状态工作，最终结果是否正确， 将实际电路做出来后要 进行调试，调试时可先测试最终的输出能否达到预想的结果，电路不能正常工作是要对电路的各个模块进行检查，可以和软件仿真调试时一样检查各个模块是否正常工作，找到工作 不正常的模块后，对该模块的各个性能指标以及各点输入输出是否正确，然后分析可能产生错误的原因后再进行进一步的排查和调试。 然后不断的重复以上对实际电路的调试过程，直到电路全部正常工作。 在对各个模块进行检测时可先检测电源模块是否正常工作，因为很多错误都是电源部分出问题导致或可以影响并反映在电压部分上，如在这次的调试过程中发现大多数同学的电路出现问题都是电源的问题，要么是 TL431 烧坏了，要么是芯片烧坏了影响到了 TL431 的参考极的电压，导致电源部分异常。 本电路可以检测 TL431 参考极的电压是否正确，发现不正 确可先将芯片（尤其是做隔离网。