本科生课程设计（论文）
第2章 课程设计的方案论证
2.1 概论
本次设计设计一款反应釜温度检测仪，能够显示反应釜的实时温度和报警，而且能够调节报警值的上下限。
2.2 方案论证
方案1：
采用PLC控制。PLC包括CPU，I/O模块，电源，以及各种通讯模块。利用传感器采集信号，显示模块显示温度值，报警模块进行报警信号，按键模块设置报警值上下限。达到设计目的。 方案2：
采用单片机控制。单片机包括CPU,存储器，I/O单元，定时计数单元。利用传感器输入模拟信号，之后对模拟信号进行A/D转换。送入单片机，经单片机控制后转化量后由数码管输出温度值。由按键进行报警值的上下限设置。
根据本设计要求需要设计一个反应釜温度检测装置，系统相对简单，逻辑相对较少，考虑到PLC价格较高，单片机系统可达到与PLC相同的功能，而且价格低廉，采用单片机是最佳的方案。
本系统以单片机为核心，利用温度检测电路采集和转换信号，输出到单片机，然后经由单片机处理后，在I/O口输出。系统总体框图如图2.1所示。
温度检测电路 报警电路 振荡电路 CPU 显示电路 复位电路 按键电路 图2.1 系统总体框图
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2.3 器件选型
单片机选用AT89S51单片机，AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，性能好，稳定性较好。足够满足本次设计要求。
传感器选用K型热电偶传感器，K型热电偶传感器的测温范围为0-1300℃，线性度较好，本次要求测温范围为0-1000℃，故符合设计要求。
A/D转换选用ADC0804，它是8 位单通道逐次比较型A/D转换器。转换时间约为100us，不需要调零，具有参考电压输入端，用在本设计正为合适。
显示采用4位共阳极数码管，其具有段选和位选功能。能够显示0-1000内所有的整数值。
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第3章 硬件设计
3.1 单片机最小系统设计
AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和Flash存储单元。
本次设计采用外部时钟方式，设定系统的晶振频率为12MHZ，外部时钟源直接接到单片机的XTAL1端，其XTAL2端悬空。电路中的电容C1和C2均选择30pF。可以保证稳定时钟电路的运行。
单片机的复位是由外部的复位电路所实现的。为了保证系统能可靠复位，RST引脚上的高电平必须大于复位所要求的高电平时间。两个电阻R1和R2一个采用220Ω，一个采用10KΩ。电容选用10uF。能够良好保证系统的正常复位和运行。其最小系统电路图如图3.1所示。
图3.1 最小系统电路图
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3.2 温度检测电路设计
由于测温范围为0-1000℃，所以采用K型热电偶传感器，能够满足任务的要求，且价格低廉，性价比高。
热电偶由两种不同成份的均质金属导体组成，形成两个热电极端。当两端存在温度梯度时，回路中就会有电流通过，产生电动势。热电偶产生的毫伏信号经放大电路后由VT端输出。其电路图如图3.2所示。
图3.2 温度检测电路图
由电路图可以得知，第一级反相放大公式：
UL1UO1??R5? (3-1)
R4可以得知，第一级的增益为10。 第2级反相放大电路公式：
UVT???RW1?R9??UO1 (3-2) R8可以得知,第二级的增益为50，总增益为500。0-10mV热电偶信号放大后转化0-5V的电压值。
3.3 A/D转换电路设计
本设计选用ADC0804A/D转换器来完成设计，ADC0804是一种逐次比较型单路模拟输入、8位数字量输出的A/D转换器。一共有20引脚,8个输出口分别接单片机的P1口。6引脚接基准电压电源，18引脚电源。CS 和WR 用来控制A/D 转换的启动信号。CS 、RD 用来读A/D 转换的结果，当它们同时为低电平时，输出数据锁存。CLKI和CLKR为时钟信号输入端。9引脚为模拟信号输入端。其电路图如图3.3所
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示。
图3.3A/D转换电路图
3.4显示电路设计
对于共阳极数码管来说，公共阳极接电源，发光二极管接低电平，相应的段码被显示。七段码逆时针分别编码为a、b、c、d、e、f、g。0代表点亮数码管，1代表熄灭。S1、S2、S3、S4为位选。决定某一位显示。段选信号接到单片机的P2口，位选信号接到单片机的P0口。P0口作I/O口时需加上拉电阻。工作时通过控制位选和段选来决定某一位显示的数值。通过编程实现以上内容。能够实现温度值的显示功能。其电路图如图3.4所示。
图3.4 显示电路图
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反应釜温度检测仪设计
