基于Delphi的PIC单片机测温仪硬件设计

【摘要】本文设计的主要内容是利用若干个PIC单片机设计多点温度测量系统，通过RS-232接口与上位机（PC机）通信，下位机通过编制不同发送程序发送数据，最终由上位机存储数据及对下位机进行监控。

【关键词】PIC16F877；单片机；串口通信；A/D转换

在很多生产和工作的现场，对所处的环境指标有特殊的要求，因此，必须对相关数据进行实时监测。如在工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控对象。随着工业生产环境的复杂程度不断提高，现场环境参数的技术指标也需要得到相应的提高，而以往传统的监测和控制已不能满足人们对现场环境参数的要求，在这种趋势下，采用单片机来对现场环境参数进行监测和控制取得了较快的发展。采用单片机进行控制不仅具有控制方便、简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控对象的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。因此，利用单片机对现场环境参数的采集问题是一个工业生产中经常遇到的问题。

1.测温仪功能

（1）能实时显示环境温度。

（2）测温范围0～100℃，精度为0.5℃。

（3）能实现测量的数据和PC机的传送。

（4）上位机用Delphi编程实现实时监控。

2.系统设计方案

2.1 系统模型

本文是基于微机控制通信的单片机通用数据采集系统。以单片机为核心，电路设计采用模块化。整个系统由主机，温度采集，键盘及显示，上下位机通讯等四部分组成。

（1）主机板：它是由PIC单片机构成的最小系统来完成。

（2）温度采集部分：它的电路由温度采集电路，放大电路及A/D转换电路构成。其中电桥是温度传感器，经过ICL7650放大电路将电压信号放大后，在经过A/D转换器，将模拟量转换为数字量，然后送PIC16F877进行处理。

（3）显示及键盘控制部分：它是由三个放大三极管分别控制三个八段数码管的亮灭实现动态扫描来进行显示的。用键盘来控制是否向上位机发送数据。

（4）上下位机通信：整个系统分为上位机和下位机，其中下位机为PIC16F877系列单片机，其主用功能是对温度参数进行实时采集监测与控制，上位机为个人PC机，其能通过RS-232-C串行总线接口与单片机的通信口进行数据通信，从而实现对温度参数进行实时观测控制。

在本文的设计中，模块的整体设计如图1所示。

2.2 温度采集电路模块

温度采集主要器件为温度传感器，也可自己制作测温电桥。采用温度传感器PT100作为电桥电路为主的采集电路。温度量到电压量的转化方法是温度传感器PT100作为电桥电路的一个桥臂，电桥在某一温度时呈现平衡状态，其输出是为零；当温度发生变化时，PT100的阻值也跟着发生变化，电桥的平衡被打破，电桥将输出一个电压值，这样就实现了温度信号到电压信号的转变。由于电桥输出的电压信号很小（毫伏级），应经过一个高精度而且放大倍数也很配备的运放将该信号进行放大。电压量到数字量的转变方法是将放大后的电压信号输入A/D转换器，A/D转换器将电压信号转换成数字量信号，这样就完成了温度采集。

2.3 显示电路

LED显示器件可以采用静态和动态两种显示方式。

静态显示方式的每一位可独立的控制，显示不同的字符，显示稳定，但需要的I/O比较的多。为了节省I/O口线，可以采用动态显示，也可以利用74LS164这一芯片“串入并出”的独特特点来实现。

动态显示方式是采用扫描方法显示字符，在每一个时刻所有LED位的段选码相同，由位选码控制相应的LED位显示或熄灭。只要满足一定的扫描速度（如每位被刷新的频率是30次/秒），则显示的字符序列就是稳定。

从本文设计的实际出发，也为了体现PIC系列单片机强大的口驱动能力，也考虑到硬件设计的成本，可选择用动态扫描的方法来制作显示电路。

2.4 键盘电路

一般键盘可以设计为独立式按键和行列式按键结构两大类。独立式结构键盘的每个按键单独占用一个I/O口，上拉电阻是为了保证电阻确保按键松开时，I/O口线有确定的高电平。可以采用查询方式或中断方式读取按键。

行列式键盘，占用相同数量的I/O口线的田间下，允许的按键数量要多的多，所以I/O口线较少但要求按键数量较多的情况下一般采用行列式结构键盘。行列式键盘的工作方式是先由列线送扫描字，然后读取行线状态判断按键。键盘程序也可设计为中断方式。

在本文的设计中，由于使用的按键比较少（仅3个按键），所以没有必要使用行列式键盘。使用独立式键盘即可。由于行列式键盘在扫描时要对行和列分别进行扫描，所以它的扫描速度没有独立式键盘快。

2.5 A/D转换电路

PIC16F87X系列单片机都具有A/D转换功能，对于在本次设计中使用的PIC16F877具有8个模拟输入端。这些模拟输入通道共享一个采样/保持电路，用一个多选一模拟开关进行切换。采样/保持电路的输出是A/D转换器的输入。A/D转换器是采用逐次逼近法进行模拟转换，转换的结果是10位的数字量。A/D转换的模拟基准电压可用软件编程选择，可以选择芯片的正电源电压VDD，负电源VSS以及参考电压。在40脚的PIC16F877中，11/32脚和12/31脚分别是芯片的电源端和接地端。这种A/D转换器集成在芯片的内部，再加上芯片使用了两个电源端和接地端（在芯片的中部），这样就可大大的减少电路对A/D转换的影响，使得测量的更为精确。

2.6 串行通信

在单片机应用中，如图2所示，常把单片机作为PC机的前置机充当数据终端，利用串行口和PC机通信，单片机完成数据的采样，PC机完成数据的的处理，达到很高的性能，如IC卡读/写机、变电站中使用的远程终端RTV等。PC机的串行中（COM1或COM2）是RS232电平（+12V为0，-12V为1），单片机的串行口是TTL电平，必须进行电平转换器（如1488发送器，1489接收器或TC233接收器发送器）变成RS232电平以后才能和PC机的串行口相连。

利用PIC16F877单片机的USART串行接口，可以和其他设备进行串行通信。

2.7 硬件实现方法与电路

PIC单片机输入输出的电平是TTL电平，与RS-232-C不匹配，一般需要用硬件实现电平的转换。在发送端用驱动器将TTL电平转换为RC-232-C电平，在接收端用接收器将RC-232-C电平再转换成TTL电平。

用于进行电平转换的IC比较多，如：ADM202、ADM203、MAX202、MAX232、MC1488、MC1489等等，用户可以根据需要进行选择。MAX232是双路发送/接收转换器，在一片上具有两个发送器和两个接收器。单电源供电（+5V），属于通用串行接收/发送驱动器芯片，它的电路简单，只需要外接5个0.1uF的电容即可。

3.结论

本文设计了一种专用测温仪，下位机采用嵌入式单片机PIC16系列，上位机采用Delphi作为开发工具，进行串口通讯并设计出友好的界面，应用PIC单片机对多点的温度进行采集和测量，通过RS-232接口将测量数据传输到PC机实时显示和记录于数据库中以便查询，并能动态显示。

参考文献

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