儀表組成
系統(tǒng)由電源供電、單片機*小系統(tǒng)、LED 顯示及驅(qū)動、鍵盤、AD 轉(zhuǎn)換電路、控制輸出電路、串行通信電路組成。此系統(tǒng)基本上已是通用設(shè)計應用，已比較廣泛不再贅述，系統(tǒng)設(shè)計中在保證系統(tǒng)的可靠性和精度的前提下盡量縮減本，同時通過優(yōu)化設(shè)計提高儀表各個方面的性能。下面簡述一下優(yōu)化部分的硬件組成。
2.1 單片機選用宏晶科技51 內(nèi)核STC 系
列單片機，在國產(chǎn)低成本的優(yōu)勢之外STC 單片機應用ISP/IAP（在系統(tǒng)/在應用編程）技術(shù)使片內(nèi)程序存儲器可作為EEPROM 使用，設(shè)計中外部無須再連接片外數(shù)據(jù)存儲器；同時無需專用編程器可通過串口直接下載用戶程序，同時芯
片封裝可選用體積較小的QFP 貼片，降低了線路板體積，提高抗干擾能力。其內(nèi)部集成了MAX810 專用復位電路也簡化了外圍電路。此外此系列單片機超低功耗、超強抗干擾、高抗靜電的特性也是設(shè)計中選擇的重要原因。
2.2 AD 轉(zhuǎn)換電路使用555 定時器組成多
些諧振蕩器以實現(xiàn)電壓到頻率的轉(zhuǎn)換。其特點同樣是簡單實用，結(jié)合單片機程序設(shè)計可以達到較高精度。同傳統(tǒng)AD 轉(zhuǎn)換電路相比具有低成本和抗干擾性強的優(yōu)點。VF 電路頻率輸出端直接接入單片機計數(shù)器外部輸入端P3.4。計數(shù)
器T0 可工作在中斷方式，在16 位計數(shù)器溢出的情況下在中斷中增加內(nèi)部存儲器作為計數(shù)器的高位，可大范圍提高測量部分的頻率范圍*終提高AD 部分的測量分辨率。
2.3 為了提高系統(tǒng)測量穩(wěn)定性及精度在電
路設(shè)計中我們應用了一片模擬開關(guān)電路CD4051。CD4051 相當于一個數(shù)字控制的單刀八擲開關(guān)，其應用于AD 轉(zhuǎn)化電路前相當于將AD 轉(zhuǎn)化擴展到了八路。在此處擴展的主要作用有兩個：其一，在擴展出的輸入上接入零點（模擬
地）和一路標準電壓。其作用是每次測量溫控器時同時測量零點和量程作為參照，這樣就可以完全杜絕VF 轉(zhuǎn)換電路的時飄和溫飄等不穩(wěn)定因素，在提高測量的穩(wěn)定性的同時也降低了對555定時器及其周邊器件的要求，在低成本的前提
下實現(xiàn)較高精度及穩(wěn)定性。其二，一般溫控器的傳感器有多種類型如熱電偶、熱電組、mv 信號、4-20ma 信號等，如將這些信號接入同一個點可能導致信號調(diào)理電路互相影響或者說增加了信號調(diào)理電路的復雜程度，而目前的模擬開關(guān)電路可以使不同的信號獨立接入相互獨立的開關(guān)上，測量時由單片機選擇相應傳感器即可。具體電路見圖1。

3 軟件設(shè)計
軟件設(shè)計部分包含顯示驅(qū)動掃描、鍵盤掃描、中斷處理、計數(shù)器處理（AD 轉(zhuǎn)換）、串行通訊、溫度計算、溫度控制（數(shù)字PID 算法）、自檢、自動標定等一系列程序模塊。文中著重介紹和硬件優(yōu)化設(shè)計有關(guān)的部分。
3.1 AD 轉(zhuǎn)換部分：每次的AD 轉(zhuǎn)換分時轉(zhuǎn)換三次，*次單片機IO 輸出選中模擬開關(guān)中地線對應的接入點，此時通過測量VF 轉(zhuǎn)換得到零點計數(shù)值X0；第二次單片機IO 輸出選中模擬開關(guān)中標準電壓對應的接入點，此時得到標準電壓計數(shù)值X1；第三次單片機IO 輸出選中模擬開關(guān)中模擬輸入對應的接入點，此時通過測量VF 轉(zhuǎn)換得到計數(shù)值X；對應的AD 轉(zhuǎn)換結(jié)果應為y=(x-x0)/(x1-x0)* 標準電壓。此電壓值通過查表可得到對應的溫度值。溫度電壓表通過
自動標定程序獲得。通過查表方式從根本上解決了溫度測量調(diào)理電路和VF 轉(zhuǎn)換電路帶來的非線性，軟件中無需再增加非線性調(diào)整部分的設(shè)計，但傳感器及其電路的線性越差標定時需要的標定點就會越多。由于模擬開關(guān)的引入使系統(tǒng)測量部分AD 轉(zhuǎn)換的時間增加了三倍是本設(shè)計的一個缺點。
3.2 自動標定部分：生產(chǎn)過程中通過特殊操
作使儀器進入自動標定流程，儀表首先運行自檢程序，自檢結(jié)束進入自動標定流程。以傳感器為熱電阻PT100 的自動標定為例：溫控儀自檢結(jié)束LED 顯示100 提示接入標準電阻箱的阻值調(diào)至100 歐姆（或者溫控表和工裝通過串口連接，工裝接受串行口傳送數(shù)據(jù)自動接入標準電阻100 歐姆）。待顯示屏溫度顯示穩(wěn)定后按下確認鍵此時溫控儀記錄此時的AD 值和對應溫度生成表中的一個點。依此類推可得到完整的電壓溫度表供實際使用時查詢。標定結(jié)果可以直接顯示在LED 屏，上也可通過串口連接管理微機實現(xiàn)生產(chǎn)管理自動化