畢業(yè)設(shè)計（論文）單片機磨床溫度補償器設(shè)計

1、畢業(yè)設(shè)計論文論文題目： 磨床溫度補償器設(shè)計系 部： 自動控制系 專 業(yè)： 自動化 班 級： 學生姓名： 學 號： 指導(dǎo)教師： 年 月 日畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書指導(dǎo)教師職稱教研室學生姓名班級設(shè)計題目： 磨床溫度補償器設(shè)計 設(shè)計時間： 設(shè)計任務(wù)：本次設(shè)計要求溫度范圍在-50度100度之間，測量精度為+/-0.3度之間，溫度超出設(shè)定最高溫度，必須進行相應(yīng)的器件報警，并且給出相應(yīng)的溫度補償信號進行溫度補償，除此之外，還應(yīng)該具有手動設(shè)定溫度上下限功能，以及通過數(shù)碼管顯示當前溫度和上限溫度功能。 畢業(yè)設(shè)計成績教師評閱成績指導(dǎo)老師認定成績小組答辯成績答辯成績答辯委員會評定成績答辯委員會主任（簽名）摘 要在人類的生活

2、環(huán)境中，溫度扮演著極其重要的角色。尤其是在磨床加工機器零件時，由于高速運轉(zhuǎn)和摩擦產(chǎn)生大量的熱量，從而使溫度上升，產(chǎn)生一定的體積膨脹，造成測量誤差。溫度對于工業(yè)如此重要，由此人們越來越重視溫度因素，許多產(chǎn)品對溫度范圍要求嚴格，而目前市場上普遍存在的溫度檢測儀器在進行測量時大多有抗干擾能力差、軟件編程復(fù)雜等缺點。本次設(shè)計要求溫度測量的抗干擾能力很強，軟件編程相對簡單的優(yōu)點，但是有溫度信息傳遞不及時、精度不夠的缺點，不利于工業(yè)控制者根據(jù)溫度變化及時做出決定。在這樣的形式下，開發(fā)一種能夠同時測量溫度，并且實時性高、精度高，能夠綜合處理單點溫度信息的測量系統(tǒng)就很有必要。本課題以at89c2051單片機系

3、統(tǒng)為核心，對磨床進行單點的溫度實時巡檢。各檢測單元能獨立完成各自功能，同時能夠根據(jù)主控單片機的指令對溫度進行定時采集，測量結(jié)果能在本地顯示，而且可以利用單片機串行口，將采集的數(shù)據(jù)傳送到主控機，進行進一步的存檔、處理。單片機負責控制指令的發(fā)送，控制ad590進行溫度采集，收集測量數(shù)據(jù)，并對測量結(jié)果（包括歷史數(shù)據(jù)）進行整理、顯示和存儲。主控機與各部分能夠相互聯(lián)系、相互協(xié)調(diào)，從而達到系統(tǒng)整體統(tǒng)一、和諧的效果。 關(guān)鍵詞：單片機 ad590 溫度測量abstracttoday, in our life, the temperature becomes more and more important an

4、d a lot of products are sensitive to temperature. however, temperature-measuring apparatus in the market now only can check and measure the temperature of one point, at the same time, the temperature information is not real time and the precision is low. it takes a great of troubles for the industry

5、-controllers to make decision .in this situation, design and implement one applicable system which can watch measure and control the temperature and the measuring results is real time and the precision is great is more essential. in order to meeting this application, this paper talk about the multip

6、le-points temperature measuring system.this system based on single chip computer, can inspect and control multiple temperatures in real time. the slaved machine can collect temperature information on its own and display it on the led module. following the master machines command, the slaved machine

7、can up-send the temperature information to the master machine. the master machine sends commands, controls the ds18b20 gathering and up-sending the temperature data including history information, and it manages processes and stores the temperature information. the master and slaved computer will exc

8、hange information and correspond to each other, so it works together perfectly.key words： single chip computer ad590 measure-temperature目 錄課程設(shè)計任務(wù)書.1摘要. 3緒論.7第一章 總體設(shè)計.9 1.1方案論證.10 1.2 總體方案比較11第二章 硬件電路設(shè)計及描述 142.1 總體系統(tǒng)框圖：. 152.2 89c2051單片機的概述 162.3 電源電路設(shè)計. 17 2.4 溫度采集電路設(shè)計. 18 2.4.1 ad590概述. 192.4.2 ad5

9、90的應(yīng)用電路 202.5 ad轉(zhuǎn)換電路設(shè)計.24 2.5.1 ad574a的概述.24 2.5.2 ad574a與單片機的接口電路. 25 2.5.3 ad574a的轉(zhuǎn)換和中斷.26 2.6 按鍵模塊設(shè)計. 26 2.7顯示電路設(shè)計. 27 2.8 補償脈沖輸出電路設(shè)計.27 2.9 本章小結(jié). 28第三章 軟件設(shè)計流程及描述28 3.1總體描述.29 3.2 溫度采集電路的軟件設(shè)計293.2.1ad574a的轉(zhuǎn)換.303.2.2 ad574a的中斷.31 3.3 顯示電路的軟件設(shè)計. 33 3.4 本章小結(jié)35.第四章 結(jié)論. 36致謝.37參考文獻. 38附錄.391 課程設(shè)計原理圖.4

10、01.1面板原理圖.401.2內(nèi)部原理圖.402 pcb圖.402.1面板pcb.402.2內(nèi)部pcb.413 全部程序清單.42緒 論 隨著時代的前進和發(fā)展，控制智能化、儀器小型化、功耗微小化進一步發(fā)展,單片機得到了廣泛關(guān)注,并且在這些領(lǐng)域中起到了舉足輕重的作用，這就把單片機的應(yīng)用提到重要的地位，單片機的應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計就成為新的熱門技術(shù)。特別是mcs-51系列單片機由于其使用和擴展都比較簡單,并且與大多數(shù)廠家的單片機兼容,所以更加引起人們的關(guān)注和大量的研究。隨著精加工工業(yè)的迅速發(fā)展，越來越多的地方需要通過溫度來控制工業(yè)系統(tǒng)，所以溫度系統(tǒng)越來越多的應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。因此，溫度的采集與顯示系統(tǒng)就是工

11、業(yè)生產(chǎn)過程中比較典型的應(yīng)用之一。其應(yīng)用范圍十分廣泛，為人們的生產(chǎn)和生活提供了巨大的便利。因為溫度傳感器的種類很多，主控制器的類型也是多種多樣，所以溫度系統(tǒng)的設(shè)計方案也是多種多樣的。本例是溫度系統(tǒng)的一個比較典型的應(yīng)用。眾所周知：磨床在加工機器零件時，由于磨件高速傳動產(chǎn)生了大量的熱量，多數(shù)材料在溫度升高時都會產(chǎn)生一定的體積膨脹，雖然膨脹的比例非常小，但是由于磨床加工的通常是比較精細的零件，不允許有任何的誤差，這就需要磨床通過一定的系統(tǒng)來控制磨件的溫度誤差。而具體到磨床上，磨床是通過磨削液來控制磨床磨削過程中的正確溫度的，那就是說要將磨床磨削液的溫度控制在一定的范圍內(nèi)，以保證磨床正常工作時的磨削溫度

12、，從而消除長時間工作摩擦升溫引起的工件膨脹帶來的誤差，進一步使加工的工件尺寸合適無誤。本課題是設(shè)計一個磨床溫度補償器，通過溫度傳感器采集實時溫度，并且通過主控制器來比較溫度的合適性，如果溫度不合適，就通過主控制器輸出一定的補償脈沖，來將磨床磨削液的溫度控制在一定的范圍內(nèi)，以保證磨床正常工作時的磨削溫度，從而消除長時間工作摩擦升溫引起的工件膨脹帶來的誤差。本設(shè)計是以mcs-51系列單片機中的at89c2051單片機為核心器件，采用溫度傳感器ad590做檢測器件，進行單點溫度檢測，檢測精度為+/-0.3c，溫度顯示采用4位led數(shù)碼管顯示,并且將采集的溫度與設(shè)定值比較，溫度不合適時輸出補償信號，以

13、確保磨床磨削液的適當溫度。首先，總體論述了當前流行的各種測量溫度的方法，并且將它們進行比較，得到本課題的最佳方案-ad590溫度系統(tǒng)。然后，具體論述了本系統(tǒng)的硬件電路的各個部分，并對各個部分用到的器件和各個芯片在系統(tǒng)中的作用，做了詳細的說明，然后給出了各個部分的具體工作過程和系統(tǒng)的整個工作過程。其次，根據(jù)在硬件電路中敘述的工作過程在軟件中去實現(xiàn)，每部分軟件都給出了具體和流程圖和部分主要程序，并給出了詳細的注釋。最后給出了整個設(shè)計的硬件電路圖和具體的源程序。第一章：總體設(shè)計1.1 方案論證：溫度測量的方案有很多種，可以采用傳統(tǒng)的分立式傳感器、模擬集成傳感器以及新興的智能型傳感器。對于控制系統(tǒng)可以

14、采用計算機、單片機、plc等。本次設(shè)計要求溫度范圍在-50度100度之間，測量精度為+/-0.3度之間，溫度超出設(shè)定最高溫度，必須進行相應(yīng)的器件報警，并且給出相應(yīng)的溫度補償信號進行溫度補償，除此之外，還應(yīng)該具有手動設(shè)定溫度上下限功能，以及通過數(shù)碼管顯示當前溫度和上限溫度功能。鑒于上訴題目要求，進行如下方案設(shè)計：1.1.1 設(shè)計方案一：本方案以at89c51單片機系統(tǒng)為核心，可以對多點或單點進行實時控制巡檢。主控機與各從機之間能夠相互聯(lián)系、相互協(xié)調(diào)，從而達到了系統(tǒng)整體統(tǒng)一和諧的控制效果。單片機是溫度采集和控制模塊的核心，是必不可少的部分，在各個溫度采集和控制模塊中，單片機主要是讀取ds18b20

15、中的溫度采集結(jié)果，并進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。本設(shè)計使用了目前較流行的at89c51，為此首先對其進行必要的介紹：at89c51是一種帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（fperomfalsh programmable and erasable read only memory）的低電壓，高性能cmos8位微處理器，俗稱單片機。at89c51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。主要特性：與mcs-51 兼容 、4k字節(jié)可編程閃爍存儲器 、壽命：1000寫/擦循環(huán)、數(shù)據(jù)保留時間：10年、全靜態(tài)工作：0hz-24hz、三級程序存儲器鎖定、128*8位內(nèi)部ram、32可編程i/o線

16、、兩個16位定時器/計數(shù)器、5個中斷源 、可編程串行通道、低功耗的閑置和掉電模式、片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。具體框圖如下：溫度測點1溫度測點2溫度測點3溫度測點4從機1從機2從機3從機4主控機89c51鍵盤led模塊聲光報警圖1-1 方案一的系統(tǒng)框圖該方案主控機和從機完全由單片機實現(xiàn)，采用該方案完全可滿足工業(yè)上大部分需求，而且相對與第二種方案價格更加容易讓人接受。上圖中，從機部分實現(xiàn)的功能幾乎和主機是對等的，但會接受主機發(fā)送過來的命令的指示。溫度測點1傳感器adcmculed聲光報警rs-485接 口圖1-2 從機的框圖地址總線控制總線地址數(shù)據(jù)復(fù)用總 線控制總線用戶i/o口圖1-3 at89c51

17、單片機的圖該方案采用熱電阻pt100做溫度傳感器、ad620作為信號放大器max187作為a/d轉(zhuǎn)換部件，對于溫度信號的采集具有大范圍、高精度的特點。熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測元件之一，其優(yōu)點是測量精度高、測量范圍廣，常用的熱電偶從-50至+1600均可連續(xù)測量。但需采用電路或軟件設(shè)計等修正方法來補償冷端溫度t00時對測溫的影響，使用不便。熱電阻也是最常用的一種溫度傳感器。它的主要特點是測量精度高，性能穩(wěn)定，使用方便，測量范圍為-200600。其中pt100作為傳感器最為經(jīng)常應(yīng)用。就本方案言，優(yōu)點在于其性價比好一些，但是熱電偶采集到的數(shù)據(jù)還需要進一步的數(shù)據(jù)處理，該過程相當煩索，而且線性化難

18、以實現(xiàn)，所以我也不準備采用這個方案。1.1.2 設(shè)計方案二：采用pc機作為主控機，單片機構(gòu)成信號采集單元。通過溫度傳感器采集溫度信號，經(jīng)信號放大器放大后，送到a/d轉(zhuǎn)換芯片，經(jīng)過含有單片機的檢測系統(tǒng)的進一步分析處理，通過通信線路將信息上行到pc機，在pc機上我們可對溫度信號進行任何分析、處理。 圖1-4 方案二的系統(tǒng)框圖采用該方案技術(shù)已經(jīng)成熟，而且通過將溫度信息上傳到pc機，利用pc機強大的數(shù)據(jù)處理能力和相應(yīng)的輔助軟件，可以多角度、多需求的分析處理溫度數(shù)據(jù)，但這在工業(yè)上大多不是必須的。而且目前pc的機價格的原因，制造出這樣的系統(tǒng)，不會得到普遍的應(yīng)用。所以我不準備采用此種方案。1.1.3 設(shè)計方

19、案三：ad590是美國模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。ad590的測溫范圍為-55+150。溫度測量誤差小于1，分辨力小于0.1。符合本次設(shè)計的任務(wù)要求。另外由于ad590精度高、價格低、它有非常好的線性輸出性能，溫度每增加1，其電流增加1ua。常用于測溫和熱電偶的冷端補償。 具有低成本和易使用的特點。總體電路結(jié)構(gòu)框圖如圖所示 圖1-5 數(shù)字溫度計電路結(jié)構(gòu)框圖主控制器的選擇：單片機at89c2051具有低電壓供電和小體積等特點，兩個端口剛好滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計需要，很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計使用，系統(tǒng)可用二節(jié)電池供電。而且較小的芯片利于步線。溫度傳感器的選擇：ad590是美國模擬器件公

20、司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)912位的數(shù)字值讀數(shù)方式。主要依據(jù)如下：(1). 根據(jù)測量對象與測量環(huán)境確定傳感器的類型要進行個具體的測量工作，首先要考慮采用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。因為，即使是測量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用，哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根據(jù)被測量的特點和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問題：量程的大?。槐粶y位置對傳感器體積的要求；測量方式為接觸式還是非接觸式；信號的引出方法，有線或是非接觸測量；傳感器的來源，國產(chǎn)還是進口，價格能否承受，還

21、是自行研制。(2). 靈敏度的選擇通常，在傳感器的線性范圍內(nèi)，希望傳感器的靈敏度越高越好。因為只有靈敏度高時，與被測量變化對應(yīng)的輸出信號的值才比較大，有利于信號處理。但要注意的是，傳感器的靈敏度高，與被測量無關(guān)的外界噪聲也容易混入，也會被放大系統(tǒng)放大，影響測量精度。因此，要求傳感器本身應(yīng)具有較高的信噪比，盡員減少從外界引入的串擾信號(3). 頻率響應(yīng)特性傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真的測量條件，實際上傳感器的響應(yīng)總有定延遲，希望延遲時間越短越好。傳感器的頻率響應(yīng)高，可測的信號頻率范圍就寬，而由于受到結(jié)構(gòu)特性的影響，機械系統(tǒng)的慣性較大，因有頻率低的傳感

22、器可測信號的頻率較低。(4). 線性范圍傳感器的線形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。以理論上講，在此范圍內(nèi)，靈敏度保持定值。傳感器的線性范圍越寬，則其量程越大，并且能保證一定的測量精度。在選擇傳感器時，當傳感器的種類確定以后首先要看其量程是否滿足要求。但實際上，任何傳感器都不能保證絕對的線性，其線性度也是相對的。當所要求測量精度比較低時，在一定的范圍內(nèi)，可將非線性誤差較小的傳感器近似看作線性的，這會給測量帶來極大的方便。(5). 穩(wěn)定性傳感器使用一段時間后，其性能保持不變化的能力稱為穩(wěn)定性。影響傳感器長期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身結(jié)構(gòu)外，主要是傳感器的使用環(huán)境。因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，

23、傳感器必須要有較強的環(huán)境適應(yīng)能力。在選擇傳感器之前，應(yīng)對其使用環(huán)境進行調(diào)查，并根據(jù)具體的使用環(huán)境選擇合適的傳感器，或采取適當?shù)拇胧?，減小環(huán)境的影響。(6). 精度精度是傳感器的一個重要的性能指標，它是關(guān)系到整個測量系統(tǒng)測量精度的一個重要環(huán)節(jié)。傳感器的精度越高，其價格越昂貴，因此，傳感器的精度只要滿足整個測量系統(tǒng)的精度要求就可以，不必選得過高。這樣就可以在滿足同一測量目的的諸多傳感器中選擇比較便宜和簡單的傳感器?；谝陨系倪x擇規(guī)則，進一步比較ad590與熱電偶pt100，特別是考慮到本設(shè)計的事物大小，我還是選擇了ad590作為本次設(shè)計的傳感器?？傮w方案比較：方案一中pc機價格昂貴，不宜采納，而方

24、案二中由于pt100需要考慮信號處理、線性化等問題，系統(tǒng)穩(wěn)定性差，特別是本次設(shè)計所需溫度范圍不大，用ad590的-55+150就可以滿足要求，更何況ad590精度高、價格低、不需輔助電源、線性好。ad590是一種由所在環(huán)境溫度決定的恒流輸出器件而且是直接數(shù)字信號輸出，無需再進行信號處理，系統(tǒng)相應(yīng)可以得以簡化?，F(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。綜上所述，本次設(shè)計我選擇方案三系統(tǒng)單片機at89c2051作為核心元件，ad590數(shù)字溫度傳感器進行溫度采集。第二章 硬件電路設(shè)計及描述2.1 總1 總體系統(tǒng)框圖： 圖2-1 總體框圖2.2 89c2051單片機的概述：2

25、.2.1 比較at89c51與at89c2051:表21at89c51和at89c2051主要性能表at89c51at89c2051 4kb可編程flash存儲器（可擦寫1000次）2kb可編程flash存儲器（可擦寫1000次）三級程序存儲器保密兩級程序存儲器保密靜態(tài)工作頻率:0hz-24mhz靜態(tài)工作頻率:0hz-24mhz128字節(jié)內(nèi)部ram128字節(jié)內(nèi)部ram2個16位定時/計數(shù)器2個16位定時/計數(shù)器一個串行通訊口一個串行通訊口6個中斷源6個中斷源32條i/o引線15條i/o引線片內(nèi)時種振蕩器1個片內(nèi)模擬比較器2.2.2 特性：與mcs51產(chǎn)品兼容2k字節(jié)可重編程閃存耐久性：1,00

26、0次讀/寫周期工作電壓2.7v至v全靜態(tài)運行：0hz至24mhz兩級程序鎖存1288位內(nèi)部ram15個可編程i/o口兩個16位定時器/計數(shù)器五個中斷源可編程串行uart（通用異步收發(fā)器）通道可直接驅(qū)動led的輸出芯片級模擬比較器低功耗空閑模式和微功耗模式（power-down mode）2.2.3 說明：at89c2051是一種低電壓、高性能的8位cmos微型計算機。帶2k字節(jié)的閃存和可擦除編程只讀存儲器（eprom）。該器件應(yīng)用愛特美爾（atmel）的高密度非易失性技術(shù)生產(chǎn)，與工業(yè)級mcs51架構(gòu)組相兼容。將一片通用的8位cpu與閃存集成在單塊芯片上，愛特美爾at89c2051是一種功能強大

27、的微型計算機。它為許多嵌入式控制提供了高靈活性低成本的解決方案。 at89c2051的標準特性如下：2k字節(jié)閃存，128字節(jié)ram，15個i/o口，兩個16位定時器/計數(shù)器，一個五失量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，一個精準模擬比較器，芯片級振蕩器和時鐘電路。另外，at89c2051用靜態(tài)邏輯設(shè)計，可在低至零頻下工作，支持兩種軟件可選節(jié)能模式?？臻e模式下cpu不工作，而ram，定時器/計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。微功耗模式（power-down mode）下保存ram的內(nèi)容，但凍結(jié)振蕩器，禁止其它所有的芯片功能直到下一個硬件復(fù)位到來。2.3 電源電路設(shè)計：工作原理：圖中為t1電源變壓器

28、，它的作用是將交流電網(wǎng)電壓v1變?yōu)檎麟娐芬蟮慕涣麟妷?，四只整流二極管d1 d4接成電橋的形式，故有橋式整流電路之稱。先計算文件參數(shù)：二極管d1、d3和d2、d4兩兩輪流導(dǎo)通的，所以流經(jīng)每個二極管的平均電流為：id=ic=0.45。二極管在截止時管子兩端承受的最大反向電壓可以從圖1中看出。在正半周時d1、d3導(dǎo)通，d2、d4截止。此時d2、d2所承受的最大反向電壓均為的最大值。即= 。同理，在的負半周，d、d也承受到同樣大小的反向電壓。橋式整流電路的優(yōu)點是輸出電壓高 ，紋波電壓較小，管子所承受的最大反向電壓較低，同時因為電源變壓器在正、負半周內(nèi)都有電流供給負載，電源變壓器得到了充分的利用，

29、效率較高。因此，這種電路在半導(dǎo)體整流電路中得到了頗為廣泛的應(yīng)用。圖2-2 5v電源示意圖濾波電路：我們采用電容濾波電路。因為本設(shè)計為小功率電源,初始時電容器兩端初始電壓為零，接入交流電源后，當為正半周時，通過d1、d3向電容器c充電；當為負半周時，通過d2、d4向電容器c充電。充電時間常數(shù)為。包括變壓器副繞組的直流電阻和二極管d的正向電阻。由于一般很少，電容器很快就達到了交流電壓的的最大值。由于電容器無放電回路，故輸出電壓保持在，輸出為一個恒定的直流。電容濾波電路的特點：1. 二極管的導(dǎo)電角，流過二極管的瞬時電流很大，電流的有效值和平均值的關(guān)系與波形有關(guān)。在平均值相同的情況下，波形越尖，有效值

30、越大，在純電阻負載時，變壓器副邊電流的有效值而有電容濾波時2. 負載平均電壓升高，紋波(交流成分)漸少，且rc越大，電容放電速率越慢，則負載電壓中的紋波成分越小，負載平均電壓越高。為了得到平滑的負載電壓，一般取 d=rlc(35)t/2 （21）其中t為電源交流電壓的周期。3. 負載直流電壓隨負載直流電流增加二減少。隨的變化關(guān)系稱為輸出特性或者外特性。 c值一定，當rl=，即空載時當c=0，即無電容時4. 在整流電路的內(nèi)組不太大(幾歐)和放電時間常數(shù)滿足式（21）的 關(guān)系時，電容濾波電路的負載電壓和的關(guān)系約為總之，電容濾波電路簡單，負載直流電壓vl較高，紋波也較小，它的缺點是輸出特性較差，故適

31、用于負載電壓較高，負載變動不大的場合。2.4 溫度采集電路設(shè)計：為了系統(tǒng)設(shè)計的需要和對ad590有個更好的了解，先把ad590的工作原理說明如下：2.4.1 ad590概述：ad590是美國模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。ad590產(chǎn)生的電流與絕對溫度成正比，它可接收的工作電壓為4v30v，檢測的溫度范圍為55150，它有非常好的線性輸出性能，溫度每增加1，其電流增加1ua。 ad590是美國模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。它的主要特性如下：1、流過器件的電流（ma）等于器件所處環(huán)境的熱力學溫度（開爾文）度數(shù)，即：ma/k式中： 流過器件（ad590）的電流，單位為ma；

32、t熱力學溫度，單位為k。2、ad590的測溫范圍為-55+150。3、ad590的電源電壓范圍為4v30v。電源電壓可在4v6v范圍變化，電流 變化1ma，相當于溫度變化1k。ad590可以承受44v正向電壓和20v反向電壓，因而器件反接也不會被損壞。4、輸出電阻為710mw。5、精度高。ad590共有i、j、k、l、m五檔，其中m檔精度最高，在-55+150范圍內(nèi)，非線性誤差為0.3。表2-2 ad590溫度與電流的關(guān)系圖攝氏溫度ad590電流經(jīng)10k電壓0273.2 ua2.732v10283.2 ua2.832 v20293.2 ua2.932 v30303.2 ua3.032 v403

33、13.2 ua3.132 v50323.2 ua3.232 v60333.2 ua3.332 v100373.2 ua3.732 v2.4.2 ad590的應(yīng)用電路： 1、基本應(yīng)用電路 圖2-3（a）是ad590的封裝形式，圖2-3（b）是ad590用于測量熱力學溫度的基本應(yīng)用電路。因為流過ad590的電流與熱力學溫度成正比，當電阻r1和電位器r2的電阻之和為1kw時，輸出電壓vo隨溫度的變化為1mv/k。但由于ad590的增益有偏差，電阻也有誤差，因此應(yīng)對電路進行調(diào)整。調(diào)整的方法為：把ad590放于冰水混合物中，調(diào)整電位器r2，使vo=273.2mv。或在室溫下(25)條件下調(diào)整電位器,使v

34、o=273.2+25=298.2（mv）。但這樣調(diào)整只可保證在0或25附近有較高精度。 圖2-3 ad590的圖2、攝氏溫度測量電路 如圖2-4所示，電位器r2用于調(diào)整零點，r4用于調(diào)整運放lf355的增益。調(diào)整方法如下：在0時調(diào)整r2，使輸出vo=0，然后在100時調(diào)整r4使vo=100mv。如此反復(fù)調(diào)整多次，直至0時，vo=0mv，100時vo=100mv為止。最后在室溫下進行校驗。例如，若室溫為25，那么vo應(yīng)為25mv。冰水混合物是0環(huán)境，沸水為100環(huán)境。 圖2-4 ad590測溫電路要使圖2-4中的輸出為200mv/，可通過增大反饋電阻（圖中反饋電阻由r3與電位器r4串聯(lián)而成）來實

35、現(xiàn)。另外，測量華氏溫度（符號為）時，因華氏溫度等于熱力學溫度減去255.4再乘以9/5，故若要求輸出為1mv/，則調(diào)整反饋電阻約為180kw，使得溫度為0時， vo=17.8mv；溫度為100時，vo=197.8mv。ad581是高精度集成穩(wěn)壓器，輸入電壓最大為40v，輸出10v。 2.5 ad轉(zhuǎn)換電路設(shè)計：2.5.1 ad574a的概述： ad574a是美國模擬數(shù)字公司（analog）推出的單片高速12位逐次比較型a/d轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置雙極性電路構(gòu)成的混合集成轉(zhuǎn)換顯片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特點，并且具有自動校零和自動極性轉(zhuǎn)換功能，只需外接少量的阻容件即可構(gòu)成一個完整的a/d轉(zhuǎn)換器。其

36、主要功能特性如下：分辨率：12位 非線性誤差：小于1/2lbs或1lbs 轉(zhuǎn)換速率：25us 模擬電壓輸入范圍：010v和020v，05v和010v兩檔四種 電源電壓：15v和5v 數(shù)據(jù)輸出格式：12位/8位 芯片工作模式：全速工作模式和單一工作模式 ad574a的引腳說明： 1. pin1(+v)+5v電源輸入端。 圖2-5 ad574a的引腳圖 2. pin2()數(shù)據(jù)模式選擇端，通過此引腳可選擇數(shù)據(jù)縱線是12位或8位輸出。3. pin3()片選端。4. pin4(a0)字節(jié)地址短周期控制端。與端用來控制啟動轉(zhuǎn)換的方式和數(shù)據(jù)輸出格式。須注意的是，端ttl電平不能直接+5v或0v連接。5. p

37、in5()讀轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)控制端。6. pin6(ce)使能端?，F(xiàn)在我們來討論ad574a的ce、和a0對其工作狀態(tài)的控制過程。在ce=1、=0同時滿足時，ad574a才會正常工作，在ad574處于工作狀態(tài)時，當=0時a/d轉(zhuǎn)換，當=1是進行數(shù)據(jù)讀出。和a0端用來控制啟動轉(zhuǎn)換的方式和數(shù)據(jù)輸出格式。a0-0時，啟動的是按完整12位數(shù)據(jù)方式進行的。當a0=1時，按8位a/d轉(zhuǎn)換方式進行。當=1，也即當ad574a處于數(shù)據(jù)狀態(tài)時，a0和控制數(shù)據(jù)輸出狀態(tài)的格式。當=1時，數(shù)據(jù)以12位并行輸出，當=0時，數(shù)據(jù)以8位分兩次輸出。而當a0=0時，輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的高8位，a0=1時輸出a/d轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的低4位，這四位占

38、一個字節(jié)的高半字節(jié)，低半字節(jié)補零。 7. pin7(v+)正電源輸入端，輸入+15v電源。 8. pin8(ref out)10v基準電源電壓輸出端。 9. pin9(agnd)模擬地端。 10. pin10(ref in)基準電源電壓輸入端。 11. pin(v-)負電源輸入端，輸入-15v電源。 12. pin1(v+)正電源輸入端，輸入+15v電源。 13. pin13(10v in)10v量程模擬電壓輸入端。 14. pin14(20v in)20v量程模擬電壓輸入端。 15. pin15(dgnd)數(shù)字地端。 16. pin16pin27(db0db11)12條數(shù)據(jù)總線。通過這12條

39、數(shù)據(jù)總線向外輸出a/d轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。 17. pin28(sts)工作狀態(tài)指示信號端，當sts=1時，表示轉(zhuǎn)換器正處于轉(zhuǎn)換狀態(tài)，當sts=0時，聲明a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束，通過此信號可以判別a/d轉(zhuǎn)換器的工作狀態(tài)，作為單片機的中斷或查詢信號之用。 ad574a的工作模式：以上我們所述的是ad574a的全控狀態(tài)，如果需ad574a工作于單一模式，只需將ce、端接至+5v電源端，和a0接至0v，僅用端來控制a/d轉(zhuǎn)換的啟動和數(shù)據(jù)輸出。當=0時，啟動a/d轉(zhuǎn)換器，經(jīng)25us后sts=1，表明a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束，此時將置1，即可從數(shù)據(jù)端讀取數(shù)據(jù)。 ad574a控制端標志意義 表23控制邏輯真值表ce a0 工作狀態(tài)

40、0 x x x x 禁止 x 1 x x x 禁止 1 0 0 x 0 啟動12位轉(zhuǎn)換 1 0 0 x 1 啟動8位轉(zhuǎn)換 1 0 1 接+5v x 12位并行輸出有效 1 0 1 接0v 0 高8位并行輸出有效 1 0 1 接0v 1 低4位并行輸出有效 2.5.2 ad574a與單片機的接口電路：圖2-6是8051單片機與ad574a的接口電路，其中還使用了三態(tài)鎖存器74ls373和74ls00與非門電路，邏輯控制信號由(、和a0)有8051的數(shù)據(jù)口p0發(fā)出，并由三態(tài)鎖存器74ls373鎖存到輸出端q0、q1和q2上，用于控制ad574a的工作過程。ad轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)輸出也通過p0數(shù)據(jù)總線連至

41、8051，由于我們只使用了8位數(shù)據(jù)口，12位數(shù)據(jù)分兩次讀進8051，所以接地。當8051的p3.0查詢到sts端轉(zhuǎn)換結(jié)束信號后，先將轉(zhuǎn)換后的12位a/d數(shù)據(jù)的高8位讀進8051，然后再將低4位讀進8051。這里不管ad574a是處在啟動、轉(zhuǎn)換和輸出結(jié)果，使能端ce都必須為1，因此將8051的寫控制線和讀控制線通過與非門74ls00與ad574a的使能端ce相連。 圖2-6 8051單片機與ad574a的接口電路2.6 鍵盤模塊的設(shè)計:2.6.1 鍵盤原理:鍵盤的操作，無論是按鍵或鍵盤都是利用機械觸點的合、斷作用。一個電壓信號通過機械觸點的閉合、斷開過程。由于機械觸點的彈性作用，在閉合及斷開的瞬

42、間均有抖動過程，會出現(xiàn)一系列的負脈沖。抖動時間的長短，與開關(guān)的機械特性有關(guān)，一般為5-10ms。按鍵盤的穩(wěn)定閉合期，由操作人員的按鍵動作所確定，一般為十分之幾秒到幾秒的時間。為了保證cpu對鍵的一次閉合，公做一次鍵輸入處理，必須去除抖動的影響。通常去除抖動影響的措施有硬、軟件兩種，對于系統(tǒng)軟件量不大的場合，采用軟件去除抖動既節(jié)省硬件開銷，又很實用且有效。采用軟件去除抖動的影響的辦法是：檢測到有鍵按下是，執(zhí)行一個10-20ms的延時程序后，再確認該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，如保持閉合狀態(tài)電平則可確認確實有鍵按下，從而消除了抖動的影響。一組按鍵或鍵盤都要通過i/o口線查詢按鍵的開關(guān)狀態(tài)。根據(jù)鍵

43、盤結(jié)構(gòu)不同，采用的編碼也有所不同。但無論有無編碼，以及采用什么編碼，最后都要轉(zhuǎn)換成為與累加器中數(shù)值相對應(yīng)的鍵盤值，以實現(xiàn)按鍵功能程序的轉(zhuǎn)移（相應(yīng)的轉(zhuǎn)移指令為jmp a+dptr）。對于單片機應(yīng)用系統(tǒng)，鍵盤掃描只是cpu工作的一部分，鍵盤處理只是在有鍵按下時才有意義，對是否有鍵按下的信息檢測方式有中斷與查詢方式兩種。不同的應(yīng)用場合，所采用的鍵盤檢測手段不同。2.6.2 在編制鍵盤控制程序時應(yīng)考慮如下問題鑒測有無按鍵按下；有鍵按下后，在無硬件電路去抖時，應(yīng)用軟件延時方法去除抖動影響；有可靠的邏輯處理辦法，比如是采用雙鍵鎖定的方式還是n鍵輪回方式，如采用n鍵鎖定，即只處理一個鍵，其間任何按下又松開的

44、鍵不產(chǎn)生影響；不管一次按鍵持續(xù)有多長時間，僅執(zhí)行一次按鍵功能程序等；給出確定的鍵號以滿足散轉(zhuǎn)指令要求。2.6.3 獨立式按鍵的結(jié)構(gòu)獨立式按鍵是指直接用i/o口線構(gòu)成的單個按鍵電路。每個獨立式按鍵電路單獨占有一根i/o中線，每根i/o口線上的按鍵工作狀態(tài)不會影響其它i/o口線的工作狀態(tài)。獨立式按鍵電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，但每個按鍵必須占用一根i/o口線，在按鍵數(shù)量較多時，io口線浪費較大。故在按鍵數(shù)量不多時，常采用圖2-7這種電路。 圖2-7 按鍵電路此設(shè)計所用的查詢方式的獨立式按鍵電路。通常按鍵輸入都采用低電平有效，上拉電阻保證了按鍵斷開時，io口線有確定的高電平。當io口內(nèi)部有上拉電阻時

45、，外電路可以不配置上拉電阻。通常該端接+5v電源；其中電阻的典型值為4.7。2.7 顯示電路設(shè)計:本設(shè)計的顯示電路主要是在各個智能節(jié)點顯示相應(yīng)的現(xiàn)場的溫度，溫度的顯示是由程序控制的，是把ad590采集的和ad574a轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送到led顯示的，led數(shù)碼管是單片機控制系統(tǒng)中最常用的顯示器件之一。在本設(shè)計中用了四只數(shù)碼管去顯示各個智能節(jié)點所對應(yīng)的現(xiàn)場的溫度，溫度精確到0.3度。依據(jù)顯示驅(qū)動方式的不同，可將led數(shù)碼顯示電路分為靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式。在靜態(tài)顯示方式中，每個led發(fā)光二極管工作電流在10-20ma之間。而在動態(tài)顯示方式中，為了獲得良好的亮度，led發(fā)光二極管瞬時工作電流可以適

46、當提高，一般取20-35ma之間。其共陰和共陽碼所示：表2-4 共陰共陽對應(yīng)代碼字型0123456789共陰3fh06h5bh4fh66h6dh7dh07h7fh6fh共陽c0hf9ha4hb0h99h92h82hf8h80h90h本次設(shè)計采用p10、p11兩個管腳接上4個移位寄存器74hc164就可以串接4個共陽極數(shù)碼管進行溫度顯示。 電氣連接如圖2-8所示： 圖2-8 電氣連接圖2.8 補償脈沖輸出電路設(shè)計：本次設(shè)計可以根據(jù)測量溫度是否滿足磨床實際需要溫度進行補償，具體是通過光電偶合器來輸出補償信號，可以自由連接外電路來補償。具體電路如圖2-9 圖2-9 補償脈沖輸出電路圖 2.9 本章小結(jié)： 本章里重點是介紹了本次設(shè)計的硬件電路連接電路圖，分別介紹了電源模塊、ad590與模數(shù)轉(zhuǎn)換ad574a、鍵盤控制模塊、數(shù)碼顯示模塊、補償信號模塊的硬件連接和基本使用方法，軟件部分將在下面一章介紹。 第三章 軟件設(shè)計流程及描述3.1 總體描述：軟件的設(shè)計主要包括：（1） ad590溫度傳感器接口模塊，分為初始化程序、寫入子程序、讀取子程序等部分；（2）ad574a的啟動與轉(zhuǎn)換、中斷等部分程序。（3）單片機的人機通信軟件設(shè)計。（4）最后是單片機的主控軟件設(shè)計。 圖（6） 主程序流程圖 圖3-1 主流程圖3.2 溫度采集電路的軟件設(shè)計：3.2.1 ad574a的轉(zhuǎn)換：