畢業(yè)設(shè)計(jì)：基于單片機(jī)AT89C52溫度采集器設(shè)計(jì)

1、摘 要本論文所要闡述是一個(gè)簡單的數(shù)字溫度測量儀的設(shè)計(jì)的總過程。本設(shè)計(jì)以溫度傳感器AD590經(jīng)LM324放大電路，將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，通過AD變換器 ADC0809，將溫度信號(hào)傳送給單片機(jī)AT89C52。單片機(jī)通過查詢方式將ADC0809轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行采集處理，送LED進(jìn)行顯示，最后溫度可以直接由LED讀取。本文詳細(xì)闡述了硬件每一部分，并給出硬件框圖和系統(tǒng)原理圖，以及顯示溫度用的軟件程序，繪制了PCB板。文中對(duì)所用到的主要器件做了較詳細(xì)的介紹分析，并介紹了PCB圖時(shí)所用的工具及需要注意的問題。論文的主要結(jié)構(gòu)如下：1根據(jù)系統(tǒng)要求對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析，確定系統(tǒng)總體方案并設(shè)計(jì)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)。2把整

2、體細(xì)分化，對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)行詳細(xì)介紹。3繪制原理圖，并制成實(shí)驗(yàn)板。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的成果是，了解并掌握了傳感器的基本理論知識(shí)，更深入的掌握單片機(jī)的開發(fā)應(yīng)用和PC編程控制，為以后從事單片機(jī)軟硬件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)、PC軟件開發(fā)打下了良好的基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：AD590；傳感器；AT89C52；單片機(jī)；溫度；PCBAbstract The present paper must elaborate is a simple numeral temperature measuring set design total process. This design take temperature sensor AD590 a

3、fter the LM324 enlargement electric circuit, transforms the temperature signal as the voltage signal, through AD converter ADC0809, transmits the temperature signal for monolithic integrated circuit AT89C52. The monolithic integrated circuit the digital signal which transforms ADC0809 carries on thr

4、ough the inquiry way gathering processing, delivers LED to carry on the demonstration, the end temperature may read directly by LED. This article elaborated in detail hardware each part, and gives the hardware diagram and the system schematic diagram, as well as the demonstration temperature uses th

5、e software procedure, has drawn up the PCB board. In the article to the main component which used has made the detailed introduction analysis, and introduced when PCB chart used the tool and needed to pay attention question. The main framework of the disquisition will be explained in three point.1.D

6、esign the whole structure of the system base on the analyze the requirement of the system.2. Separate whole system into particular part and introduce every part.3.Protract SCH picture and make the system on the experimentative borad.This graduation project achievement is, understood and has grasped

7、the sensor elementary theory knowledge, the more thorough grasping monolithic integrated circuit development application and the PC programming control, will be engaged in the monolithic integrated circuit software and hardware product for later the design development, the PC software development ha

8、s built the good foundation.Keyword: AD590;sensor; AT89C52; monolithic integrated circuit; temperature;PCB目 錄摘 要Abstract第一章 概述41.1 本課題的研究目的及意義41.2 已了解的本課題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀4第二章 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思想52.1 系統(tǒng)總體方案52.2 硬件各模塊的設(shè)計(jì)6 主機(jī)6 溫度檢測9 溫度顯示9第三章 硬件電路的實(shí)現(xiàn)93.1 溫度檢測方法103.2 溫度檢測原理與實(shí)現(xiàn)10 傳感器的選擇10 校準(zhǔn)電路11 計(jì)算公式113.3 溫度采集與顯示設(shè)計(jì)11第四章 控制系

9、統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)和程序框圖124.1 主程序134.2 數(shù)據(jù)讀取134.3 顯示14第五章 原理圖和PCB圖的繪制155.1 Protel99設(shè)計(jì)原理圖15 設(shè)計(jì)原理圖15用PCB系統(tǒng)設(shè)計(jì)PCB板的7個(gè)步驟165.2硬件電路板的制作17第六章 軟硬件調(diào)試18第七章 設(shè)計(jì)總結(jié)19參考文獻(xiàn)21附錄一（軟件程序）22附錄二（硬件電路圖）27附錄三（硬件實(shí)物圖）28第1章 概述1.1 本課題的研究目的及意義實(shí)際上，電子工程師就是將一堆器件搭在一起，注入思想（程序），完成原來的這些器件分離時(shí)無法完成的功能，做成一個(gè)成品。所需要的技能越高、功能越復(fù)雜、成本越低、市場上對(duì)相應(yīng)的東東的需求越大，就越成功。這就是電

10、子工程師的自身的價(jià)值。從成本到產(chǎn)品售出，之間的差價(jià)就是企業(yè)的追求。作為企業(yè)的老板，是在市場上去尋找這樣的應(yīng)用；對(duì)電子工程師而言，是將老板提出的需求或者應(yīng)用按照一定的構(gòu)思原則（成本最低、可靠性最高、電路板最小、功能最強(qiáng)大等）在最短的時(shí)間內(nèi)完成。最短的時(shí)間，跟電子工程師的熟練程度、工作效率和工作時(shí)間直接有關(guān)。這就是電子工程師的價(jià)值。隨著“信息時(shí)代”的到來，作為獲取信息的手段傳感器技術(shù)得到了顯著的進(jìn)步，其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，對(duì)其要求越來越高，需求越來越迫切。傳感器技術(shù)已成為衡量一個(gè)國家科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。因此，了解并掌握各類傳感器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及特性是非常重要的。由于傳感器能將各種

11、物理量、化學(xué)量和生物量等信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，使得人們可以利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測量、信息處理和自動(dòng)控制，但是它們都不同程度地存在溫漂和非線性等影響因素。傳感器主要用于測量和控制系統(tǒng)，它的性能好壞直接影響系統(tǒng)的性能。因此，不僅必須掌握各類傳感器的結(jié)構(gòu)、原理及其性能指標(biāo)，還必須懂得傳感器經(jīng)過適當(dāng)?shù)慕涌陔娐氛{(diào)整才能滿足信號(hào)的處理、顯示和控制的要求，而且只有通過對(duì)傳感器應(yīng)用實(shí)例的原理和智能傳感器實(shí)例的分析了解，才能將傳感器和信息通信和信息處理結(jié)合起來，適應(yīng)傳感器的生產(chǎn)、研制、開發(fā)和應(yīng)用。另一方面，傳感器的被測信號(hào)來自于各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，每個(gè)領(lǐng)域都為了改革生產(chǎn)力、提高工效和時(shí)效，各自都在開發(fā)研制適合應(yīng)用的傳感器，

12、于是種類繁多的新型傳感器及傳感器系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)。溫度傳感器是其中重要的一類傳感器。其發(fā)展速度之快，以及其應(yīng)用之廣，并且還有很大潛力。本課題涉及單片機(jī)硬件、軟件的設(shè)計(jì)，印刷線路板的設(shè)計(jì)，字符編碼技術(shù)，功率放大，單片機(jī)與上位機(jī)通訊技術(shù)等，通過本課題的研究，可使同學(xué)對(duì)四年的專業(yè)學(xué)習(xí)進(jìn)行總結(jié)、實(shí)踐和提高，為就業(yè)和今后從事專業(yè)工作打好基礎(chǔ)。1.2 已了解的本課題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀電子儀器是對(duì)物質(zhì)世界的信息進(jìn)行測量與控制的基本手段。發(fā)展中國家對(duì)精密儀器的需求正在逐年增加，智利、捷克、洪都拉斯、印度、中國、厄瓜多爾和埃及近幾年精密儀器進(jìn)口以年平均的速度增長。在東歐，引人注目的市場是捷克、波蘭和羅馬尼亞。由于大型環(huán)

13、保工程為計(jì)劃性出口，捷克對(duì)儀器有很大需求。波蘭是東歐最大的儀表市場，國內(nèi)生產(chǎn)有限，進(jìn)口壁壘少，用于科學(xué)研究的設(shè)備免征關(guān)稅。烏克蘭等其它東歐國家的主要需求部門是科學(xué)研究和教育機(jī)構(gòu)。俄羅斯和烏克蘭精于生產(chǎn)各種測量儀，但在自動(dòng)控制儀器、周邊設(shè)備和軟件等方面比西方國家差。在非洲，埃及和摩洛哥是重要的儀器市場。近年埃及政府撥款億美元改造科學(xué)研究機(jī)構(gòu)的裝備，儀器幾乎全部靠進(jìn)口。進(jìn)口較多的產(chǎn)品包括化學(xué)分析儀器、光學(xué)儀器和檢測儀器。尼日利亞對(duì)精密儀器需求很少，但對(duì)藥品和化妝品的標(biāo)準(zhǔn)要求非常嚴(yán)格，迫使生產(chǎn)企業(yè)大量購買檢測儀表。儀器儀表信息技術(shù)正在向高耗低產(chǎn)局面轉(zhuǎn)變?，F(xiàn)代的測溫技術(shù)主要分兩方面，一是“遙測”，即溫

14、度傳感器（也叫溫度探頭）與被測物有一定的距離，通過測量紅外線或其它對(duì)溫度敏感的不可見光線或射線的變化的物理量來作為判斷被測物體的溫度；另一方面是直接測量，即溫度傳感器與被測物體直接接確，通過熱的傳導(dǎo)原理來直接測得被測物體的實(shí)際溫度。我國溫度儀表的水平：1. 常規(guī)產(chǎn)品能滿足國內(nèi)的基本需求無論是接觸式溫度儀表中的熱電偶、熱電阻和其他測溫儀表，或是輻射式溫度儀表中的各種紅外溫度計(jì)，國產(chǎn)溫度儀表都基本上能滿足國內(nèi)工業(yè)自動(dòng)化行業(yè)的需求。實(shí)際上，其他行業(yè)引進(jìn)國外技術(shù)過程中附帶進(jìn)入國內(nèi)的溫度儀表，大部分也可用國產(chǎn)溫度儀表替代。當(dāng)然，很多現(xiàn)場還需要儀表工作者去做細(xì)致工作。總體上，這類溫度儀表我們與國外產(chǎn)品的差

15、距不是很大。2. 高、精、稀、貴產(chǎn)品與國際先進(jìn)水平差距明顯這類產(chǎn)品的用量不大且價(jià)格昂貴，但它是科研工作和少數(shù)企業(yè)需要的。如Mikron公司的高溫黑體輻射源，溫度上限可達(dá)35004000，我們國內(nèi)產(chǎn)品只能達(dá)3200。第2章 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思想2.1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)該系統(tǒng)主要由四大部分組成：前向信號(hào)采集、放大濾波電路，A/D變換電路、溫度顯示。該系統(tǒng)是以AT89C52單片機(jī)為核心進(jìn)行設(shè)計(jì)的，這里充分利用了單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理及實(shí)時(shí)檢測能力、對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測。溫度信號(hào)是由靈敏度高、測量準(zhǔn)確、性能可靠的熱溫度傳感器AD590提供的，通過放大將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，由AD對(duì)模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信

16、號(hào)，然后由單片機(jī)對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行采集、處理，將溫度信號(hào)送LED顯示。2.2 硬件各模塊的設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件電路包括主機(jī)（AT89C52）、溫度檢測、溫度顯示等三大主要部分。圖2.1為系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖2.1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模塊圖2.2.1 主機(jī)由于單片機(jī)是按工業(yè)測控環(huán)境要求設(shè)計(jì)的，抗干擾能力強(qiáng)，環(huán)境要求不高，靈活性好，體積輕，可以降低系統(tǒng)的成本獲得較好的性能。單片機(jī)基本系統(tǒng)以89C52為核心，單片機(jī)選用AT89C52，AT89C52是一種低功耗、高性能的CMOS型8位微型計(jì)算機(jī)，它有具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器，256字節(jié)RAM，32線I/O口，3個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器，6向量兩極中斷，一個(gè)雙工串

17、行口，具有片內(nèi)自激振蕩器和時(shí)鐘電路等標(biāo)準(zhǔn)功能。此外，AT89C52設(shè)有靜態(tài)邏輯，用于運(yùn)行到零頻率，并支持軟件選擇的節(jié)電運(yùn)行方式和空閑方式使CPU停止工作，而允許RAM、定時(shí)計(jì)數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。在掉電方式下，片內(nèi)振蕩器停止工作，由于時(shí)鐘被凍結(jié)，一切功能都停止，只有片內(nèi)RAM的內(nèi)容被保存，直到硬件復(fù)位才恢復(fù)正常工作。芯片上的EEPROM允許在線（+5V）電擦除、電寫入或采用通用的非易失存儲(chǔ)編程器對(duì)程序存儲(chǔ)器重復(fù)編程。一般專為 ATMEL AT89Cx 做的編程器均帶有這些功能，單片機(jī)對(duì)開發(fā)設(shè)備的要求很低，開發(fā)時(shí)間也大大縮短。寫入單片機(jī)內(nèi)的程序還可以進(jìn)行加密。這些都是其他機(jī)種不能比擬的

18、，所以我們選用AT89C52。引腳結(jié)構(gòu)如圖2.2： 圖2.2 AT89C52引腳結(jié)構(gòu)圖VCC: 電源GND: 地P0 口：P0口是一個(gè)8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P0端口寫“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下， P0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時(shí)，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。P1 口：P1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì)P1 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻

19、把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體如表2.1所示。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址字節(jié)。引腳號(hào)第二功能P1.0T2（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出P1.1T2EX（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制）P1.5MOSI（在系統(tǒng)編程用）P1.6MISO（在系統(tǒng)編程用）P1.7SCK（在系統(tǒng)編程用）表2.1P2 口：P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位

20、雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì)P2 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX DPTR）時(shí)，P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVX RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。P3 口：P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p2 輸出緩沖器能

21、驅(qū)動(dòng)4 個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì)P3 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如表2.2所示。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P3口也接收一些控制信號(hào)。引腳號(hào)第二功能P3.0RXD（串行輸入）P3.1TXD（串行輸出）P3.2INT0(外部中斷0)P3.3INT0(外部中斷0)P3.4T0（定時(shí)器0外部輸入）P3.5T1（定時(shí)器1外部輸入）P3.6WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)P3.7RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)表2.2RST: 復(fù)位輸入。晶振工作時(shí)，RS

22、T腳持續(xù)2 個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位?？撮T狗計(jì)時(shí)完成后，RST 腳輸出96 個(gè)晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。ALE/PROG：地址鎖存控制信號(hào)（ALE）是訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低8 位地址的輸出脈沖。在flash編程時(shí)，此引腳（PROG）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE脈沖將會(huì)跳過。如果需要，通過將地址為8EH的SFR的第0位置 “1”，ALE操作將無效。這一位置

23、“1”， ALE 僅在執(zhí)行MOVX 或MOVC指令時(shí)有效。否則，ALE 將被微弱拉高。這個(gè)ALE 使能標(biāo)志位（地址為8EH的SFR的第0位）的設(shè)置對(duì)微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。PSEN：外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)（PSEN）是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。當(dāng)AT89S52從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)，PSEN在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，PSEN將不被激活。EA/VPP：訪問外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為使能從0000H 到FFFFH的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令，EA必須接GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA應(yīng)該接VCC。在flash編程期間，EA也接收12伏VPP電壓。XTAL1:振

24、蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。主要性能l 與MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容l 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器l 1000次擦寫周期l 全靜態(tài)操作：0Hz33Hzl 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器l 32個(gè)可編程I/O口線l 三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器l 八個(gè)中斷源l 全雙工UART串行通道l 低功耗空閑和掉電模式l 掉電后中斷可喚醒l 看門狗定時(shí)器l 雙數(shù)據(jù)指針l 掉電標(biāo)識(shí)符2.2.2 溫度檢測這部分包括溫度傳感器、變送器和A/D轉(zhuǎn)換器三部分。傳感器可采用電流型傳感器，其隨著溫度的變化輸出相應(yīng)的線形變化的電流，該電流通過一定的電阻轉(zhuǎn)換成響應(yīng)的電壓送入變送器

25、。變送器可采用一定放大倍數(shù)的放大器，放大倍數(shù)以能輸出適合單片機(jī)處理的信號(hào)為宜。然后變送器輸出信號(hào)進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器，因?yàn)橄到y(tǒng)控制精度在0.5 ,所以采用雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器。2.2.3 溫度顯示本系統(tǒng)設(shè)有3位LED數(shù)碼顯示器，可直接用單片機(jī)的I/O口，采用并行口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，采用軟件進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描。第3章 硬件電路的實(shí)現(xiàn)3.1 溫度檢測方法溫度的檢測方法，一般采用熱敏元件，如熱電阻、熱敏電阻、溫敏二極管、溫敏三極管等測溫元件。熱敏電阻的工作原理:熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而成非線性急劇變化，一般具有負(fù)的溫度系數(shù)，其阻值隨溫度升高而急劇減小，只有少數(shù)具有正的溫度系數(shù)。熱電阻的工作原理:熱電阻的阻值隨

26、溫度的升高而增大并且阻值隨溫度按照近似的線性關(guān)系緩慢變化。3.2 溫度檢測原理與實(shí)現(xiàn)溫度檢測采用圖3.1電路圖3.1 溫度檢測電路傳感器的選擇 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(xué)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； T熱力學(xué)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(dāng)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(huì)被

27、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。具有體積小、重量輕、線形度好、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)、它的測量溫度50+150度，滿刻度范圍誤差為+-0.3，當(dāng)電源電壓早510V之間，穩(wěn)定度為1%時(shí)，誤差為0.01度，完全合格。校準(zhǔn)電路：本電路的校準(zhǔn)步驟如下：首先將傳感器AD590放入冰水中（0），調(diào)整電路，使得電路輸出為0mV（用萬用表測試）。然后再將傳感器AD590放入沸水中（100），調(diào)整電路，使得電路輸出為100mV（用萬用表測試），校準(zhǔn)即可結(jié)束。只要溫度有變化，傳感器AD590輸出電流就會(huì)發(fā)生變化

28、，經(jīng)過運(yùn)放放大電路后就立刻得到一個(gè)新的電壓值，經(jīng)ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換后得到新的溫度數(shù)字量，經(jīng)單片機(jī)處理送LED顯示，溫度就會(huì)連續(xù)不段的顯示出來。計(jì)算公式：運(yùn)放：兩個(gè)功能1. 減法：將AD590電壓減去243毫伏（實(shí)測）；2. 乘法：放大48倍。即 AD輸入電壓Vin=（K*0.981/1000-0.243）*48Vin=BUFF/255*5.2 （K*0.981/1000-0.243）*48= BUFF/255*5.2 （K=T+273） T=（42*48*BUFF-3000）/1003.3溫度采集與顯示設(shè)計(jì)溫度傳感器AD590經(jīng)LM324放大電路，將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，通過A/D變換器

29、 ADC0809，將溫度信號(hào)傳送給單片機(jī)AT89C52。單片機(jī)通過查詢方式將ADC0809轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行采集處理，送LED進(jìn)行顯示。顯示電路采用動(dòng)態(tài)掃描，單片機(jī)P1口通過鎖存器74LS573將要顯示數(shù)字的段碼送至8 段LED進(jìn)行顯示，8段LED為共陰極，位碼由單片機(jī)的P2口進(jìn)行片選。如下圖所示：圖3.2 顯示電路第4章 控制系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)和程序框圖軟件設(shè)計(jì)的成功與否關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)能否具有使用靈活。操作簡便，可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，而設(shè)計(jì)良好的軟件能夠做到在較少地改變硬件電路的情況下，方便地改進(jìn)系統(tǒng)的功能，這就對(duì)軟件的設(shè)計(jì)提供了較高的要求。遵循“自頂向下，逐步求精“的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)原則，先將任務(wù)層次化，

30、然后對(duì)每一層再逐步細(xì)化，每一層實(shí)現(xiàn)的功能盡量是獨(dú)立的，彼此之間互相影響應(yīng)該較少，然后按照與劃分相反的過程編寫，調(diào)試程序，待所有子程序都編寫設(shè)計(jì)通過后，依它們之間的邏輯順序組合起來，構(gòu)成完整的程序軟件。采用這種方法，不僅使軟件可讀性好，維護(hù)方便且易于修改移植。如用戶有特殊要求需要改動(dòng)軟件時(shí)，則只需修改或替換某子任務(wù)所對(duì)應(yīng)的子程序即可，從而加快了系統(tǒng)研制進(jìn)度，縮短了軟件開發(fā)周期。軟件程序是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心部分，是用匯編語言編寫的。整個(gè)軟件設(shè)計(jì)分成兩大功能塊：通訊部分和顯示部分。通訊部分又分為溫度采集模塊、溫度處理模塊和溫度傳送模塊。顯示部分采用動(dòng)態(tài)掃描的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)顯示屏要顯示的數(shù)字、字符等數(shù)據(jù)

31、信息進(jìn)行傳輸控制以及顯示等功能。它主要利用單片機(jī)串口中斷接收、存儲(chǔ)和發(fā)送數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息傳輸。采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)、模塊化編程的總體思想，使軟件具有較強(qiáng)的可讀性。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分為三個(gè)區(qū)：接收緩沖區(qū)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)和顯示緩沖區(qū)。單片機(jī)接收到的數(shù)據(jù)（包括顯示內(nèi)容、顯示模式和顯示狀態(tài)），暫時(shí)存放在接收緩沖區(qū)，經(jīng)分析處理后按一定的規(guī)律放入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)保存起來，然后再根據(jù)顯示方式依次從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中取出數(shù)據(jù)放入顯示緩沖區(qū)中用于顯示。顯示采用逐行掃描的方式，顯示方式（左移、右移等）的實(shí)現(xiàn)取決于從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)取出數(shù)據(jù)放入顯示緩沖區(qū)時(shí)取數(shù)的順序。單片機(jī)控制系統(tǒng)軟件有三個(gè)模塊組成：用于接收發(fā)送來的文字點(diǎn)陣文件

32、的通訊模塊、多幅文字循環(huán)顯示模塊，點(diǎn)陣預(yù)處理模塊。4.1主程序系統(tǒng)上電后，單片機(jī)AT89C52進(jìn)入對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行檢測，然后對(duì)采集到的溫度信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理，轉(zhuǎn)換成BCD碼通過查表獲取相應(yīng)的溫度值，然后通過P0口與P2口進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示。首先系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)、然后顯示60次后，重新對(duì)溫度值進(jìn)行采集、顯示。圖4.1 主程序流程圖4.2數(shù)據(jù)讀取當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí)，單片機(jī)啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)化進(jìn)行采集、然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。程序代碼：LCALL DELAY ;延時(shí)READ22: ;讀ADMOV P0,#0FFHNOPNOPSETB RD_AD ;AD輸出使能MOV A,P0 ;讀數(shù)據(jù)MOV BUFF,A ;數(shù)據(jù)保存CLR RD_A

33、D ;AD輸出非使能LCALL JSUAN ;運(yùn)算4.3顯示考慮硬件成本，采用軟件動(dòng)態(tài)掃描，依次將數(shù)據(jù)傳送給每位LED。程序代碼;顯示，動(dòng)態(tài)掃描MOV R6,#50 LLCALL:LCALL ADLOOP ;調(diào)用顯示程序 DJNZ R6,LLCALLLJMP UUUUADLOOP:CLR P2.2CLR P2.3CLR P2.4CLR P2.5MOV A,DISP1SETB P2.2 ;DISP_1MOV DPTR,#TABLEMOVC A,A+DPTRMOV P1,ALCALL DELAYCLR P2.2MOV A,DISP2SETB P2.3 ;DISP_1MOV DPTR,#TABLEM

34、OVC A,A+DPTRMOV P1,ALCALL DELAYCLR P2.3MOV A,DISP3SETB P2.4 ;DISP_1MOV DPTR,#TABLEMOVC A,A+DPTRORL A,#80HMOV P1,ALCALL DELAYCLR P2.4MOV A,DISP4SETB P2.5 ;DISP_1MOV DPTR,#TABLEMOVC A,A+DPTRMOV P1,ALCALL DELAYCLR P2.5RET第5章 原理圖和PCB圖的繪制5.1Protel99設(shè)計(jì)原理圖使用Protel進(jìn)行電路板設(shè)計(jì)的第一步便是設(shè)計(jì)原理圖，原理圖決定了整個(gè)電路的基本功能，也是接下來生成網(wǎng)

35、絡(luò)表和設(shè)計(jì)印刷電路板的基礎(chǔ)。 在Protel 99的初始界面下新建一個(gè)設(shè)計(jì)庫，該數(shù)據(jù)庫用來管理項(xiàng)目。 File-New-改文件名改保存路徑OK 進(jìn)入設(shè)計(jì)庫文件中的文件夾Document。 在Document 文件夾中新建原理圖文件和印制板文件。File-New-Schematic Document-Ok-改文件名File-New-PCB Document-Ok-改文件名 打開原理圖文件。 添加原理圖文件庫。Design-Add/Remove Library- 瀏覽所需零件庫Add-Ok 放置電路所需的各種元件，圖件，網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)等元器件。Design-Add/Remove Library- 瀏覽所

36、需零件庫Add-Ok從零件庫中調(diào)出元件 Place-part 對(duì)原圖元件進(jìn)行布局，布線，構(gòu)成一個(gè)完整的原理圖。 Place-part 編輯和調(diào)整。然后進(jìn)行輸出存檔。右鍵Properies.Designation-Part-Footrint Save 打印或建立報(bào)表。圖5.1 protel設(shè)計(jì)的流程圖用PCB系統(tǒng)設(shè)計(jì)PCB板分以下7個(gè)步驟： 有關(guān)參數(shù)的設(shè)置。這一步主要設(shè)定自動(dòng)布參數(shù)、自動(dòng)布線參數(shù)、板面參數(shù)等。 PCB板尺寸設(shè)計(jì)。在禁止布線層上，沿設(shè)計(jì)的PCB邊畫邊框線，即指定自動(dòng)布局的范圍。這一步為自動(dòng)布局打基礎(chǔ)。同時(shí)，在上層板面（即元器件面）沿禁止布線層的邊框圖線放置銅線，這是PCB板最后成型

37、所必須的。 布局就是根據(jù)原理圖上元器件之間的連接關(guān)系，并考慮電磁兼容性以及元器件的安裝空間和散熱等，總是將元器件放置在PCB電路板上適當(dāng)?shù)奈恢谩２季值暮脡闹苯佑绊慞CB板的電氣性能和布局的功能，是PCB板設(shè)計(jì)過程中最費(fèi)時(shí)、最繁瑣的。布局工作需要耐心、細(xì)致。盡管系統(tǒng)提供了自動(dòng)布局的功能，但是一般而言都需要手工調(diào)整。手工布局，首先載入SCH生成的網(wǎng)絡(luò)表，通過手工移動(dòng)元器件PCB板上的排列位置實(shí)現(xiàn)布局。移動(dòng)元器件是最好打開網(wǎng)絡(luò)連接顯示，這樣就能觀察到相鄰元器件連線的疏密。自動(dòng)布局，PCB系統(tǒng)環(huán)境提供自動(dòng)布局功能完成元器件放置，但在細(xì)節(jié)處最好使用手工調(diào)整。布局時(shí)要求相互間連線多的元器件應(yīng)該就近放置；相

38、互間可能造成干擾的元器件應(yīng)遠(yuǎn)離：功率器件應(yīng)考慮散熱空間。 自動(dòng)布線。布線就是在元器件引腳之間放置覆銅連線的過程，這一過程可以通過手工完成，也可以自動(dòng)進(jìn)行。但是Protel99的PCB系統(tǒng)提供了強(qiáng)大的自動(dòng)布線功能，建議使用該功能自動(dòng)布線。在進(jìn)行自動(dòng)布線之前，設(shè)計(jì)人員必須先設(shè)計(jì)好布線參數(shù)，定義布線規(guī)則。如果不適當(dāng)，可能會(huì)導(dǎo)致自動(dòng)布線失敗，即布線的成功率不高，所以這一步要特別注意 啟動(dòng)設(shè)計(jì)規(guī)則檢查DRC，這一步利用PCB提供的DRC功能對(duì)完成布線的PCB板進(jìn)行檢查，這一步由軟件自動(dòng)完成。檢查的結(jié)果輸出在報(bào)告文件*.rep中，PCB軟件將出錯(cuò)處在PCB圖上顯示出來，為檢查、修改提供方便。 板面字符調(diào)整

39、。為了使設(shè)計(jì)的PCB板美觀，并且安裝焊接元器件方便，應(yīng)將元器件的名稱。設(shè)計(jì)值的字符參數(shù)移至元器件框外。大小合適且字符不想重疊。 將經(jīng)過DRC檢查無誤，且版面字符調(diào)整好的PCB設(shè)計(jì)圖存盤、輸出、制版。 印刷板電路設(shè)計(jì)完成以后，整個(gè)電路板的設(shè)計(jì)項(xiàng)目就基本完成。存檔以便進(jìn)行后期的修改及完善。圖5.2制作PCB板的流程5.2硬件電路板的制作本設(shè)計(jì)中有一個(gè)感應(yīng)測量溫度的AD590溫度傳感器，一個(gè)LED用來顯示所測溫度，還有一個(gè)AT89C52單片機(jī)，一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換的ADC0809芯片，一個(gè)鎖存器74LS573，一個(gè)運(yùn)算放大器LM324，一個(gè)D觸發(fā)器74LS74，一個(gè)非門74LS02，以及一個(gè)晶振若干電阻電

40、容等。在確定電路的正確性，可行性之后，開始使用Protel對(duì)它進(jìn)行布圖。Protel是一個(gè)很好用的電子制作工具，它還可以進(jìn)行仿真。在畫原理圖的過程中，原理圖中的元件庫中可能找不到自己要找的元件，如LED數(shù)碼顯示管等，所以要自己畫元件。在畫原理圖后，選擇將元件自動(dòng)編號(hào)，然后根據(jù)需要更改部分元件的編號(hào)。在定好元件編號(hào)后，使用TOOLS中的ERC進(jìn)行檢查，它會(huì)提示是否有編號(hào)相同的元件等錯(cuò)誤。在ERC檢查無誤后，便可以開始封裝了。同樣，部分元件的封裝在PCB庫中找不到或者是有出入，如按鍵開關(guān)，2位撥碼開關(guān)在PCB庫中找不到，所以需要自己根據(jù)元件的實(shí)際大小和相應(yīng)的原理圖中引腳編號(hào)，做出正確的封裝。另外，

41、可變電阻在原理圖中的引腳編號(hào)和PCB庫中的引腳編號(hào)有點(diǎn)出入（可在原理圖中雙擊元件，選上HIDDEN PINS，則可以觀察到元件的引腳編號(hào)），可以在PCB庫中將該元件的引腳標(biāo)號(hào)改成與原理圖相對(duì)應(yīng)的標(biāo)號(hào)。在封裝好全部元件后，可以生成一個(gè)元器件報(bào)表，在報(bào)表中可以清楚的看到各元件的標(biāo)號(hào)和封裝代號(hào)，在進(jìn)一步檢查完畢后就開始建立網(wǎng)絡(luò)表。在禁止布線層中畫一個(gè)邊框和電路板大小一樣的矩形，然后開始導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表，在導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表沒有錯(cuò)誤后，便開始正式布局了。根據(jù)原理圖的走線，將器件分別拉入框中，放到合適的位置。布局完成后，先設(shè)置好安全間距為10mil，布線層選擇底層，線寬選擇25 mil，并將焊盤外徑改為40mil，內(nèi)

42、徑改為20mil（部分點(diǎn)要根據(jù)需要改小或改大）。然后就開始正式布線。布線不能單靠自動(dòng)布線，特別是在本設(shè)計(jì)中有眾多芯片，所以采用根據(jù)原理圖對(duì)整個(gè)電路進(jìn)行手動(dòng)布線。這樣可以使得整個(gè)電路看起來整齊些，在碰到有時(shí)線路布不通的時(shí)候，采用頂層短跳線的方式進(jìn)行調(diào)整，從而完成整個(gè)PCB電路板的設(shè)計(jì)。布好PCB圖，檢查無誤后，就將PCB圖打印到轉(zhuǎn)印紙上，然后熨到電路板上，腐蝕，打孔。熨板前，應(yīng)把銅板用砂紙去掉表面被氧化的部分。腐蝕時(shí)，用三氯化鐵加適量的開水配成三氯化鐵溶液進(jìn)行腐蝕，這樣腐蝕會(huì)比較快，腐蝕完后用天那水把電路板清洗，接著便開始打孔（選用0.8mm的針頭），打完孔后，用萬用表測量電路線路是否連通，然后

43、先涂上松香溶液（酒精+松香），這樣焊接速度會(huì)比較快，還能防氧化，然后將其放在一邊晾干。同時(shí)，測量部分器件（電阻等）是否有損壞，等電路板晾干后，就要把器件按PCB圖來安裝好。然后就可以開始焊接了。焊接時(shí)要防止虛焊和未連接上，所以在焊好后，再用萬用表測量元件和線路是否連接好。檢測完畢后，硬件電路板裝配便完成了。第6章 軟硬件調(diào)試軟件的調(diào)試在仿真器SUPER ICE51S上調(diào)試，仿真器提供的單步、斷點(diǎn)、跟蹤等功能的支持下對(duì)各子程序分別進(jìn)行調(diào)試，將調(diào)試完的子程序連接起來再調(diào)試，逐步擴(kuò)大調(diào)試范圍。調(diào)試的過程一般是：（1） 測試程序輸入條件或設(shè)定程序輸入條件；（2） 以單步,斷點(diǎn)或跟蹤方式運(yùn)行程序；（3）

44、 檢查程序運(yùn)行結(jié)果；（4） 運(yùn)行結(jié)果不正確時(shí)查找原因,修改程序,重復(fù)上述過程。調(diào)試問題：1. 剛開始調(diào)試的時(shí)候顯示不準(zhǔn)，理論字符跟實(shí)際不符合。原因可能是驅(qū)動(dòng)電流太小，所以后來加了一個(gè)鎖存器74LS573，加大了驅(qū)動(dòng)電流，顯示正常，問題解決。2. 調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)理論顯示的字符與實(shí)際不符，甚至相反。檢查程序，確認(rèn)無誤。后來檢查硬件電路，發(fā)現(xiàn)LED顯示管焊反，重新焊接，顯示正常，問題解決。第7章 設(shè)計(jì)總結(jié)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)歷時(shí)至少3個(gè)月，從一開始的確定課題，到后來的資料查找、理論學(xué)習(xí)，再有就是近來的調(diào)試和測試過程，這一切都使我的理論知識(shí)和動(dòng)手能力進(jìn)一步得到頻率合成電路課題中包含了通信電路和單片機(jī)部分知識(shí)，

45、可以說是對(duì)通信電路知識(shí)的一次全面綜合。在畫原理圖、PCB布線、安裝和調(diào)試過程中不可避免地遇到各種問題，這要求保持沉著冷靜，聯(lián)系書本理論知識(shí)積極地思考，實(shí)在解決不了可以請教同學(xué)或指導(dǎo)老師。雖然在制作過程中不可避免地遇到很多問題，但是最后還是在老師以及同學(xué)的幫助下圓滿解決了這些問題，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與最后調(diào)試，相關(guān)指標(biāo)達(dá)到期望的要求，很好地完成了本次設(shè)計(jì)任務(wù)。在這一個(gè)充滿挑戰(zhàn)伴隨挫折，充滿熱情伴隨打擊的過程中，我感觸頗深，它已不僅是一個(gè)對(duì)我四年學(xué)習(xí)知識(shí)情況和我的應(yīng)用動(dòng)手能力的檢驗(yàn)，而且還是對(duì)我的鉆研精神，面對(duì)困難的心態(tài)，做事的毅力和耐心的考驗(yàn)。我在這個(gè)過程中深刻的感受到了做畢業(yè)設(shè)計(jì)的意義所在，和

46、我一樣真正投入了身心去做的人也一定會(huì)有同樣的感觸。本課題的重點(diǎn)、難點(diǎn)是：（1） 初步接觸溫度傳感器，要對(duì)傳感器的原理、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用等各方面從頭開始琢磨；（2） 考慮從非電量信號(hào)到電量信號(hào)的電路實(shí)現(xiàn)原理以及與單片機(jī)的接口；（3） 熟悉拉RS-232-C串口編程的技術(shù)；（4） 考究調(diào)整電路的實(shí)現(xiàn)過程以及怎么樣通過單片機(jī)來間接的控制。通過做本課題，我了解并掌握了傳感器的基本理論知識(shí)，更深入的掌握單片機(jī)的開發(fā)應(yīng)用和PC編程控制。為以后從事單片機(jī)軟硬件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)、PC軟件開發(fā)打下了良好的基礎(chǔ)，樹立獨(dú)立從事產(chǎn)品研發(fā)的信心，并在這種能力上得到了比較充分的鍛煉。致 謝在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我得到了指導(dǎo)老師劉建寧

47、的熱心指導(dǎo)。自始至終關(guān)心督促畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)程和進(jìn)度。幫助解決畢業(yè)設(shè)計(jì)中遇到的許多問題。還不斷向我們傳授分析問題和解決問題的辦法，并指出了正確的努力方向，使我在畢設(shè)過程中少走很多彎路。同時(shí)，他還提供給我們專門的各種設(shè)備及場所，在調(diào)試過程中能夠有充足的時(shí)間。在這里非常感謝趙老師的指導(dǎo)和幫助，并致以誠摯的謝意！同時(shí)，身邊的同學(xué)給了我許多的幫助。在此，我向身邊關(guān)心我的同學(xué)致以誠摯的謝意！另外，系里的領(lǐng)導(dǎo)和老師也給了我們必要的指導(dǎo)，我也向系和年級(jí)的領(lǐng)導(dǎo)們表示衷心的感謝！最后感謝學(xué)院對(duì)我這幾年的培養(yǎng)。參考文獻(xiàn)1 陳光東.單片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)M.武漢：華中理工大學(xué)出版社，1999.2 王福瑞.單片微機(jī)測

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49、計(jì)技術(shù)入門與應(yīng)用(第一版) M.北京：電子工業(yè)出版社，2002.11 樊昌信.通信原理(第五版)M.北京：國防工業(yè)出版社,2001.12 Richard c.Dorf.modern conctrol systermM.BEIJING:Science Publishing House，2002.13 Donald A. Neamen. Electronic circuit analysis and designM.Tsinghua University Press and Springer Verlag，2002.附錄一：軟件程序ST_AD BIT P2.0RD_AD BIT P2.1DISP_1BIT P2.2DISP_2BIT P2.3DISP_3BIT P2.4DISP_4BIT P2.5BUFF DATA 30HDISP1 DATA 31HDISP2 DATA 32HDISP3 DATA 33HDISP4 DATA 34HRES0 DATA 35HRES1 DATA 36Ho