單片機(jī)溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文

1、單片機(jī)溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文溫度控制無論是在工業(yè)生產(chǎn)，還是在日常生活中都起到非常重要 的作用。尤其在當(dāng)今大力發(fā)展工業(yè)的現(xiàn)在，溫度的測(cè)量及控制對(duì) 保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、節(jié)約能源、生產(chǎn)安全、促進(jìn)國(guó)民 經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到非常重要的作用。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，越 來越多的生產(chǎn)部門和生產(chǎn)環(huán)節(jié)對(duì)溫度和濕度控制精確度的可靠 性和穩(wěn)定性有了更髙的要求。傳統(tǒng)的溫度控制器的控制精度普遍 不高，不能滿足工藝生產(chǎn)過程中對(duì)溫度的苛刻要求。在溫度控制中，由于受到溫度被控對(duì)象的影響，使得控制性 能難以提高，有些工藝過程其溫度控制的好壞直接影響到產(chǎn)品的 質(zhì)量，因而設(shè)計(jì)一款溫度自動(dòng)條件系統(tǒng)設(shè)計(jì)非常有實(shí)用價(jià)值。此次溫度自動(dòng)條件系統(tǒng)

2、設(shè)計(jì)基于此而設(shè)計(jì)，針對(duì)生產(chǎn)車間中 對(duì)溫度的良好控制，從實(shí)用的角度用at89c51為核心設(shè)計(jì)一款車 間溫度自動(dòng)條件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。其控制溫度不是一個(gè)點(diǎn)，而是一個(gè)范 圍，系統(tǒng)以at89c51為核心，組成一個(gè)集溫度和濕度的采集、處 理、顯示、自動(dòng)控制為一身的閉環(huán)控制系統(tǒng)。利用單片機(jī)對(duì)周圍 環(huán)境溫度濕度進(jìn)行采集，以數(shù)字量的形式存儲(chǔ)和顯示，可以獨(dú)立 的作為一種設(shè)備對(duì)車間溫度的控制，經(jīng)過精確的計(jì)算發(fā)出控制指 令，并對(duì)車間溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，顯示當(dāng)前溫度該車間溫度自動(dòng)條件 系統(tǒng)功耗低，系統(tǒng)運(yùn)行良好且經(jīng)濟(jì)可靠。利用很少的資源來對(duì)車 間溫度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，信息性能可靠，操作便利，提高產(chǎn)品質(zhì)量， 在實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用中有良好的效果

3、。(2) 在國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)：從工業(yè)溫度控制器的發(fā)展過程來看，溫度控制技術(shù)大致可分 為以下幾種：定制開關(guān)控制法，所謂定值開關(guān)控溫法，就是通過硬件電 路或軟件計(jì)算判別當(dāng)前溫度值與設(shè)定目標(biāo)溫度值之間的關(guān)系，進(jìn) 而對(duì)系統(tǒng)加熱源(或冷卻裝置)進(jìn)行通斷控制。若當(dāng)前溫度值比 設(shè)定溫度值髙，則關(guān)斷加熱器，或者開動(dòng)制冷裝置；若當(dāng)前溫度 值比設(shè)定溫度值低，則開啟加熱器并同時(shí)關(guān)斷制冷器。pid 線性溫度控制法，1922年美國(guó)的minorsky在對(duì)船舶自動(dòng)導(dǎo)航的 研究中，提出了基于輸出反饋的比例積分微分(pid , proportional integral differential)控制器的設(shè)計(jì)方法，標(biāo)

4、 志了 pid控制的誕生。隨后，pid控制器就以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、對(duì)模 型誤差具有魯棒性以及易于操作等特點(diǎn)，在大多數(shù)控制過程中能 夠獲得滿意的控制性能，到了 20世紀(jì)40年代就已在過程控制中 得到了廣泛的應(yīng)用。智能溫度控制法，智能控制就是應(yīng)用人工 智能的理論與技術(shù)和運(yùn)籌學(xué)的優(yōu)化方法，并將其同控制理論方法 與技術(shù)相結(jié)將智能控制與p1d控制相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)溫度的智能控制。 智能控溫法采用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)和模糊數(shù)學(xué)為理論基礎(chǔ)，并適當(dāng)加以 專家系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)智能化。目前，在國(guó)內(nèi)溫度自自動(dòng)控制方面的研究已實(shí)現(xiàn)在一定的范 圍內(nèi)對(duì)各種環(huán)境因子的綜合控制。1996年，江蘇理工大學(xué)成功 研制一套溫室環(huán)境控制設(shè)備，通過溫室內(nèi)部的溫度

5、、濕度、光照 及c02的濃度的監(jiān)控，在150n?的溫室內(nèi)對(duì)溫度、濕度、光照及 co?的濃度的監(jiān)控。當(dāng)前，國(guó)外對(duì)溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)的軟硬件的控制主要有三種 方式。第一種是直接用單片機(jī)及一些外圍芯片是作為數(shù)據(jù)采集和 控制功能，不用上拉pc機(jī)做數(shù)據(jù)處理。這種控制類型一般以單 片機(jī)為核心，包括輸入模塊、控制模塊、輸出模塊等。硬件電路 由溫度傳感器及模擬信號(hào)處電路，a/d轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、d/a轉(zhuǎn) 換器、led顯示器及微打印機(jī)、簡(jiǎn)易硬盤、指示報(bào)警裝置等組成， 為一個(gè)最簡(jiǎn)單的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)基本的輸入輸出和簡(jiǎn)單的 控制功能。軟件設(shè)計(jì)一般釆用中斷定時(shí)釆集環(huán)境因子參數(shù)，然后 經(jīng)過相關(guān)的裝換得到環(huán)境因子的參數(shù)化

6、值，再經(jīng)過一定的控制算 法與設(shè)定的值進(jìn)行比較從而對(duì)外設(shè)計(jì)進(jìn)行控制，一般采用的控制 算法是數(shù)字pid控制算方，這種算法經(jīng)過改進(jìn)可以實(shí)現(xiàn)較為穩(wěn)定 和精確的控制。這種系統(tǒng)成本低，又有一定的控制精度，能較好的滿足一般 的農(nóng)業(yè)用戶的需求。但由于控制系統(tǒng)的核心單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理能 力及存儲(chǔ)器容量的限制，控制精度有限。對(duì)環(huán)境因子要求較高的 不能很好地滿足需求，另外，如果沒有微打印機(jī)就無法查閱歷史 溫度值，因?yàn)閱纹瑱C(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)斷電即逝。英國(guó)的hamid等將pid控制器應(yīng)用到冰箱的溫度控制中，通 過使用matlab/simulink軟件仿真和誤差分析圖的方式與傳統(tǒng) 的on-off控制做了細(xì)致的比較。結(jié)果表明，

7、pid控制無論是在 精度和控制性能方面都優(yōu)于on-off控制。日本 komatsu electronics 公司的 kazuhiro mimura 對(duì)基于 pjld控制與現(xiàn)代控制理論相結(jié)合的離子化熱水器溫度控制開展了 研究，結(jié)果證明這樣的溫度控制方法能夠使用比傳統(tǒng)控制系統(tǒng)更 少的溫度傳感器，進(jìn)而降低成本，提高了公司效益。(3) 尚待研究的問題在車間的生產(chǎn)過程中產(chǎn)品上附帶的雜質(zhì)粉塵等一些外界的東 西對(duì)溫度采集的影響，以及產(chǎn)品的不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)中溫度要求的不 同，對(duì)溫控系統(tǒng)的精確度的要求。31緒論1.1課題設(shè)計(jì)背景和目的在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和 開關(guān)量都是常用的主要被控

8、參數(shù)。溫度作為一個(gè)基本物理量，它 是一個(gè)與人們的生活環(huán)境、生產(chǎn)活動(dòng)密切相關(guān)的重要物理量。在 現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)過程中溫度作為-種常用的主要被控參數(shù)，在 很多生產(chǎn)過程中我們需要對(duì)溫度參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。例如：在冶金工 業(yè)、化工生產(chǎn)、電力工程、造紙行業(yè)、機(jī)械制造和食品加丁等諸 多領(lǐng)域中，人們都需要對(duì)各類加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐 中的溫度進(jìn)行檢測(cè)。采用單片機(jī)來對(duì)溫度進(jìn)行控制，不僅具有控 制方便、組態(tài)簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控 溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。因此 單片機(jī)對(duì)溫度的控制問題是-個(gè)工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到的問題1o本次設(shè)計(jì)采用mcs-54系列單片機(jī)與各種外圍電

9、路構(gòu)成單片機(jī) 溫度自動(dòng)檢測(cè)和控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的實(shí)時(shí)檢測(cè)和控制。通過 本次設(shè)計(jì)掌握溫度檢測(cè)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方法和軟件編寫方 法。熟悉protel軟件的使用方法。通過課題的研究進(jìn)步鞏固所 學(xué)的知識(shí)，同時(shí)學(xué)習(xí)課程以外的相關(guān)知識(shí)，培養(yǎng)綜合應(yīng)用知識(shí)的 能力。鍛煉動(dòng)手能力與實(shí)際工作能力，將所學(xué)的理論與實(shí)踐結(jié)合 起來。1.2國(guó)內(nèi)外研究狀況和發(fā)展趨勢(shì)隨著國(guó)內(nèi)外工業(yè)的口益發(fā)展，溫度檢測(cè)技術(shù)也有了不斷的進(jìn)步。 溫度測(cè)量系統(tǒng)主要由兩部分組成，一部分是傳感器，它將溫度信 號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。另一部分是電子裝置，它主要完成對(duì)信號(hào)的接 收、處理、對(duì)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行控制、溫度顯示等功能。對(duì)應(yīng)于不同的溫 度段及測(cè)量精度要求，測(cè)溫裝

10、置也不盡相同，從傳感器方面看, 己出現(xiàn)有各種金屬材料、非金屬材料、半導(dǎo)體材料制成的傳感器, 也有紅外傳感器。儀器本身也趨向小型化，多采用集成度較高的 芯片或元件組成電路。對(duì)于測(cè)點(diǎn)較多，并具有報(bào)警、巡測(cè)、控制 等多功能測(cè)溫裝置，一般采用單片機(jī)電路。目前的溫度檢測(cè)技術(shù) 原理很多，大致包括以下幾種：(1)物體熱脹冷縮原理(2)熱電效應(yīng) (3)熱阻效應(yīng)(4)利熱輻射原理。傳統(tǒng)的溫度傳感器(如，熱電偶、鉗電阻、雙金屬開關(guān)等)雖然有著 各自不可替代的優(yōu)點(diǎn)，但由于自身因自熱效應(yīng)影響了測(cè)量精度，從 而制約了它們?cè)谖⑿突叨穗娮赢a(chǎn)品中的應(yīng)用。與之相比較，半 導(dǎo)體溫度傳感器具有靈敏度高、體積小、功耗低、時(shí)間常數(shù)小

11、、 自熱溫升小、抗干擾能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn),無論是電壓、電流還是 頻率輸出，在相當(dāng)大的溫度范圍內(nèi)(-55-150 °c)都與溫度成線 性關(guān)系，適合在集成電路系統(tǒng)中應(yīng)用。目前，半導(dǎo)體溫度|<< « < 1 2 3456789 10 >»»|傳感器工作的溫度范圍還限于-50 150 °co未來主要的研究方向?qū)⑹侨绾螖U(kuò)大它的溫度適用范圍, 以及智能化、網(wǎng)絡(luò)化等方面2。近年來，在溫度檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域中，多種新的檢測(cè)原理與技術(shù)的開 發(fā)應(yīng)用己取得了具有實(shí)用性的重大進(jìn)展。新一代溫度檢測(cè)元件正 在不斷出現(xiàn)和完善化，主要包括以下幾種。(1)晶體管

12、溫度檢測(cè) 元件(2)集成電路溫度檢測(cè)元件(3)核磁共振溫度檢測(cè)器(4)熱噪聲 溫度檢測(cè)器(5)石英晶體溫度檢測(cè)器(6)光纖溫度檢測(cè)器(7)激光溫 度檢測(cè)器。目前國(guó)內(nèi)外的溫度控制方式越來越趨向于智能化，溫度測(cè)量首先 是由溫度傳感器來實(shí)現(xiàn)的。測(cè)溫儀器由溫度傳感器和信號(hào)處理兩 部分組成。溫度測(cè)量的過程就是通過溫度傳感器將被測(cè)對(duì)象的溫 度值轉(zhuǎn)換成電的或其它形式的信號(hào)，傳遞給信號(hào)處理電路進(jìn)行信 號(hào)處理轉(zhuǎn)換成溫度值顯示出來。溫度傳感器隨著溫度變化而引起 變化的物理參數(shù)有：膨脹、電阻、電容、熱電動(dòng)勢(shì)，磁性能、頻率、 光學(xué)特性及熱噪聲等等。隨著生產(chǎn)的發(fā)展,新型溫度傳感器還會(huì) 不斷出現(xiàn)，目前，國(guó)內(nèi)外通用的溫度傳

13、感器及測(cè)溫儀大致有以下幾 種：熱膨脹式溫度計(jì)、電阻溫度計(jì)、熱電偶、輻射式測(cè)溫儀表、 石英溫度傳感器測(cè)溫儀3。1.3溫度檢測(cè)的主要方法溫度的測(cè)量方法多采用集成的半導(dǎo)體模擬溫度傳感器，傳感器輸 出的電壓或電流與溫度在定范圍呈線性關(guān)系。通過放大，采樣 得到被測(cè)量。另一種溫度測(cè)量方法是使用熱電偶，其測(cè)量精度較 高，但測(cè)試過程復(fù)雜，測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)，而且采用電橋測(cè)量的系統(tǒng)抗 干擾能力較差，誤差較大。隨著集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，新型 的數(shù)字化溫度傳感器其精度、穩(wěn)定性、可靠性及抗干擾能力都優(yōu) 于模擬的溫度傳感器。數(shù)字溫度傳感器也越來越的到廣泛的應(yīng)用4 o溫度檢測(cè)的方法根據(jù)敏感元件和被測(cè)介質(zhì)接觸與否，可以分為接 觸

14、式與非接觸式兩大類。接觸式檢測(cè)的方法主要包括基于物體受 熱體積膨脹性質(zhì)的膨脹式溫度檢測(cè)儀表；基于熱電效應(yīng)的熱電偶 溫度檢測(cè)儀表。非接觸式檢測(cè)方法是利用物體的熱輻射特性與溫 度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)物體的溫度進(jìn)行檢測(cè)，主要有亮度法、全 輻射法和比色法等。接觸式測(cè)溫是使測(cè)溫敏感元件與被測(cè)介質(zhì)接 觸，當(dāng)被測(cè)介質(zhì)與感溫元件達(dá)到熱平衡時(shí)，感溫元件與被測(cè)介質(zhì) 的溫度相等。這類傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠、精度高、穩(wěn)定性 好、價(jià)格低、應(yīng)用十分廣泛，因此，本方案采用接觸式測(cè)溫法, 選用相關(guān)類型的傳感器。由單片機(jī)組成的溫度測(cè)控系統(tǒng)，通過在單片機(jī)外部添加各種接口 電路，可構(gòu)成單片機(jī)最小系統(tǒng)，用以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度控制對(duì)象的溫度

15、的顯示和控制。同時(shí)也能根據(jù)實(shí)際情況實(shí)現(xiàn)多路巡回檢測(cè)、數(shù)據(jù) 處理、報(bào)警及記錄,對(duì)各個(gè)參數(shù)以一定的周期進(jìn)行檢查和測(cè)量，檢 測(cè)的結(jié)果經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后再進(jìn)行顯示、打印和報(bào)警，以提醒操作 人員注意或直接用于生產(chǎn)控制5。1.4課題設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容本溫度控制系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，它用溫度傳感器將檢 測(cè)到的溫度信號(hào)經(jīng)放大，a/d轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處 理并顯示當(dāng)前溫度值，用當(dāng)前溫度值與設(shè)定溫度值進(jìn)行比較6。 根據(jù)比較的結(jié)果得到控制信號(hào)用以控制繼電器的通斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)加 熱器的控制。通過這種控制方式實(shí)現(xiàn)對(duì)保溫箱的溫度控制。本課 題設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分。系統(tǒng)功能由 硬件和軟件兩大部分協(xié)調(diào)

16、完成，硬件部分主要完成主機(jī)電路、數(shù) 據(jù)采集電路、鍵盤顯示電路、控制執(zhí)行等電路的設(shè)計(jì)。軟件程序編寫主要用來實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的檢測(cè)、標(biāo)度轉(zhuǎn)換、led顯示、繼電 器控制等數(shù)據(jù)處理功能。2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)采用mcs-51單片機(jī)作為控制芯片，采用半導(dǎo)體集成溫 度傳感器ad590采集溫度信號(hào)。通過溫度傳感器將采集的溫度 信號(hào)轉(zhuǎn)換成與之相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，經(jīng)過放大處理送入a/d轉(zhuǎn)換器 進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換,將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入到控制芯片進(jìn)行 數(shù)據(jù)處理。通|vv «< 1 234 56 78 9 10 >»»|過在芯片夕卜 圍添加顯示、控制等外圍電路來實(shí)現(xiàn)對(duì)保溫箱溫度

17、的實(shí)時(shí)檢測(cè)和 控制功能。本系統(tǒng)功能由硬件和軟件兩大部分協(xié)調(diào)完成，硬件部分主要完成 傳感器信號(hào)的采集處理，信息的顯示等;軟件主要完成對(duì)采集的溫 度信號(hào)進(jìn)行處理及顯示控制等功能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示:單片機(jī)最小系統(tǒng)控制交流 電源保溫箱ad5901 +1調(diào)理電路1 11 1 »1 1a/d111 1繼電器直流電源f單片機(jī)f 設(shè)定§:不圖2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)就是為本單片機(jī)溫控系統(tǒng)選擇 合適的、最優(yōu)的系統(tǒng)配置，即按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備, 如鍵盤、顯示器、打印機(jī)、a/d轉(zhuǎn)換器、設(shè)計(jì)合適的接口電路等。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)本著以下原則：

18、(1) 盡可能選擇典型電路，并符合單片機(jī)常規(guī)用法。本設(shè)計(jì)采用 了典型的顯示電路、a/d轉(zhuǎn)化電路，為硬件系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊 化打下良好的基礎(chǔ)。(2) 硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)合應(yīng)用軟件方案一并考慮。軟件能實(shí)現(xiàn)的功能 盡可能由軟件實(shí)現(xiàn)，以簡(jiǎn)化硬件結(jié)構(gòu)。由軟件實(shí)現(xiàn)的硬件功能, 一般響應(yīng)時(shí)間比硬件實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)，且占用cpu時(shí)間。由于本設(shè)計(jì)的 響應(yīng)時(shí)間要求不高，所以有一些功能可以用軟件編程實(shí)現(xiàn)，如鍵 盤的去抖動(dòng)問題。(3) 系統(tǒng)中的相關(guān)器件要盡可能做到性能匹配。系統(tǒng)中所有芯片 都應(yīng)盡可能選擇低功耗產(chǎn)品。本系統(tǒng)的硬件電路主要包括模擬部分和數(shù)字部分，從功能模塊上 來分有主機(jī)電路、數(shù)據(jù)采集電路、鍵盤顯示電路、控制執(zhí)行電路。 系

19、統(tǒng)硬件包括：溫度傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、a/d轉(zhuǎn)換器件、mcs-51單片機(jī)、鍵盤輸入、led溫度顯示器、溫度控制電路。2.1.1芯片選擇單片機(jī)就是在一塊硅片上集成了微處理器、存儲(chǔ)器和各種輸入輸 出接口電路的微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱單片機(jī)。單片機(jī)以其較高的性能 價(jià)格比受到了人們的重視和關(guān)注。它的優(yōu)點(diǎn)就是體積小、重量輕、 抗干擾能力強(qiáng)、對(duì)環(huán)境要求不高、價(jià)格低廉、可靠性高、靈活性 好、開發(fā)較為容易。單片機(jī)根據(jù)其基本操作處理的位數(shù)可分為4、8、16、32位單片機(jī)，應(yīng)用最為廣泛的是八位單片機(jī)。根據(jù)本次 設(shè)計(jì)的實(shí)際情況和要求，在本次設(shè)計(jì)中采用at89c51作為系統(tǒng) 的控制芯片。at89c51是一種低功耗、高性能cm

20、os 8位微控 制器，具有4k的系統(tǒng)可編程flash存儲(chǔ)器。使用atm el公司高 密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80c51產(chǎn)晶指令和引腳 完全兼容。片上flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常 規(guī)編程器。2.1.2溫度檢測(cè)本課題設(shè)計(jì)的溫度控制范圍為25-80攝氏度，溫度傳感器采用采 用ad590半導(dǎo)體集成溫度傳感器oa/d590具有較高的精度和重 復(fù)性，不需輔助電源，線性好，使用方便，便于微機(jī)系統(tǒng)測(cè)控。 被測(cè)溫度信號(hào)為一路由ad590測(cè)得的代表溫度的電壓信號(hào)，經(jīng) 溫度調(diào)理電路放大后使其在0-5v范圍內(nèi)，使其適合于a/d轉(zhuǎn)換 器的輸入電壓范圍。2.1.3 a/d轉(zhuǎn)換電路a/d轉(zhuǎn)換電路

21、的種類很多，例如，計(jì)數(shù)比較型、逐次逼近型、雙 積分型等等。選擇a/d轉(zhuǎn)換器件主要從轉(zhuǎn)換速度、精度和價(jià)格上 考慮。逐次逼近型a/d轉(zhuǎn)換器，在精度、速度和價(jià)格上都比較適 中，是最常用的a/d轉(zhuǎn)換器。雙積分a/d轉(zhuǎn)換器，具有精度高、 抗干擾性好、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，但轉(zhuǎn)換速度慢。近年來在微機(jī)應(yīng) 用領(lǐng)域中也得到了廣泛的應(yīng)用。本次設(shè)計(jì)采用八路模擬輸入通道 的逐次逼近型的八位a/d轉(zhuǎn)換器adc0809o采用adc0809作 為與單片機(jī)的接口電路，它的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)換速度較高。采 用adc0809作為a/d轉(zhuǎn)換器具有與單片機(jī)連接簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，它 是八位的轉(zhuǎn)換器可以與八位的單片機(jī)直接連接，這樣就簡(jiǎn)化了系 統(tǒng)的連接

22、電路也有利于系統(tǒng)軟件的編寫。2.1.4鍵盤輸入鍵盤可分為編碼式鍵盤和非編碼式鍵盤，鍵盤上閉合鍵的識(shí)別由 專用的硬件譯碼器實(shí)現(xiàn)，并產(chǎn)生鍵編號(hào)和鍵值的稱為編碼式鍵盤;靠軟件識(shí)別的為非編碼式鍵盤。在單片機(jī)組成的測(cè)控系統(tǒng)中，用 得最多的是非編碼鍵盤。在這里采用的就是非編碼式鍵盤。鍵盤 的連接方式采用獨(dú)立連接式，這種連接方式能夠簡(jiǎn)化程序的|<< «< 1 2 34 56 789 10 >»»| 編寫。2.1.5 led 顯示 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用的顯示器主要有發(fā)光二極管顯示器(led)和液晶顯示器(lcd)。采用led作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)顯示器具有價(jià)格低

23、、性能穩(wěn)定和響應(yīng)速度快等特點(diǎn)。led顯示方 式有靜態(tài)顯示、動(dòng)態(tài)顯示和串口顯示。為了節(jié)省系統(tǒng)本身的硬件 資源，在這里led的顯示方式采用串行靜態(tài)顯示方式。利用串 口可以工作在移位寄存器方式，驅(qū)動(dòng)led靜態(tài)顯示。這樣就可 以充分的利用并行口，并將并行口用到最需要的地方去，同時(shí)主 程序不需要掃描顯示器，使它有更多的時(shí)間處理其他事情。這種 顯示方法用于顯示位數(shù)少、顯示亮度大的地方能夠達(dá)到很好的顯 示效果。2.1.6控制電路控制電路作為單片機(jī)系統(tǒng)的后向通道，他是將單片機(jī)處理后的數(shù) 字控制信號(hào)用輸出口輸出，并將該數(shù)字信號(hào)用于對(duì)控制對(duì)象的控 制。由于單片機(jī)的輸出信號(hào)電平很低，無法直接驅(qū)動(dòng)外圍設(shè)備進(jìn) 行工作，

24、因此在單片機(jī)的后向通道中需要外圍設(shè)備的驅(qū)動(dòng)、信號(hào) 電平的轉(zhuǎn)換以及隔離放大等技術(shù)。本次設(shè)計(jì)采用繼電器作為控制 電路的主要器件，通過繼電器可以實(shí)現(xiàn)直流信號(hào)控制交流負(fù)載的 功能，從而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)的控制功能。2.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，采用模塊化設(shè)計(jì)可以簡(jiǎn)化系統(tǒng) 軟件的編寫，使軟件編寫思路更加簡(jiǎn)單明了。系統(tǒng)軟件主要由三 大模塊組成：主程序模塊、功能實(shí)現(xiàn)模塊和運(yùn)算控制模塊。主程 序模塊用于實(shí)現(xiàn)各個(gè)子程序間的跳轉(zhuǎn)。功能實(shí)現(xiàn)模塊主要由a/d 轉(zhuǎn)換子程序、鍵盤處理子程序、顯示子程序、繼電器控制程序等 部分組成。運(yùn)算控制模塊涉及標(biāo)度轉(zhuǎn)換子程序等。3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1中央處理器mcs-5

25、1系列單片機(jī)是8位增強(qiáng)型，其主要的技術(shù)特征是為單片 機(jī)配置了完善的外部并行總線和具有多級(jí)識(shí)別功能的串行通訊接口 (uart),規(guī)范了功能單元的sfr控制模式及適應(yīng)控制器 特點(diǎn)的布爾處理系統(tǒng)和指令系統(tǒng)。屬于這類單片機(jī)的芯片有許多 種，如8051 > 803仁80c51等等。由于單片機(jī)具有較高的性能 比，國(guó)內(nèi)mcs-51系列單片機(jī)應(yīng)用最廣，易于開發(fā)、使用靈活、 而且體積小、易于開發(fā)、抗干擾能力強(qiáng)，可以工作于各種惡劣的 條件下，工作穩(wěn)定等特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)本著實(shí)用性和適用性的要求, 選擇at89c51單片機(jī)作為中央處理器。3.1.1 at89c51 簡(jiǎn)介at89c51是-種帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除

26、只讀存儲(chǔ)器的具 有低電壓，高性能cmos的8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器 件采用atmel高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 的mcs-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位cpu 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中,atmel的at89c51是一種高 效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉 的方案。如圖3.1為at89c51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。外部中斷0內(nèi) flashi cpu ltr計(jì)紋 輸入l 內(nèi) ram2hdhi屮 i審行端口 i wtr6 p0p2p1p3 txd rxd圖3.1at89c51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖at89c51單片機(jī)與mcs-51系列單片機(jī)兼容,at8

27、9c51內(nèi)部有4k字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器,128*8位內(nèi)部ram,兩個(gè)16位定時(shí) 器/計(jì)數(shù)器,5個(gè)中斷源，32可編程i/o線及串行通道。閃爍存儲(chǔ) 器是一種可編程又可擦除只讀存儲(chǔ)器（eeprom）,給用戶設(shè)計(jì) 單片機(jī)系統(tǒng)和單片機(jī)系統(tǒng)帶來很大的方便，深受廣大用戶的歡迎。 at89c51有片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路，具有低功耗的閑置和掉電 模式，在空閑方式下，cpu停止工作，但允許內(nèi)部ram、定時(shí)器 /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，能保存 ram的內(nèi)容，但振蕩器停止工作，并禁止所有其他部件工作。 還具有三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定，全靜態(tài)工作頻率0hz-24h乙數(shù)據(jù) 保留時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)10年。3.1.2

28、管腳說明如圖3.2為at89c51引腳圖，各引腳功能說明如下7: 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|<< «< 1 23456789 10 >» »|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。圖3.2at89c51引腳圖 p1 口： p1

29、 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o 口， p1輸岀緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)ttl邏輯電平。對(duì)p1端口寫7”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)o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) p2 口： p2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o 口， p2輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)ttl邏輯電平。對(duì)p2端口寫“t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

30、出電流(hl)o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movxdptr)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movxri）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， 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）o p3 口亦作為at89c51特殊功能（第 二功

31、能）使用，如表3-1所示。表3-1 at89c51引腳號(hào)第二功能p3.0rxd （串行輸入）p3.1txd （串行輸出）p3.2into （外部中斷0）p3.3into （外部中斷0）p3.4to （定時(shí)器0外部輸入）p3.5t1 （定時(shí)器4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)器讀選通）rst:復(fù)位輸入，晶振工作時(shí)，rst腳持續(xù)2個(gè)機(jī)器周期高電平 將使單片機(jī)復(fù)位。看門狗計(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

32、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“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

33、儲(chǔ)器 選通信號(hào)。當(dāng)at89c51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。3.1.3特殊功能存儲(chǔ)器在單片機(jī)內(nèi)高128b ram中，由有21個(gè)特殊功能寄存器（afr）, 它們離散的分布在80h-ffh的ram空間中，

34、訪問特殊功能寄 存器只允許使用直接尋址方式。表3-2為at89c51單片機(jī)特殊 功能寄存器及其相應(yīng)地址7。表3-2專用寄存器名稱，功能及對(duì)應(yīng)的ram地址 名稱簡(jiǎn)單描述地址acc累加器（專門用于存儲(chǔ)算術(shù)和邏輯運(yùn)算的結(jié)果）oeohbb寄存器（專門用于乘/除法運(yùn)算）ofohpsw程序狀態(tài)寄存器odohsp推棧指針寄存器81hdptr16位數(shù)據(jù)指針寄存器。cpu訪問外部ram時(shí)地址指針，由兩 個(gè)8位寄存器dph （83h）、dpl （82h）組成且可單獨(dú)訪問。p0端口 0狀態(tài)寄存器（初始值為offh）80hp1端口 1狀態(tài)寄存器（初始值為offh）90hp2端口 2狀態(tài)寄存器（初始值為offh）oao

35、hp3端口 3狀態(tài)寄存器（初始值為offh）obohip中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器0b8hie中斷允許控制寄存器0a8htmod定時(shí)器/計(jì)數(shù)器方式控制寄存器89htcon定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制寄存器88hth0定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0高字節(jié)8chtl0定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0低字節(jié)8ahth1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1高字節(jié)8dhtli定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0低字節(jié)8bhscon串行控制寄存器98hsbuf串行數(shù)據(jù)緩沖器99hpcon電源控制寄存器87h3.1.4芯片擦除整個(gè)eprom陣列電擦除可通過正確的控制信號(hào)組合，并保持 ale管腳處于低電平10ms來完成。在芯片擦除操作中，代碼 陣列全被寫“t且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，

36、該操作 必須被執(zhí)行。此外，at89c51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻 率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模 式下，cpu停止工作。但ram,定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷 系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存ram的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩 器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。3.1.5復(fù)位電路的設(shè)計(jì)復(fù)位使單片機(jī)處于起始狀態(tài)，并從該起始狀態(tài)開始運(yùn)行。at89c51的rst引腳為復(fù)位端，該引腳連續(xù)保持2個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)時(shí)鐘振動(dòng)周期）以上高電平，則可使單片機(jī)復(fù)位。內(nèi)部 復(fù)位電路在每一個(gè)機(jī)器周期的s5p2期間采樣斯密特觸發(fā)器的 輸出端，該觸發(fā)器可抑制rst引腳的噪聲干擾，并在復(fù)位

37、期間 不產(chǎn)生ale信號(hào)，內(nèi)部ram處于不斷電狀態(tài)。其中的數(shù)據(jù)信息 不會(huì)丟失，也即復(fù)位后，只影響sfr中的內(nèi)容，內(nèi)部ram中 的數(shù)據(jù)不受影響。外部復(fù)位有上電復(fù)位和按鍵電平復(fù)位。由于單 片機(jī)運(yùn)行過程中，其本身的干擾或外界干擾會(huì)導(dǎo)致出錯(cuò)，此時(shí)我 們可按復(fù)位鍵重新開始運(yùn)行。為了便于本設(shè)計(jì)運(yùn)行調(diào)試，復(fù)位電 路采用按鍵復(fù)位方式。按鍵復(fù)位電路如圖3.3所示8。c3pi72k圖3.3復(fù)位電路3.1.6時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路是單片機(jī)的心臟，它控制著單片機(jī)的工作節(jié)奏。mcs-51 單片機(jī)允許的時(shí)鐘頻率是因型號(hào)而異的，其典型值為12mh乙at89c51內(nèi)部有一個(gè)反相振蕩放大器，xtal1和xtal2分別是該反向振蕩放

38、大器的輸入端和輸出端。該反向放大器可配置為 片內(nèi)振蕩器，石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。本設(shè)計(jì)采用的晶振 頻率為12mh乙 其時(shí)鐘電路如圖3.4所示。51系列單片機(jī)還可 使用外部時(shí)鐘。在使用外部時(shí)鐘時(shí)，外部時(shí)鐘必須從xtal1輸 入，而xtal2懸空。圖3.4時(shí)鐘電路3.2溫度傳感器ad590溫度傳感器的應(yīng)用范圍很廣，它不僅用于日常生活中，而且也大 量應(yīng)用于自動(dòng)化和過程檢測(cè)控制系統(tǒng)。溫度傳感器的種類很多, 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用條件，選擇恰當(dāng)?shù)膫鞲衅黝愋筒拍鼙ＷC測(cè)量的準(zhǔn)確 可靠，并冃同時(shí)達(dá)到增加使用壽命和降低成本的目的。ad590 溫度傳感器不但實(shí)現(xiàn)了溫度轉(zhuǎn)化為線性電量測(cè)量，而且精度高、 互換性好。ad59

39、0測(cè)量熱力學(xué)溫度、攝氏溫度、兩點(diǎn)溫度差、 多點(diǎn)最低溫度、多點(diǎn)平均溫度的具體電路，廣泛應(yīng)用于不同的溫 度控制場(chǎng)合。由于ad590精度高、價(jià)格低、不需輔助電源、線 性好，常用于測(cè)溫和熱電偶的冷端補(bǔ)償。本設(shè)計(jì)釆用ad590作 為溫度傳感器，它只需要一個(gè)電源即可實(shí)現(xiàn)溫度到電流的線性變 換，然后再終端使用一只取樣電阻，即可實(shí)現(xiàn)電流到電壓的轉(zhuǎn)換。 它使用方便，并且具有較高的精度。圖3.5為ad590的封裝形式和基本應(yīng)用電路。1sv（a）封鞍形式 lb）基本應(yīng)用電路圖3-5 ad590封裝形式和應(yīng)用電路ad590集成溫度傳感器是將溫敏電阻晶體管與相應(yīng)的輔助電路 集成在同塊芯片上，能直接給出正比于絕對(duì)溫度的理

40、想線形輸 出，一般用于-55°c+150°c之間的測(cè)量溫度。溫敏晶體管在管 子的集電極電流恒定時(shí)，其基極發(fā)射極電壓與溫度成線形關(guān)系， 由于生產(chǎn)廠家生產(chǎn)時(shí)采用激光微調(diào)來校正集成電路內(nèi)的薄膜電 阻，使其在攝氏零度（對(duì)應(yīng)絕對(duì)溫度為273.2k）,輸出電流微 273.2ua,靈敏度微1ua/ko當(dāng)其感受的溫度升高或者降低時(shí)， 貝ij其電流就以 1u|« « < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > » »| a/k 的速 率增大或減小，從而將被測(cè)電流轉(zhuǎn)換為電壓，則可以用電壓來表 示其溫度大小。為克服溫敏晶體管vb電壓產(chǎn)生時(shí)

41、的離散性，采 用了特殊的差分電路。集成溫度傳感器具有電壓型和電流型兩種。 因此，它不容易受接觸電阻、引線電阻、電壓噪音的干擾，具有 很好的線性特性。ad590主要特性如下：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:(3-1)式中：lr為流過器件（ad590）的電流，單位為ma；t為熱力學(xué)溫度，單位為k。 ad590的測(cè)溫范圍為-55°c+150°c。 ad590的電源電壓范圍為4v30v。電源電壓可在4v6v范 圍變化，電流匚變化ma,相當(dāng)于溫度變化1ko 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)被損壞。輸出電阻為

42、710mwo精度高。ad590共有i、j、k、l、m五檔，其中im檔精度最 高，在-55°c+150°c范圍內(nèi)，非線性誤差為±0.3°coad590溫度傳感器作為-個(gè)恒流源，在本設(shè)計(jì)的溫度檢測(cè)電路 中在ad590的輸出端接一取樣電阻可將輸出電流信號(hào)變化轉(zhuǎn)換 為電壓信號(hào)變化。由于ad590溫度傳感器溫度每變化1°c其輸 出電流變化1ma。所以在接上10k的取樣電阻的情況下，溫度 每變化10°c,輸出電壓就將變化0.1vo3.3信號(hào)調(diào)理電路經(jīng)過溫度傳感器采集輸出的電壓信號(hào)一般來說是非常微弱的，因此，在送往單片機(jī)處理之前應(yīng)對(duì)該信號(hào)進(jìn)行放大。

43、本系統(tǒng)所采用的a/d轉(zhuǎn)換器為adc0809,由于adc0809的輸入信號(hào)應(yīng)在05v之間，因此，經(jīng)過放大電路放大的信號(hào)進(jìn)入a/d轉(zhuǎn)換器的 電壓信號(hào)應(yīng)控制在05v之間，根據(jù)此原則可設(shè)計(jì)合適的放大倍 數(shù)。信號(hào)調(diào)理電路主要由運(yùn)算放大器0p07等組成。為了使溫度檢測(cè) 電路的輸出電壓能夠適合于a/d轉(zhuǎn)換器的參考電壓，利用超低溫 漂移高精度運(yùn)算放大器0p07將溫度電壓信號(hào)進(jìn)行放大到05v 的范圍之內(nèi)，便于a/d進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以提高溫度采集電路的可靠性。 本設(shè)計(jì)中，信號(hào)調(diào)理電路部分由集成運(yùn)放op07分別構(gòu)成一個(gè)電 壓跟隨器，電壓比較器和一個(gè)同相輸入放大器用于對(duì)ad590輸 出的小電壓信號(hào)進(jìn)行放大處理9。信號(hào)調(diào)理電

44、路如圖3.6所示圖3.6溫度檢測(cè)電路在該放大電路中，電壓跟隨器起阻抗匹配的作用。反饋電阻為零 時(shí)，放大倍數(shù)為1,電壓跟隨器的輸入電壓等于輸出電壓 電壓比較器用于對(duì)輸出電壓小信號(hào)電壓進(jìn)行調(diào)零，在上述電路圖 中的電壓比較器部分由于r2=r4 r3=r5可得電壓比較器的輸 出電壓s = % -%根據(jù)電壓跟隨器的輸出電壓調(diào)節(jié)電位計(jì)r9 就改變電壓比較器的輸入電壓5“使得當(dāng)溫度為溫度測(cè)量下限時(shí)電壓比較器的輸出電壓為零。4 = 1 +生起放大作用的是同相輸入放大器op07。其放大倍數(shù)：b因此放大器的輸出電壓久=3.4溫度標(biāo)定本設(shè)計(jì)的溫度標(biāo)定是在室溫環(huán)境條件下標(biāo)定的。由于溫度傳感器 輸出與溫度變化有良好的線

45、性。根據(jù)溫度調(diào)理電路，輸出電壓和 溫度變化也具有一定的線性關(guān)系。根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的電壓和溫度數(shù) 據(jù)，在此我們可以采用一元線性回歸的方法求得溫度和電壓的線 性方程。一元線性回歸是處理兩變量之間的關(guān)系，即兩個(gè)變量x和y之 間若存在一定的關(guān)系，則可通過試驗(yàn)，分析所得數(shù)據(jù)，找到兩者 之間的關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式。假如兩變量之間的關(guān)系是線性的則稱為 一元線性回歸。由于變量測(cè)量中存在隨機(jī)誤差，一元線性方程回 歸可用最小二乘法處理求得一元線性回歸方程。最小二乘原理指 出，最可信賴值應(yīng)在使殘余誤差平方和最小的條件下求得10o 根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果可得，在一定溫度x下的電壓輸出值y,得到 如下表所示。|<< <

46、;< < 1 2345678910>»»|表3-3x/°c40 50607080y/v00.421.061.682.262.863.45根據(jù)表3-3所得的數(shù)據(jù)，我們可以知道電壓輸出范圍在0-5v之 間，適合a/d轉(zhuǎn)換參考電壓的電壓范圍。為了了解輸出電壓y 與溫度x之間的大致關(guān)系，把數(shù)據(jù)表示在坐標(biāo)圖上，如圖3-7所 示，這種圖叫散點(diǎn)圖。電sv43.532.521.510.50 80, 3. 46 70, 2. 85 60, 2. 26 50, 1.67溫廈-電壓曲線圖 40, 1. 0630, 0. 4220 30 40 50 60 70 80 9

47、0 溫度匸圖37溫度電壓散點(diǎn)圖從散點(diǎn)圖可以看岀，輸出電壓y與溫度x大致成線性關(guān)系。因 此，我們假設(shè)x與y之間的內(nèi)在關(guān)系是-條直線，有些點(diǎn)偏離 了直線，這是試驗(yàn)過程中其他隨機(jī)因素的影響而引起的。這樣就 可以假設(shè)這組測(cè)量數(shù)據(jù)有如下結(jié)構(gòu)形式：b=(xrx)lxry> t=1,2, n (3-2)式中的“，"，,引分別表示其他隨機(jī)因素對(duì)電壓測(cè)得值 兒 乃，*的影響，-般假設(shè)它們是一組相互獨(dú)立、并服從同 一正態(tài)分布的隨機(jī)變量，式(3-2)就是一元線性回歸的數(shù)學(xué)模型。 此例中n=7。我們用最小二乘法來估計(jì)式(3-2)中的參數(shù)燉、q。 設(shè)bo和b分別是參數(shù)解i3q的最小二乘估計(jì)，便可得到一元

48、線 性回歸的回歸方程少=% + 加(3-3)式中的bo和b是回歸方程的回歸系數(shù)。對(duì)每一個(gè)實(shí)際測(cè)得值丹與 這個(gè)回歸值必之差就是殘余誤差氣：v產(chǎn)兒-%-bx, t=1, 2,n (3-4)應(yīng)用最小二乘法求解回歸系數(shù)，就是在使殘余誤差平方和為最小的條件下求得回歸系數(shù)bo和b的值。用矩陣形式，令»1vi_1v2x=r=5=n91%, 29.嘰則式(32)的矩陣形式為? = y-q(3-5)假定測(cè)得值片的精度相等，根據(jù)最小二乘原理，回歸系數(shù)的矩陣 解為5 = (zrjf)-lxrr(3-6)代入數(shù)據(jù)后： 01 22'0.421 301.061 401.671 502.261 602.8

49、51 703.46 1 80. 求解線性方程系數(shù)：因此 b0=-1.34 b=0.06線性方程為：x0.06x-l.34 (3-7)3.5 a/d轉(zhuǎn)換adc0809是一種8位逐次逼近式a/d轉(zhuǎn)換器，其內(nèi)部有一個(gè)8 位“三態(tài)輸出鎖存器”可以鎖存a/d轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量，故它本身既 可看作一種輸入設(shè)備，也可以認(rèn)為是并行i/o接口芯片。故adc0809可以和微機(jī)直接接口，本設(shè)計(jì)就是用at8951和adc0809直接相連的。adc0809采用雙列直插式封裝，圖3.8為adc0809引腳圖， 共有28條引腳，主要引腳功能為： inoin7:為八路模擬電壓輸入線，用于輸入被轉(zhuǎn)換的模擬電 壓。 ale:為地址鎖

50、存允許輸入線，高電平有效。 add-a、addb和add-c:為地址輸入線，用于選擇in0-in7上那一路模擬電壓送給比較器進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換。adda、addb和addc對(duì)inoin7的選擇如表3-4所列： start:為“啟動(dòng)脈沖”輸入線，上升沿清零sar,下降沿啟動(dòng) adc0809 i作。 eoc：為轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出線，該線上高電平表示a/d轉(zhuǎn)換已結(jié) 束。&nbs|vv « < 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > » »| p; oe：為"輸出允許”線，高電平時(shí)能使2-12弋引腳上輸出轉(zhuǎn)換 后的數(shù)字量。nomi>24ikl 1in-14-jjw-20 <40ojccogc “281m4eocadda addb addcn6aleenable start ft afv (mwu jlvvrw351612adc