AD590數(shù)字溫度計(jì)論文

1、目 錄引言11 確定設(shè)計(jì)方案12 元器件選擇12.1 傳感器型號(hào)選擇12.2 運(yùn)算放大電路22.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換32.4 控制器52.5 顯示元器件的選擇83 結(jié)構(gòu)和基本原理93.1傳感器及放大電路93.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路103.3 鍵盤(pán)消抖103.4 顯示電路114 電路仿真115 硬件電路設(shè)計(jì)115.1 畫(huà)硬件原理圖125.2畫(huà)印刷電路板PCB圖125.3 打印PCB圖136 軟件設(shè)計(jì)137 總結(jié)14謝 辭15參考文獻(xiàn)16附 錄17引言在當(dāng)今信息化時(shí)代展過(guò)程中，各種信息的感知、采集、轉(zhuǎn)換、傳輸和處理的功能器件已經(jīng)成為各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中不可缺少的重要技術(shù)工具。傳感器是信息采集系統(tǒng)的首要部件，是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代

2、化測(cè)量和自動(dòng)控制的主要環(huán)節(jié)，是現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的源頭，又是信息社會(huì)賴(lài)以存在和發(fā)展的物質(zhì)與技術(shù)基礎(chǔ)?？梢?jiàn)理解和撐握傳感器的知識(shí)與技術(shù)有著其極重要的意義。傳感器知識(shí)面廣，如果在實(shí)踐技能的鍛煉上下功夫，單憑課堂理論課學(xué)習(xí)，勢(shì)必出現(xiàn)理論與實(shí)踐脫節(jié)的局面。任隨書(shū)本上把單片機(jī)技術(shù)介紹得多么重要、多么實(shí)用多么好用，同學(xué)們?nèi)匀粫?huì)感到那只是空中樓閣，離自己十分遙遠(yuǎn)，或者會(huì)感到對(duì)它失去興趣，或者會(huì)感到它高深莫測(cè)無(wú)從下手，這些情況都會(huì)令課堂教學(xué)的效果大打折扣。本次設(shè)計(jì)的目的就是讓我們?cè)诶碚搶W(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，通過(guò)完成一個(gè)傳感品器件的設(shè)計(jì)，使我們學(xué)生不但能夠?qū)⒄n堂上學(xué)到的理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來(lái)，而且能夠?qū)﹄娮与娐?、電子元?/p>

3、件、印制電路板等方面的知識(shí)進(jìn)一步加深認(rèn)識(shí)，同時(shí)在軟件編程、排版調(diào)試、焊接技術(shù)、相關(guān)儀器設(shè)備的使用技能等方面得到較全面的鍛煉和提高。1 確定設(shè)計(jì)方案 測(cè)量溫度的方法多種多樣，測(cè)溫傳感器是決定技術(shù)指標(biāo)的關(guān)鍵元件，這次實(shí)訓(xùn)采用AD590作為溫度傳感，再通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)成數(shù)字信號(hào)，送入單片機(jī)進(jìn)行處理并顯示。2 元器件選擇2.1 傳感器型號(hào)選擇集成溫度傳感器實(shí)質(zhì)上是一種半導(dǎo)體集成電路，它是利用晶體管的b-e結(jié)壓降的不飽和值VBE與熱力學(xué)溫度T和通過(guò)發(fā)射極電流I的下述關(guān)系實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的檢測(cè),集成溫度傳感器具有線(xiàn)性好、精度適中、靈敏度高、體積小、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用。集成溫度傳感器的輸出形式分

4、為電壓輸出和電流輸出兩種。電壓輸出型的靈敏度一般為10mV/K，溫度0時(shí)輸出為0，溫度25時(shí)輸出2.982V。電流輸出型的靈敏度一般為1mA/K。AD590是美國(guó)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：流過(guò)器件的電流（mA）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度,AD590的測(cè)溫范圍為-55到+150。AD590的電源電壓范圍為4V-30V。電源電壓可在4V-6V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)被損壞。輸出電阻為710MW。精度高共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，在-55到+150范圍內(nèi)，非

5、線(xiàn)性誤差為±0.3。AD590的輸出電流I=（273+T）A（T為攝氏溫度），因此測(cè)量的電壓V為（273+T）A×10K=（2.73+T/100）V。為了將電壓測(cè)量出來(lái)又務(wù)須使輸出電流I不分流出來(lái)，我們使用電壓跟隨器其輸出電壓V2等于輸入電壓V。由于一般電源供應(yīng)教多器件之后，電源是帶雜波的，因此我們使用齊納二極管作為穩(wěn)壓元件，再利用可變電阻分壓，其輸出電壓V1需調(diào)整至2.73V接下來(lái)我們使用差動(dòng)放大器其輸出Vo為（100K/10K）×（V2-V1）=T/10，如果現(xiàn)在為攝氏28，輸出電壓為2.8V，輸出電壓接AD轉(zhuǎn)換器，那么AD轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)字量就和攝氏溫度成線(xiàn)形比

6、例關(guān)系。2.2 運(yùn)算放大電路 電路需要兩路運(yùn)算放大電路，所以選擇雙路運(yùn)算放大器，一路作跟隨器另一路作差分放大器，LM358 內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無(wú)關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場(chǎng)合。LM358 的封裝形式有塑封8引線(xiàn)雙列直插式和貼片式，本實(shí)訓(xùn)用8引線(xiàn)雙列直插式DIP8。特性(Features): 內(nèi)部頻率補(bǔ)償直流電壓增益高(約100dB)單位增益頻帶寬(約1MHz)電源電壓范圍寬：?jiǎn)坞娫?330V)；雙電

7、源(±1.5 一±15V)低功耗電流，適合于電池供電,低輸入偏流低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流共模輸入電壓范圍寬，包括接地差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍輸出電壓擺幅大(0 至Vcc-1.5V)為了減少測(cè)量電壓時(shí)對(duì)AD590的電流分流所以本實(shí)訓(xùn)先用一路放大器作為跟隨器，電壓跟隨器的顯著特點(diǎn)就是，輸入阻抗高，而輸出阻抗低，一般來(lái)說(shuō)，輸入阻抗要達(dá)到幾兆歐姆是很容易做到的。輸出阻抗低，通?？梢缘綆讱W姆，甚至更低。 在電路中，電壓跟隨器一般做緩沖級(jí)及隔離級(jí)。因?yàn)?，電壓放大器的輸出阻抗一般比較高，通常在幾千歐到幾十千歐，如果后級(jí)的輸入阻抗比較小，那么信號(hào)就會(huì)有相當(dāng)?shù)牟糠謸p耗在前級(jí)的輸出

8、電阻中。在這個(gè)時(shí)候，就需要電壓跟隨器來(lái)從中進(jìn)行緩沖。起到承上啟下的作用。應(yīng)用電壓跟隨器的另外一個(gè)好處就是，提高了輸入阻抗，這樣，輸入電容的容量可以大幅度減小，為應(yīng)用高品質(zhì)的電容提供了前提保證。AD590是恒流輸出，其輸出電流剛好是1uA/K。在電路中用10K的電阻跟AD59串連，因此電阻兩電壓剛好就是0.01V/K。在零攝氏度時(shí)電阻兩端的電壓為2.73V然而模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC0809的輸入電壓為0-5V，分辨率為0.19。精度比較低，如果電壓跟隨直接與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊直接相連就會(huì)有很大誤差。所以還要經(jīng)過(guò)差分放大電路把電壓放大10倍。具體是把電壓跟隨器輸出電壓與一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的2.73V的相減然后再放大10倍

9、。這樣做之后溫度每改變一攝氏度電壓就改變0.1V。這樣就可以送入模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)換了。該電路的輸入端是兩個(gè)信號(hào)的輸入，這兩個(gè)信號(hào)的差值，為電路有效輸入信號(hào)，電路的輸出是對(duì)這兩個(gè)輸入信號(hào)之差的放大。設(shè)想這樣一種情景，如果存在干擾信號(hào)，會(huì)對(duì)兩個(gè)輸入信號(hào)產(chǎn)生相同的干擾，通過(guò)二者之差，干擾信號(hào)的有效輸入為零，這就達(dá)到了抗共模干擾的目的。一種單晶體管電流鏡像與適當(dāng)?shù)呢?fù)載相接合，其中結(jié)合了適當(dāng)?shù)拈_(kāi)關(guān)集合，以實(shí)現(xiàn)比較器功能。具體地，差分電路包括單晶體管電流鏡像，所述單晶體管電流鏡像包括通過(guò)開(kāi)關(guān)與晶體管相連的電容器以及通過(guò)各自獨(dú)立的開(kāi)關(guān)與電流鏡像相連的兩個(gè)電流源，與電容器開(kāi)關(guān)一起操作電流源之一的開(kāi)關(guān)，以便充

10、電電容器，并且操作另一個(gè)電流源的開(kāi)關(guān)，以便所述電路作為具有電流源負(fù)載的源極跟隨放大器進(jìn)行操作。因此，晶體管特性的空間分布不會(huì)影響比較器功能。2.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換 傳感器輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)電壓跟隨器和差分放大電路之后，輸出的是0-5V的電壓信號(hào)，為了把這一信號(hào)用數(shù)碼管顯示出來(lái)，還要經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器件ADC0809把0-5V的電壓轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)0-255。a/d轉(zhuǎn)換器的功能是把模擬量變換成數(shù)字量。由于實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的工作原理和采用工藝技術(shù)不同，因此生產(chǎn)出種類(lèi)繁多的a/d轉(zhuǎn)換芯片。a/d轉(zhuǎn)換器按分辨率分為4位。6位。8位。10位。14位。16位和bcd碼的31/2位。51/2位等。按照轉(zhuǎn)換速度可分為超高速(轉(zhuǎn)換時(shí)間

11、330ns),次超高速,高速,低速(轉(zhuǎn)換時(shí)間330s)等。a/d轉(zhuǎn)換器按照轉(zhuǎn)換原理可分為直接a/d轉(zhuǎn)換器和間接a/d轉(zhuǎn)換器。所謂直接a/d轉(zhuǎn)換器，是把模擬信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，如逐次逼近型，并聯(lián)比較型等。其中逐次逼近型a/d轉(zhuǎn)換器，易于用集成工藝實(shí)現(xiàn)，且能達(dá)到較高的分辨率和速度，故目前集成化a/d芯片采用逐次逼近型者多；間接a/d轉(zhuǎn)換器是先把模擬量轉(zhuǎn)換成中間量，然后再轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，如電壓/時(shí)間轉(zhuǎn)換型(積分型),電壓/頻率轉(zhuǎn)換型，電壓/脈寬轉(zhuǎn)換型等。其中積分型a/d轉(zhuǎn)換器電路簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，切能作到高分辨率，但轉(zhuǎn)換速度較慢。有些轉(zhuǎn)換器還將多路開(kāi)關(guān)。基準(zhǔn)電壓源。時(shí)鐘電路。譯碼器和轉(zhuǎn)換電路集成

12、在一個(gè)芯片內(nèi)，已超出了單純a/d轉(zhuǎn)換功能，使用十分方便。A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)參數(shù)1.分辨率:分辨率是指A/D轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)字量的最低位變化一個(gè)數(shù)碼時(shí),對(duì)應(yīng)輸入模擬量的變化量.通常以A/D轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)字量的位數(shù)表示分辨率的高低,因?yàn)槲粩?shù)越多,量化單位就越小,對(duì)輸入信號(hào)的分辨能力也就越高.例如,輸入模擬電壓滿(mǎn)量程為10V,若用8位A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換時(shí),其分辨率為10V/28=39mV,10位的A/D轉(zhuǎn)換器是9.76Mv,而12位的A/D轉(zhuǎn)換器為2.44mV。2.轉(zhuǎn)換誤差:轉(zhuǎn)換誤差表示A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出的數(shù)字量與理論上的輸出數(shù)字量之間的差別.通常以輸出誤差的最大值形式給出.轉(zhuǎn)換誤差也叫相對(duì)精度或相對(duì)

13、誤差.轉(zhuǎn)換誤差常用最低有效位的倍數(shù)表示.例如,某A/D轉(zhuǎn)換的相對(duì)精度為±(1/2)LSB,這說(shuō)明理論上應(yīng)輸出的數(shù)字量與實(shí)際輸出的數(shù)字量之間的誤差不大于最低位為1的一半。3.轉(zhuǎn)換速度:A/D轉(zhuǎn)換器從接收到轉(zhuǎn)換控制信號(hào)開(kāi)始,到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字量為止所需要的時(shí)間,即完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間稱(chēng)為轉(zhuǎn)換速度.采用不同的轉(zhuǎn)換電路,其轉(zhuǎn)換速度是不同的,并行型比逐次逼近型要快得多.低速的A/D轉(zhuǎn)換器為130ms,中速A/D轉(zhuǎn)換器的時(shí)間在50s左右,高速A/D轉(zhuǎn)換器的時(shí)間在50ns左右,ADC809的轉(zhuǎn)換時(shí)間在100s左右。采樣頻率為8位的、以逐次逼近原理進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多

14、路開(kāi)關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。,當(dāng)數(shù)字量變化時(shí)，d/a轉(zhuǎn)換器輸出的模擬量按比例關(guān)系變化的程度。理想的d/a轉(zhuǎn)換器是線(xiàn)性的，但是實(shí)際上是有誤差的，模擬輸出偏離理想輸出的最大值稱(chēng)為線(xiàn)性誤差。8路8位AD轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位。 具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?。 轉(zhuǎn)換時(shí)間為100s單個(gè)5V電源供電 模擬輸入電壓范圍05V，不需零點(diǎn)和滿(mǎn)刻度校準(zhǔn)。 工作溫度范圍為-4085攝氏度 低功耗，約15mW。 內(nèi)部結(jié)構(gòu) ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式AD轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1322所示，它由8路模擬開(kāi)關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開(kāi)關(guān)樹(shù)型DA轉(zhuǎn)換器、逐次

15、逼近 外部特性（引腳功能） ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖1323所示。下面說(shuō)明各引腳功能。 IN0IN7：8路模擬量輸入端。2-12-8：8位數(shù)字量輸出端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線(xiàn)，用于選通8路模擬輸入中的一路ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。 START： AD轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，輸入，高電平有效。 EOC： AD轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng)AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng)AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開(kāi)輸出三態(tài)門(mén)，輸出數(shù)字量。CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ。

16、REF（+）、REF（-）：基準(zhǔn)電壓。 Vcc：電源，單一5V。 GND：地。 ADC0809的工作過(guò)程是：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng) AD轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到AD轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示AD轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng)OE輸入高電平 時(shí)，輸出三態(tài)門(mén)打開(kāi)，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線(xiàn)上2.4 控制器At89s52 是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。使用

17、Atmel 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)品指令和引腳完 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。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng) 可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線(xiàn)，看門(mén)狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16 位 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏 輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下

18、，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工 作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)， 單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。8 位微控制器 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash AT89S52 P0 口：P0口是一個(gè)8位漏極開(kāi)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(xiě)“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。 當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)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(lái)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：

19、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(xiě)“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）。 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），具體如下表所示。 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P1.0 T2（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出 P1.1 T2EX（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）

20、 P1.5 MOSI（在系統(tǒng)編程用） P1.6 MISO（在系統(tǒng)編程用） P1.7 SCK（在系統(tǒng)編程用） 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(xiě)“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(fǎng)問(wèn)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(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出P

21、2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 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì)P3 端口寫(xiě)“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，如下表所示。 在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P3口也接收一些控制信號(hào)。 端口引腳 第二功能P3.0 RXD(串行輸入口)P3.1 TXD(串行輸出口)P3.2 INTO(外中斷0)P3.3 INT1(外

22、中斷1)P3.4 TO(定時(shí)/計(jì)數(shù)器0)P3.5 T1(定時(shí)/計(jì)數(shù)器1)P3.6 WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通)P3.7 RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通)此外，P3口還接收一些用于FLASH閃存編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。RST復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部程存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。對(duì)FLASH存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于

23、輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無(wú)效。PSEN程序儲(chǔ)存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89C52由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過(guò)兩次PSEN信號(hào)。EA/VPP外部訪(fǎng)問(wèn)允許，欲使CPU僅訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H-FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：

24、如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令。FLASH存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。2.5 顯示元器件的選擇 在系統(tǒng)中要顯示時(shí)間,就必需有顯示無(wú)器件,目前市場(chǎng)上顯示元器件很多,有LCD、點(diǎn)陣顯顯、7段數(shù)碼管顯示等。LED顯示器與LCD顯示器相比，LED在亮度、功耗、可視角度和刷新速率等方面，都更具優(yōu)勢(shì)。LED與LCD的功耗比大約為10:1，而且更高的刷新速率使得LED在視頻方面有更好的性能表現(xiàn)，能提供寬達(dá)160°的視角，可以顯示各種文字、數(shù)字

25、、彩色圖像及動(dòng)畫(huà)信息，也可以播放電視、錄像、VCD、DVD等彩色視頻信號(hào)，多幅顯示屏還可以進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)播出。有機(jī)LED顯示屏的單個(gè)元素反應(yīng)速度是LCD液晶屏的1000倍，在強(qiáng)光下也可以照看不誤，并且適應(yīng)零下40度的低溫。利用LED技術(shù)，可以制造出比LCD更薄、更亮、更清晰的顯示器，擁有廣泛的應(yīng)用前景。由此可知LCD缺點(diǎn)是比較耗電,而且成本也較高。從節(jié)約成本和節(jié)約能源的角度作為出發(fā)點(diǎn)，我們選擇兩組4位7段共陰數(shù)碼管作為時(shí)間顯示，以便節(jié)約成本和功耗。數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式：數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩

26、類(lèi)。靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱(chēng)直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O端口多，如驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×840根I/O端口來(lái)驅(qū)動(dòng)，要知道一個(gè)89S51單片機(jī)可用的I/O端口才32個(gè)呢：），實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為

27、每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線(xiàn)控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開(kāi)，該位就顯示出字形，沒(méi)有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過(guò)程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示

28、是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。3 結(jié)構(gòu)和基本原理 本電路主要分為這幾部下：傳感器及外圍元件、信號(hào)處理放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、控制器、顯示電路、報(bào)警電路、鍵盤(pán)輸入,結(jié)構(gòu)原理如圖3.1所示。單片機(jī)傳感器運(yùn)算放大電路模樣數(shù)轉(zhuǎn)換電路鍵盤(pán)輸入顯示電路報(bào)警電路圖 3.1 系統(tǒng)框圖3.1傳感器及放大電路傳感器輸出電流是以絕對(duì)溫度零度（-273）為基準(zhǔn),每增加1,它會(huì)增加1A輸出電流,因此在室溫25時(shí),其輸出電流Iout=（273+25）=298A。測(cè)量Vo時(shí),不可分出任何電流，所以在應(yīng)用時(shí)我們還要通過(guò)運(yùn)算放大器來(lái)作相應(yīng)處理才能達(dá)到測(cè)量V0時(shí)，不分出任何的電流,電路如圖3.2所示。圖3.2

29、 傳感器信號(hào)放大電路電路分析：AD590的輸出電流I=（273+T）A（T為攝氏溫度）,因此測(cè)量的電壓為2.V。為了將電壓測(cè)量出來(lái)又務(wù)須使輸出電流I不分流出來(lái),我們使用電壓跟隨器其輸出電壓V2等于輸入電壓V。 由于一般電源供應(yīng)教多器件之后,電源是帶雜波的,因此我們使用齊納二極管作為穩(wěn)壓元件,再利用可變電阻分壓,其輸出電壓V1需調(diào)整至2.73V接下來(lái)我們使用差動(dòng)其輸出Vo為（100K/10K）×（V2-V1）=T/10,如果現(xiàn)在為攝氏28,輸出電壓為2.8V,輸出電壓接AD轉(zhuǎn)換器,那么AD轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)字量就和攝氏溫度成線(xiàn)形比例關(guān)系。3.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 本次實(shí)訓(xùn)只用到一路模擬信號(hào)，所以

30、ADC0809的地址選擇端A、B、C直接與地相邊，默認(rèn)選擇IN0輸入通道。ALE與START端直接相連再邊到單片機(jī)的P2口，ADC0890必須由外部提供時(shí)鐘信號(hào)，其時(shí)鐘信號(hào)頻率范圍是：10-1248kHZ,所以時(shí)鐘信號(hào)可以由單片機(jī)提供，單片機(jī)ALE端輸出頻率是晶振頻率的六分之一。所以單片機(jī)的晶振應(yīng)選6MHz這樣ALE端輸出1000kHz的頻率就可以供給ADC0809使用。3.3 鍵盤(pán)消抖鍵盤(pán)是計(jì)算機(jī)和工業(yè)控制等領(lǐng)域不可缺少的輸入設(shè)備，通過(guò)它可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話(huà)，完成各種功能操作。但是，通常的按鍵所用開(kāi)關(guān)為機(jī)械彈性開(kāi)關(guān)，由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，一個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)在閉合時(shí)不會(huì), 馬上穩(wěn)定地接通，在斷開(kāi)時(shí)也不

31、會(huì)一下子斷開(kāi)，因而在閉合及斷開(kāi)的瞬間均伴隨有一連串的抖動(dòng)，鍵抖動(dòng)會(huì)引起一次按鍵被誤讀多次，為了確保對(duì)按鍵的一次閉合僅作一次處理,必須去除按鍵抖動(dòng)。常見(jiàn)的消 抖方法采用軟件或硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)：軟件消抖主要是采用延時(shí)多次讀取鍵盤(pán)接口數(shù)據(jù)，通過(guò)比較前后兩次讀取鍵盤(pán)端口的數(shù)據(jù)來(lái)判斷是否有鍵按下；簡(jiǎn)單硬件消抖則簡(jiǎn)單硬件消抖則是采用電容來(lái)平掉信號(hào)的毛刺。但是對(duì)穩(wěn)定性要求比較高的應(yīng)用則需要采用相對(duì)復(fù)雜的集成電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。按鍵抖動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短由按鍵的機(jī)械特性決定，一般為5ms10ms，按鍵穩(wěn)定閉合時(shí)間的長(zhǎng)短則是由操作人員的按鍵動(dòng)作決定的，一般為零點(diǎn)幾秒至數(shù)秒，利用軟件延時(shí)消除鍵盤(pán)抖動(dòng)所產(chǎn)生的毛刺信號(hào)時(shí)需設(shè)置一個(gè)定時(shí)器中

32、斷,每中斷一次則讀取鍵盤(pán)接口的信號(hào)數(shù)據(jù)，如果與上次讀取的數(shù)據(jù)不一致，說(shuō)明當(dāng)前讀取的是前沿抖動(dòng)數(shù)據(jù)，將當(dāng)前的數(shù)據(jù)保留，等待下次定時(shí)器中斷。如果當(dāng)前讀取的數(shù)據(jù)和前次讀取數(shù)據(jù)相同則說(shuō)明讀取的是穩(wěn)定狀態(tài)下的數(shù)據(jù)，則確認(rèn)為真正有鍵按下。當(dāng)檢測(cè)到按鍵釋放后，需要延時(shí) 5ms到10ms的時(shí)間，待后沿抖動(dòng)消失后才能轉(zhuǎn)入該鍵的處理程序。軟件延時(shí)并不需要增加新的硬件，但采用這種方式來(lái)設(shè)計(jì)，一般通過(guò)軟件指令或者定時(shí)器的方式來(lái)設(shè)定延時(shí)的時(shí)間，采用通用處理器，由于運(yùn)行速度不一致，需要將軟件做相應(yīng)的修改。3.4 顯示電路顯示部分是傳感器最后的部分，常用的顯示器主要有發(fā)光二極管和液晶顯示器，發(fā)光二極管由于其亮度高、價(jià)格低、

33、壽命長(zhǎng)，對(duì)電流、電壓的要求較低等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。發(fā)光二極管由特殊的半導(dǎo)體材料砷化鎵、 磷砷化鎵等制成，可以單獨(dú)使用，也可以組裝成分段式或點(diǎn)陣式LED顯示器件(半導(dǎo)體顯示器)。 分段式顯示器(LED數(shù)碼管)由7條線(xiàn)段圍成8型，每一段包含一個(gè)發(fā)光二極管。外加正向電壓時(shí)二極管導(dǎo)通，發(fā)出清晰的光，有紅、黃、綠等色。只要按規(guī)律控制各發(fā)光段的亮、滅，就可以顯示各種字形或符號(hào)。共需要4位LED顯示器。采用動(dòng)態(tài)顯示方式，由于端口的問(wèn)題以及動(dòng)態(tài)顯示方式的優(yōu)越性，在此設(shè)計(jì)的連接方式上采用共陰級(jí)接法。顯示器LED有段選和位選兩個(gè)端口，首先說(shuō)段選端，它由LED八個(gè)端口構(gòu)成，通過(guò)對(duì)這八個(gè)端口輸入的不同的二進(jìn)制數(shù)

34、據(jù)使得它的時(shí)間顯示也不同，從而可以得到我們所要的時(shí)間顯示和溫度。4 電路仿真在制作硬件電路之前我們選采用模擬電路來(lái)仿真,本設(shè)計(jì)使用Proteus Professosr模擬電路圖4.1所示。圖 4.1 硬件仿真圖5 硬件電路設(shè)計(jì)在仿真電路中能實(shí)現(xiàn)所有功能后，我們使用Protel99來(lái)畫(huà)硬件原理圖和PCB圖5.1 畫(huà)硬件原理圖新建一個(gè)工程之后，新建一張?jiān)韴D，把所需的元器件擺放整齊，并正確連線(xiàn)，確認(rèn)無(wú)誤后，就可以作元件封裝，并生成網(wǎng)絡(luò)，最后得到的原理如圖5.1所示。圖5.1 電路原理圖5.2畫(huà)印刷電路板PCB圖把原理圖生成的網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)入PCB圖中，并進(jìn)得布線(xiàn)最后得到的PCB圖5.2所示。圖5.2 PC

35、B布線(xiàn)圖5.3 打印PCB圖將畫(huà)好的PCB圖打印好，并緊貼到電路板上，送入轉(zhuǎn)印機(jī)之后就可以進(jìn)行腐蝕了，接下來(lái)就是打孔了，打好孔之后就進(jìn)行元器件的焊接。焊接芯片時(shí)，首先要檢查芯片的各個(gè)管腳，保證沒(méi)有彎曲或者錯(cuò)位，不然按照師兄的話(huà)說(shuō)，焊上去之后就比較難搞了。然后將芯片各個(gè)管腳跟PCB板上的焊盤(pán)仔細(xì)的對(duì)準(zhǔn)一定要保證順序，右上角O標(biāo)記順時(shí)針?lè)较虻牡谝粋€(gè)管腳為1然后用電烙鐵輕輕燙一下管腳，由于芯片管腳和焊盤(pán)上均有少量的殘錫，可以將芯片固定住，然后用電烙鐵依次將管腳壓平。接下來(lái)最關(guān)鍵的步驟：補(bǔ)錫。先在芯片管腳的一端點(diǎn)少量焊錫，然后將一排管腳涂滿(mǎn)松香，快速而緩慢的劃過(guò)管腳6 軟件設(shè)計(jì)硬件制作完畢之后，接下來(lái)

36、就是程序設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)采用C語(yǔ)言,在主程序中，主要實(shí)現(xiàn)初始化，模數(shù)轉(zhuǎn)換，按鍵處理，溫度采用動(dòng)態(tài)顯示方式。當(dāng)有鍵按下時(shí),進(jìn)入按鍵處理程序,程序流程圖如圖6.1所示。顯示溫度數(shù)據(jù)處理啟動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換開(kāi)始按鍵處理報(bào)警程序圖6.1 程序流程圖7 總結(jié)通過(guò)這次實(shí)訓(xùn),我發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)中還需要注意很多的細(xì)節(jié),包括程序設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)都要我們小心仔細(xì),一個(gè)地方出錯(cuò)就可能會(huì)整個(gè)系統(tǒng)失效。在硬件設(shè)計(jì)時(shí)，由于電路圖轉(zhuǎn)印不好使得腐蝕后的電路板出現(xiàn)斷線(xiàn)，在調(diào)試過(guò)程中引來(lái)很大的麻煩，在寫(xiě)調(diào)整時(shí)間程序時(shí)，當(dāng)按選擇鍵擇選要調(diào)整時(shí)還是秒或分時(shí)，看不出是要調(diào)整那一位為了方便用戶(hù)看出現(xiàn)在是在調(diào)整那一位，就必須使調(diào)整位閃爍，但顯示的時(shí)候已經(jīng)

37、用動(dòng)態(tài)顯示，如果直接改顯示時(shí)間，就會(huì)使所有的位都閃爍，這樣根本就不能實(shí)現(xiàn)，后面經(jīng)過(guò)和同學(xué)導(dǎo)論，我使不調(diào)的位顯示4到5次再顯示調(diào)整位1次，這樣做最后就可以實(shí)現(xiàn)了，而且這樣做還可以改變閃爍速度。本次設(shè)計(jì)電路原理圖時(shí)還有一個(gè)錯(cuò)誤，這一錯(cuò)誤導(dǎo)致電路不能正常工作，在看AD590的PDF文檔后，發(fā)現(xiàn)AD590供電電壓為4-13V，所以我不假思索就把電源供電設(shè)為5V。電路板制作完成后調(diào)試發(fā)現(xiàn)測(cè)量溫度不準(zhǔn)確，測(cè)到30多攝氏度之后就上不去了。后來(lái)才發(fā)現(xiàn)AD590是與10K的電阻串連，當(dāng)溫度上升到30攝氏度時(shí)電阻兩端的電壓為3V而供電電壓為5V。由此可知AD590兩端的電壓為2V這一電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于正常工作電壓，找出

38、問(wèn)題的原因后我立即把供電電壓改為12V然后重新制作一塊電路板，最后終于調(diào)試成功。在單片機(jī)編程時(shí)也遇到了一個(gè)難題：在用ADC0809進(jìn)行采樣得到0-255的數(shù)字信號(hào)之后，還要把它轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的溫度，由電路的關(guān)系可知溫度T=data*500/255 其中data為ADC0809輸出的數(shù)字信號(hào)0-255.要實(shí)現(xiàn)這個(gè)式子的運(yùn)算就要把小數(shù)點(diǎn)后面的數(shù)也算進(jìn)去，然后51單片機(jī)匯編語(yǔ)言很難實(shí)現(xiàn)帶小數(shù)點(diǎn)的運(yùn)算，而且單片機(jī)為8位，最大的數(shù)就是255。要計(jì)算500/255就必須另想辦法。為此我詢(xún)問(wèn)很多同學(xué)，他們給我提供了思路就是用C語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)程度，最后又發(fā)現(xiàn)C語(yǔ)言可以運(yùn)算符點(diǎn)，還可以通過(guò)把小數(shù)點(diǎn)后面的數(shù)取出。經(jīng)過(guò)幾天

39、的努力之后終于把電路調(diào)試成功，心理很高興，因?yàn)槲矣謱W(xué)會(huì)了很多的知識(shí)。謝 辭 在本次實(shí)訓(xùn)中，我遇到了很多難題，然而這些難題讓我不斷的學(xué)習(xí)，在因難中進(jìn)步，在此我要感謝指導(dǎo)教師給我的提供了寶貴的意見(jiàn)，感謝學(xué)校給我們這提供實(shí)訓(xùn)的機(jī)會(huì)。參考文獻(xiàn)1劉修文主編.新編電子控制電路.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,20062黃賢武編著.傳感器原理與應(yīng)用.桂林:高等教育出版社,20073劉瑄編著.單片機(jī)有效值轉(zhuǎn)換器. 機(jī)械工業(yè)出版社,20084劉軍編著.單片機(jī)原理與接口技術(shù).華東理工大學(xué)出版社,2008附 錄單片機(jī)程序#include "reg51.h" sbit s1=P10; sbit s2=P11

40、; sbit s3=P12; sbit led1=P13;sbit led2=P14;sbit p37=P37;sbit g1=P20; sbit g2=P21;sbit g3=P22;sbit g4=P23;sbit oe=P27;sbit eoc=P26;sbit start=P25;char table11=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x40;float f_aaa=0,faaa4;int zshu,xshu;unsigned char j=0;unsigned char bbb4;unsigned char set=0;unsigned char htemp=86;unsigned char ltemp=3; /TTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTvoid delay(unsigned int x) while(x-);/TTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTT void readadc(void) j+; start=1; delay(100); start=0; delay(10