單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)1

1、單片機(jī)溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要本設(shè)計(jì)是以一個保溫箱為控制對象，以AT89C51為控制系統(tǒng)核心，通過單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對保溫箱溫度的顯示和控制功能。本溫度控制系統(tǒng)是一個閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，由溫度傳感器AD590對保溫箱溫度進(jìn)行檢測，經(jīng)過調(diào)理電路得到合適的電壓信號。經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換芯片得到相應(yīng)的溫度值，將所得的溫度值與設(shè)定溫度值相比較得到偏差。通過對偏差信號的處理獲得控制信號，去調(diào)節(jié)加熱器的通斷，從而實(shí)現(xiàn)對保溫箱溫度的顯示和控制。本文主要介紹了保溫箱溫度控制系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計(jì)方法，論文主要由三部分構(gòu)成。 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)。 硬件設(shè)計(jì)，主要包括溫度檢測電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、顯示電路、鍵盤設(shè)計(jì)和控制電路。 系統(tǒng)軟

2、件設(shè)計(jì)，軟件的設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，主要包括A/D轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊、鍵盤模塊和控制模塊等。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；傳感器；溫度檢測目錄1 緒論 11.1 課題設(shè)計(jì)背景和目的 11.2 國內(nèi)外研究狀況和發(fā)展趨勢 11.3溫度檢測的主要方法 21.4課題設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 32 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 42.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案 42.1.1 芯片選擇 52.1.2 溫度檢測 52.1.3 A/D轉(zhuǎn)換電路 52.1.4 鍵盤輸入 62.1.5 LED顯示 62.1.6 控制電路 62.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案 63 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 73.1 中央處理器 73.1.1 AT89C51簡介 73.1.2管腳說明 83.1.3特殊

3、功能存儲器 103.1.4芯片擦除 title=下一頁 | ; 103.1.5復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 113.1.6時鐘電路設(shè)計(jì) 113.2溫度傳感器AD590 113.3 信號調(diào)理電路 133.4溫度標(biāo)定 143.5 A/D轉(zhuǎn)換 163.6 LED顯示 193.7 鍵盤接口 223.8 控制電路 234 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 254.1程序初始化 264.2主程序 274.3 A/D轉(zhuǎn)換子程序 274.4 標(biāo)度轉(zhuǎn)換子程序 284.5 顯示子程序 294.6控制子程序 304.7 鍵盤子程序 325 結(jié)論 35參考文獻(xiàn) 36致謝 37附錄 38附錄A 系統(tǒng)硬件原理圖 38附錄B PCB板圖 391 單片機(jī)最小

4、系統(tǒng)PCB板圖 392 調(diào)理電路、控制電路PCB板圖 39附件附件1、開題報告附件2、原文：TEMPERATURE CONTROL附件3、譯文：溫度控制1 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參數(shù)。溫度作為一個基本物理量，它是一個與人們的生活環(huán)境、生產(chǎn)活動密切相關(guān)的重要物理量。在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)過程中溫度作為一種常用的主要被控參數(shù)，在很多生產(chǎn)過程中我們需要對溫度參數(shù)進(jìn)行檢測。例如：在冶金工業(yè)、化工生產(chǎn)、電力工程、造紙行業(yè)、機(jī)械制造和食品加工等諸多領(lǐng)域中，人們都需要對各類加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度進(jìn)行檢測。采用

5、單片機(jī)來對溫度進(jìn)行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡單和靈活性大等優(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)對溫度的控制問題是一個工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會遇到的問題1。本次設(shè)計(jì)采用MCS-51系列單片機(jī)與各種外圍電路構(gòu)成單片機(jī)溫度自動檢測和控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對溫度的實(shí)時檢測和控制。通過本次設(shè)計(jì)掌握溫度檢測控制系統(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)一步鞏固所學(xué)的知識，同時學(xué)習(xí)課程以外的相關(guān)知識，培養(yǎng)綜合應(yīng)用知識的能力。鍛煉動手能力與實(shí)際工作能力，將所學(xué)的理論與實(shí)踐結(jié)合起來。1.2 國內(nèi)外研究狀況和發(fā)展趨勢隨著國內(nèi)外工業(yè)的

6、日益發(fā)展，溫度檢測技術(shù)也有了不斷的進(jìn)步。溫度測量系統(tǒng)主要由兩部分組成，一部分是傳感器，它將溫度信號轉(zhuǎn)換為電信號。另一部分是電子裝置，它主要完成對信號的接收、處理、對測點(diǎn)進(jìn)行控制、溫度顯示等功能。對應(yīng)于不同的溫度段及測量精度要求，測溫裝置也不盡相同，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。對于測點(diǎn)較多，并具有報警、巡測、控制等多功能測溫裝置，一般采用單片機(jī)電路。目前的溫度檢測技術(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

7、感器(如,熱電偶、鉑電阻、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)影響了測量精度,從而制約了它們在微型化高端電子產(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、時間常數(shù)小、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)( - 55150 )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)體溫度傳感器工作的溫度范圍還限于- 50150 。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，在溫度檢測技術(shù)領(lǐng)域中，多種新的檢測原理與技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用己取得了具有實(shí)用性的重大進(jìn)展。

8、新一代溫度檢測元件正在不斷出現(xiàn)和完善化，主要包括以下幾種。(1)晶體管溫度檢測元件(2)集成電路溫度檢測元件(3)核磁共振溫度檢測器(4)熱噪聲溫度檢測器(5)石英晶體溫度檢測器(6)光纖溫度檢測器(7)激光溫度檢測器。目前國內(nèi)外的溫度控制方式越來越趨向于智能化，溫度測量首先是由溫度傳感器來實(shí)現(xiàn)的。測溫儀器由溫度傳感器和信號處理兩部分組成。溫度測量的過程就是通過溫度傳感器將被測對象的溫度值轉(zhuǎn)換成電的或其它形式的信號,傳遞給信號處理電路進(jìn)行信號處理轉(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、熱電動勢,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,

9、新型溫度傳感器還會不斷出現(xiàn),目前,國內(nèi)外通用的溫度傳感器及測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、輻射式測溫儀表、石英溫度傳感器測溫儀3。1.3溫度檢測的主要方法溫度的測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一定范圍呈線性關(guān)系。通過放大，采樣得到被測量。另一種溫度測量方法是使用熱電偶，其測量精度較高，但測試過程復(fù)雜，測量時間長，而且采用電橋測量的系統(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1，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。溫度檢測的方法根據(jù)敏

10、感元件和被測介質(zhì)接觸與否，可以分為接觸式與非接觸式兩大類。接觸式檢測的方法主要包括基于物體受熱體積膨脹性質(zhì)的膨脹式溫度檢測儀表；基于熱電效應(yīng)的熱電偶溫度檢測儀表。非接觸式檢測方法是利用物體的熱輻射特性與溫度之間的對應(yīng)關(guān)系，對物體的溫度進(jìn)行檢測，主要有亮度法、全輻射法和比色法等。接觸式測溫是使測溫敏感元件與被測介質(zhì)接觸，當(dāng)被測介質(zhì)與感溫元件達(dá)到熱平衡時，感溫元件與被測介質(zhì)的溫度相等。這類傳感器結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、精度高、穩(wěn)定性好、價格低、應(yīng)用十分廣泛，因此，本方案采用接觸式測溫法，選用相關(guān)類型的傳感器。由單片機(jī)組成的溫度測控系統(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

11、溫度控制對象的溫度的顯示和控制。同時也能根據(jù)實(shí)際情況實(shí)現(xiàn)多路巡回檢測、數(shù)據(jù)處理、報警及記錄,對各個參數(shù)以一定的周期進(jìn)行檢查和測量,檢測的結(jié)果經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后再進(jìn)行顯示、打印和報警,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)是一個閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，它用溫度傳感器將檢測到的溫度信號經(jīng)放大，AD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)果得到控制信號用以控制繼電器的通斷，實(shí)現(xiàn)對加熱器的控制。通過這種控制方式實(shí)現(xiàn)對保溫箱的溫度控制。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)完

12、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)對溫度的檢測、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。通過溫度傳感器將采集的溫度信號轉(zhuǎn)換成與之相對應(yīng)的電信號，經(jīng)過放大處理送入A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入到控制芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。通| | 過在芯片外圍添加顯示、控制等外圍電路來實(shí)現(xiàn)對保溫箱溫度的實(shí)時檢測和控制功能。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的采集處理,信息的

13、顯示等;軟件主要完成對采集的溫度信號進(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：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：(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)時間比硬件實(shí)

14、現(xiàn)長，且占用CPU時間。由于本設(shè)計(jì)的響應(yīng)時間要求不高，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。系統(tǒng)硬件包括：溫度傳感器、信號調(diào)理電路、AD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、存儲器和各種輸入輸出接口電路的微型計(jì)算機(jī)，簡稱單片機(jī)。單片機(jī)以其較高的性能價格比受到了人們的重視和關(guān)注。它的優(yōu)點(diǎn)就是體

15、積小、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)、對環(huán)境要求不高、價格低廉、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CMOS 8位微控制器，具有4K的系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。2.1.2 溫度檢測本課題設(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

16、半導(dǎo)體集成溫度傳感器。A/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)測控。被測溫度信號為一路由AD590測得的代表溫度的電壓信號，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、精度和價格上考慮。逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，在精度、速度和價格上都比較適中，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

17、八路模擬輸入通道的逐次逼近型的八位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809。采用ADC0809作為與單片機(jī)的接口電路，它的結(jié)構(gòu)比較簡單，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，這樣就簡化了系統(tǒng)的連接電路也有利于系統(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，鍵盤上閉合鍵的識別由專用的硬件譯碼器實(shí)現(xiàn)，并產(chǎn)生鍵編號和鍵值的稱為編碼式鍵盤；靠軟件識別的為非編碼式鍵盤。在單片機(jī)組成的測控系統(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化程序的編寫。2

18、.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)顯示器具有價格低、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L(fēng)ED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，同時主程序不需要掃描顯示器，使它有更多的時間處理其他事情。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

19、理后的數(shù)字控制信號用輸出口輸出，并將該數(shù)字信號用于對控制對象的控制。由于單片機(jī)的輸出信號電平很低，無法直接驅(qū)動外圍設(shè)備進(jìn)行工作，因此在單片機(jī)的后向通道中需要外圍設(shè)備的驅(qū)動、信號電平的轉(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)可以簡化系統(tǒng)軟件的編寫，使軟件編寫思路更加簡單明了。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、

20、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-51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識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、8031、80C51等等。由于單片機(jī)具有較高的性能比，國內(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

21、為中央處理器。3.1.1 AT89C51簡介AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的具有低電壓，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和閃爍存儲器組合在單個芯片中，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廉的方案。如圖3.1為AT89C51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。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, AT89C51內(nèi)部有4K字節(jié)可編程閃爍存儲器, 128*8位內(nèi)

22、部RAM,兩個16位定時器/計(jì)數(shù)器, 5個中斷源, 32可編程I/O線及串行通道。閃爍存儲器是一種可編程又可擦除只讀存儲器（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。還具有三級程序存儲器鎖定, 全靜態(tài)工作頻率0Hz-24Hz, 數(shù)據(jù)保留時間可長達(dá)10年。3.1.2管腳說明如圖3.2為AT89C51引腳圖,各引腳功能說明如下

23、7: VCC: 電源 GND: 地 P0 口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，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，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時，需要外部上拉電阻。圖3.2 AT89C51引腳圖 P1 口：P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P1輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。對P1 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入

24、使用時，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分別作定時器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和時器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX） P2 口：P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平。對P2 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，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器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX DPTR）時，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

25、發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVX RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗(yàn)時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。 P3 口：P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，對P3 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，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AT89C51特殊功能（第二功能）使用，如表3-1所示。表3-1 AT89C51引腳號第二功能 RST: 復(fù)位輸入，晶振工作時，RST腳持續(xù)2個機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位?？撮T狗計(jì)時完成后，RST 腳輸出96個晶振

26、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（ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8 位地址的輸出脈沖。在flash編程時，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器或時鐘使用。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，ALE脈沖將會跳過。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指令時有效。否則，ALE 將被微弱拉高。這個A

27、LE 使能標(biāo)志位（地址為8EH的SFR的第0位）的設(shè)置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。 PSEN:外部程序存儲器選通信號（PSEN）是外部程序存儲器選通信號。當(dāng)AT89C51從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，PSEN在每個機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，PSEN將不被激活。 EA/VPP:訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000H 到FFFFH的外部程序存儲器讀取指令，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)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。 XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。3.

28、1.3特殊功能存儲器在單片機(jī)內(nèi)高128B RAM中，由有21個特殊功能寄存器（AFR），它們離散的分布在80H-FFH的RAM空間中，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，功能及對應(yīng)的RAM地址3.1.4芯片擦除整個EPROM陣列電擦除可通過正確的控制信號組合，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“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，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，C

29、PU停止工作。但RAM，定時器，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個機(jī)器周期（24個時鐘振動周期）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)位期間不產(chǎn)生ALE信號，內(nèi)部RAM處于不斷電狀態(tài)。其中的數(shù)據(jù)信息不會丟失，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

30、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導(dǎo)致出錯，此時我們可按復(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。 圖3.3 復(fù)位電路3.1.6時鐘電路設(shè)計(jì)時鐘電路是單片機(jī)的心臟，它控制著單片機(jī)的工作節(jié)奏。MCS-51單片機(jī)允許的時鐘頻率是因型號而異的，其典型值為12MHZ。AT89C51內(nèi)部有一個反相振蕩放大器，XTAL1 和 XTAL2分別是該反向振蕩放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12MHZ。其時鐘電路如圖3.4所示。51系列單片機(jī)還可使

31、用外部時鐘。在使用外部時鐘時，外部時鐘必須從XTAL1輸入，而XTAL2懸空。 圖3.4 時鐘電路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)用于自動化和過程檢測控制系統(tǒng)。溫度傳感器的種類很多，根據(jù)現(xiàn)場使用條件，選擇恰當(dāng)?shù)膫鞲衅黝愋筒拍鼙ＷC測量的準(zhǔn)確可靠，并且同時達(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)化為線性電量測量，而且精度高、互換性好。AD590測量熱力學(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合。由于AD590精度高、價格低、不需輔助電源、線性好，常用于測溫和熱電

32、偶的冷端補(bǔ)償。本設(shè)計(jì)采用AD590作為溫度傳感器，它只需要一個電源即可實(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。l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一塊芯片上，能直接給出正比于絕對溫度的理想線形輸出，一般用于-55+150之間的測量溫度。溫敏晶體管在管子的集電極電流恒定時，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（對應(yīng)絕對溫度為273.2K），輸

33、出電流微273.2uA，靈敏度微1uA/K。當(dāng)其感受的溫度升高或者降低時，則其電流就以1u| | A/K的速率增大或減小，從而將被測電流轉(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：Ir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的測溫范圍為-55+150。 AD590的電源電

34、壓范圍為4V30V。電源電壓可在4V6V范圍變化，電流 變化mA，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被損壞。 輸出電阻為710MW。 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。AD590溫度傳感器作為一個恒流源，在本設(shè)計(jì)的溫度檢測電路中在AD590的輸出端接一取樣電阻可將輸出電流信號變化轉(zhuǎn)換為電壓信號變化。由于AD590溫度傳感器溫度每變化1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，輸出電壓就將變化0.1V。3.3 信號調(diào)理電路經(jīng)過溫度傳感器采

35、集輸出的電壓信號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)對該信號進(jìn)行放大。本系統(tǒng)所采用的A/D轉(zhuǎn)換器為ADC0809，由于ADC0809的輸入信號應(yīng)在05V之間，因此，經(jīng)過放大電路放大的信號進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器的電壓信號應(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，信號調(diào)理電路部分由集成運(yùn)放OP07分別構(gòu)成一個電壓跟隨器，電壓比較器和一個同相

36、輸入放大器用于對AD590輸出的小電壓信號進(jìn)行放大處理9。信號調(diào)理電路如圖3.6所示圖3.6 溫度檢測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，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輸出電壓小信號電壓進(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 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。使得當(dāng)溫度為溫度測量下限時電壓比較器的輸出電壓為零。起放大作用的是同相輸入放大器OP07。其放大倍數(shù)： 因此放大器的輸出電壓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

37、輸出與溫度變化有良好的線性。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10。根據(jù)實(shí)驗(yàn)測量結(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。| | 表3-3根據(jù)

38、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。從散點(diǎn)圖可以看出，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)系是一條直線，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)這組測量數(shù)據(jù)有如下結(jié)構(gòu)形式： START: 為“啟動脈沖”輸入線,上升沿清零SAR，下降沿啟動ADC0809工作。 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| | p; OE：為“輸出允許”線，高電平時能使22引腳上輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。 圖3.8 ADC0809引腳圖表3-4 8位模擬開關(guān)功能表AT89C51與ADC0809的連接方法如圖3.9所示，AT89C51通過地址線P2.7和寫控制信號線用一個或非門聯(lián)合控制啟動轉(zhuǎn)換信號端(START)和地址鎖存信號端(ALE)。地址線P2.7和讀控制信號線用一個或非門聯(lián)合控制輸出允許控制端(EOC)。低三位地址線加到ADC0809的ADDA、ADDB、ADDC端，所以選中