AT89C51基于單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、AT89C51基于單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要近年來隨著計(jì)算機(jī)在社會領(lǐng)域的滲透，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新。在實(shí)時檢測和自動控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往是作為一個核心部件來使用，僅單片機(jī)方面知識是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及具體應(yīng)用對象特點(diǎn)的軟件結(jié)合，以作兀皆。本文從硬件和軟件兩方面來講述水溫自動控制過程,在控制過程中主要應(yīng)用AT89c516口（：0809、1。顯示器、11324比較器，而主要是通過DS18B20數(shù)字溫度傳感器采集環(huán)境溫度，以單片機(jī)為核心控制部件，并通過四位數(shù)碼管顯示實(shí)時溫度的一種數(shù)字溫度計(jì)。軟件方面采用匯編語言來進(jìn)行程序設(shè)計(jì),使

2、指令的執(zhí)行速度快，節(jié)省存儲空間。為了便于擴(kuò)展和更改，軟件的設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，使程序設(shè)計(jì)的邏輯關(guān)系更加簡潔明了，使硬件在軟件的控制下協(xié)調(diào)運(yùn)作。而系統(tǒng)的過程則是：首先，通過設(shè)置按鍵,設(shè)定恒溫運(yùn)行時的溫度值，并且用數(shù)碼管顯示這個溫度值.然后，在運(yùn)行過程中將采樣的溫度模擬量送入A/D轉(zhuǎn)換器中進(jìn)行模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換，再將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量用數(shù)碼管進(jìn)行顯示，最后用單片機(jī)來控制加熱器，進(jìn)行加熱或停止加熱，直到能在規(guī)定的溫度下恒溫加熱。關(guān)鍵詞：單片機(jī)系統(tǒng)；傳感器；數(shù)據(jù)采集；模數(shù)轉(zhuǎn)換器；溫度AbstractInrecentyears,withthecomputerpenetrationinthesocialfield,

3、theapplicationofSCMistokeepatthesametime,traditionalcontroltestingupdateonCrescentbenefits.Inreal-timedetectionandautomaticcontrolsystemofsingle-chipapplications,oftenasasingle-chipcorecomponenttouseonlysingle-chipisnotenoughknowledge,butalsothespecifichardwarestructureandthespecificfeaturesofapplic

4、ationsoftwareobjectscombinetomakeperfect.Inthispaper,bothhardwareandsoftwareforautomaticcontrolofwatertemperatureontheprocess,inthecontrolofthemainapplicationoftheprocessofAT89c51,ADC0809,LEDdisplay,LM324comparator,butmainlythroughthedigitaltemperaturesensorDS18B20collectingambienttemperaturetosingl

5、e-chipmicrocomputerasthecorecontrolcomponents9andthroughfourreal-timedigitaldisplayofadigitalthermometertemperature.Softwareusingassemblylanguageforprogramming,sothattheimplementationofDirectivespeed,tosavestoragespace.Inordertofacilitatetheexpansionandchangestothedesignofmodularsoftwarestructure,so

6、thatthelogicoftherelationshipbetweenprogramdesignmoreconcisejlardwaresoftwareco-operationunderthecontrolofit.Andsystematicprocessis:Firstofall,bysettingthebutton,setthethermostattemperatureatthetimeofoperation,anddigitaldisplayofthetemperature.Then,intherunningtemperatureoftheprocessofsamplinganalog

7、intotheA/Dconverterinthesimulation-digitalconverter,andthenconverteddigitalcontrolwithdigitaldisplay,thelastsingle-chipmicrocomputertocontroltheheaterusedforheatingorstopheatinguntilthetemperatureintheprovisionsundertheconstanttemperatureheating9Keywords：Single-chipmicrocomputersystem；Sensor；DataAcq

8、uisition；ADC；Temperature目錄目錄Abstract錯誤!未定義書簽。第1章緒論11.1 設(shè)計(jì)的背景及其意義11.2 設(shè)計(jì)研究的內(nèi)容及要求11.3 設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)方案3論基礎(chǔ)62單片機(jī)的發(fā)展概況62.2AT89c51系列單片機(jī)介紹7221AT89c51系列基本組成及特性7222AT89c51系列引腳功能8223AT89c51系列單片機(jī)的功能單112.3ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器142.4運(yùn)算放大器LM324162.5移位寄存器74LS164192.6數(shù)碼顯示管LED202.7數(shù)字溫度計(jì)DS18s2021第3章電路設(shè)計(jì)22目錄331模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)243單片機(jī)控制單元223.2 溫度采

9、樣部分22243.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換部分332積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器253.4 顯示部分253.5 調(diào)節(jié)執(zhí)行單元26第4章軟件設(shè)計(jì)274.1 主程序流程圖274.2 中斷子程序流程圖284.3 按鍵流程圖304.4 顯示流程圖31參考文獻(xiàn)30致謝311 .系統(tǒng)總程序清單322 .系統(tǒng)的原理圖41第1章緒論1.1設(shè)計(jì)的背景及其意義二十一世紀(jì)是科技高速發(fā)展的信息時代，電子技術(shù)、微型單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用更是空前廣泛，伴隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的不斷發(fā)展，需要對各種參數(shù)進(jìn)行溫度測量。因此溫度一詞在生產(chǎn)生活之中出現(xiàn)的頻率日益增多，與之相對應(yīng)的，溫度控制和測量也成為了生活生產(chǎn)中頻繁使用的詞語，同時它們在各行各業(yè)中也發(fā)揮著重要的

10、作用。如在日趨發(fā)達(dá)的工業(yè)之中，利用測量與控制溫度來保證生產(chǎn)的正常運(yùn)行。在農(nóng)業(yè)中，用于保證蔬菜大棚的恒溫保產(chǎn)等。溫度是表征物體冷熱程度的物理量，溫度測量則是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中一個很重要而普遍的參數(shù)。溫度的測量及控制對保證產(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)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到非常重要的作用。由于溫度測量的普遍性，溫度傳感器的數(shù)量在各種傳感器中居首位。而且隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的不斷發(fā)展，溫度傳感器的種類還是在不斷增加豐富來滿足生產(chǎn)生活中的需要。在單片機(jī)溫度測量系統(tǒng)中的關(guān)鍵是測量溫度、控制溫度和保持溫度，溫度測量是工業(yè)對象中主要的被控參數(shù)之一。因此，單片機(jī)溫度測量則是對溫度進(jìn)行有效的測量，并且

11、能夠在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，尤其在電力工程、化工生產(chǎn)、機(jī)械制造、冶金工業(yè)等重要工業(yè)領(lǐng)域中，擔(dān)負(fù)著重要的測量任務(wù)。在日常生活中，也可廣泛實(shí)用于地?zé)?、空調(diào)器、電加熱器等各種家庭室溫測量及工業(yè)設(shè)備溫度測量場合。但溫度是一個模擬量，如果采用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)和元件，將模擬的溫度量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量雖不困難，但電路較復(fù)雜，成本較氤L2設(shè)計(jì)研究的內(nèi)容及要求我本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是單片機(jī)水溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。它是多種技術(shù)知識的結(jié)合，不僅涉及到軟件的設(shè)計(jì)，而且還將應(yīng)用電子技術(shù)與單片機(jī)的應(yīng)用技術(shù)有機(jī)結(jié)合，使其具有精度高、測量誤差小、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。電路板的設(shè)計(jì)技術(shù)和機(jī)械加工工藝的巧妙結(jié)合，使其具備了顯示直觀、體積做工精細(xì)等

12、特點(diǎn)，能為它在其它領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)。因?yàn)榻?jīng)過我們調(diào)查發(fā)現(xiàn)許多應(yīng)用場合原來就有測溫控溫儀器，只是隨著對生產(chǎn)質(zhì)量與生產(chǎn)需要的要求在不斷地提高，以往的那些測溫控溫的儀器根本不能滿足現(xiàn)在的要求。其中，有部分應(yīng)用場合對精度提高的幅度要求也不是特別高。因此，為了提高性價比，我所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)提出在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行一些簡單的改良，以此為出發(fā)點(diǎn)，主要闡述的是水溫自動控制系統(tǒng)的一種實(shí)現(xiàn)方法。1 .設(shè)計(jì)的主要研究的內(nèi)容本文所要研究的課題是基于單片機(jī)控制的水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要是介紹了對水箱溫度的顯示、控制及報警，實(shí)現(xiàn)了溫度的實(shí)時顯示及控制。水箱水溫控制部分，提出了用DS18S20,AT89C51單片

13、機(jī)及LED的硬件電路完成對水溫的實(shí)時檢測及顯示，利用DS18s20與單片機(jī)連接由軟件與硬件電路配合來實(shí)現(xiàn)對加熱電阻絲的實(shí)時控制及超出設(shè)定的上下限溫度的報警系統(tǒng)。而爐內(nèi)溫度控制部分，采用一套PID閉環(huán)負(fù)反饋控制系統(tǒng)，由DS18s20檢測爐內(nèi)溫度，用中值濾波的方法取一個值存入程序存取器內(nèi)部一個單元作為最后檢測信號，并在LED中顯示?？刂破魇怯?9C51單片機(jī)，用PID算法對檢測信號和設(shè)定值的差值進(jìn)行調(diào)節(jié)后輸出控制信號給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，去調(diào)節(jié)電阻爐的加熱功率，從而控制爐內(nèi)溫度。它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)、易配微處理器等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于構(gòu)成多點(diǎn)的溫度測控系統(tǒng),可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號供

14、微機(jī)處理，而且每片DS18S20都有唯一的產(chǎn)品號，可以一并存入其ROM中，以便在構(gòu)成大型溫度測控系統(tǒng)時在單線上掛接任意多個DS18S20芯片。從DS18S20讀出或?qū)懭隓S18S20信息僅需要一根口線，其讀寫及其溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，該總線本身也可以向所掛接的DS18s20供電，而且不需要額外電源。同時DS18s20能提供九位溫度讀數(shù)，它無需任何外圍硬件即可方便地構(gòu)成溫度檢測系統(tǒng)。而且利用本次的設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)溫度測試，溫度顯示，溫度門限設(shè)定，超過設(shè)定的門限值時自動啟動加熱裝置等功能。而且還要以單片機(jī)為主機(jī)，使溫度傳感器通第1章緒論過一根口線與單片機(jī)相連接，再加上溫度控制部分和人機(jī)對話部分來

15、共同實(shí)現(xiàn)溫度的監(jiān)測與控制。2 .用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)其具體控制功能如下：(1)能夠連續(xù)測量水的溫度值，用十進(jìn)制數(shù)碼管來顯示水的實(shí)際溫度。(2)能夠設(shè)定水的溫度值，設(shè)定范圍是20C80C。(3)能夠?qū)崿F(xiàn)水溫的自動控制，如果設(shè)定水溫為75C,則能使水溫保持恒定在75C的溫度下運(yùn)行。(4)用單片機(jī)AT89c51控制，通過按鍵來控制水溫的設(shè)定值，數(shù)值采用數(shù)碼管顯示。(5)用測量控制水溫精度為1C3 .3設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)方案溫度控制系統(tǒng)是比較常見和典型的過程控制系統(tǒng)。溫度是工業(yè)生產(chǎn)過程中重要的被控參數(shù)之一，當(dāng)今計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在這方面的應(yīng)用，已使溫度控制系統(tǒng)達(dá)到自動化、智能化，比過去單純采用電子線路進(jìn)行PID調(diào)節(jié)的控制

16、效果要好得多，可控性方面也有了很大的提高。溫度是一個非線性的對象，具有大慣性的特點(diǎn)，在低溫段慣性較大，在高溫段慣性較小。對于這種溫控對象，一般認(rèn)為其具有以下的傳遞函數(shù)形式:(1-1)G(s)=r十11 .方案一(見圖1-1)信號放大較溫度預(yù)置數(shù)據(jù)采集比器信號射大固態(tài)繼電整1-1方案一的此方案是傳統(tǒng)的一位式模擬控制方案，選用模擬電路，用電位器設(shè)定值,反饋的溫度值和設(shè)定值比較后，決定加熱或不加熱。其特點(diǎn)是電路簡單，易于實(shí)現(xiàn)，但是系統(tǒng)所得結(jié)果的精度不高并且調(diào)節(jié)動作頻繁，系統(tǒng)靜態(tài)差大、不穩(wěn)定。系統(tǒng)受環(huán)境影響大，不能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法，不能用數(shù)碼管顯示,不能用鍵盤設(shè)定。2 .方案二（見圖1-2）_借口嘖

17、大 一信|#|采集一I溫度預(yù)置負(fù)載一1-2方案二的此方案是傳統(tǒng)的二位式模擬控制方案，其基本思想與方案一相同，但由于采用上下限比較電路，所以控制精度有所提高。這種方法還是模擬控制方式，因此也不能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法使控制精度做得較高，而且不能用數(shù)碼管顯示，對鍵盤進(jìn)行設(shè)定。3 .方案三（見圖1-3）1-3方案三的此方案采用89c51單片機(jī)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)軟件編程靈活、自由度大,可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種控制算法和邏輯控制。單片機(jī)系統(tǒng)可以用數(shù)碼管來顯示水溫的實(shí)際值，能用鍵盤輸入設(shè)定值。本方案選用了AT89c51芯片，不需要外擴(kuò)展存儲器，可使系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)更為簡單。結(jié)論：前兩種方案是傳統(tǒng)的模擬控制方式，而模擬

18、控制系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律，控制方案的修改也較為繁瑣。而方案三是采用以單片機(jī)為控制核心的控制系統(tǒng)，尤其對溫度控制，可達(dá)到模擬控制所達(dá)不到的效果，并且實(shí)現(xiàn)顯示和鍵盤設(shè)定功能，大大提高了系統(tǒng)的智能化。也使得系統(tǒng)所測得結(jié)果的精度大大提高。所以，經(jīng)過對三種方案的比較，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用了方案三。第2章設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的基本組成單元包括：主機(jī)、溫度采樣單元、單片機(jī)控制單元、調(diào)節(jié)執(zhí)行單元四部分，本章將逐一進(jìn)行介紹。2.1 單片機(jī)的發(fā)展概況1970年微型計(jì)算機(jī)研制成功之后，隨之即出現(xiàn)了單片機(jī)（即單片微型計(jì)算機(jī)）一美國Intel公司1971年生產(chǎn)的4位單片機(jī)4004和1972年生產(chǎn)的雛形8位單片機(jī)80

19、08,這也算是單片機(jī)的第一次公眾亮相。1976年Intel公司首先推出能稱為單片機(jī)的MCS-48系列單片微型計(jì)算機(jī)。它以體積小、功能全、價格低等特點(diǎn)，贏得了廣泛的應(yīng)用，同時一些與單片機(jī)有關(guān)公司都爭相推出各自的單片機(jī)。1978年下半年Motorola公司推出M6800系列單片機(jī)，Zilog公司相繼推出Z8單片機(jī)系列。1980年Intel公司在MCS-48系列基礎(chǔ)上又推出高性能的MCS-51系列單片機(jī)。這類單片機(jī)均帶有串行I/O口，定時器/計(jì)數(shù)器為16位,片內(nèi)存儲容量（RAM,ROM）都相應(yīng)增大，并有優(yōu)先級中斷處理功能，單片機(jī)的功能、尋址范圍都比早期的擴(kuò)大了，它們是當(dāng)時單片機(jī)應(yīng)用的主流產(chǎn)品。198

20、2年Mostek公司和Intel公司先后又推出了性能更高的16位單片機(jī)MK68200和MCS-96系列，NS公司和NEC公司也分別在原有8位單片機(jī)的基礎(chǔ)上推出了16位單片機(jī)HPC16040和pPD783xx系列。1987年Intel公司又宣布了性能比8096高兩倍的CMOS型80C196,1988年推出帶EPROM的87C196單片機(jī)。由于16位單片機(jī)推出的時間較遲、價格昂貴、開發(fā)設(shè)備有限等多種原因，至今還未得到廣泛應(yīng)用。而8位單片機(jī)已能滿足大部分應(yīng)用的需要，因此，在推出16位單片機(jī)的同時，高性能的新型8位單片機(jī)也不斷問世?？v觀這短短的20年，經(jīng)歷了4次更新?lián)Q代，單片機(jī)正朝著集成化、多功能、多

21、選擇、高速度、低功耗、擴(kuò)大存儲容量和加強(qiáng)I/O功能及結(jié)構(gòu)兼容的方向發(fā)展。新一代的80C51系列單片機(jī)除了上述的結(jié)構(gòu)特性外，其最主要的技特點(diǎn)是向外部接口電路擴(kuò)展，以實(shí)現(xiàn)微控制器(microcontroller)完善的控制功能為己任。這一系列單片機(jī)為外部提供了相當(dāng)完善的總線結(jié)構(gòu)，為系統(tǒng)的擴(kuò)展和配置打下了良好的基礎(chǔ)。由于80C51系列單片機(jī)所具有的一系列優(yōu)越的特點(diǎn)，獲得廣泛使用指日可待。下面我們就來重點(diǎn)介紹一下本畢業(yè)論文討論的系統(tǒng)所用的AT89c51系列單片機(jī)。2.2 AT89C51系列單片機(jī)介紹2.2.1 AT89C51系列基本組成及特性AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器(F

22、PEROM一FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的彳氐電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。而在眾多的51系列單片機(jī)中，要算ATMEL公司的AT89c51更實(shí)用，也是一種高效微控制器，因?yàn)樗坏?051指令、管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的4K程序存儲器是FLASH工藝的，這種工藝的存儲器，用戶可以用電的方式達(dá)到瞬間擦除、改寫。而這種單片機(jī)對開發(fā)設(shè)備的要求很低，開發(fā)時間也大大縮短。AT89c51基本功能描述如下：AT89c51是一種低損耗、高性能、CMOS八位微處理器，而且在其片種還有4k字節(jié)的在線可重復(fù)編程快擦快寫程序存儲器，能重復(fù)寫入/

23、擦除1000次，數(shù)據(jù)保存時間為十年。它與MCS-51系列單片機(jī)在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容，不僅可完全代替MCS-51系列單片機(jī)，而且能使系統(tǒng)具有許多MCS-51系列產(chǎn)品沒有的功能。AT89C51可構(gòu)成真正的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng),縮小系統(tǒng)體積，增加系統(tǒng)的可靠性,降低了系統(tǒng)成本。只要程序長度小于4k,四個I/O口全部提供給用戶。可用5V電壓編程，而且寫入時間僅10毫秒，僅為8751/87C51的擦除時間的百分之一，與8751/87C51的12V電壓擦寫相比，不易損壞器件，沒有兩種電源的要求，改寫時不拔下芯片，適合許多嵌入式控制領(lǐng)域。AT89c51芯片提供三級程序存儲器鎖定加密,提供了方便靈活而可靠的

24、硬加密手段，能完全保證程序或系統(tǒng)不被仿制。另外,AT89c51還具有MCS51系列單片機(jī)的所有優(yōu)點(diǎn)。128x8位內(nèi)部RAM,32位雙向輸入輸出線，兩個十六位定時器/計(jì)時器,5個中斷源，兩級中斷優(yōu)先級,一個全雙工異步串行口及時鐘發(fā)生器等。AT89c51有間歇、掉電兩種工作模式。間歇模式是由軟件來設(shè)置的，當(dāng)外圍器件仍然處于工作狀態(tài)時,CPU可根據(jù)工作情況適時地進(jìn)入睡眠狀態(tài)，內(nèi)部RAM和所有特殊的寄存器值將保持不變。這種狀態(tài)可被任何一個中斷所終止或通過硬件復(fù)位。掉電模式是VCC電壓低于電源下限，當(dāng)振蕩器停止振動時，CPU停止執(zhí)行指令。該芯片內(nèi)RAM和特殊功能寄存器值保持不變，一直到掉電模式被終止。只

25、有VCC電壓恢復(fù)到正常工作范圍而且在振蕩器穩(wěn)定振蕩后，通過硬件復(fù)位、掉電模式可被終止。2.2.2 AT89C51系列引腳功能AT89C51有40引腳雙列直插（DIP）形式。其與80C51引腳結(jié)構(gòu)基本相同，其邏輯引腳圖如圖21。P1.0Pl.lPl. 2Pl. 3Pl. 4Pl. 5Pl. 6Pl. 7RSTRXDP1 0 TKDFl.l Erfbpi 2 QTfl Pl 3TPF1.4T1 Pl 5WRP1 6KDP1 7 :XT AL 2匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚2 3 456 7 2 910112131415161718192040" Vcc39二PO.O (ADU

26、)38二)P0.1 (AD1)37ZJ P0.2 (AD2)36二P0.3 (AD3)35n FQ.4 (AD4)34口 P0 5CAD5)33Z P0 6 (AD6)32二P0 7 (AD7)31n EA/Vpp30n ALEOG29ZJ PStTE29二1 P2 7(A15)27Z) P2.6 (A14)26=1 P2 5(A13)25二P2 4(412)24ZJ P2 3(A11)23ZJ P2 2(A10)22口 F2.1 (A9)21Z1 P2.0 fA31圖21AT89C51邏輯引腳各引腳功能敘述如下:1 .電源和晶振VCCGNDXTAL1XTAL2運(yùn)行和程序校驗(yàn)時加+5V接地輸入

27、到振蕩器的反向放大器反向放大器的輸出，輸入到內(nèi)部時鐘發(fā)生器（當(dāng)使用外部振蕩器時，XTAL1接地，XTAL2接收振蕩器信號）RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。ALEVPROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，ALE只有在執(zhí)行MOVX,MOV

28、C指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。2 .I/O（4個口，32根）P0口8位、漏極開路的雙向I/O口。當(dāng)使用片外存儲器（ROM、RAM）時，作地址和數(shù)據(jù)分時復(fù)用。在程序校驗(yàn)期間，輸出指令字節(jié)（需加外部上拉電路）。P0口（作為總線時）能驅(qū)動8個LSTTL負(fù)載。P1口8位、準(zhǔn)雙向I/O口。在編程/校驗(yàn)期間，用于輸入低位字節(jié)地址。P1口可驅(qū)動4個LSTTL負(fù)載。對于80c51,P1.0T2,是定時器的計(jì)數(shù)端且位輸入；P1.1T2EX,是定時器的外部輸入端。這時，讀兩個特殊輸入引腳的輸出鎖存器應(yīng)由程序置loP2口8位、準(zhǔn)雙向I/O口。當(dāng)使用片外存儲器（ROM及RAM）時,輸出高8位地址。在

29、編程/校驗(yàn)期間，接收高位字節(jié)地址。P2口可以驅(qū)動4個LSTTL負(fù)載。P3口8位、準(zhǔn)雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電路。P3口提供各種替代功能。在提供這些功能時，其輸出鎖存器應(yīng)由程序置1。P3口可以輸入/輸出第2章設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)4個LSTTL負(fù)載。3 .串行口P3.0RXD（串行輸入口），輸入。P3.1TXD（串行輸出口），輸出。4 .中斷P3.2INTO外部中斷0,輸入。P3.3-INT1外部中斷1,輸入。5 .定時器/計(jì)數(shù)器P3.4TO定時器/計(jì)數(shù)器0的外部輸入，輸入。P3.5T1定時器/計(jì)數(shù)器1的外部輸入，輸入。6 .數(shù)據(jù)存儲器選通P3.6WR低電平有效，輸出，片外存儲器寫選通。P3.7RD低電

30、平有效，輸出，片外存儲器讀選通。7 .控制線（共4根）輸入：RST復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機(jī)器周期的高曳平時間。EA/Vpp片外程序存儲器訪問允許信號，低電平有效。在編程時，其上施加21V的編程電壓。注意：在加密方式1時，EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）O輸入、輸出：ALE/PROG地址鎖存允許信號，輸出。ALE以1/6的振蕩頻率穩(wěn)定速率輸出，可用作對外輸出的時鐘或用于定時。在EPROM編程期間，作輸入，輸入編程脈沖（PROG）。ALE可以驅(qū)動8個LSTTL負(fù)載。當(dāng)訪問外

31、部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或第2章設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)用于定時目的。注意：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲罌時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，ALE只有在執(zhí)行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。輸出:PSEN片外程序存儲器選通信號，低電平有效。在從片外程序存儲器取址期間，在每個機(jī)器周期中，當(dāng)PSEN有效時，程序存儲

32、器的內(nèi)容被送上P0D(數(shù)據(jù)總線)。PSEN可以驅(qū)動8個LSTTL負(fù)載。2.2.3AT89C51系列單片機(jī)的功能單元1 .并行I/O接口：單片機(jī)芯片內(nèi)有一項(xiàng)主要功能就是并行I/O口。51系列共有4個8位的并行I/O口，分別記作P0、PUP2、P3每個口都包含一個鎖存器，一個輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器。實(shí)際上，它們已被歸入專用寄存器之列，并且具有字節(jié)尋址和位尋址功能。在訪問片外擴(kuò)展存儲器時，低八位地址和數(shù)據(jù)由P0口分時傳送，高八位地址由P2口傳送。2 .定時器/計(jì)數(shù)器定時器/計(jì)數(shù)器(timer/coimter)是單片機(jī)中的重要部件，其工作方式靈活、編程簡單，使用它對減輕CPU的負(fù)擔(dān)和簡化外圍電路都大有

33、好處。C51系列包含有兩個16位的可編程定時器/計(jì)數(shù)器分別稱為定時器/計(jì)數(shù)器T0和定時器/計(jì)數(shù)器T1；在C51部分產(chǎn)品中，還包含有一個用做看門狗的8位定時器。定時器/計(jì)數(shù)器的核心是一個加1計(jì)數(shù)引腳上施加器，其基本功能是加1功能。在單片機(jī)的定時器T0或T1中，有一個定時器發(fā)生由0到1的跳變時，計(jì)數(shù)器增1,即為計(jì)數(shù)功能；在單片機(jī)內(nèi)部對機(jī)器周期或其分頻進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而得到定時，這就是定時功能。在單片機(jī)中，定時功能和計(jì)數(shù)功能的設(shè)定和控制都是通過軟件來進(jìn)行的。定時器/計(jì)數(shù)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其原理：由定時器0、定時器1、定時器方式寄存器TMOD和定時器控制寄存器TCON組成。當(dāng)定時器/計(jì)數(shù)器設(shè)置為定時工作方式時，

34、計(jì)數(shù)器對內(nèi)部機(jī)器周期計(jì)數(shù)，每過一個機(jī)器周期，計(jì)數(shù)器加L直至計(jì)滿溢出。定時器的定時時間與系統(tǒng)的振蕩頻率緊密相關(guān)，因?yàn)镃51系列單片機(jī)的一個機(jī)器周期由12個振蕩脈沖組成，所以，計(jì)數(shù)頻率fc=fosc/12。如果單片機(jī)系統(tǒng)采用12MHz晶振，則計(jì)數(shù)周期為：T=!="is12*1()6*1/12(2-D這是最短的定時周期，適當(dāng)選擇定時器的初值可獲取各種定時時間。當(dāng)定時器/計(jì)數(shù)器設(shè)置為計(jì)數(shù)工作方式時，計(jì)數(shù)器對來自輸入引腳TO(P3.4)和T1(P3.5)的外部信號計(jì)數(shù)，外部脈沖的下降沿將觸發(fā)計(jì)數(shù)。在每個機(jī)器周期的S5P2期間采樣引腳輸入電平,若前一個機(jī)器周期采樣值為1,后一個機(jī)器周期采樣值為0

35、,則計(jì)數(shù)器加1。新的計(jì)數(shù)值是在檢測到輸入引腳電平發(fā)生1到0的負(fù)跳變后,于下一個機(jī)器周期的S3P1期間裝入計(jì)數(shù)器中的,可見，檢測一個由1到0的負(fù)跳變需要兩個機(jī)器周期，所以最高檢測頻率為振蕩頻率的1/24。計(jì)數(shù)器對外部輸入信號的占空比沒有特別的限制，但必須保證輸入信號的高電平與低電平的持續(xù)時間在一個機(jī)器周期以上。3 .振蕩器XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶驍振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。當(dāng)輸入至內(nèi)部時鐘信號時要通過一個二分頻觸發(fā)器，而對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。4

36、.芯片擦除整個PEROM陣列和三個鎖定位的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。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)容并且凍第2章設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)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。5 .中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng)是單片機(jī)的重要組成部分。實(shí)時控制、故障自動處理、單片機(jī)與外圍設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳送往往采用中斷系

37、統(tǒng)。中斷系統(tǒng)大大提高了系統(tǒng)的效率。C51系統(tǒng)有關(guān)中斷的寄存器有4個，分別為中斷源寄存器TCON和SCON、中斷允許控制寄存器IE和中斷優(yōu)先級控制寄存器IP；中斷源有5個,分別為外部中斷0請求INTO、外部中斷1請求INTI、定時器0溢出中斷請求TFO、定時器1溢出中斷請求TF1和串行中斷請求R1或TL5個中斷源的排列順序由中斷優(yōu)先級控制寄存器IP和順序查詢邏輯電路共同決定，5個中斷源分別對應(yīng)5個固定的中斷入口地址。中斷的特點(diǎn)是分時操作，實(shí)時處理和故障處理。簡單介紹一下本次設(shè)計(jì)所需的單片機(jī)芯片AT89c51的中斷系統(tǒng)中要用到的中斷類型。(1)外部中斷源AT89C51有INTO和INT1兩條外部中

38、斷請求輸入線，用于輸入兩個外部中斷源的中斷請求信號,并允許外部中斷源以低電平或負(fù)邊沿兩種中斷觸發(fā)方式來輸入中斷請求信號。AT89C51究竟工作于哪種中斷觸發(fā)方式，可由用戶對定時器控制寄存器TCON中IT0和IT1位狀態(tài)的設(shè)定來選取。AT89c51在每個機(jī)器周期的S5P2時對INTO、線上中斷請求信號進(jìn)行一次檢測，檢測方式和中斷觸發(fā)方式的選取有關(guān)。若AT89C51設(shè)定為電平觸發(fā)方式(IT0=0或IT1=O),則CPU檢測到INTO、INTI上低電平時就可認(rèn)定其上中斷請求有效;若設(shè)定為邊沿觸發(fā)方式(ITO=1或m=l),則CPU需要兩次檢測INTO、INTI線上電平方能確定其上中斷請求是否有效，即

39、前一次檢測為高電平和后一次檢測為低電平時中斷請求才有效。(2)定時器溢出中斷源定時器溢出中斷由AT89C51內(nèi)部定時器分的中斷源產(chǎn)生，故它們屬于內(nèi)部中斷。AT89C51內(nèi)部有兩個16位定時器/計(jì)數(shù)器，受內(nèi)部定時脈沖(主脈沖經(jīng)12分頻后)或T0/T1引腳上輸入的外部定時脈沖計(jì)數(shù)。定時器T0/T1在定時脈第2章設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)沖作用下從全“產(chǎn)變成全“0”時可以自動向CPU提出溢出中斷請求，以表明定時器T0或T1的定時時間已到。(3)串行口中斷源串行口中斷由AT89c51內(nèi)部串行口的中斷源產(chǎn)生，也是一種內(nèi)部中斷。串行口中斷分為串行口發(fā)送中斷和串行接收中斷兩種。在串行口進(jìn)行發(fā)送/接收數(shù)據(jù)時，每當(dāng)串行口發(fā)送

40、/接收完一組串行數(shù)據(jù)時串行口電路自動使串行口控制寄存器SCON中的RI或TI中斷標(biāo)志位置位，并自動向CPU發(fā)出串行口中斷請求,CPU響應(yīng)串行口中斷后便立即轉(zhuǎn)入串行口中斷服務(wù)程序執(zhí)行。因此，只要在串行口中斷服務(wù)程序中安排一段對SCON中RI和TI中斷標(biāo)志位狀態(tài)的判斷程序，便可區(qū)分串行口發(fā)生了接收中斷請求還是發(fā)送中斷請求。(4)中斷標(biāo)志AT89C51在S5P2時檢測(或接收)外部(內(nèi)部)中斷源發(fā)來的中斷請求信號后先使相應(yīng)中斷標(biāo)志位置位，然后便在下個機(jī)器周期檢測這些中斷標(biāo)志位狀態(tài),以決定是否響應(yīng)該中斷。2.3ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809是位A/D轉(zhuǎn)換芯片,它是采用逐次逼近的方法完成A/D轉(zhuǎn)

41、換的。ADC0809由單+5V電源供電；片內(nèi)帶有鎖存功能的8路模擬多路開關(guān)，可對8路05V的輸入模擬電壓分時進(jìn)行轉(zhuǎn)換，完成一次轉(zhuǎn)換約需lOOpS；片內(nèi)具有多路開關(guān)的地址譯碼器和鎖存器、高阻抗斬波器、穩(wěn)定的比較器，256電阻T型網(wǎng)絡(luò)和樹狀電子開關(guān)以及逐次逼近寄存器。ADC0809是引腳雙列直插式封裝，引腳及其功能(圖22)：1. D7D0：8位數(shù)字量輸出引腳。2. IN0-IN7：8路模擬量輸入引腳。3. VCC：+5V工作電壓。4. GND：接地。5. REF(+)：參考電壓正端。6. REF(-)：參考電壓負(fù)端。第2章設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)7. START：A/D轉(zhuǎn)換啟動信號輸入端。8. A、B、C：

42、地址輸入端。9. ALE：地址鎖存允許信號輸入端。10. EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出引腳，開始轉(zhuǎn)換時為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時為高電平。11. OE：輸出允許控制端，用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。12. CLK：時鐘信號輸入端，譯碼后可選通IN0IN7八個通道中的一個進(jìn)行轉(zhuǎn)換。表21A、B、C的輸入與被選通道的通道關(guān)系被選中的通道CBAIN0000IN1001IN2010IN3011IN4100IN5101IN6110IN7111> CLK1OEACO AEOCjvddb JVDE> CREF+> ALEREF-0 12 356 7DDDDdDDD2-2ADC0809的管腳圖2.4運(yùn)

43、算放大器LM324本次設(shè)計(jì)所用的運(yùn)算放大器是LM324,而LM324的系列器件為價格便宜的帶有真差動輸入的四運(yùn)算放大器。與單電源應(yīng)用場合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。該四放大器可以工作在低到3伏或者高到32伏的電源下，靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場合中采用外部偏置元件的必要性。它的性能特點(diǎn)是短跑保護(hù)輸出、真差動輸入級、底偏置電流為最大100mA、每封裝含四個運(yùn)算放大器、具有內(nèi)部補(bǔ)償?shù)墓δ?、共模范圍擴(kuò)展到負(fù)電源、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的引腳排列、輸入端具有靜電保護(hù)功能。運(yùn)算放大器LM324的引腳圖如圖2-3：管腳連接圖諭入1vcc Z輸入

44、2 t輸出2叵可愉出4當(dāng)賽入4 回J 可 VEE, Gnd臚入3 可榆出3(俯視圖)2-3運(yùn)算放大器LM324的引腳由于本次設(shè)計(jì)中采集電路所采集到的信號值與我們所預(yù)期的結(jié)果有時會有很大的差距，因此信號值要被真實(shí)地反映出來，須采用放大電路進(jìn)一步處理。按比例將信號放大的電路，稱為比例運(yùn)算放大電路，簡稱比例電路。對于比例電路，在實(shí)際應(yīng)用中可分為以下幾種，下面也做一些簡單的介紹。i.反相比例放大器如圖24所示，集成運(yùn)放的同相輸入端通過電阻R接地，電阻與與信號源串聯(lián)，另一端接到運(yùn)放的反相輸入端，運(yùn)放的輸出端與反相輸入端之間接有電阻與,為保證集成運(yùn)放輸入級兩邊對稱，R=RJR,(2-2)比例電路輸出電壓與

45、輸入電壓之間的函數(shù)關(guān)系為：(2-3)UlURJ R(24)2-4反向比例電路注意：反相比例電路的特點(diǎn)是深度電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路。因此，集成運(yùn) 放的反相輸入端為“虛地”點(diǎn)，它的共模輸入電壓可視為零，對運(yùn)放的共模抑 制要求低；比例電路的輸入電阻小，可視為4=鳥，因此對輸入電流有一定要 求；輸出電阻/視為零，在適應(yīng)不同大小負(fù)載的能力較強(qiáng)。2.同相比例放大器如圖25所示，為同相比例電路，為保證電路輸入對稱仍要求：R =RJR,(2-5)輸出電壓與輸入電壓的函數(shù)關(guān)系為:(2-6)A. = 5/U, = + RJ R(2-7)2-5同相比例電路注意：同相比例電路的特點(diǎn)是深度電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路。電路的輸入電阻

46、很大，可達(dá)100M以上；輸出電阻很小可視為零，因此有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力。由于u_=q=a，集成運(yùn)放的共模抑制比要求較高，這是缺點(diǎn)。2.5移位寄存器74LS164移位寄存器74LS164的引腳如圖2-6所示:VCCAQAbqh一QCCM<QD>CLKQEQFIQGGNDQU圖2-6移位寄存器74LS164引腳圖74LS164為串行輸入、并行輸出移位寄存器，其引腳功能如下:A、B串行輸入端；Q0Q7并行輸出端；赤清除端，低電平有效；CLK時鐘脈沖輸入端，上升沿有效。第2章設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)多片74LS164串聯(lián)，能實(shí)現(xiàn)多位LED靜態(tài)顯示。每擴(kuò)展一片164就可增加一位顯示。MR接+5V,不清除。

47、2.6 數(shù)碼顯示管LED109 X 5 423 7led顯示器是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常見的輸出器件，而在單片機(jī)的應(yīng)用上也是被廣泛運(yùn)用的。如果需要顯示的內(nèi)容只有數(shù)碼和某些字母，使用LED數(shù)碼管是一種較好的選擇。LED數(shù)碼管顯示清晰、成本低廉、配置靈活，與單片機(jī)接口簡單易行。led數(shù)碼管作為顯示字段的數(shù)碼型顯示器件，它是由若干個發(fā)光二極管組成的。當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時，相應(yīng)的一個點(diǎn)或一個筆畫發(fā)亮，控制不同組合的二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符，常用的LED數(shù)碼管有7段和“米”字段之分。這種顯示器有共陽極和共陰極兩種。共陰極LED顯示器的發(fā)光二極管的陰極連在一起，通常此共陰極接地。當(dāng)某個發(fā)光二極管的陽極為高電

48、平時，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。同樣，共陽極LED顯示器的發(fā)光二極管的陽極接在一起，通常此共陽極接正電壓，當(dāng)某個發(fā)光二極管的陰極接低電平時，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。本次設(shè)計(jì)所用的LED數(shù)碼管顯示器為共陽極。led數(shù)碼管的使用與發(fā)光二極管相同，根據(jù)材料不同正向壓降一般為1.52V,額定電流為10MA,最大電流為40MA。靜態(tài)顯示時取10MA為宜,動態(tài)掃描顯示可加大脈沖電流，但一般不超過40MA。2.7 數(shù)字溫度計(jì)DS18S20在傳統(tǒng)的模擬信號遠(yuǎn)距離的溫度測量系統(tǒng)中，需要很好的解決引線誤差補(bǔ)償問題、多點(diǎn)切換誤差問題和放大電路零點(diǎn)漂移誤差問題等技術(shù)。另外考慮到一般的測量現(xiàn)場的電磁環(huán)境

49、非常的惡劣，各種干擾信號較強(qiáng)，模擬信號很容易受到干擾而產(chǎn)生測量誤差，影響測量精度。因此，在溫度測量系統(tǒng)中，采用抗干擾能力較強(qiáng)的新型數(shù)字溫度傳感器是解決這些問題的最有效的方案。在實(shí)際的溫度測量過程中被廣泛應(yīng)用，同時也取得了良好的測量效果。DS18S20數(shù)字溫度計(jì)的主要特性：1. DS18S20的適應(yīng)電壓范圍更寬，其范圍為：3.0-5.5V,而且它能夠直接由數(shù)據(jù)線獲取電源（寄生電源），無需外部工作電源。2. DS18s20提供了9位攝氏溫度測量，具有非易失性、上下觸發(fā)門限用戶可編程的報警功能。3. DS18S20通過LWlre®總線與中央微處理器通信，僅需要單根數(shù)據(jù)線（或地線）。同時，在

50、使用過程中，它不需要任何的外圍的元件，全部的傳感元件和轉(zhuǎn)換電路集成在形狀如一只三極管的集成電路內(nèi)。4. DS18s20具有55。3至+125。3的工作溫度范圍，在至+85。（3溫度范圍內(nèi)精度為±0.5。：。5. 每片DS18s20具有唯一的64位序列碼，這些碼允許多片DS18s20在同一條LWire總線上工作，因而，可方便地使用單個微處理器控制分布在大范圍內(nèi)的多片DS18s20器件。6. DS18S20的測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以“一線總線”串行傳送給CPU,同時還可以傳送給CRC校驗(yàn)碼，它具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯的能力。7. DS18s20具有負(fù)載特性，當(dāng)電源極性接反時，芯片不會

51、因發(fā)熱而燒毀，但是不能正常的工作。根據(jù)以上這些特性而從中受益的應(yīng)用包括：HVAC環(huán)境控制、室內(nèi)，設(shè)備或者機(jī)器內(nèi)部的溫度監(jiān)測系統(tǒng)、過程監(jiān)控和控制系統(tǒng)。第3章電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用按鍵作為輸入控制，通過溫度多采樣單元采集溫度信息，經(jīng)過LM324放大器放大及ADC0809數(shù)模轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換，由主機(jī)AT89C51進(jìn)行處理并將實(shí)際溫度值和設(shè)定溫度值分別顯示在共陽極數(shù)碼顯示管LED上。3.1 單片機(jī)控制單元單片機(jī)控制單元，如圖3所示，包括按鍵控制電路，其中按鍵控制電路這-模塊設(shè)置了：“設(shè)置”、“加產(chǎn)、“右移”、“確定”四個按鍵，來實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話。人為地設(shè)定溫度門限值，使電路在人為設(shè)定的某一溫度值相對穩(wěn)定的工作。

52、圖31按鍵控制電路3.2 溫度采樣部分溫度采樣單元，如32所示，用于采集被控對象的溫度參數(shù)，它由溫度電壓轉(zhuǎn)換、小信號放大及A/D轉(zhuǎn)換三部分組成。其中，將溫度轉(zhuǎn)化為電量的溫度電壓轉(zhuǎn)換由溫度傳感器-熱敏電阻實(shí)現(xiàn)，小信號放大由橋式放大電路實(shí)現(xiàn)，A/D轉(zhuǎn)換選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809,將采集到的溫度模擬信號轉(zhuǎn)換為GOAT89C51能夠處理的二進(jìn)制數(shù)字信號。3-2溫度采樣單元溫度傳感器:廣義來講，一切隨溫度變化而物體性質(zhì)亦發(fā)生變化的物質(zhì)均可作為溫度傳感器。例如，我們平常使用的各種材料、元件，其性質(zhì)或多或少地都會隨其所處的環(huán)境溫度變化而變化，因而它們幾乎都能作為溫度傳感器使用。但是，一般真正能作為實(shí)際中可

53、使用的溫度傳感器的物體一般需要具備下述條件：1 .物體的特性隨溫度的變化有較大的變化，且該變化量易于測量。2 .對溫度的變化有較好的一一對應(yīng)關(guān)系，即對除溫度外其他物理量的變化不敏感。3 .性能誤差及老化小、重復(fù)性好，尺寸小。4 .有較強(qiáng)的耐機(jī)械、化學(xué)及熱作用等的特點(diǎn)。5 .與被檢測的溫度范圍和精度相適應(yīng)。6 .價格適宜，適合于批量生產(chǎn)。符合上述條件的常用溫度傳感器有熱電偶、熱電阻、光輻射溫度計(jì)、玻第3章電路設(shè)計(jì)璃溫度計(jì)、半導(dǎo)體集成溫度傳感器等。3.3模數(shù)轉(zhuǎn)換部分模數(shù)轉(zhuǎn)換是將模擬輸入信號轉(zhuǎn)換為N位二進(jìn)制數(shù)字輸出信號的技術(shù)。采用數(shù)字信號處理能夠方便地實(shí)現(xiàn)各種先進(jìn)的自適應(yīng)算法，完成模擬電路無法實(shí)現(xiàn)的

54、功能，因此，越來越多的模擬信號處理正在被數(shù)字技術(shù)所取代。與之相應(yīng)的是，作為模擬系統(tǒng)和數(shù)字系統(tǒng)之間橋梁的模數(shù)轉(zhuǎn)換的應(yīng)用日趨廣泛。為了滿足市場的需求，各芯片制造公司不斷推出性能更加先進(jìn)的新產(chǎn)品、新技術(shù)，令人目不暇接。33.1模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)本次設(shè)計(jì)還涉及到數(shù)模轉(zhuǎn)換技術(shù)，而模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)包括采樣、保持、量化和編碼四個過程。1 .采樣就是將一個連續(xù)變化的模擬信號x轉(zhuǎn)換成時間上離散的采樣信號x(n)0根據(jù)奈奎斯特采樣定理，對于采樣信號x(t),如果采樣頻率fs大于或等于2fmax(fmax為x最高頻率成分),則可以無失真地重建恢復(fù)原始信號x(t)o實(shí)際上，由于模數(shù)轉(zhuǎn)換器器件的非線性失真、量化噪聲及接收機(jī)噪聲等

55、因素的影響采樣速率一般取fs=2.5fmax。通常采樣脈沖的寬度是很短的，故采樣輸出是斷續(xù)的窄脈沖。2 .要把一個采樣輸出信號數(shù)字化，需要將采樣輸出所得的瞬時模擬信號保持一段時間，這就是保持過程。3 .量化是將連續(xù)幅度的抽樣信號轉(zhuǎn)換成離散時間、離散幅度的數(shù)字信號，量化的主要問題就是量化誤差。假設(shè)噪聲信號在量化電平中是均勻分布的，則量化噪聲均方值與量化間隔和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗值有關(guān)。4 .編碼是將量化后的信號編碼成二進(jìn)制代碼輸出。這些過程有些是合并進(jìn)行的，例如，采樣和保持就利用一個電路連續(xù)完成，量化和編碼也是在轉(zhuǎn)換過程中同時實(shí)現(xiàn)的，且所用時間又是保持時間的一部分。第3章電路設(shè)計(jì)3.3.2積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器稱雙斜率或多斜率數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，是應(yīng)用最為廣泛的轉(zhuǎn)換器類型。雙斜率轉(zhuǎn)換器包括兩個主要部分：一部分電路采樣并量化輸人電壓，產(chǎn)生一個時域間隔或脈沖序列，再由一個計(jì)數(shù)器將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸出。雙斜率轉(zhuǎn)換器由1個帶有輸人切換開關(guān)的模擬積分器、1個比較器和1個計(jì)數(shù)單元構(gòu)成。積分器對輸入電壓在固定的時間間隔內(nèi)積分，該時間間隔通常對應(yīng)于內(nèi)部計(jì)數(shù)單元的最大計(jì)數(shù)。時間到達(dá)后將計(jì)數(shù)器復(fù)位并將積分器輸入連接到反極性（負(fù)）參考電壓。在這個反極性信號作用下，積分器被“反向積分”直到輸出回到零，并使計(jì)數(shù)器終止