畢業(yè)設(shè)計290利用單片機控制制冷機來達(dá)到控制溫度

1、第一章 緒論1.1 選題背景本設(shè)計是利用單片機控制制冷機來達(dá)到控制溫度的目的.制冷機是我國目前各行業(yè)技術(shù)改造和進(jìn)行設(shè)備引進(jìn)所急需的配套設(shè)備，也是提高產(chǎn)品質(zhì)量，企業(yè)升級的重要設(shè)備。廣泛的應(yīng)用與汽車，機械，紡織，化工，儀器儀表，電子，醫(yī)療衛(wèi)生等行業(yè)。在工業(yè)上，壓縮空氣作為一種僅次于電力的第二大動力源，以被廣大企業(yè)界所公認(rèn)壓縮式制冷機：該種制冷機由電動機提供機械能，通過壓縮機對制冷系統(tǒng)作功。制冷系統(tǒng)利用低沸點的制冷劑，蒸發(fā)時，吸收汽化熱的原理制成的。其優(yōu)點是壽命長，使用方便，目前世界上9195的制冷機屬于這一類。一般制冷機的絕大多數(shù)都是壓縮型。吸收型屬于少數(shù)。壓縮型的制冷機中的液體制冷劑在蒸發(fā)器中蒸

2、發(fā)，變成制冷劑氣體。這氣體被活塞和氣缸組成的壓縮機壓縮后導(dǎo)入冷凝器中，在這里氣體再被冷凝器成為液體制冷劑。壓縮機中電動機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為往復(fù)運動，氣缸中的制冷劑被往復(fù)運動所壓縮。也就是說壓縮機相當(dāng)于人體的心臟，起到了循環(huán)血液的作用如下圖就是一個封閉式壓縮機。 圖1.1 封閉式壓縮機封閉型壓縮機的電動機是直接和壓縮部分相連接的。壓縮機全體成為一個整體裝起來，另外為了避免產(chǎn)生熱量，以致溫度上升，電動機用制冷機油和制冷氣體進(jìn)行冷卻。國外溴化鋰制冷機的發(fā)展過程美國是溴化鋰制冷機的創(chuàng)始國，目前日本、前蘇聯(lián)等國的溴冷機也都有較大的發(fā)展。美國開利公司于1945年試制出第一臺制冷量為523KW（45×

3、;104kcal/h）的單效溴冷機，開創(chuàng)了利用溴化鋰水溶液為工質(zhì)對做為吸收劑的吸收式制冷新領(lǐng)域。美國不僅創(chuàng)造了單效溴冷機，而且在世界上又率先研制出了雙效溴冷機?，F(xiàn)已研制出了直燃型、熱水型和太陽能型等新型溴冷機。同時還研制了冷溫水機組和吸收式熱泵等新機組。日本一家汽車公司于1959年研制出制冷量為689KW（60×104kcal/h）的單效溴冷機，1962年茬原制造所又研制出雙效溴冷機。日本溴冷機無論在生產(chǎn)數(shù)量、性能指標(biāo)、應(yīng)用范圍和新技術(shù)、新產(chǎn)品研制等方面，均超過了美國，成為世界上溴冷機研究與生產(chǎn)領(lǐng)先的國家。特別是燃?xì)鈨尚厮畽C組的產(chǎn)量很大，約占世界上溴冷機生產(chǎn)總臺數(shù)的2/3；目前已致

4、力于第三種吸收式熱泵和溴化鋰熱電并供機組的研制工作。前蘇聯(lián)奔薩化工廠于1965年研制出2908KW（250×104kcal/h）溴冷機。目前溴冷機的應(yīng)用范圍已從化纖廠擴展到其它紡織廠、橡膠廠釀酒廠、化工廠、冶金廠和核電站。 中國溴化鋰制冷機的發(fā)展過程我國研制溴冷機起步于60年代初期，至今已有四十多年，其發(fā)展過程大體分為四個階段： 研制階段  60年代初船舶總公司704所（原六機部704所）、一機部通用機械研究所與高等院校以及設(shè)備制造廠通力合作，試制了兩臺樣機。1966年上海第一冷凍機廠試制出了制冷量1160KW（100×104kcal/h）全鋼結(jié)構(gòu)的單效溴冷機，安

5、裝于上海國棉十二廠。60年代末期，許多單位都著手研制單效溴冷機，這一研制工作持續(xù)到了70年代初期。單效機生產(chǎn)應(yīng)用階段   70年代初先后有上海、青島、天津、北京和長沙等地的棉紡廠為了適應(yīng)生產(chǎn)的需要，各自設(shè)計與制造了單效溴冷機。繼而更多地區(qū)也都自行設(shè)計制造單效溴冷機，尤以上海、天津兩地更為突出。以天津為例，70年代初至80年代初，制造出3480KW（300×104kcal/h）大型溴冷機七臺，總制冷能力達(dá)到24360KW（2100×104kcal/h）。單效溴冷機在這一時期雖然有了較大發(fā)展，但仍有許多問題尚待解決，如嚴(yán)重的腐蝕、冷量的衰減和機器的壽命等，限

6、制了溴冷機的進(jìn)一步發(fā)展。 雙效機生產(chǎn)應(yīng)用階段  80年代初期開始研制雙效溴冷機，并于1982年由開封通用機械廠生產(chǎn)出1744KW（150×104kcal/h）雙效溴冷機組。雙效機組的熱力系數(shù)可提高到1.1以上，而單效機組一般為0.60.7，雙效機組的蒸汽單耗比單效機減少約1/2，冷卻水量減少約1/3，是值得提倡的節(jié)能型制冷機組。86年我廠研制出省內(nèi)首臺雙效溴冷機1160KW（100×104kcal/h）并首家通過省級鑒定。 多種新型機研制應(yīng)用階段  80年代末期國家計委提出，凡有蒸汽等熱源的地區(qū)要發(fā)展溴冷機；1991年我國在世界禁用氟里昂（CFC）生產(chǎn)與

7、使用的“蒙特利爾議定書”上簽了字，這對進(jìn)一步發(fā)展溴冷機創(chuàng)造了良好條件。大專院校、科研院所和制造廠家共同協(xié)力，一方面在加緊改進(jìn)與提高雙效溴冷機的加工技術(shù)和性能水平，另一方面也竟相研制新型的多種溴冷機?，F(xiàn)已推出的和正在研制的有熱水型、直燃型、低壓型、降膜式溴冷機和吸收式熱泵等。 溴化鋰溶液的特性在溴化鋰吸收式制冷機中，水作為制冷劑用來產(chǎn)生冷效應(yīng)，溴化鋰溶液作為吸收劑，用來吸收產(chǎn)生冷效應(yīng)后的冷劑蒸汽。因此，水和溴化鋰溶液組成制冷機中的工質(zhì)對。 溴化鋰水溶液是由固體的溴化鋰溶質(zhì)溶解在水溶劑中而成。常壓下，水的沸點是100，而溴化鋰的沸點為1265。供制冷機應(yīng)用的溴化鋰，一般以水溶液的形式供應(yīng)。性狀為無

8、色透明液體；濃度不低于50；水溶液PH值8以上。20時溴化鋰溶解至飽和時量為，即溴化鋰的溶解度為。溶解度的大小與溶質(zhì)和溶劑的特性的關(guān)，還于溫度有關(guān)，一般隨溫度升高而增大，當(dāng)溫度降低時，溶解度減小，溶液中會有溴化鋰的晶體析出而形成結(jié)晶現(xiàn)象。這一點在溴冷機中是非常重要，運行中必須注意結(jié)晶現(xiàn)象，否則常會由此影響制冷機的正常運行。溴化鋰溶液對普通金屬有腐蝕作用。尤其在有氧氣存在的情況下腐蝕更為嚴(yán)重。溴化鋰制冷原理溴化鋰吸收式制冷原理和蒸汽壓縮制冷原理有相同之處，都是利用液態(tài)制冷劑在低溫、低壓條件下，蒸發(fā)、汽化吸收載冷劑的熱負(fù)荷，產(chǎn)生制冷效應(yīng)。所不同的是，溴化鋰吸收式制冷是在利用“溴化鋰-水”組成的二元

9、溶液為工質(zhì)對，完成制冷循環(huán)的。 在溴化鋰吸收式制冷機內(nèi)循環(huán)的二元工質(zhì)中，水是制冷劑。水在真空狀態(tài)下蒸發(fā)，具有較低的蒸發(fā)溫度（6），從而吸收載冷劑熱負(fù)荷，使之溫度降低。溴化鋰水溶液是吸收劑，在常溫和低溫下強烈地吸收水蒸氣，但在高溫下又能將其吸收的水分釋放出來。吸收與釋放周而復(fù)始制冷循環(huán)不斷。制冷過程中的熱能為蒸汽，也可叫動力。傳統(tǒng)的測控方法，由于從測量到顯示采用模擬方式，數(shù)據(jù)采集速度慢，不具備實時性，抗干擾能力差。精度測量完全依賴于硬件特性，因為不具備軟件線性化處理功能，傳感器的非線性嚴(yán)重影響測控精度。而采用線性化好的傳感器又增加了測控系統(tǒng)成本，因此，為保證安全生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，必須對傳統(tǒng)的測

10、控方法加以改進(jìn)。自單片機問世以來，與其相關(guān)的測控儀器也應(yīng)運而生，尤其是數(shù)字測控技術(shù)單片機的結(jié)合。單片機技術(shù)的發(fā)展更是以高效率。高精度，多功能的優(yōu)勢逐漸取代傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)過程的模擬測試手段。與傳統(tǒng)的測控技術(shù)相比，智能化測控系統(tǒng)具有以下幾個優(yōu)點：（1）具有高精度，高靈敏性和高可靠性等優(yōu)點。（2）具有直觀，操作方便等功能。（3）具有很強的抗干擾能力。（4）可高速采集數(shù)據(jù)，具有實時性。（5）具有數(shù)據(jù)智能化處理功能，一般具有自動校零和自動處理功能。（6）具有自動循環(huán)檢測和自動診斷能力。1.2 壓縮機的分類和工作原理1.2.1 空氣壓縮機的分類空氣機分為：1、速度式；2、容積式；容積式又分為回轉(zhuǎn)式和往復(fù)式；

11、回轉(zhuǎn)式：（1）轉(zhuǎn)子式；（2）螺桿式；（3）滑片式。往復(fù)式：（1）活塞式；（2）膜式?？諝鈮嚎s機按工作原理可分為速度式和容積式兩大類。速度式：是靠氣體在高速旋轉(zhuǎn)葉輪的作用，得到較大的動能，隨后在擴壓裝置中急劇降速，使氣體的動能轉(zhuǎn)變成勢能，從而提高氣體壓力。速度式主要有離心式和軸流式兩種基本型式。容積式：是通過直接壓縮氣體，使氣體容積縮小而達(dá)到提高氣體壓力的目的、容積式根據(jù)氣缸測活塞的特點又分為回轉(zhuǎn)式和往復(fù)式兩類。氧艙配制的空壓機多數(shù)采用容積式?；剞D(zhuǎn)式：活塞作旋轉(zhuǎn)運動，活塞又稱為轉(zhuǎn)干，轉(zhuǎn)子數(shù)量不等，氣缸形狀不一?；剞D(zhuǎn)式包括有轉(zhuǎn)子式、螺桿式、滑片式等。往復(fù)式：活塞做往復(fù)運動，氣缸呈圓筒形。往復(fù)式包括

12、有活塞式和膜式兩種，其中活塞式是目前應(yīng)用最廣泛的一種類型。氧艙用空壓機絕大多數(shù)采用活塞式。活塞式空壓機的分類、型號表示方法、結(jié)構(gòu)特點及工作原理介紹如下：活塞式空壓機一般以排氣壓力、排氣量（容積流量）、結(jié)構(gòu)型式和結(jié)構(gòu)特點進(jìn)行分類。1按排氣壓力高低分為：低壓空壓機    排氣壓力中壓空壓機排氣壓力10MPa高壓空壓機    10MPa排氣壓力100MPa2接排氣量大小分為：小型空壓機    1m3min排氣量10m3min中型空壓機    10m3min排氣量100m3min大型

13、空壓機    排氣量100m3min空壓機的排氣量指吸入狀態(tài)自由氣體流量。一般規(guī)定：軸功率15KW、排氣壓力a為微型空壓機。3按氣缸中心線與地面相對位置分為：立式空壓機氣缸中心線與地面垂直布置。角度式空壓機氣缸中心線與地面成一定角度（V型、W型、L型等）。臥式空壓機氣缸中心線與地面平行，氣缸布置在曲軸一側(cè)。對動平衡式空壓機氣缸中心線與地面平行，氣缸對稱布置在曲軸兩側(cè)。4按結(jié)構(gòu)特點分為：單作用氣體僅在活塞一側(cè)被壓縮。雙作用氣體在活塞兩側(cè)被壓縮。水冷式指氣缸帶有冷卻水夾套，通水冷卻。風(fēng)冷式氣缸外表面鑄有散熱片，空氣冷卻。固定式空壓機組固定在地基上。移動式空壓機組置于移

14、動裝置上便于搬移。有油潤滑指氣缸內(nèi)注油潤滑，運動機構(gòu)潤滑油循環(huán)潤滑。無油潤滑指氣缸內(nèi)不注油潤滑，活塞和氣缸為干運轉(zhuǎn)，但傳動機構(gòu)由潤滑油循環(huán)潤滑。全無油潤滑氣缸內(nèi)傳動機構(gòu)均無油潤滑。1.2.2 空壓機的組成及工作原理1空壓機主要組成部分：機體部分：包括機身（曲軸箱）、曲軸、連桿、十字頭等部件，其作用是傳遞動力，連接基礎(chǔ)與氣缸部分，將電機軸的旋轉(zhuǎn)運動變成十字頭的往復(fù)直線運動。壓縮部分：包括氣缸、活塞、氣閥、填料等部件，其作用是形成壓縮容積和防止氣體泄漏。輔助部分：包括進(jìn)氣濾清器、油水分離器、冷卻器、安全閥、氣量調(diào)節(jié)裝置、各種指示監(jiān)控儀表及氣、水、油管路系統(tǒng)，其作用是確保空壓機安全可靠運行。2空壓機

15、的工作原理    空壓機的工作過程可分成膨脹、吸入、壓縮和排出四個階段。     膨脹：當(dāng)活塞向下移動時，氣缸的容積增大，壓力下降，原先存留在氣缸中的氣體（因余隙容積存在）不斷膨脹。吸入：當(dāng)氣缸內(nèi)壓力降到稍小于進(jìn)氣管中的氣體壓力，進(jìn)氣管中的氣體便項開吸氣閥片進(jìn)入氣缸內(nèi)，隨著活塞的繼續(xù)下移，氣體不斷進(jìn)入缸內(nèi)直至活塞下移到最低點（又稱內(nèi)止點）為止。壓縮：當(dāng)活塞從內(nèi)止點向上移動時，氣缸內(nèi)容積逐漸縮小，即開始將氣缸內(nèi)氣體進(jìn)行壓縮。由于吸氣閥有止逆作用，放氣缸內(nèi)氣體不能倒流向進(jìn)氣管中，排氣管中的氣體壓力在此時仍高于缸內(nèi)氣體壓

16、力，所以氣缸內(nèi)氣體也無法項開排氣閥片，又由于排氣閥也有止逆作用，故排氣管中的氣體也不能進(jìn)入氣缸內(nèi)，當(dāng)活塞繼續(xù)上移時，氣缸內(nèi)容積進(jìn)一步縮小，使缸內(nèi)氣體壓力不斷升高。排出：隨著活塞繼續(xù)上移，當(dāng)氣缸內(nèi)氣體壓力升高至稍大于排氣管中的氣體壓力時，缸內(nèi)氣體便項開排氣閥片進(jìn)入排氣管中，并不斷排出，直至活塞移到最上端（又稱外止點）為止，然后活塞又開始向下移動，重復(fù)上述動作?；钊跉飧變?nèi)連續(xù)不斷地往復(fù)運動，便氣缸循環(huán)地吸入和排出氣體，活塞的每一次來回稱為一個工作循環(huán)；活塞從內(nèi)止點移至外止點的距離叫做活塞行程。   制冷機溫度控制要求本文主要設(shè)計了溫度控制環(huán)節(jié)，而溫度控制環(huán)節(jié)則要求設(shè)備完成后，

17、通過現(xiàn)場的實際測量數(shù)據(jù)來給出一個更寬的范圍以滿足系統(tǒng)的要求。制冷機溫度控制器的技術(shù)要求：1 顯示屏：（1）四位顯示（2）24小時時間和溫度顯示（3）故障代碼顯示2 功能鍵：（1） 啟動/停止：在工作狀態(tài)啟動或停止設(shè)備（2） 排水測試：可實現(xiàn)手動和自動排水（3） 狀態(tài)選擇：每按此鍵一次，進(jìn)入一種工作狀態(tài)。每進(jìn)入一種工作狀態(tài)，相應(yīng)的指示燈亮，如此循環(huán)進(jìn)行。（4） 上下限溫度調(diào)整：在設(shè)定選擇狀態(tài)下，設(shè)定工作參數(shù)。3 工作狀態(tài)：（1） 連續(xù)：按下“啟動/停止”鍵后，設(shè)備即開始運行。此狀態(tài)不受時間，溫度控制。正常情況下，只有再次按下此鍵，設(shè)備才能停止。此時，制冷機閥，除霜電磁閥，風(fēng)扇與壓縮機同步。加熱器

18、與壓縮機同步。（2） 時控：此工作狀態(tài)受設(shè)定時間控制，但于溫度設(shè)定無關(guān)。啟動設(shè)備后，按制冷時間運行。（3） 溫控：此運行狀態(tài)受溫度控制。如果此時氣體溫度未達(dá)到設(shè)定下限溫度，按下“啟動/停止”鍵后，設(shè)備開始運行。當(dāng)氣體溫度達(dá)到設(shè)定下限溫度后，自動停機。當(dāng)氣體溫度升至上限溫度后，設(shè)備自動啟動。此時的電磁閥，風(fēng)扇，加熱器的工作方式與連續(xù)運行狀態(tài)一致。4 設(shè)定：（1） 設(shè)定以0.1度為單位，上限溫度最高為50度，下限溫度最低為-30度，只在溫控時有效。（2） 制冷時間設(shè)定以小時為單位，最大24小時，最小0.1小時，只在時控時有效。（3） 排水閥打開時間設(shè)定以秒為單位最大180秒，最小0秒。排水閥關(guān)閉時

19、間以分鐘為單位，最大24時，最小0.1分。5故障顯示“（1） 壓力超限時，顯示屏顯示 PE閃爍（2） 過載保護(hù)時，顯示屏顯示CE 閃爍（3） 溫度故障時，顯示屏顯示 TE閃爍（4） 故障指示燈同時提示。第二章 方案論證圖 2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖在現(xiàn)今單片機所集成的部件越來越多，也就是說，單片機的意義只是在于單片集成電路，而不在于其功能了。如果從功能上講它可以說是萬用機。因為是其內(nèi)部集成了各種應(yīng)用電路。AT89C51是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，4k byt

20、es的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元。AT89C51可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本，所以此方案采用AT89C51八位單片機實現(xiàn)。人們通常將能把非電量轉(zhuǎn)換為電量的器件稱為傳感器，傳感器實質(zhì)上是一種功能，作用是將來自外界的各種信號轉(zhuǎn)換成電信號。它是實現(xiàn)測試與自動控制系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)。如果沒有傳感器對原

21、始參數(shù)進(jìn)行精確可靠的測量，那么，無論是信號轉(zhuǎn)換或信息處理，或者最佳數(shù)據(jù)的顯示和控制都將無法實現(xiàn)。傳感器技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)的主要內(nèi)容之一，信息技術(shù)包括計算機技術(shù)、通信技術(shù)和傳感器技術(shù)。計算機和通信技術(shù)發(fā)展極快，相當(dāng)成熟，對此運用自如的工程技術(shù)人員也非常多，但精通而靈活使用傳感器技術(shù)的工作者卻很少，這是因為傳感器應(yīng)用技術(shù)都需要使用模擬技術(shù)，而模擬技術(shù)有很多問題難以解決。為了適應(yīng)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，世界眾多國家都把傳感器技術(shù)列為現(xiàn)代的關(guān)鍵技術(shù)之。采用熱敏電阻，可滿足40攝氏度至90攝氏度測量范圍，但熱敏電阻精度、重復(fù)性、可靠性較差，對于檢測1攝氏度的信號是不適用的。而且使用熱敏電阻，需要用到十分復(fù)雜

22、的算法，一定程度上增加了軟件實現(xiàn)的難度。所以我門用到了溫度傳感器AD590 AD590是美國模擬器件公司的電流輸出型溫度傳感器，供電電壓范圍為330V，輸出電流223A（-50）423A（+150），靈敏度為1A/。當(dāng)在電路中串接采樣電阻R時，R兩端的電壓可作為喻出電壓。注意R的阻值不能取得太大，以保證AD590兩端電壓不低于3V。AD590輸出電流信號傳輸距離可達(dá)到1km以上。作為一種高阻電流源，最高可達(dá)20M，所以它不必考慮選擇開關(guān)或CMOS多路轉(zhuǎn)換器所引入的附加電阻造成的誤差。適用于多點溫度測量和遠(yuǎn)距離溫度測量的控制。 Intel 8086/8088 系列的可編程外設(shè)接口電路簡稱PPI，

23、型號為8255，具有24條輸入/輸出引腳，可編程的通用并行輸入/輸出借口電路。它是一片使用單一+5V電源的40腳雙列直插式大規(guī)模集成電路。8255A的通用性強，使用靈活，通過它CPU可直接與外設(shè)相連接。8255A具有三個相互獨立的輸入/輸出通道：通道A，通道B，通道C，因本設(shè)計中，外部相連接器件多借口多所以將AT89C51與8255A相連接可為外設(shè)提供3個8為I/O端口，容許采用同步，異步和中斷方式傳送I/O數(shù)據(jù)。鍵盤采用3×3陣列，一共九個鍵，還有一個復(fù)位鍵直接與AT89C51芯片的RESET引腳相連，正好滿足十個鍵的要求。AT89C51對LED的顯示，采用八段LED數(shù)碼顯示管，顯

24、示接口采用74LS164八位移位寄存器，它的特點是串入并出，可以減少所用89C51的引腳，只需89C51的P3.0與P3.1兩個引腳串行輸出就可以，以簡化結(jié)構(gòu)，節(jié)省部線空間，是本設(shè)計的最優(yōu)方案。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，單片微型計算機在工業(yè)自動化領(lǐng)域和智能化產(chǎn)品中得到了廣泛的應(yīng)用。如何提高單片機產(chǎn)品的抗干擾能力是產(chǎn)品開發(fā)和設(shè)計人員所面臨和必須解決的問題。關(guān)于抗干擾的具體方法在很多書籍和文章中都有較為詳盡的論述。美國DALLAS公司生產(chǎn)的“看門狗(WATCHDOG)”集成電陸DS1232具有性能可靠、使用簡單、價格低廉的特點，應(yīng)用在單片機產(chǎn)品中能夠很好的提高硬件的抗干擾能力,在實際使用中收到了良好的

25、效果。第三章 單片機3.1 AT89C51單片機簡介AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能的CMOS8位單片機，片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（REROM）和128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存儲計術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，功能強大AT89C51單片機可為你提供許多高性能比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域圖3.1 AT89C51引腳圖3.2 主要性能參數(shù)與MCS- 51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容4k字節(jié)可重擦寫Flash閃存存儲器100

26、0次擦寫周期全靜態(tài)操作：0Hz24Hz3級加密程序存儲器128×8字節(jié)內(nèi)部RAM 32個可編程I/O口線2個16位定時/記數(shù)器6個中斷源可編程串行UART通道低功耗空閑和掉電模式3.3 主要功能特性概述AT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 4k字節(jié)Flash閃存存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM。32個I/O口線，2個16位定時/記數(shù)器，1個5向量2級中斷結(jié)構(gòu)。一個全雙工串行通信口，片內(nèi)震蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但容許RAM，定時/記數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容

27、，但震蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位3.4 引腳功能說明VCC。電源電壓GND。地P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對斷口寫“1”可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時，P0口接受指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。P1口：P1口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對

28、端口寫“1”通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可做輸出口。作輸出口使用時。因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流IFlash編程和程序校驗期間，P1接受低8位地址。P2口：P2口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流I在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX DPTR指令）時，口送出高位地址數(shù)據(jù)。在訪問位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行指

29、令）時，口線上的內(nèi)容（也既特殊功能寄存器（）區(qū)中寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不改變。lash編程或校驗時，亦接受高位地址和其他的控制信號?？冢嚎谑且唤M帶有內(nèi)部上拉電阻的位雙向口?？谳敵鼍彌_級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）個邏輯門電路。對口寫入“”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時，被外部拉低的口將用上拉電阻輸出電流 口還接收一些用于lash閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。：復(fù)位輸入。當(dāng)震蕩器工作時，引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復(fù)位。：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，（地址鎖存應(yīng)許）輸出脈沖用于鎖存地址的的撕位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，仍以時鐘震蕩頻率的輸出

30、固定的正脈沖信號，因此它可以對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個脈沖。對lash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（）如有必要，可通過對特殊功能寄存器（）區(qū)中的單元的位置位，可禁止操作。該位置位后，只有一條和指令才會被激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置無效：程序儲存應(yīng)許（）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)AT89C51由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，這兩個有效的信號不出現(xiàn)。EA/VPP：外部訪問容許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H

31、-FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編輯，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。Flash存儲器編輯時，該引腳加上+12V的程序容許電源Vpp，當(dāng)然這必須是該器件使用12V編程電壓Vpp。XTAL1：震蕩器反相放大器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：震蕩器反相放大器的輸出端。3.5 時鐘震蕩器AT89C51中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部震蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激震蕩器，震蕩電路參見圖

32、5。外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容C1，C2在接放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)震蕩電路。對外接電容C1，C2雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會輕微影響震蕩頻率的高低，震蕩器工作的穩(wěn)定性，起振的難易程序及溫度溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用30Pf+10Pf，而如果使用陶瓷諧振器建議使用40F+10Pf。用戶可以采用外部時鐘。在這種情況下，外部時鐘脈沖接到XTAL1端，即內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2則懸空，由于外部時鐘信號是通過一個2分頻觸發(fā)器作為內(nèi)部時鐘信號的，所以對外部時鐘信號的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時間和最大的低電平持續(xù)時間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求

33、。圖3.2 8255與單片機的接線圖第四章 硬件電路設(shè)計 溫度測量環(huán)節(jié)的設(shè)計在本系統(tǒng)中，對溫度的要求為：顯示溫度精度為，系統(tǒng)的溫度調(diào)整范圍為-30-50。為了實現(xiàn)本系統(tǒng)的要求，在設(shè)計溫度測量環(huán)節(jié)采用以下器件。1.溫度傳感器：AD5902.電壓跟隨器：UA7413.運放器：0P-07本環(huán)節(jié)的設(shè)計思想如下： 圖4.1 溫度測量與A/D轉(zhuǎn)換電路連接圖4.1.1 集成溫度傳感器AD590對于溫度傳感器，我們選擇了單片集成的溫度傳感器AD590。常見的感溫元件有熱電偶、熱電阻和半導(dǎo)體等傳感器。熱電偶的價格便宜，但精度低，需要進(jìn)行冷端補償，電路的設(shè)計比較復(fù)雜；熱電阻精度較高，但需要標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定電阻是陪才能使用

34、；而半導(dǎo)體溫度傳感器線路設(shè)計簡單，精度較高，線性度好，價格適中。AD590為單片集成兩端感溫電流源，所產(chǎn)生的電流經(jīng)過電阻網(wǎng)絡(luò)和多級運算放大器，輸出范圍在00.6V的電壓（溫度范圍為060）。AD590的特性為：流過器件的電流()等于期間所處環(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。同時，AD590輸出呈現(xiàn)高阻抗，其本身保證在0。所以當(dāng)R1和R2的阻值之和為1K時，在AD590的2腳，可以得到273.2mV的電壓，且輸出電壓隨溫度的變化為1mV/K。在AD590之后連接由運算放大器OP07構(gòu)成的跟隨器，以提高輸出負(fù)載能

35、力。要想得到輸出電壓在060時輸出為00.6V，必須對信號進(jìn)行降壓和放大?？紤]到精度的要求，我們先對跟隨器的輸出信號經(jīng)過一級反向放大，再經(jīng)過一級反向求和降壓，最后得到00.6V的電壓，且在整個溫度范圍內(nèi)保持良好的線性。計算過程如下：060時 調(diào)節(jié)電位器R7為10K 調(diào)節(jié)電位器R8，使 調(diào)節(jié)電位器為10K則： 故：范圍為00.6V，在ICL7135的量程范圍內(nèi)但由于AD590的增益有偏差，同時電阻也有誤差，因此必須對電路進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整方法為：為了獲取準(zhǔn)確的溫度值，分別在0（冰水混合物）、100（沸水）和（人體溫度）進(jìn)行溫度定標(biāo)。具體步驟是：把AD590放于冰水混合物中，調(diào)節(jié)電位器R1，使得跟隨器

36、輸出電壓為273.2mV。依次調(diào)節(jié)R7、R8，使得運放U2、U3的輸出為-2.732V和2.732V。將AD590放入沸水中，調(diào)節(jié)電位器R11，使得U4輸出為1V。同理進(jìn)行使得定標(biāo)。 電壓跟隨器-通用運放UA741在系統(tǒng)中為了使前置放大器的前級和后級滿足阻抗匹配關(guān)系，本系統(tǒng)采用了電壓跟隨器-通用運放UA741。它接于溫度傳感器之后，為8腳DIP封裝。其引腳排列如圖圖4.2 UA741引腳圖UA741要求雙電源供電，即供電范圍在±（3V-18V），典型供電為±15V。最低不要低于±3V，但實際上為±3V使運放不能正常工作，故一般不要低于±5V。1

37、0K歐姆電位器用與調(diào)整放大器的零點。UA741可用于對速度要求不太高，精度也不太高的場合，一般可在8為A/D和D/A中做放大器。UA741的補償電容裝在封裝內(nèi)部，不許要對外接封裝電容。UA741在本系統(tǒng)中的應(yīng)用連接電路如下圖。其放大倍數(shù)為-1，它將溫度傳感器輸出的電壓信號轉(zhuǎn)化為一穩(wěn)定的電壓信號，輸出給運放0P-07。 圖4.3 UA741在本系統(tǒng)中的應(yīng)用電路連接運算放大器0P-07低失調(diào)運放的輸入失調(diào)電壓溫漂a0S和輸入失調(diào)電流溫漂a0S都很小。實際上這類運放的輸入電壓0S和輸入失調(diào)電流0S也很西歐啊，因而這類運放的精度也比較高。所以也成為高精度運放。0P-07采用超高工藝和齊納米微調(diào)技術(shù)，使

38、其0S，0S，a0S，a0S都很小，單它的速度比UA741還低，廣泛應(yīng)用與穩(wěn)定積分，精度加法，比較，檢波和微弱信號精密放大器等。0P-07要求雙電源供電，使用溫度范圍為0-70度。0P-07一般不需調(diào)零，如果要調(diào)零可采用圖中電位器調(diào)整，電位器電阻值可選200K歐姆。在本系統(tǒng)設(shè)計中，0P-07連接圖如下： 在本系統(tǒng)0P-07的連接4.1.4 A/D轉(zhuǎn)換器 ADC0809ADC0809結(jié)構(gòu)原理和引腳功能因A/D轉(zhuǎn)換器應(yīng)有范圍極廣，故其品種及類型非常多，根據(jù)A/D電路的工作原理可以分為下列幾大類型： （1）、雙積分A/D轉(zhuǎn)換器 一般具有精度高，抗干擾好，價格便宜等優(yōu)點，但轉(zhuǎn)換速度慢，廣泛用于數(shù)字儀表

39、中。 （2）、逐次逼近比較型A/D轉(zhuǎn)換器 在精度、速度和價格上都適中。 （3）、并行A/D轉(zhuǎn)換器 這是一種用編碼技術(shù)實現(xiàn)的高速轉(zhuǎn)換器。 本設(shè)計選用逐次逼近比較型A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809以實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換。ADC0809結(jié)構(gòu)原理ADC0809是采用CMOS工藝制造的8位8通道單片機A/D轉(zhuǎn)換器，每個通道均能轉(zhuǎn)換出8位數(shù)字量。它是逐次逼近比較型轉(zhuǎn)換器，包括一個高阻抗斬波比較器；一個帶有256個電阻分壓器的樹狀開關(guān)網(wǎng)絡(luò)；一個控制邏輯環(huán)節(jié)和8位逐次逼近數(shù)碼寄存器；最后輸出級有一個8位三位輸出鎖存口，其中內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-4所示：圖4.5 ADC0809結(jié)構(gòu)原理八個模擬量輸入受多路開關(guān)地址寄存器控制，當(dāng)選中

40、某路時，該路模擬信號VX進(jìn)入比較器與D/A輸出的VR比較，直至VR與VX相等或達(dá)到允許誤差為止，然后將對應(yīng)VX的數(shù)碼寄存器值送入三態(tài)鎖存器。當(dāng)OE有效時，便可輸出對應(yīng)的VX的八位數(shù)碼。即：IN0IN7八路模擬量輸入端，在多路開關(guān)控制下，任一瞬間只能有一路模擬量經(jīng)相應(yīng)通道輸入到A/D轉(zhuǎn)換器中的比較放大器。D7D0為八位數(shù)碼輸出端，可直接接入微型機構(gòu)的數(shù)據(jù)總線。A、B、C多路開關(guān)地址選擇輸入端，其取值與A/D轉(zhuǎn)換通道的對應(yīng)關(guān)系如表3-1。多路開關(guān)地址被選中的輸入通道對應(yīng)通道路口地址CBA000IN000H001IN101H010IN202H011IN303H100IN404H101IN505H11

41、0IN606H111IN707H表 A、B、C與A/D轉(zhuǎn)換器對應(yīng)關(guān)系A(chǔ)DC0809引腳功能ADC0809外形是有28腳的雙列直插式芯片，引腳如圖3-5所示：圖 ADC0809引腳功能引腳功能如下：IN0-IN7 八位模擬量輸入端ADDA、ADDB、ADDC 通道選輸入端DB0DB7 八位數(shù)字量輸出端START 啟動A/D轉(zhuǎn)換信號輸入端，其上升沿用以清除ABC、內(nèi)部寄存器；其下降沿用以啟動內(nèi)部控制邏輯，使之A/D轉(zhuǎn)換器工作。CLOCK 轉(zhuǎn)換定時時鐘脈沖輸入端，它的頻率決定A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度，在此其頻率不能高于640KHZ，其對應(yīng)轉(zhuǎn)換速度為10NS。ALE 地址鎖存元件，該信號的上升沿可將地址

42、選擇號A、B、C鎖入地址寄存器內(nèi)。EOC 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，A/D轉(zhuǎn)換器開始后EOC信號自動變低電平，轉(zhuǎn)換結(jié)束即變高電平。OE 允許輸出控制端，有效時能打開三態(tài)門，將八位轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送到微型機的數(shù)據(jù)總線上。VREF（+）、VREF（-） 參考電壓輸入端。它們以可以不與本機電源和地址相連，但VREF（-）不得為負(fù)值，VREF（+）不得高于Vcc，且1/2VREF（+）+VREF（-）與1/2VCC之差不得大于0.1V。VCC 芯片電源（+5V）輸入端。CTND 芯片接地端。42 可編程并行接口8255設(shè)計.1并行通信與接口并行通信就是把一個字符的各位同時用幾根線進(jìn)行傳輸。傳輸速度快，信息率高。電纜要

43、多，隨著傳輸距離的增加，電纜的開銷會成為突出的問題，所以，并行通信用在傳輸速率要求較高，而傳輸距離較短的場合。Intel 8255A是一個通用的可編程的并行接口芯片，它有三個并行I/O口，又可通過編程設(shè)置多種工作方式，價格低廉，使用方便，可以直接與Intel系列的芯片連接使用，在中小系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。.2 8255A的編程結(jié)構(gòu)8255A由以下幾部分組成：見圖1三個數(shù)據(jù)端口A，B，C這三個端口均可看作是I/O口，但它們的結(jié)構(gòu)和功能也稍有不同。A口：是一個獨立的8位I/O口，它的內(nèi)部有對數(shù)據(jù)輸入/輸出的鎖存功能。B口：也是一個獨立的8位I/O口，僅對輸出數(shù)據(jù)的鎖存功能。C口：可以看作是一個獨立

44、的8位I/O口；也可以看作是兩個獨立的4位I/O口。也是僅對輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖存。2A組和B組的控制電路這是兩組根據(jù)CPU命令控制8255A工作方式的電路，這些控制電路內(nèi)部設(shè)有控制寄存器，可以根據(jù)CPU送來的編程命令來控制8255A的工作方式，也可以根據(jù)編程命令來對C口的指定位進(jìn)行置/復(fù)位的操作。A組控制電路用來控制A口及C口的高4位；B組控制電路用來控制B口及C口的低4位。3數(shù)據(jù)總線緩沖器 圖 8255A的編程結(jié)構(gòu)8位的雙向的三態(tài)緩沖器。作為8255A與系統(tǒng)總線連接的界面，輸入/輸出的數(shù)據(jù)，CPU的編程命令以及外設(shè)通過8255A傳送锝工作狀態(tài)等信息，都是通過它來傳輸?shù)摹?讀/寫控制邏輯讀/寫控制

45、邏輯電路負(fù)責(zé)管理8255A的數(shù)據(jù)傳輸過程。它接收片選信號及系統(tǒng)讀信號、寫信號、復(fù)位信號RESET，還有來自系統(tǒng)地址總線的口地址選擇信號A0和A1。4.2.3 8255A的引腳功能引腳信號可以分為兩組：一組是面向CPU的信號，一組是面向外設(shè)的信號。1面向CPU的引腳信號及功能D0-D7：8位，雙向，三態(tài)數(shù)據(jù)線，用來與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連；RESET：復(fù)位信號，高電平有效，輸入，用來清除8255A的內(nèi)部寄存器，并置A口，B口，C口均為輸入方式；：片選，輸入，用來決定芯片是否被選中；：讀信號，輸入，控制8255A將數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息送給CPU；：寫信號，輸入，控制CPU將數(shù)據(jù)或控制信息送到8255A；A1，

46、AO：內(nèi)部口地址的選擇，輸入。這兩個引腳上的信號組合決定對8255A內(nèi)部的哪一個口或寄存器進(jìn)行操作。8255A內(nèi)部共有4個端口：A口，B口，C口和控制口，兩個引腳的信號組合選中端口見下表。，A1，A0這幾個信號的組合決定了8255A的所有具體操作，面向外設(shè)的引腳信號及功能PA0PA7：A組數(shù)據(jù)信號，用來連接外設(shè)； PB0PB7：B組數(shù)據(jù)信號，用來連接外設(shè)；PC0PC7：C組數(shù)據(jù)信號，用來連接外設(shè)或者作為控制信號。面向外設(shè)的引腳信號及功能 PA0PA7：A組數(shù)據(jù)信號，用來連接外設(shè)； PB0PB7：B組數(shù)據(jù)信號，用來連接外設(shè)； PC0PC7：C組數(shù)據(jù)信號，用來連接外設(shè)或者作為控制信號。表 8255

47、A的操作功能表 A1 A0操 作數(shù) 據(jù) 傳 送 方 式0 0 1 0 0讀 A 口A口數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)總線0 0 1 0 1讀 B 口B口數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)總線0 0 1 1 0讀 C 口C口數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)總線0 1 0 0 0寫 A 口數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù) A口0 1 0 0 1寫 B 口數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù) B口0 1 0 1 0寫 C 口數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù) C口0 1 0 1 1寫控制口數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù) 控制口.4 8255A的工作方式8255A有三種工作方式，用戶可以通過編程來設(shè)置。方式0簡單輸入/輸出查詢方式；A，B，C三個端口均可。方式1選通輸入/輸出中斷方式；A ，B，兩個端口均可。方式2雙向輸入/輸出中斷方式。只有A端口

48、才有。工作方式的選擇可通過向控制端口寫入控制字來實現(xiàn)。 在不同的工作方式下，8255A三個輸入/輸出端口的排列示意圖如圖所示。 圖4.8 8255A三個輸入/輸出端口的排列示意圖1方式0：為一種簡單的輸入/輸出方式，沒有規(guī)定固定的應(yīng)答聯(lián)絡(luò)信號，可用A，B，C三個口的任一位充當(dāng)查詢信號，其余I/O口仍可作為獨立的端口和外設(shè)相連。2方式1方式1是一種選通I/O方式，A口和B口仍作為兩個獨立的8位I/O數(shù)據(jù)通道，可單獨連接外設(shè)，通過編程分別設(shè)置它們?yōu)檩斎牖蜉敵?。而C口則要有6位(分成兩個3位)分別作為A口和B口的應(yīng)答聯(lián)絡(luò)線，其余2位仍可工作在方式0，可通過編程設(shè)置為輸入或輸出。3方式2方式2為雙向選

49、通I/O方式，只有A口才有此方式。這時，C口有5根線用作A口的應(yīng)答聯(lián)絡(luò)信號，其余3根線可用作方式0，也可用作B口方式1的應(yīng)答聯(lián)絡(luò)線。方式2：就是方式1的輸入與輸出方式的組合，各應(yīng)答信號的功能也相同。而C口余下的PC0PC2正好可以充當(dāng)B 口方式1的應(yīng)答線，若B口不用或工作于方式0，則這三條線也可工作于方式0。方式2的應(yīng)用場合方式2是一種雙向工作方式，如果一個并行外部設(shè)備既可以作為輸入設(shè) 備，又可以作為輸出設(shè)備，并且輸入輸出動作不會同時進(jìn)行。43 顯示電路設(shè)計4.3.1 鍵盤部分設(shè)計根據(jù)要求，我們之設(shè)計9個按鍵，用3×3矩陣式鍵盤與單片機的P2.0-P2.5六個I/O口相連接來實現(xiàn)。其功能為：啟動，停止，排水測試，時間顯示，狀態(tài)選擇，設(shè)定選擇，上限溫度，下限溫度。圖4.9 鍵盤顯示電路4.3.2 顯示環(huán)節(jié)部分設(shè)計本部分電路主要使用八段數(shù)碼管和移位寄存器芯片74LS164。單片機通過I2C總線將要顯示的數(shù)據(jù)信號傳送到移位寄存器芯片74LS164寄存，