基于-專用溫度傳感器溫度檢測系統(tǒng)

1、-. z摘 要 在現代工業(yè)領域溫度檢測系統(tǒng)是指用*種方式顯示出當前的環(huán)境溫度。傳統(tǒng)使用PTC或NTC電阻作為溫度傳感器的方式在使用過程中存在著很多缺乏之處比方所采集溫度的精度比擬低、系統(tǒng)的可靠性差、設計難度較大、整體設計本錢較高等缺點已經無法滿足現代工業(yè)生產中高精度溫度控制的需求。而采用專用溫度傳感器則可以在克制以上缺點很大程度上提高溫度檢測系統(tǒng)的性能。本文闡述了一個基于專用溫度傳感器AD590的高精度溫度檢測系統(tǒng)的設計和實現過程。整個設計包括使用AD590的模擬溫度采集傳感器專用儀表放大器AD620的信號處理系統(tǒng)由ADC0804構成的模數轉換電路采用AT89C52組成的單片機系統(tǒng)數碼管顯示系

2、統(tǒng)和整機所需的供電系統(tǒng)。關鍵字溫度檢測系統(tǒng)AD590AT89C52 .docin. Abstract The temperature check system in modern industry is that uses some specialmethod to process and display the environmental temperature. Tradition uses PTC orNTC resistance to be using process to there be e*isting much defects as thetemperature sensor

3、way, supposes that what be detected the temperature has a badaccuracy, systematic reliability is bad, has much difficulties to design, and the cost ofentire system is e*pensive. To use this method already unable satisfied modernindustry produces the need being hit by the high-accuracy temperature un

4、der thecontrol. Use the special temperature transducer could improve the systematic functionof temperature detecting.This article elaborated the high-accuracy temperature having set forth a becauseof special temperature transducer AD590 checks the main body of a booksystematically designing and real

5、izing process. Entire design is included: Use theAD590 temperature transducer to detect the analog temperature, instrumentationamplifier AD620 signal process system, change the analog signal to digital signalcircuit of ADC0804, the AT89C52 MUC system and the power system.Key wordtemperature check sy

6、stemAD590AT89C52 .docin. 目 錄 摘 要.Abstract.目 錄.緒論.11簡介. 21.2 溫度控制系統(tǒng)的國外現狀.21.3 溫度控制系統(tǒng)方案.21.4 論文的主要任務和所做的工作.22設計方案以及論證. 42.2 溫度傳感局部.42.3 A/D轉換局部. 54數字顯示局部. 6電路設計. 8硬件電路設計. 8溫度采集電路. 8AD轉換電路. 8單片機電路.10顯示電路.14電源電路.16軟件系統(tǒng)設計.16主程序設計.16AD轉換程序.17溫度采樣.184溫度標度轉換算法. 19特殊元器件介紹. 22總結.24參考文獻.25附錄.26.docin. 1 緒論1.1

7、簡介 當代社會溫度檢測系統(tǒng)被廣泛應用于社會生產、生活的各個領域。 在工業(yè)、環(huán)境檢測、醫(yī)療、家庭等多方面均有應用。同時單片機在電子產品中的應用已經越來越廣泛。在很多電子產品中也將其用到溫度檢測和溫度控制。目前溫度測量系統(tǒng)種類繁多功能參差不齊。有簡單的應用于家庭的如空調電飯煲、太陽能熱水器電冰箱等家用電器的溫度進展檢測和控制。采用AT89C51單片機來對溫度進展控制不僅具有控制方便、組態(tài)簡單和靈活性大等優(yōu)點而且可以大幅度提高被控溫度的技術指標從而能夠大大提高產品的質量和數量。單片機以其功能強、體積小、可靠性高、造價低和開發(fā)周期短等優(yōu)點為自動化和各個測控領域中廣泛應用的器件在日常生活中成為必不可少的

8、器件尤其是在日常生活中發(fā)揮的作用也越來越大。因此單片機對溫度的控制問題是一個日常生活中經常會遇到的問題。本論文以上述問題為出發(fā)點設計實現了溫度實時測量、顯示、控制系統(tǒng)。以AD590為采集器AT89S51為處理器空調相應電路為執(zhí)行器來完成設計任務提出的溫度控制要求。設計過程流暢所設計的電路單元較為合理。該設計在硬件方案設計單元電路設計元器件選擇等方面較有特色。 1.2 溫度控制系統(tǒng)的國外現狀 通過網上查詢、翻閱圖書了解到目前國外市場以單片機為核心的溫度控制系統(tǒng)很多而且方案靈活且應用面比擬廣可用于工業(yè)上的加熱爐、熱處理爐、反響爐在生活當中的應用也比擬廣泛如熱水器室溫控制農業(yè)中的大棚溫度控制。以上出

9、現的溫度控制系統(tǒng)產品根據其系統(tǒng)組成、使用技術、功能特點、技術指標。選出其中具有代表性的幾種如下虛擬儀器溫室大棚溫度測控系統(tǒng)在農業(yè)應用方面虛擬儀器溫室大棚溫度測控系統(tǒng)是一種比擬智能經濟的方案適于大力推廣改系統(tǒng)能夠對大棚的溫度進展采集然后再進展比擬通過比擬對大棚的溫度是否超過溫度限制進行分析如果超過溫度限制溫度報警系統(tǒng)將進展報警來通知管理人員大棚的溫度超過限制大棚的溫控系統(tǒng)出現故障從而有利于農作物的生長提高產量。本系統(tǒng)最大的優(yōu)點是在一臺電腦上可以監(jiān)測到多個大棚的溫度情況從而進展控制。該系統(tǒng)LabVIEW虛擬儀器編程通過對前面板的設置來顯示溫室大.docin. 棚的溫度并進展報警進而對大棚溫度進展控

10、制。該系統(tǒng)有單片機溫度傳感器串口通信和計算機組成。計算機主要是進展編程對溫度進展顯示、報警和控制等溫度傳感器是對大棚溫度進展測量顯示單片機是對溫度傳感器進展編程去讀溫度傳感器的溫度值并把半溫度值通過串口通信送入計算機串口通信作用是把單片機送來的數據送到計算機里起到傳輸作用。電烤箱溫度控制系統(tǒng)該方案采用美國TI公司生產的FLASH型超低功耗16位單片機MSP430F123為核心器件通過熱電偶檢測系統(tǒng)溫度用集成溫度傳感器AD590作為溫度測量器件利用該芯片置的比擬器完成高精度AD信號采樣根據溫度的變化情況通過單片機編寫閉環(huán)算法從而成功地實現了對溫度的測量和自動控制功能。其測溫圍較低,大概在0-25

11、0之間具有精度高相應速度快等特點。小型熱水鍋爐溫度控制系統(tǒng)該設計解決了北方冬季分散取暖采用人工定時燒水供熱耗煤量大浪費人力溫度變化大的問題。設計方案硬件方面采用MCS-51系列8031單片機為核心擴展程序存儲器2732AD590溫度檢測元件測量環(huán)境溫度和供水溫度ADC0809進展模數轉換同向驅動器7407、光電耦合器及9103的功放完成對電機的控制。軟件方面建立了供暖系統(tǒng)的控制系統(tǒng)數學模型。本系統(tǒng)硬件電路簡單,軟件程序易于實現。它可用于一臺或多臺小型取暖熱水鍋爐的溫度控制,可使居室溫度基本恒定,節(jié)煤,節(jié)電,省人力。 1.3 溫度控制系統(tǒng)方案 結合本設計的要求和技術指標通過對系統(tǒng)大致程序量的估計

12、和系統(tǒng)工作速度的估計考慮價格因素。選定AT89S51單片機作為系統(tǒng)的主要控制芯片8位模數轉換器AD0804采用AD509進展溫度采集溫度設定圍為-10 45通過溫度采集系統(tǒng)對溫度進展采集并作A/D轉換再傳輸給單片機。以空調機為執(zhí)行器件通過單片機程序完成對室溫度的控制。 1.4 論文的主要任務和所做的工作 本論文主要是完成一種低本錢、低價格、功能齊全、及溫度測量、溫度顯示、溫度控制于一體的單片機溫度控制系統(tǒng)的理論設計。包括硬件電路和主要的軟件設計。研究的關鍵問題是室溫的準確測量溫度采集器AD590溫度控制電路設計單片機與A/D轉換電路、顯示電路以及軟件設計。根據本設計所要完成的任務本論文完成了如

13、下工作 .docin. 1介紹了研究和設計的背景和意義調查并綜述了當前溫度控系統(tǒng)市場的國外現狀提出了符合設計要求的高精度溫度控制系統(tǒng)方案并闡述了其工作原理。完成了硬件電路的設計它包括溫度采集系統(tǒng)電路包含89S51單片機模數轉換器ADC0804等芯片的接口電路通過AD590實現的溫度控制采集電路;鍵盤接口和LED顯示電路。根本完成了軟件局部設計它包括主程序流程圖A/D轉換子程序顯示子程序主程序清單。2設計方案以及論證1設計方案 經過查閱國外相關資料現代工業(yè)控制的溫度采集系統(tǒng)雖然傳感器種類不同但總體框架比擬類似。通過仔細比擬繪制出整體框架圖如下.docin. 2.2 溫度傳感局部 方案1基于PTC

14、或NTC電阻的設計熱敏電阻是開發(fā)早、種類多、開展較成熟的敏感元器件。熱敏電阻由半導體瓷材料組成 利用溫度引起電阻變化。假設電子和空穴的濃度分別為n、p遷移率分別為n、p則半導體的電導為=qnn+pp因為n、p、n、p都是依賴溫度T的函數所以電導是溫度的函數因此可由測量電導而推算出溫度的上下并能做出電阻-溫度特性曲線這就是半導體熱敏電阻的工作原理熱敏電阻包括正溫度系數PTC和負溫度系數NTC熱敏電阻以及臨界溫度熱敏電阻CTR。使用熱敏電阻設計而成的溫度檢測系統(tǒng)利用惠更斯電橋提取出溫度的變化然后通過高共模抑制比的儀表放大器將信號放大把模擬信號信號送入模數轉換電路進展模擬到數字信號的轉變從而將信號送

15、入單片機進展處理最終由數碼管顯示出當前的溫度值。整體框圖如下但熱敏電阻精度、重復性、可靠性較差不適用于檢測小于1的信號而且線性度很差不能直接用于A/D轉換應該用硬件或軟件對其進展線性化補償。方案2采用集成溫度傳感器如常用的AD590和LM35。AD590是電流型溫度傳感器。這種器件是以電流作為輸出量指示溫度其典型的電流溫度敏感度是1A/K.它是二端器件使用非常方便作為一種高阻電流源他不需要嚴格考慮傳輸線上的電壓信號損失噪聲干擾問題因此特別適合作為遠距測量或控制用。另外AD590也特別適用于多點溫度測量系統(tǒng)而不必考慮選擇開關或CMOS多路轉換開關所引起的附加電阻造成的誤差。由于采用了一種獨特的電

16、路構造并利用最新的薄膜電阻激光微調技術校準使得AD590具有很高的精度。并且應用電路簡單便于設計。方案選擇選擇方案2。理由電路簡單穩(wěn)定可靠無需調試與A/D連接方便。 2.3 A/D轉換局部 模/數轉化器是一種將連續(xù)的模擬量轉化成離散的數字量的一種電路或器件.docin. 模擬信號轉換為數字信號一般需要經過采樣保持和量化編碼兩個過程。針對不同的采樣對象有不同的A/D轉換器ADC可供選擇其中有通用的也有專用的。有些ADC還包含有其他功能在選擇ADC器件時需要考慮多種因素除了關鍵參數、分辨率和轉換速度以外還應考慮其他因素如靜態(tài)與動態(tài)精度、數據接口類型、控制接口與定時、采樣保持性能、根本要求、校準能力

17、、通道數量、功耗、使用環(huán)境要求、封裝形式以及與軟件有關的問題。ADC按功能劃分可分為直接轉換和非直接轉換兩大類其中非直接轉換又有逐次分級轉換、積分式轉換等類型。A/D轉換器在實際應用時除了要設計適當的采樣/保持電路、基準電路和多路模擬開關等電路外還應根據實際選擇的具體芯片進展模擬信號極性轉換等的設計。方案1采用分級式轉換器這種轉換器采用兩步或多步進展分辨率的閃爍式轉換進而快速地完成模擬-數字信號餓轉換同時可以實現較高的分辨率。例如在利用兩步分級完成n位轉換的過程中首先完成m位的粗轉換然后使用精度至少為m位的數/模轉換器ADC將此結果轉換到達1/2的精度并且與輸入信號比擬。對此信號用一個k位轉換

18、器k+m=n轉換最后將兩個輸出結果合并。方案2采用積分型A/D裝換器如ICL7135等。雙積分型A/D轉換器轉換精度高但是轉換速度不太快假設用于溫度測量不能及時地反響當前溫度值而且多數雙擊分型A/D轉換器其輸出端多不是而二進制碼而是直接驅動數碼管的。所以假設直接將其輸出端接I/O接口會給軟件設計帶來極大的不方便。方案3采用逐次逼近式轉換器對于這種轉換方式通常是用一個比擬輸入信號與作為基準的n位DAC輸出進展比擬并進展n次1位轉換。這種方法類似于天平上用二進制砝碼稱量物質。采用逐次逼近存放器輸入信號僅與最高位MSB比擬確定DAC的最高位DAC滿量程的一半。確定后結果0或1被鎖存同時加到DAC上以

19、決定DAC的輸出0或1/2。逐次逼近式A/D轉換器如ADC0804、AD574等其特點是轉換速度快精度也比擬高輸出為二進制碼直接接I/O口軟件設計方便。由于ADC0804設計時考慮到假設干種模/數轉換技術的優(yōu)點所以該芯片非常適合于過程控制、微控制器輸入通道的結合口電路、智能儀器和機床控制等應用場合并且價格低廉降低設計本錢。方案選擇選擇方案3。理由用ADC0804采樣速度快配合溫度傳感器應用方便價格低廉降低設計本錢。 .docin. 2.4 數字顯示局部 通常用的LED顯示器有7段或8段米字段之分。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)光二極管的陰極連接在一起通常此公共陰極接地。

20、當*個發(fā)光二極管的陽極為高電平時發(fā)光二極管點亮相應的段被顯示。同樣共陽極LED顯示器的工作原理也一樣。方案1采用靜態(tài)顯示方式。在這種方式下各位LED顯示器的共陽極或共陰極連接在一起并接地或電源正每位的段選線分別與一8位的鎖存器輸出相連各個LED的顯示字符一旦確定相應鎖存器的輸出將維持不變直到顯示另一個字符為止正因為如此靜態(tài)顯示器的亮度都較高。假設用I/O口接口這需要占用N*8位I/O口LED顯示器的個數N。這樣的話如果顯示器的個數較多那使用的I/O接口就更多因此在顯示位數較多的情況下一般都不用靜態(tài)顯示。方案2采用動態(tài)顯示方式。當多位LED顯示時通常將所有位的段選線相應的并聯在一起由一個8位I/

21、O口控制形成段選線的多路復用。而各位的共陽極或共陰極分別有相應的I/O口線控制實現各位的分時選通。其中段選線占用一個8位I/O口而位選線占用N個I/O口N為LED顯示器的個數。由于各位的段選線并聯段碼的輸出對各位來說都是一樣的因此同一時刻如果各位選線都處于選通狀態(tài)的話那LED顯示器將顯示一樣的字符。假設要各位LED能顯示出與本為一樣的字符就必須采用掃描顯示方式即在*一時刻只讓*一位的位選線處于選通狀態(tài)而其他各位的位選線處于關閉狀態(tài)同時段選線上輸出相應位要顯示字符的段碼。方案選擇選擇方案2。理由非常節(jié)約I/O口亮度高節(jié)約CPU的使用率。 3 電路設計3.1 硬件系統(tǒng)設計 3.1.1 溫度采集電路

22、溫度采集系統(tǒng)主要由AD590、AD620組成如下圖 .docin.選用溫度傳感器AD590AD590具有較高精度和重復性重復性優(yōu)于0.1其良好的非線形可以保證優(yōu)于0.1的測量精度利用其重復性較好的特點通過非線形補償可以到達0.1測量精度。由AD590采集到的溫度信號通過AD620,一款低功耗、高進度的儀表放大器進展線性放大在AD620的外部只需要通過一只電阻即可將放大倍數從1-1000倍進展調整。在本電路系統(tǒng)中我們需要將輸出最大值和最小值調整在0-5V之間便于A/D進展轉換以提高溫度采集電路的可靠性。集成溫度傳感器的輸出形式分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

23、時輸出為0溫度25時輸出為2.982V。電流輸出型的靈敏度為1A/K。這樣便于A/D轉換器采集數據。 3.1.2 AD轉換電路 在學習和實驗過程當中對于AD轉換芯片通常使用美國國家半導體公司生產的AD0809芯片進展模擬信號到數字信號的轉換。AD0809相關資料齊全使用廣泛但是對于本設計略顯奢侈AD0809可以同時轉換8路模擬輸入但本設計中只需要轉換一路模擬輸入。因此我放棄使用AD0809轉而使用美國國家半導體公司的同類產品AD0804一款與AD0809同類型的模數轉換芯片。在到達系統(tǒng)要求的同時降低了電路的本錢減小了電路的體積簡化了電路的復雜程度。 .docin. 用單片機控制ADC時多數采用

24、查詢和中斷控制兩種方式。查詢法是在單片機把啟動命令送到ADC之后執(zhí)行別的程序同時對ADC的狀態(tài)進展查詢以檢查ADC變換是否已經完成如查詢到變換已完畢則讀入轉換完畢的數據。中斷控制是在啟動信號送到ADC之后單片機執(zhí)行別的程序。當ADC轉換完畢并向單片機發(fā)出中斷請求信號時單片機響應此中斷請求進入中斷效勞程序讀入轉換數據并進展必要的數據處理然后返回到原程序。這種方法單片機無需進展轉換時間管理CPU效率高所以特別適合于變換時間較長的ADC。本設計采用查詢方式進展數據收集。由于ADC0804片無時鐘故運用8051提供的地址鎖存使能信號ALE經D觸發(fā)器二分頻后獲得時鐘。因為ALE信號的頻率是單片機時鐘頻率

25、的1/6如果時鐘頻率為6MHz,則ALE信號的頻率為1MHz經二分頻后為500kHz與AD0804時鐘頻率的典型值吻合。由于AD0804具有三態(tài)輸出鎖存器故其數據輸出引角可直接與單片機的總線相連。并將A/D的ALE和START腳連在一起以實現在鎖存通道地址的同時啟動ADC0804轉換。啟動信號由單片機的寫信號和P2.7經或非門而產生。在讀取轉換結果時用單片機的讀信號和P2.7經或非門加工得到的正脈沖作為OE信號去翻開三態(tài)輸出鎖存器。根據所選用的是查詢、中斷、等待延時三種方式之一的條件去執(zhí)行一條輸入指令讀取A/D轉換結果。ADC0804是一個8位逐次逼近的A/D轉換器。AD0804的轉換時間為1

26、00s。在CPU啟動A/D命令后便執(zhí)行一個固定的延時程序延時時間應略大于A/D的轉換時間延時程序一完畢便執(zhí)行數據讀入指令讀取轉換結果。本設計選用Motorola公司的基準源TL431產生參考電壓2.50V即一位數字量對應10mV即1。所以用起來很方便。具體電路如下.docin. 3.1.3 單片機電路 單片微型計算機簡稱單片機。它在一塊芯片上集成了各種功能部件中央處理器CPU、隨機存取存儲器RAM、只讀存儲器ROM、定時器/計數器和各種輸入/輸出I/O接口如并行I/O口、串行I/O口和A/D轉換器等。它們之間相互連結構成一個完整的微型計算機。單片機的開展經歷了四個階段第一階段19711974年

27、主要是美國INTEL公司從早先的第一臺MCS-4微型計算機到后來功能較強的8位微處理器Intel8008和FAIRCHILD公司的F8微處理器。這些微處理器雖說還不是單片機但從此拉開了研制單片機的序幕。第二階段19741978初級單片機階段以INTEL公司的MCS-48為代表。這個系列的單片機集成有8位CPU并行I/O口8位定時器/計數器尋址圍不大于4K且無串行口。第三階段19781983高性能單片機階段。在這一階段的單片機普遍帶有串行口多級中斷處理系統(tǒng)和16位定時器/計數器。片ROMRAM容量加大且尋址圍可達64K字節(jié)有的片還帶有A/D轉換器接口。這類單片機有INTEL公司的MCS-51MO

28、TOROLA公司的6801和ZILOG公司的Z8等。其中MCS-51系列產品由于其優(yōu)良的性能價格比特別適合我國的國情MCS-51系列單片機有可能穩(wěn)定相當一段時期。現在國的MCS-51熱正在升溫隨著我國經濟建立步伐的加大MCS-51系列單片機必將在各個領域大顯身手。第四階段1983現在8位單片機鞏固開展及16位單片機推出階段。此階段主要特征是一方面開展16位單片機及專用單片機另一方面不斷完善高檔8位單片機改善其構造以滿足不同用戶的.docin. 需要。MCS-51系列屬高檔單片機近年來INTEL公司在提高該系列產品性能方面做了不少工作相繼推出了不少新產品8052/8752/8032、低功耗的CH

29、MOS工藝芯片80C51/87C51/80C31、具有高級語言編程的芯片8052AH-BASIC、高性能的C252系列等。在本次設計中我們采用了MCS51系列中的89C51來完成產品的CPU的功能。89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器FPEROM-FalshProgrammable and Erasable Read Only Memory的低電壓高性能CMOS8位微處理器俗稱單片機。89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸

30、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89C51是一種高效微控制器89C2051是它的一種精簡版本。89C單片機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。89C51的主要特性有與MCS-51 兼容4K字節(jié)可編程閃爍存儲器壽命1000寫/擦循環(huán)數據保存時間10年全靜態(tài)工作0Hz-24Hz三級程序存儲器鎖定128*8位部RAM32可編程I/O線兩個16位定時器/計數器5個中斷源可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片振蕩器和時鐘電路。 下面按其引腳功能分為四局部表達這40條引腳的功能1 主電源引腳VCC和GNDVCC40腳接+5V電壓。GND20腳接地

31、。2 外接晶體引腳*TAL1和*TAL2 .docin. *TAL1 和*TAL2外接晶體振蕩器(簡稱晶振)或瓷諧振器,就構成了部振蕩方式。由于單片機部有一個高增益反相放大器當外接晶振后就構成了自激振蕩器并產生振蕩時鐘脈沖。3 控制或與其它電源復用引腳RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPPRST/VPD當振蕩器運行時在此引腳上出現兩個機器周期的高電平將使單片機復位。在此引腳與VSS引腳之間連接一個約10K的下拉電阻與VCC引腳之間連接一個約10F的電容可以保證可靠地復位。VCC掉電期間此引腳可接上備用電源以保持部RAM的數據不喪失。當VCC主電源下掉到低于規(guī)定的電平而VPD在

32、其規(guī)定的電壓圍5土0.5VVPD就向部RAM提供備用電源。ALE/PROG當外部存儲器時ALE允許地址鎖存的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。即使不外部存儲器ALE端仍然以不變的頻率周期性地出現正脈沖信號此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外輸出的時鐘或用于定時目的。然而要注意的是每當外部數據存儲器時將跳過一個ALE脈沖。ALE端可以驅動吸收或輸出電流8個LS型的TTL輸入電路。對于EPROM型的單片機如8751在EPROM編程期間此引腳用于輸入編程脈沖PROG。PSEN此腳的輸出是外部程序存儲器的讀選通信號。在從外部程序存儲器取令或常數期間每個機器周期兩次PSEN有效。但在此期間每當外部數據

33、存儲器時這兩次有效的PSEN信號將不出現。PSEN同樣可以驅動吸收或輸出8個LS型的TTL輸入。EA/VPP當EA端保持高電平時部程序存儲器但在PC程序計數器值超過0FFFH對8051/8751/80C51或1FFFH對3052時將自動轉向執(zhí)行外部程序存儲器的程序。當EA保持低電平時則只外部程序存儲器不管是否有部程序存儲器。對于常用的8031來說無部程序存儲器所以EA腳必須常接地這樣才能只選擇外部程序存儲器。對于EPROM型的單片機如8751在EPROM編程期間此引腳也用于施加21伏的編程電源VPP。4 輸入/輸出I/0引腳P0、P1、P2、P3共32根P0口39腳-32腳是雙向8位三態(tài)I/O

34、口在外接存儲器時與地址總線的低8位及數據總線復用能以吸收電流的方式驅動8個LS TTL負載。P1口l腳-8腳是8位準雙向I/O口。由于這種接口輸出沒有高阻狀態(tài)輸入也不能鎖存故不是真正的雙向I/O口。能驅動吸收或輸出電流4個LS TTL負載。對8052、8032P1.0引腳的第二功能為T2定時/計數器的外部輸入P1.1引腳的第二功能為T2E*捕捉、重裝觸發(fā)即T2的外部控制端。對EPROM編程和程序驗證時它接收低8位地址。P2口21腳-28腳是8位準雙向I/O口。在外部存儲器時它可以作為擴展電路高8位地址總線送出高8位地址。在對EPROM編程和程序驗證期間它接收高8位地址。P2可以驅動吸收或.do

35、cin. 輸出電流4個LS TTL負載。P3口l0腳-17腳是8位準雙向I/O口在MCS-51中這8個引腳還用于專門功能是復用雙功能口。P3能驅動吸收或輸出電流4個LS TTL負載。作為第一功能使用時就作為普通I/O口用功能和操作方法與P1口一樣。作為第二功能使用時各引腳的定義如表3.1所示。值得強調的是P3口的每一條引腳均可獨立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。 P3口的第二功能定義 口線引腳 第二功能P3.0 10R*D串行輸入口P3.1 11T*D串行輸入口P3.2 12 INT0外部中斷0P3.3 13 1INT外部中斷1P3.4 14T0 定時器0外部輸入P3.5 15T1 定時器

36、1外部輸入P3.6 16 WR外部數據存儲器寫脈沖P3.7 17 RD外部數據存儲器讀脈沖.docin.3.1.4 顯示電路顯示電路采用鎖存器74HC573和數碼管組合的方式進展顯示溫度數值。數碼管是單片機應用電路中常用的顯示器件。每個數碼管由8個發(fā)光二極管組成。數碼管有共陰極和共陽極兩種類型。共陰極數碼管部8個二極管的陰極被連接在一起和引腳相接在使用是引腳應接低電平當數碼管其余的*個引腳接高電平則相應的發(fā)光二極管被點亮。共陽極數碼管端應接高電平當數碼管其余的*個引腳接低電平則相應的發(fā)光二極管被點亮。在使用過沖當中我們需要在每個數碼管的每一位段選上串聯電阻限制導通電流來保證發(fā)光二極管不被燒壞。

37、本設計中選用共陽極數碼管。a共陰數碼管原理圖 b共陽數碼管原理圖 .docin. 1234567abcdefg8dp9GNDabfcgdedpabfcgdeVCC1234567abcdefg8dpdp9 c共陰數碼管電路符號圖 d共陽數碼管電路符號圖 鎖存器74HC573是一款高速低功耗TTL鎖存器它能夠鎖存8位數據最高鎖存17ns變化的數據。本設計中使用一組I/O口用來傳送數碼管的段選同時使用該組I/O口的高四位傳送位選。這樣一來可以大大提高I/O口的使用效率。同時使用另外兩個I/O口控制兩個鎖存器的鎖存端是能段來控制鎖存器的工作。關于74HC573的鎖存使用說明如下列圖顯示總體電路如下.d

38、ocin. 3.1.5 電源電路一個優(yōu)秀系統(tǒng)中的電源電路極為重要電源的好壞可以直接影響整機的工作。本設計中采用線性穩(wěn)壓系統(tǒng)提供信號處理電路所需的正負15V電壓和單片機、數字電路、數碼管所需的5V電壓。電源系統(tǒng)的設計原理是通過工頻變壓器將市電220V 50Hz的交流電變?yōu)殡p13V 50Hz的低壓交流電再通過全橋整流變?yōu)槊}動的正電壓經過電容濾波、78、79系列線性穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓最終輸出穩(wěn)定的+15V、-15V和+5V直流電壓供系統(tǒng)相應電路模塊使用。電源局部電路圖如下所示3.2 軟件系統(tǒng)設計 本系統(tǒng)的單片機程序使用C語言編寫相比匯編語言C語言具有使用靈活、移植性強、易于上手、方便使用、可完成高級功能等

39、特點。 3.2.1 主程序設計 程序啟動后首先清理系統(tǒng)存然后進展采集并通過A/D轉換后傳輸到單片機再由單片機控制顯示設備顯示現在的溫度然后系統(tǒng)進入待機狀態(tài)等待再次檢測溫度。.docin.3.2.2 AD轉換程序89S51給出一個脈沖信號啟動A/D轉換后ADC0809對承受到的模擬信號進行轉換這個轉換過程大約需要100s,系統(tǒng)采用的是固定延時程序所以在預先設定的延時后89S51直接從ADC0809中讀取數據。主程序開場采集溫度查詢溫度調A/D程序調顯示程序 要控制溫度鍵盤輸入設定值 和設定值比擬啟動加熱/降溫溫度采集和比擬 與設定值相等是N否是否 .docin.3.2.3 溫度采樣采樣子程序流程

40、圖如下圖。A/D入口 啟動A/D轉換 查詢EOC讀取轉換數據壓縮BCD碼作未壓縮處理整理好的十位和個位分別存入*地址單元子程序結果 .docin.3.2.4溫度標度轉換算法A/D轉換器輸出的數碼雖然代表參數值的大小但是并不代表有量綱的參數值必須轉換成有量綱的數值才能進展顯示標度轉換有線性轉換和非線性轉換兩種本設計使用的傳感器線性好在測量的量程制根本能與溫度成線性關系。溫度標度轉換程序TRAST目的是要把實際采樣的二進制值轉換的溫度值轉換成BCD形式的溫度值。對一般的線性儀表來說標度轉換公式為 A*=0A+)AA0mNNNN0m0*式中0A為一次儀表的下限 Am為一次量程儀表的上限為實際測量值工

41、程量 N0為儀表下限所對應的數字量 Nm為儀表上限所應的數字量 N*為測量所得數字量。例如假設*熱處理儀表量程為200-800在*一時刻計算機采樣得到的二進制值U(K)=CDH則相應的溫度值為 采樣值起始地址送R0采樣次數送R2啟動AD590延時A/D完成所有采樣完畢返回YNN .docin. A*=0A+)AA0mNNNN0m0*=200+800-200255205=682根據上述算法只要設定熱電偶的量程則相應的溫度轉換子程序TARST很容易編寫只要把這一算式變成程序將A/D轉換后經數字濾波處理后的值代入即可計算出真實的溫度值。具體算法如下圖。 .docin. 保護現場R0Am, R10A計

42、算 N*-N0R0Nm, R1N0計算 Am-0A計算)AA0m/NN0mR0N*, R1N0計算 Nm-N0計算)AA0mNNNN0m0*R2-0A A*=0A+)AA0mNNNN0m0*DATAA*返 回 .docin. 3.3 特殊元器件介紹 溫度傳感器AD590簡介AD590溫度傳感器是一種已經IC化的溫度傳感器它會將溫度轉換為電流其規(guī)格如下1、溫度每增加1它會增加1A輸出電流2、可測量圍為-55至1503、供電電壓圍為+4V至+30VAD590的輸出電流值說明見表。其輸出電流是以絕對溫度零度-273為基準溫度每增加1它會增加1A輸出電流因此在室溫25時其輸出電流Iout=273+25

43、=298A。AD590溫度與電流的關系 溫度與電流的關系攝氏溫度 AD590電流 經10K電壓0 273.2 uA 2.732V10 283.2 uA 2.832 V20 293.2 uA 2.932 V30 303.2 uA 3.032 V40 313.2 uA 3.132 V50 323.2 uA 3.232 V60 333.2 uA 3.332 V100 373.2 uA 3.732 V 主要特性如下1 流過器件的電流mA等于器件所處環(huán)境的熱力學溫度開爾文度數2AD590的測溫圍為-55+150。3AD590的電源電壓圍為4V30V。電源電壓可在4V6V圍變化電流變化1mA相當于溫度變化

44、1。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。4輸出電阻為710M。5精度高。AD590共有I、J、K、L、M五檔其中M檔精度最高在-55+150圍非線性誤差為0.3。 .docin. AD590測量熱力學溫度、攝氏溫度、兩點溫度差、多點最低溫度、多點平均溫度的具體電路廣泛應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偶的冷端補AD590實際應用電路舉例分析1AD590的輸出電流I=273+TAT為攝氏溫度因此測量的電壓V為273+TA10K=2.73+T/100V。為了將電壓測量出來又務須使輸出電流I不分流出來我們

45、使用電壓跟隨器其輸出電壓V2等于輸入電壓V。2由于一般電源供給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)壓組件再利用可變電阻分壓其輸出電壓V1需調整至2.73V3接下來我們使用差動放大器其輸出Vo為100K/10KV2-V1=T/10如果現在為攝氏28輸出電壓為2.8V輸出電壓接AD轉換器則AD轉換輸出的數字量就和攝氏溫度成線形比例關系。AD590測量熱力學溫度、攝氏溫度、兩點溫度差、多點最低溫度、多點平均溫度的具體電路廣泛應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偶的冷端補償。 4 總結 AT89C51單片機體積小重量輕抗干擾能力

46、強對環(huán)境要求不高價格低廉可靠性高靈活性好本文的溫度控制系統(tǒng)只是單片機廣泛應用于各行.docin. 各業(yè)中的一例。設計實現了溫度實時測量、顯示。本設計溫度控制電路具有較高的抗干擾性實時性方案具有較高的測量精度溫度控制實時性更高。在設計過程中首先在教師的指導下熟悉了系統(tǒng)的工藝進展對象的分析按照要求確定方案。然后進展硬件和軟件的設計。通過設計使我掌握了微型機控制系統(tǒng)I/O接口的使用方法模擬量輸入/輸出通道的設計常用顯示程序的設計方法數據處理及線性標度技術根本算法的設計思想。在做畢業(yè)設計之前我對單片機的根本知識了解甚少而C語言雖是接觸過可是沒有具體的設計和編輯過所以花了大量的時間去做準備工作。在教師的

47、指導和幫助下克制了一系列困難終于完成了本設計基于本人能力有限該設計還有許多缺乏之處有待改良。.docin. 參考文獻 1錢聰.電子線路分析與設計M.:人民,2000.2談文心,錢聰,宋云嫻.模擬集成電路原理與應用M.:交通大學出版社,1994.3肖子,鄧建國,南錢聰.電子設計指南M.:高等教育,2006.4HAN Zhi-jun Liu *in-min.DIGITAL TEMPERATURE SENSOR DS18B20 AND ITSAPPLICATION J. Nanjing: Journal of Nanjing Institute ofTechnology(Natural Scienc

48、e Edition).20035SHEN Li-li,CHEN Zhong-rong. Design of Multi-Channel Test System ofMeasuring Temperature for Grain Storage Based on CPLD andDS18B20J.Nanjing: Nanjing University of Information Science &Technology.20216You Guanjun Hu Yihua Liu Shenlong Zhao Tian*iang. THE CIRCUITRY OFAD590 IC TEMPERATU

49、RE SENSOR AND THE APPLICATION IN TEMPERATUREMEASUREMENT AND CONTROLJ.COLLEGE PHYSICAL E*PERIMENT,2000.7國勛. 縮短ICL7135A/D采樣程序時間的一種方法J.電子技術應用1993第一期.8頂峰. 單片微型計算機與接口技術M.:科學20039偉,駿逸,黃勇. 一種基于C8051單片機的SOC型數據采錄的設計與實現A.*:*市計算機協會單片機分會編 200310何立民. 單片機高級教程M.:航空航天大學,200011元. 數字電路與邏輯設計M.:大學,199712麗萍. 電子技術根底M.:電子

50、科技大學,200613*江海. 單片機實用教程M:機械工業(yè),200314文和. 傳感器技術及其應用M:高等教育,200415孟立凡,藍金輝. 傳感器原理與應用M.電子工業(yè),200016江曉安. 模擬電子技術 第二版M.:電子科技大學,2004.docin. 附錄 單片機應用程序*include*define uchar unsigned char*define uint unsigned intsbit wela=P30;sbit dula=P31;sbit wr=P36;sbit rd=P37;sbit cs=P35;uchar num;uint a1,b1,c1;uchar table1=

51、0*ff,0*f9,0*a4,0*b0,0*99,0*92,0*82,0*86;uchar table2=0*40,0*79,0*24,0*30,0*19,0*12,0*02,0*78,0*00,0*10,0*86;uchar table3=0*c0,0*f9,0*a4,0*b0,0*99,0*92,0*82,0*f8,0*80,0*90,0*86;void delay(uint z);uchar ad();void display(uint,uint,uint);void main()while(1)switch(ad()case 0*00:a1=0,b1=0,b1=0; break;cas

52、e 0*01:a1=0,b1=0,c1=3; break;case 0*02: .docin. a1=0,b1=0,c1=7; break;case 0*03:a1=0,b1=1,c1=1; break;case 0*04:a1=0,b1=1,c1=5; break;case 0*05:a1=0,b1=1,c1=9; break;case 0*06:a1=0,b1=2,c1=3; break;case 0*07:a1=0,b1=2,c1=7; break;case 0*08:a1=0,b1=3,c1=1; break;case 0*09:a1=0,b1=3,c1=5; break;case 0

53、*0a:a1=0,b1=3,c1=9; break;case 0*0b:a1=0,b1=4,c1=2; break;case 0*0c:a1=0,b1=4,c1=6; break;case 0*0d:a1=0,b1=5,c1=0; break;case 0*0e:a1=0,b1=5,c1=4; break;case 0*0f:a1=0,b1=5,c1=8; break;case 0*10:a1=0,b1=6,c1=2; break;case 0*11:a1=0,b1=6,c1=6; break;case 0*12:a1=0,b1=7,c1=0; break; .docin. case 0*13

54、:a1=0,b1=7,c1=4; break;case 0*14:a1=0,b1=7,c1=8; break;case 0*15:a1=0,b1=8,c1=2; break;case 0*16:a1=0,b1=8,c1=5; break;case 0*17:a1=0,b1=8,c1=9; break;case 0*18:a1=0,b1=9,c1=3; break;case 0*19:a1=0,b1=9,c1=7; break;case 0*1a:a1=1,b1=0,c1=1; break;case 0*1b:a1=1,b1=0,c1=5; break;case 0*1c:a1=1,b1=0,c

55、1=9; break;case 0*1d:a1=1,b1=1,c1=3; break;case 0*1e:a1=1,b1=1,c1=7; break;case 0*1f:a1=1,b1=2,c1=1; break;case 0*20:a1=1,b1=2,c1=5; break;case 0*21:a1=1,b1=2,c1=8; break;case 0*22:a1=1,b1=3,c1=2; break;case 0*23: .docin. a1=1,b1=3,c1=6; break;case 0*24:a1=1,b1=4,c1=0; break;case 0*25:a1=1,b1=4,c1=4

56、; break;case 0*26:a1=1,b1=4,c1=8; break;case 0*27:a1=1,b1=5,c1=2; break;case 0*28:a1=1,b1=5,c1=6; break;case 0*29:a1=1,b1=6,c1=0; break;case 0*2a:a1=1,b1=6,c1=4; break;case 0*2b:a1=1,b1=6,c1=8; break;case 0*2c:a1=1,b1=7,c1=2; break;case 0*2d:a1=1,b1=7,c1=5; break;case 0*2e:a1=1,b1=7,c1=9; break;case

57、 0*2f:a1=1,b1=8,c1=3; break;case 0*30:a1=1,b1=8,c1=7; break;case 0*31:a1=1,b1=9,c1=1; break;case 0*32:a1=1,b1=9,c1=5; break;case 0*33:a1=1,b1=9,c1=9; break; .docin. case 0*34:a1=2,b1=0,c1=3; break;case 0*35:a1=2,b1=0,c1=7; break;case 0*36:a1=2,b1=1,c1=1; break;case 0*37:a1=2,b1=1,c1=4; break;case 0*

58、38:a1=2,b1=1,c1=8; break;case 0*39:a1=2,b1=2,c1=2; break;case 0*3a:a1=2,b1=2,c1=6; break;case 0*3b:a1=2,b1=3,c1=0; break;case 0*3c:a1=2,b1=3,c1=4; break;case 0*3d:a1=2,b1=3,c1=8; break;case 0*3e:a1=2,b1=4,c1=2; break;case 0*3f:a1=2,b1=4,c1=6; break;case 0*40:a1=2,b1=5,c1=0; break;case 0*41:a1=2,b1=5

59、,c1=3; break;case 0*42:a1=2,b1=5,c1=7; break;case 0*43:a1=2,b1=6,c1=1; break;case 0*44: .docin. a1=2,b1=6,c1=5; break;case 0*45:a1=2,b1=6,c1=9; break;case 0*46:a1=2,b1=7,c1=3; break;case 0*47:a1=2,b1=7,c1=7; break;case 0*48:a1=2,b1=8,c1=1; break;case 0*49:a1=2,b1=8,c1=5; break;case 0*4a:a1=2,b1=8,c1

60、=9; break;case 0*4b:a1=2,b1=9,c1=3; break;case 0*4c:a1=2,b1=9,c1=6; break;case 0*4d:a1=3,b1=0,c1=0; break;case 0*4e:a1=3,b1=0,c1=4; break;case 0*4f:a1=3,b1=0,c1=8; break;case 0*50:a1=3,b1=1,c1=2; break;case 0*51:a1=3,b1=1,c1=6; break;case 0*52:a1=3,b1=2,c1=0; break;case 0*53:a1=3,b1=2,c1=4; break;ca