温度传感与温度过程控制

温度传感与温度过程控制 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 温度传感与温度过程控制设计 摘 要 温度传感与温度过程控制是一个综合性系统。温度通过模拟温度传感器（热敏电阻）进行采样并转换为电压信号，经放大器放大后用ADC0809模数转换器进行A/D转换成数字量进入AT89C51单片机，从P3.0、P3.1口输出到八段数码管LED静态显示部分显示其温度。采用查询式键盘设定和改变初始值、比较设定值与输入温度值来控制加热，加热器为加热电阻。 关键字: 单片机、A/D转换器、芯片、AT89C51、AD0809、74LS164 目 录 一、 概 述 二、芯片介绍 2.1 AT89C51介绍 2.2 AD0809介绍 2.3 74LS164介绍 三、单片机的最小应用系统 3.1 单片机的时钟电路 3.2 复位电路和复位状态 3.3总线结构 3.4 89C51单片机的最小应用系统 四、温度采集控制系统设计 4.1 温度传感器的分类和应用 4.1.1 模拟温度传感器 4.1.2 逻辑输出型温度传感器 4.1.3 数字式温度传感器 4.2 常用外围设备接口电路 4.3 LED数码管显示接口 4.3.1 LED数码管 4.3.2 LED数码管编码方式 4.3.3 LED数码管显示方式和典型应用电路 4.4 设计说明 4.5流程图及源程序 4.5.1流程图 4.5.2源程序 4.6 电路图 五、温度过程控制系统设计 5.1 键 盘 接 口 5.1.1 按键开关去抖动问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 5.1.2 查询式按键及其接口 5.1.3 矩阵式键盘及其接口 5.1.4 键盘扫描控制方式 5.2 控制说明 5.3流程图及源程序 5.3.1流程图 5.3.2源程序 5.4电路图 小结 一、概述 温度控制系统是比较常见的和典型的过程系统，温度是工业生产过程中重要的被控参数之一，在冶金、机械、食品、化工等各类工业生产过程中广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉，对工件的处理温度等均需要对温度严格控制。当今计算机控制技术在这方面的应用，已使温度控制系统达到自动化、智能化，比过去单纯采用电子线路进行PID调节的控制效果要好的多。 本设计是针对MCS—51型89C51系列单片机在检测和控制方面的应用，分析温度控制系统实际。在设计中，首先介绍了一下在设计中用到的一些重要芯片，如AT89C51、AD0809、74LS164等，使读者在阅读过程中，对各个芯片的具体功能更加清晰；在温度采集电路设计中，以大量的篇幅介绍了温度采集与数据变换过程、LED数码管显示接口，并将设计的流程图、源程序及电路图有序的列出，给人一种明了的感觉；在温度过程控制系统设计中，详细的介绍了控制要求及键盘接口有关知识，也将设计的流程图、源程序及电路图有序的列出，同样清晰大方。 二、芯片介绍 2.1 AT89C51介绍 图2-1 AT89C51结构框图 89系列中，典型的单片机有AT89C51、AT89C2051，AT89S8252等。在这里，以这些单片机为典型作简要的介绍，包括它们的主要性能、结构框图以及引脚功能的说明。 AT89C51的结构框图如图2-1所示。 *只在AT89C52中有。 AT89C51单片机还有一种低电压的型号，即AT89LV51，除了电压范围有区别之外，其余特性与AT89C51完全一致。 AT89C51是一种低功耗/低电压、高性能的8位单片机。片内带有一个4KB的Flash可编程、可擦除只读存储器（EPROM）。它采用了CMOS工艺和ATMEL公司的高密度非易失性存储器（NURAM）技术，而且其输出引脚和指令系统都与MSC-51兼容。片内的Flash存储器允许在系统内改编程序或用常规的非易失性存储器编程器来编程。因此AT89C51/LV51是一种功能强、灵活性高，且价格合理的单片机，可方便地应用在各种控制领域。 主要性能 4KB可改编程序Ｆlash存储器（可经受1 000次的写入／擦除）。 全静态工作：0Hz～24MHz。 3级程序存储器保密。 128×8字节内部RAM。 32条可编程I/O线。 2个16位定时器/计数器。 6个中断源。 可编程串行通道。 片内时钟振荡器。 另外，AT89C51是用静态逻辑来设计的，其工作频率可下降到0Hz，并提供两种可用软件来选择的省电方式—空闲方式（Idle Mode）和掉电方式（Power Down Mode）。在这空闲方式中，CPU停止工作，而RAM、定时器/计数器、串行口和中断系统都继续工作。在掉电方式中，片内振荡器停止工作，由于时钟被“冻结”，使一切功能都暂停，故只保存片内RAM中的内容，直到下一次硬件复位为止。 引脚功能说明 图2-2是AT89C51/LV51的引脚结构图，有双列直插封装（DIP）方式和方形封装方式。下面分别叙述这些引脚的功能。 (1) 主电源引脚 Vcc：电源端。 GND：接地端。 (2) 外接晶体引脚XTAL1和XTAL2 ① XTAL1：接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是构成片内振荡器的反放大器的输入端。当采用外部振荡器时，该引脚接收振荡器的信号，即把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端。 ② XTAL2：接外部晶体的另一个引脚。在单片机内部，它是上述振荡器的反相放大器的输出端。采用外部振荡器时，此引脚应悬浮不连接。 (3) 控制或与其他电源复用引脚RST，ALE/ ， /Vpp RST：复位输H入端。当振荡器运行时，在该引脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。 图2-2 AT89C51/LV51的引脚结构 ② ALE/ ：当访问外部存储器时，ALE（地址锁存允许）的输出用于锁存地址的低位字节。即使不访问外部存储器，ALE端仍以不变的频率（此频率为振荡器频率的1/6）周期性地出现正脉冲信号。因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。然而要注意的是：每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。 在对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（ ）。 如果需要的话，通过对专用寄存器（SFR）区中8EH单元的D0位置数，可禁止ALE操作。该位置数后，只有在执行一条MOVX或MOVC指令期间，ALE才会被激活。另外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，该设定禁止ALE位无效。 ③ ：程序存储允许（ ）输出是外部程序存储器的读选通信号。当AT89C51/LV51由外部程序存储器取指令（或常数）时，每个机器周期两次 有效（即输出2个脉冲）。在 ④ /Vpp：外部访问允许端。要使CPU只访问外部程序存储器（地址为0000H～FFFFH），则 端必须保持低电平（接到GND端）。 当 端保持高电平（接Vcc端）时，CPU则执行内部程序存储器中的程序。 在Flash存储器编程期间，该引脚也用于施加12V的编程允许电源Vpp（如果选用12V编程）。 (4) 输入/输出引脚P0.0～P0.7，P1.0～P1.7，P2.0～P2.7和P3.0～P3.7。 ① P0端口（P0.0～P0.7）：P0是一个8位漏极开路型双向I/O端口。作为输出口用时，每位能以吸收电流的方式驱动8个TTL输入，对端口写1时，又可作高阻抗输入端用。 在访问外部程序和数据存储器时，它是分时多路转换的地址（低8位）/数据总线，在访问期间激活了内部的上拉电阻。 在Flash编程时，P0端口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节。验证时，要求外接上拉电阻。 ② P1端口（P1.0～P1.7）：P1是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流（IIL）。 在对Flash编程和程序校验时，P1接收低8位地址。 ③P2端口（P2.0～P2.7）：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P2作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流（IIL）。 ④ P3端口（P3.0～P3.7）：P3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P3的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P3作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流（IIL）。 在AT89C51中，P3端口还用于一些复用功能。 复用功能如 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 2-1所列。 在对Flash编程或程序校验地，P3还接收一些控制信号。 表2-1 P3各端口引脚与复用功能表 端口引脚 复用功能 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P 3.2 （外部中断0） P 3.3 （外部中断1） P3.4 T0（定时器0的外部输入） P 3.5 T1（定时器1的外部输入） P 3.6 （外部数据存储器写选通） P 3.7 （外部数据存储器读选通） 2.2 AD0809介绍 DC0809转换器及其接口 ADC0809是8位CMOS逐次逼近式A/D转换器。内部有8 路模拟量输入和8 位数字量输出的A/D转换器，它是美国国家半导体公司的产品，是目前国内最广泛的8 位通用的A/D转换的芯片。其结构图如图2-3所示 图2-3 ADC0809结构图 ADC0809各管脚功能 ADC0809采用双列直插式封装，共有28条引脚，如图2-4 所示 图2-4 ADC0809引脚图 IN0--IN7 IN0—IN7为8 路模拟电压输入线，用于输入被转换的模拟电压 ADDA，ADDB，ADDC 三位地址输入端。八路模拟信号转换选择同由A，B，C决定。A为低位，C为高位 CLOCK 外部时钟输入端，时钟频率高，A/D转换速度快。允许范围为10~1280KHZ，典型值为640KHZ，此时，A/D转换时间为10us。通常由MCS-51型单片机ALE端直接或分频后与其相连。当MCS-51型单片机无读写外，RAM操作时，ALE信号固定为CPU时钟频率的1/6，若单片机外接的晶振为6MHZ，则1/6为1MHZ，A/D转换时间为64us。 D0--D7 数字量输出端，A/D转换的结果由这几个端口输出。 OE A/D转换结果输出允许控制端，当OE端为高电平时，允许将A/D转换结果从D0~D7端输出。通常由MCS-51型单片机的 端和ADC00809片选端（例如 ）,通过或非门与ADC0809的OE端相连接。当DPTR为FEFFH，且执行“MOVX A，@DPTR” 指令后， 和2.0均有效，或非后产生高电平，使ADC0809的OE端有效，ADC0809将A/D转换的结果送入数据总线P0口，CPU在读入中。 （6）ALE 地址锁存允许信号。八路模拟通道地址由A，B，C输入在ADC0809的ALE信号有效时，将该八路地址锁存。 （7）START 启动A/D转换信号。当START端输入一个正脉冲时，立即启动ADC0809进行A/D转换。START端与ALE 端连在一起，由MSC-51型单片机WR和ADC0809片选端（例如 ）。通过或非门连接，当DPTR为FEF8H时，执行“MOVX @DPTR,A”指令后，将启动ADC0809模拟通道0的A/D转换。FEF8H~FEFFH分别为八路模拟输入通道的地址。执行MOVX写指令，并非真的将A中的内容写进ADC0809 中，ADC0809中没有一个寄存器，能容纳的A中的内容。ADC0809的输入通道是IN0~IN7，输出通道是D0~D7，因此，执行：“MOVX @DPTR,A”指令与A中内容无关，但DPTR地址应指向当前A/D的通道地址。 8）DOC A/D转换结果信号。当ADC0809启动A/D转换后，EOC输出低电平，转换结束后，EOC输出高电平，表示可以读取A/D转换的结果。该信号取反后若与MCS-51型单片机引脚 或 连接，可引发CPU中断，在中断服务程序中读A/D转换的数字信号，若与MCS-51型单片机两个中断源已用完，则EOC也可与P1口或P3口的一条端线相连，不采用中断方式，采用查询方式，查得EOC为高电平后，在读入A/D转换的值。 9）VCC，GND 正电源电压端和地端。 2.3 74LS164介绍 74LS164串行输入并行输出移位寄存器 本设计是用74LS164把输入的串行数转换成并行数输出。 图2-5 74LS164引脚图 其引脚图如图-5所示，功能如下： B：串行输入端 Q0~Q7：并行输出端 ：清零端，低电平有效 CLK ：时钟脉冲输入端，上升沿有效 三、单片机 3.1 单片机的时钟电路 MCS-51单片机内部的振荡电路是一个高增益反相放大器，引线XTAL1和XTAL2分别是放大器的输入端和输出端。单片机内部虽然有振荡电路，但要形成时钟，外部还需附加电路。MCS-51单片机的时钟产生方式有两种。 (1) 内部时钟方式 利用其内部的振荡电路在XTAL1和XTAL2引线上外接定时元件，内部振荡电路便产生自激振荡，用示波器可以观察到XTAL2输出的时钟信号。最常用的是在XTAL1和XTAL2之间连接晶体振荡器与电容构成稳定的自激震荡器，如图3-1所示。 晶体可在1.2~12MHz之间选择。MCS-51单片机在通常应用情况下，使用振荡频率为6MHz的石英晶体，而12Hz频率的晶体主要是在高速串行通信情况下才使用。对电容值无严格要求，但它的取值对振荡频率输出的稳定性、大小及振荡电路起振速度有少许影响。C1和C2可在20～100pF之间取值，一般取30pF左右。 (2) 外部时钟方式 在由我单片机组成的系统中，为了各单片机之间时钟信号的同步，应当引入惟一的合用外部振荡脉冲作为各单自片机的时钟。外部时钟方式中是把外部振荡信号源直接接入XTAL1或XTAL2。由于HMOS和CHMOS单片机外部时钟进入的引线不同，其外部振荡信号源接入的方式也不同。HMOS型单片机由XTAL2进入，外部振荡信号接至XTAL2，而内部反相放大器的输入端XTAL1应接地，如图3-2所示。由于XTAL2端的逻辑电平不是TTL的，故还要接一上接电阻。CHMOS型单片机由XTAL1进入，外部振荡信号接至XTAL1，而XTAL2可不接地，如图3-3所示。 3.2 复位电路和复位状态 MCS-51单片机的复位是靠外部电路实现的。MCS-51单片机工作后，只要在它的RST引线上加载10ms以上的高电平，单片机就能够有效地复位。 (1) 复位电路 MCS-51单片机通常采用上电自动复位和按键复位键两种方式。最简单的复位电路如图3-4所示。上电瞬间，RC电路充电，RST引线端出现正脉冲，只要RST端保持10ms以上的高电平，就能使单片机有效地复位。在应用系统中，有些外围芯片也需要复位。如果这些芯片复位端的复位电平的要求一致，则可以将复位信号与之相连。 3-4 简单的复位电路 在实际的应用系统中，为了保证单片机可靠地工作，常采用“看门狗”监视单片机的运行。采用MAX690的复位电路如图3-5所示，该电路具有上电复位和监视MCS-51单片机的P3.3的输出功能。一旦P3.3不输出高低电平交替变化的脉冲，MAX690就会自动产生一复位信号使单片机复位。 图3-5 MAX690组成的复位电路 (2) 复位状态 复位电路的作用是使单片机执行复位操作。复位操作主要是把PC初始化为0000H，使单片机从程序存储器的0000H单元开始执行程序。程序存储器的0003H单元即MCS-51单片机的外部中断0的中断处理程序的入口地址。留出的0000H～0002H 3个单元地址，仅能够放置一条转移指令，因此，MCS-51单片机的主程序的第一条指令通常情况下是一条转移指令。 除PC之外，复位还对其他一些特殊功能的寄存器有影响，它们的复位状态如表5-1所示。利用它们的复位状态，可以减少应用程序中的初始化编程。 由表3-1可知，除SP=07H，P0～P3 4个锁存器均为FFH外，其他所有的寄存器均为0，很好记忆。记住他们的复位状态，对于熟悉单片机的操作，减少应用程序中的初始化编程都是十分必要的。 单片机的复位不影响片内RAM的状态（包括通用寄存器Rn）。 表3-1 寄存器的复位状态 寄存器 复位状态 寄存器 复位状态 PC 0000H TMOD 00H ACC 00H TCON OOH PSW 00H TL0 00H SP 07H TH0 00H DPTR 0000H TL1 00H P0～P3 FFH TH1 00H IP Xxx00000B SCON 00H IE 0xx00000B PCON 0xx00000B P0、P1、P2、P3共有4个8位并行I/O口，它们引线为：P0.0～P0.7、P1.0～P1.7、P2.0～P2.7、P3.0～P3.7，共32条引线。这32条引线可以全部用做I/O线，也可将其中部分用做单片机的片外总线。 ① 控制线 A、ALE地址锁存允许 当单片机访问外部存储器时，输出信号ALE用于锁存P0口输出的低8位地址A7～A0。ALE的输出频率为时钟振荡频率的1/6。 B、 程序存储器选择 =0，单片机只访问外部程序存储器。对内部无程序存储器的单片机8031， 必须接地。 =1，单片机访问内部程序存储器，若地址超过内部程序存储器的范围，单片机将自动访问外部程序存储器。对内部有程序存储器的单片机， 应接高电平。 C、 片外程序存储器的选通信号。 此信号为读外部程序存储器的选通信号。 D、RST复位信号输入 ② 电源及时钟 V8S地端接地线，VCC电源端接+5V，XTAL1和XTAL2接晶振或外部振荡信号源。 3.3总线结构 单片机的引线除了电源、复位、时钟输入、用户I/O口外，其余引线都是为实现系统扩展则设置的，这些引线构成了单片机外部的3总线形式，如图3-6所示，下面分别予以介绍。 图3-6 片外3总线结构 ① 地址总线 地址总线宽度为16位，由P0口经地址锁存器提供低8位地址（A7～A0），P2口直接提供高8位地址（A15～A8）。 由口的位结构可知，MCS-51单片机在进行外部寻址时，P0口的8根引绠低8位地址和8位数据的复用线。P0口首先将低8位的地址发送出去，然后再传送数据，因此要用锁存器将先送出的低8位地址锁存。MCS-51常用74LS373或8282做地址锁存器。 ② 数据总线 数据总线宽度为8位，由P0口提供。 ③ 控制总线 MCS-51用于外部扩展的控制总线除了它自身引出的控制线RES、 、ALE、 外，还有由P3口的第二功能引线：外部中断0和外部中断1输入线 和 ，以及外部RAM或I/O端口的读选通和写选通信号 和 。 3.4 89C51单片机的最小应用系统 图3-7 89C51单片机的最小应用系统 构成最小应用系统时只要将单片机接上外部的晶体或时钟电路和复位电路即可，如图3-7所示，这样构成的最小系统简单可靠，其特点是没有外部扩展，有可供用户的大量的I/O线。 四、温度采集控制系统设计 4.1 温度传感器的分类和应用 按照温度传感器输出信号的模式，可大致划分为三类：数字式温度传感器、逻辑输出温度传感器、模拟式温度传感器。 4.1.1 模拟温度传感器 传统的模式温度传感器，如热电偶、热敏电阻和RTDS对温度的监控，在一些温度范围内线性不好，需要进行冷端偿或引线补偿；热惯性大，响应时间慢。集成模拟温度传感器与之相比，具有灵敏度高、线性度好、响应速度快等优点，而且它还将驱动电路、信号处理电路以及必要的逻辑控制电路集成在单片IC上，有实际尺寸小、使用方便等优点。常见的模拟温度传感器有LM3911、LM335、LM45、AD22103电压输出型、AD590电流输出型。这里主要介绍该类器件的几个典型。 1．590温度传感器 AD590是美国模拟器件公司的电流输出型温度传感器，供电电压范围为3~30V，输出电流223μA（-50ºC）～423μA(+150ºC),灵敏度为1μA/ºC。当在电路中串接采样电阻R时，R两端的电压可作为输出电压。注意R的阻值不能取得太大，以保证AD590两端电压不低于3V。AD590输出电流信号传输距离可达到1km以上。作为一种高阻电流源，最高可达20MΩ，所以它不必考虑选择开关或CMOS多路转换器所引入的附加电阻造成的误差。适用于多点温度测量和远距离温度测量的控制。 2．LM135/235/335温度传感器 LM135/235/335系列是美国国家半导体公司（NS）生产的一种高精度易校正的集成温度传感器，工作特性类似于齐纳稳压管，该系列器件灵敏度为10mV/ºK,具有小于1Ω的动态阻抗，工作电流范围从400μA到5mA，精度为1ºC，LM135的温度范围为-55ºC～150ºC，LM235为-40ºC～+125ºC，LM335为-40ºC～+100ºC。封装形式有TO-46、TO-92、SO-8。该系列器件广泛应用于温度测量、温差测量以及温度补偿系统中。 4.1.2 逻辑输出型温度传感器 在许多应用中，我们并不需要严格测量温度值，只关心温度是否超出了一个设定范围，一旦温度超出所规定的范围，则发出报警信号，启动或关闭风扇、空调、加热器或其它控制设备，此时可选用逻辑输出式温度传感器。LM56、MAX6501-MAX6504、MAX6509/6510是其典型代表。 LM56温度开关 LM56是NS公司生产的高精度低压温度开关，内置1.25V参考电压输出端。最大只能带50μA的负载。 电源电压座2.7~10V，工作电流最大230μA，内置传感器的传感器的灵敏度为6.2mV/ºC，传感器输出电压为6.2mV/ºC×T+395mV。 MAX6501/02/03/04温度监控开关 MAX6501/02/03/04是具有逻辑输出和SOT-23封装的温度监视器件开关，它的设计非常简单：用户选择一种接近于自己需要的控制的温度门限（由厂方预设在-45ºC到+115ºC，预设值间隔为10ºC）。直接将其接入电路即可使用，无需任何外部元件。其中MAX6501/MAX6503为漏极开路低电平报警输出，MAX6502/MAX6504为推/拉式高电平报警输出，MAX6501/MAX6503提供热温度预置门限（35ºC到+115ºC），当温度高于预置门限时报警；MAX6502/MAX6504提供冷温度预置门限（-45ºC到+15ºC），当温度低于预置门限时报警。对于需要一个简单的温度超限报警而又空间有限的应用如笔记本电脑、蜂窝移动电话等应用来说是非常理想的，该器件的典型温度误差是±5ºC，最大±4ºC，滞回温度可通过引脚选择为2ºC或10ºC，以避免温度接近门限值时输出不稳定。这类器件的工作电压范围为2.7V到5.5V，典型工作电流30μA。 4.1.3 数字式温度传感器 MAX6576/76/77数字温度传感器 如果采用数字式接口的温度传感器，上述设计问题将得到简化。同样，当A/D和微处理器的I/O管脚短缺时，采用时间或频率输出的温度传感器也能解决上述测量问题。以MAX6575/76/77系列SOT23封装的温度传感器为例，这类器件可通过单线和微处理器进行温度数据的传送，提供三种灵活的输出方式 频率、周期或定时，并具备±0.8ºC的典型精度，一条线最多允许挂接8个传感器，150μA典型电源电流和2.7V到5.5V的宽电源电压范围及-45ºC到+125ºC的温度范围。它输出的方波信号具有正比于绝对温度的周期，采用6脚SOT-23封装，仅占很小的确良板面。该器件通过一条I/O与微处理器相连，利用微处理器内部的计数器测出周期后就可计算出温度。 可多点检测、直接输出数字量的数字温度传感器DS1621 DS1621是美国达拉斯半导体公司生产的CMOS数字式温度传感器。内含两个不挥发性存储器，可以在存储器中任意的设定上限和下限温度值进行恒温器的温度控制，由于这些存储器具有不挥发性，因而一次写入后，即使不用CPU也仍然可以独立作用。 温度测量原理和精度，在芯片上分别设置了一个振荡频率温度系数较大的振荡器（OSC1）和一个温度系数较小的振荡器（OSC2）。在温度较低时，由于OSC2的开门时间较短，因此温度测量计数器计数器计数值（n）较小；而当温度较高时，由于OSC2的开门时间较长，其计数值（m）增大。 如果在上述数值基础上再加上一个同实际温度相差的校正数据，就可以构成一个高精度的数字温度传感器。该公司将这个校正值写入芯片中的不挥发存储器中，这样传感器输出的数字量就可以作为实际测量的温度数据，而不需要再进行校准。它可测量的温度范围为-55ºC~+125ºC，在0ºC~+70ºC范围内，测量精度为±0.5ºC，输出的9位编码直接与温度相对应。 DS1621同外部电路的控制信号和数据的通信是通过双向总线来实现的，由CPU生成串行时钟脉冲（SCL），SDA是双向数据线。通过地址引脚A0、A1、A2将8个不同的地址分配给各器件。通过设定寄存器来设置工作方式，并对工作状态进行监控。被测的温度数据被存储在温度传感器寄存器中，高温（TH）和低温（TL）阈值寄存器存储了恒温器输出（Tout）的阈值。 现在，各种集成的温度传感器的功能越来越专业化。比如，MAXIM公司近期推出的MAX1619是一种增强型精密远端数字温度传感器，能够监测远端P-N结和其自身封装的温度，它具有双报警输出；ALERT和OVERT。ALERT用于指示各传感器的高/低温状态，OVERT信号等价于一个自动调温器，在远端温度传感器超上限时触发，MAX1619与MAX1617A完全兼容，非常适合于系统关断或风扇控制，甚至在系统“死锁”后仍能正常工作。半边天这拉斯半导体公司的DS1615是有 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 功能的温度传感器，器件中包含实时时钟、数字式温度传感器、非易失性存储器、控制逻辑电路以及串行接口电路。数字温度传感器的测量范围为-40ºC~+85ºC，精度为±2ºC，读取9位时的分辨率是0.5ºC，读取13位时的分辨率是0.03125ºC。时钟提供的时间从秒至年月，并对到2100年以前的闰年作了修正。电源电压为2.2V~5.5V，8脚SOIC封装。DS17775是数字式温度计及恒温控制器集成电路。其中包含数字温度传感器、A/D转换器、数字寄存器、恒温控制比较器以及两线串行接口电路。供电电压在3V至5V时的测量温度精度为±2ºC，读取9位时的分辨率是0.5ºC，读取13位时的分辨率是0.03125ºC。 4.2 常用外围设备接口电路 单片机应用系统中，通常都要有人机对话功能。它包括人对应用系统的状态干预与数据输入，以及应用系统向人 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 运行状态和运行结果。人对系统的状态干预及数据输入的外部设备最常用的是键和键盘。如对系统状态实现干预的功能键和向系统输入数据的数字键、拨码盘等。也有非接触式的，如遥控键盘，远程开在以及语音输入接口等。系统向人报告运行状态和运行结果的外部设备最常用的有各种报警指示灯、LED/LCD数码管显示器、CRT显示器和打印机。图4-1为单片微型计算机应用系统人机对话通道配置图。 图4-1 微型计算机应用系统人机对话通道配置图 除了人机对话通道外，单片机应用系统尚需被测信号输入通道（也称前向通道）和控制对象的输出通道（也称后向通道），被测信号如电压、电流、温度、压力、位移等，一般是模拟量，它需要传感器检测、放大变换，然后A/D转换成数字量，才能被CPU接受。对系统控制对象，CPU一般只能输出数字量，多数情况下需要将数字量D/A转换成模拟量，然后去驱动控制对象。 4.3 LED数码管显示接口 在单片机应用系统中，如果需要显示的内容只有数码和某些字母，使用LED数码管是一种较好的选择。LED数码管显示清晰、成本低廉、配置灵活，与单片机接口简单易行。 4.3.1 LED数码管 LED数码管是由发光二极管作为显示字段的数码型显示器件。图4-2a为0.5inLED数码管的外形和引脚图，其中七只发光二极管分别对应a~g笔段构成“ ”字形另一只发光二极管Dp作为小数点。因此这种LED显示器称为七段数码管或八段数数码。 图4-2 LED数码管 LED数码管按电路中的连接方式可以分为共阴型和共型两大类，如图4-2示b、c所示。共阳型是将各段发光二极管的正极连在一起，作为公共端COM，公共端COM接高电平，a~g、Dp各笔段通过限流电阻接控制端。某笔段控制端低电平时，该笔段发光，高电平时不发光。控制苛几段笔段发光，就能显示出某个数码或字符。共阴型是将各数码发光二极管的负极连在一起，作为公共端COM接地，某笔段通过限流电阻接高电平时发光。 LED数码管按其外形尺寸有多种形式，使用较多的是0.5in和0.8in；按显示颜色也有多种形式，主要有红色和绿色；按亮度强弱可分为高亮和普亮，指通过同样的电流显示亮度不一样，这是因发光二极管的材料不一样而引起的。 LED数码管的使用与发光二极管相同，根据其材料不同正向压降一般为1.5~2V额定电流为10mA，最大电流为40mA。静态显示时取10mA为宜，动态扫描显示可加大，可脉冲电流，但一般不超过40mA。 4.3.2 LED数码管编码方式 当LED数码管与单片机相联时，一般将LED数码管的各笔段引脚a、b、…、g、Dp按某一顺序接到MCS－51型单片机某一个并行I/O口D0、D1、…、D7，当该I/O口输出某一特定数据时，就能使LED数码管显示出某个字符。例如要使共阳极LED数码管显示“0”，则a、b、c、d、e、f各笔段引脚为低电平，g和Dp为高电平，如表4-1所示。 表4-1 共阳极LED数码管显示数字“0”时各管段编码 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 字段码 显示数 Dp g f e d c b a 1 1 0 0 0 0 0 0 C0H 0 C0H称为共阳LCD数码管显示“0”的字段码，不计小数点的字段码称为七段码，包括小数点的字段称为八段码。 LED数码管编码方式有多种，按小数点计否可分为七段码和八段码；按共阴共阳可分为共阴字段码和共阳字段码，不计小数点的共阴字段码与共阳字段码互为反码；按a、b、…、g、Dp编码顺序是高位在前，还是低位在前，又可分为顺序字段码和逆序字段码。甚至在某些特殊情况下将a、b、…、g、Dp顺序打乱编码。表4-2为共阴和共阳LED数码管几种八段编码表。 表4-2 共阴和共阳LED数码管几种八段编码 共阴顺序小数点暗` 共阴逆序小数点暗 共阳顺序 小数点亮 共阳顺序 小数点暗 Dp g f e d c b a 16进制 a b c d e f g dp 16进制 0 0 0 1 1 1 1 1 1 3FH 1 1 1 1 1 1 0 0 FCH 40H C0 H 1 0 0 0 0 0 1 1 0 06H 0 1 1 0 0 0 0 0 60H 79H F9 H 2 0 1 0 1 1 0 1 1 5BH 1 1 0 1 1 0 1 0 DAH 24H A4 H 3 0 1 0 0 1 1 1 1 4FH 1 1 1 1 0 0 1 0 F2H 30H B0 H 4 0 1 1 0 0 1 1 0 66H 0 1 1 0 0 1 1 0 66H 19 H 99 H 5 0 1 1 0 1 1 0 1 6DH 1 0 1 1 0 1 1 0 B6H 12 H 92 H 6 0 1 1 1 1 1 0 1 7DH 1 0 1 1 1 1 1 0 BEH 02 H 82 H 7 0 0 0 0 0 1 1 1 07H 1 1 1 0 0 0 0 0 E0H 78 H F8 H 8 0 1 1 1 1 1 1 1 7FH 1 1 1 1 1 1 1 0 FEH 00 H 80 H 9 0 1 1 0 1 1 1 1 6FH 1 1 1 1 0 1 1 0 F6H 10 H 90 H 4.3.3 LED数码管显示方式和典型应用电路 LED数码管显示电路在单片机应用系统中可分为静态显示方式和动态显示方式。 ① 静态显示方式 在静态显示方式下，每一位显示器的字段需要一个8位I/O口控制，而且该I/O口须有锁存功能，N位显示器就需要N个8位I/O口，公共端可直接接+5V（共阳）或接地（共阴）。显示时，每一位字段码分别从I/O控制口输出，保持不变直至CPU刷新显示为止。也就是各字段的亮灭状态不变。静态显示方式编程较简单，但占用I/O口线多，即软件简单、硬件成本高，一般适用显示位数较少的场合。 ② 动态扫描显示方式 当要求显示位数较多时，为了简化电路、降低硬件成本，通常采用动态扫描显示电路。所谓动态扫描显示电路是将显示各位的所有相同字段线连在一起，每一位的a段连在一起，b段连在一起…g段连在一起，共8段，由一个8位I/O口控制，而每一位的公共端（共阳或共阴COM）由另一个I/O口控制，如图4-3所示。这种连接方式由于将多位字段线连在一起，当输出字段码时，由于多们同时选通，每一位将显示相同的内容。因此，要想显示不同的内容。必须采取轮流显示的方式。即在某一瞬间时，只让某一位的字位线处于选通状态（共阴极LED数码管为低电平，共阳极为高电平），其他各位的字位线处于开断状态，同时字段线上输出这一位相应要显示字符的字段码。在这一瞬时，只有这一位在显示，其他几位暗。同样在下一瞬时，单独显示下一样，这样依次轮流显示，循环扫描。由于人的视觉滞留效应，人们看到的是多位同时稳定显示。 图4-3 动态显示LED数码管连接方式 本设计为静态显示，电路中图所示。显示器由5个LED数码管组成。输入只有两个信号，它们是串行数据线DIN和移位信号CLK。5个串/并移位寄存器芯片74LS164首尾相连。每片的并行输出作为LED数码管的段码。 4.4 设计说明 本设计是模拟温度的显示，温度经过热敏电阻转换为电压信号，经放大器放大后进入单片机进行A/D转换成数字量后输出到静态显示部分，显示其温度值。 其中温度范围的计算原理：首先把A/D转换中电位器顺时针旋到底，即模拟信号的输入不衰减，选取两个温度状态T1T2，分别测量出其模拟输出电压V1V2；根据ADC0809的输入范围在0到5伏，即可计算出温度极限。 0伏时对应的温度TL：T1-（V1-0）（T2-T1）/（V2-V1） 5伏时对应的温度TH：T1-（V1-5）（T2-T1）/（V2-V1） 本设计中近似计算TH为150℃，TL为-50℃。 程序中温度的计算原理：首先用温度范围除以0到256（即每个十六进制数的温度增长率），然后乘以模拟转换的数字量，即得到升高的温度，再和最低温度相加，就可以得到实际的温度值。其公式为：TL+AX（TH-TL）/256 TL：显示的最低温度 TH：显示的最高温度 AX：模拟电压所转换的数字量 在A/D转换实验模块中模拟信号输入端的电位器可调节电压输入，用以模拟低温状态下的温度显示，当电位器顺时针旋到底时，输入信号不衰减，显示温度与室温相对应，用做数字显示温度表。 4.5流程图及源程序 4.5.1流程图 如图4-4 所示 图4-4 流程图 4.5.2源程序 LOWTEMP EQU -50 ； A/D 0 HIGHTEMP EQU 150 ； A/D 255 ADPORT EQU 0FEFBH ；A/D端口地址 LEDBUF EQU 30H ；置存储区首址 TEMP EQU 40H ；置缓冲区首址 CURTEMP EQU 60H ； DIN BIT 0B0H ；置串行输出口 CLK BIT 0B1H ；置时钟输出口 ORG 0000H LJMP START LEDMAP: DB 3FH,6,5BH,4FH,66H,6DH ；0，1，2，3，4，5 DB 7DH,7,7FH,6FH,77H,7CH ；6，7，8，9，A，B DB 58H,5EH,7BH,71H,0,40H ；C，D，E，F，“”- DB 63H,39H ；℃ DISPLAY: ；温度显示 MOV R0,#LEDBUF MOV R1,#TEMP MOV R2,#5 DP10: MOV DPTR,#LEDMAP MOV A,@R0 MOVC A,@A+DPTR MOV @R1,A INC R0 INC R1 DJNZ R2,DP10 MOV R0,#TEMP MOV R1,#5 DP12: MOV R2,#8 MOV A,@R0 DP13: RLC A MOV DIN,C CLR CLK SETB CLK DJNZ R2,DP13 INC R0 DJNZ R1,DP12 RET DISPLAYRESULT: ；将正负值区分显示 MOV A, CURTEMP JNB Acc.7, GE0 MOV LEDBUF, #11H ；显示“-”号 DEC A ；求补码 CPL A JMP GOON GE0: MOV LEDBUF, #10H ；显示“ ” GOON: ；存入显示内容 MOV B, #10 DIV AB MOV LEDBUF+1, A MOV A, B MOV LEDBUF+2, A MOV LEDBUF+3,#12H MOV LEDBUF+4,#13H RET READAD: MOV DPTR, #ADPORT CLR A MOVX @DPTR，A ；START A/D JNB P3.3,$ MOVX A, @DPTR ；读入结果 RET READTEMP: ；温度的计算 CALL READAD MOV B, #(HIGHTEMP-LOWTEMP) MUL AB MOV A, B ； /256 ADD A, #LOWTEMP MOV CURTEMP, A RET DELAY: MOV R4,#0FFH AA1: MOV R5,#0FFH AA: NOP NOP DJNZ R5,AA DJNZ R4,AA1 RET START: CALL READTEMP CALL DISPLAYRESULT CALL DISPLAY CALL DELAY SJMP START END 4.6 电路图 如图4-5所示(下页) 图4-5 温度采集电路图 五、温度过程控制系统设计 5.1 键 盘 接 口 键盘在单片机系统中是一个很重要的部件。为了输入数据、查询和控制系统的工作状态，都要用到键盘，键盘是人工干预计算机的主要手段。 微机所用的确良键盘可分为编码和非编码键盘两种。编码键盘采用硬件线线路来实现键盘编码，每按下一个键，键盘能自动生成按键代码，键数较多，这种键盘使用方便，但硬件较复杂，PC机所用的键盘就属于这种。非编码键盘仅提供按键开关工作状态，其他工作由软件完成，这种键盘键数较少，硬件简单，一般在单片机应用系统中广泛使用。此处主要介绍该类非编码键盘及其与MCS—51型单片机的接口。 5.1.1 查询式按键及其接口 按照键盘与CPU的连接方式可以分为查询按键和矩阵式键盘。查询式按键是各按键相互独立，每个按键占用一根I/O口线，每根I/O口线上的按键工作状态不会影响其他I/O口线上按键的工作状态。查询式按键电路配置灵活，软件结构简单，但每个按键必须占用一根I/O口线，在按键数量较多时，I/O口线浪费较大，且电路结构显得繁杂。故这种形式适用于按键数量较少的场合。 5.1.2 矩阵式键盘及其接口 矩阵式键盘又称行列式键盘，其结构如图5-3所示，图中有4根行线和4根列线，经限流电阻接+5V电源上，按键跨接在行线和列线上，4×4行列结构可构成16个按键，组成一个键盘。与独立式按键相比，16个按键只占用8根I/O口线，因此适用于按键较多的场合。 当无键闭合时，P1.0~P1.3与相应的P1.4~P1.7之间开路。当有键闭合时，与闭合键相连接的两条I/O口线之间短路。判断有无键按下的方法是：第一步，置列线P1.4~P1.7为输入态，从行线P1.0~P1.3输出低电平，读入列线数据，若某一列线为低电平，则该列线上有键 图5-3 行列式键盘的结构 闭合。第二步，置行线P1.0~P1.3输出低电平，读入列线数据，若某一列线为低电平，则该列线上有键闭合。综合一二两步的结果，可确定按键编号。但是键闭合一次只能进行一次键功能操作，因此须等待近按键释放后，再进行键功能操作，否则按一次键，有可能会连续多次进行同样的键操作。 5.2 控制说明 这是一个综合硬件设计控制系统。利用显示电路、键盘电路、A/D转换电路、单片机实现温度过程控制的部件完成类似空调恒温控制的实验。加热器用加热电阻代替。 本设计可以实现将模拟温度信号，转换成数字信号，并经过计算处理后通过LED静态显示电路以十进制形式显示出来，同时显示电路还将显示设定的恒温值，通过键盘可以改变设定值。按一次增加键,恒温值加1℃，按一次减小键,恒温值减小1℃。恒温值在0℃～50℃范围内可调。温度的时实反映过程可参考温度采集系统设计。注意，当把A/D转换电路模拟信号输入处的可变电阻顺时针旋到底时，电压信号不衰减，显示的是实际温度。当实际温度低于设定的恒定温度2℃时，单片机发出指令信号，继电器吸合，红色LED点亮，加热电阻开始加热。当温度超过设定的恒温值2℃时，单片机发出指令信号，继电器断开，红色LED熄灭，加热电阻停止加热，制冷采用自然冷却。 调节A/D转换电路模拟信号输入处的可变电阻可以改变模拟量的输入，模拟温度较低时的情况。 5.3流程图及源程序 5.3.1流程图 如图5-5所示 图5-5 流程图 5.3.2源程序 PORTA EQU 0FEFBH LEDBUf EQU 30H ; 置存储区首址 TEMP EQU ; 置缓冲区首址 DIN BIT 0B0 ；置串行输入口 CLK BIT 0B1H ；置时钟输入口 UP EQU 1 ; Next DOWN EQU 2 ; Last LOWLIMIT EQU 10 HIGhLIMIT EQU 30 LOWTEMP EQU -50 ; A/D 0 HIGHTEMP EQU 150 ; A/D 255 SETTEMP EQU 50H CURTEMP EQU 51H ORG 0000H LJMP START LEDMAP:DB 3FH,6,5BH,4FH,66H,6DH ;0，1，2，3，4，5 DB 7DH,7,7FH,6FH,77H,7CH ;6，7，8，9，A，B DB 58H,5EH,7BH,71H,0,40H ;C，D，E，F， , - DB 63H,39H ；℃ DISPLAYLED: ;-----------显示子程序--------------- MOV R0,#LEDBUF MOV R1,#TEMP MOV R2,#5 ；共5个LED DP10: MOV DPTR,#LEDMAP ；段码地址 MOV A,@R0 ；取码偏移量 MOVC A,@A+DPTR ；取段码 MOV @R1,A INC R0 INC R1 DJNZ R2,DP10 ；段码取完否 MOV R0,#TEMP MOV R1,#5 DP12: MOV R2,#8 MOV A,@R0 ；取段码 DP13: RLC A ；段码左移 MOV P3.0,C ；输出一位段码 CLR P3.1 ；发送一个移位脉冲 SETB P3.1 DJNZ R2,DP13 ；8位段码是否输出完 INC R0 DJNZ R1,DP12 ；5个LED的段码是否都输出完 RET TESTKEY: ;==========测试有无键入子程序========== MOV P1, #03H MOV A, P1 ; 读入键状态 RET KEYTABLE: DB 02H,01H ; 键码定义 GETKEY: MOV R6,#10 ACALL DELAY MOV A,P1 ANL A,#03H ;高六位不用 CJNE A,#03H,K01 ;确有键按下 LJMP MLOOP K01: MOV R3,#2 ;2个键 MOV R2,#0 ;键码 MOV B,A ;暂存键值 MOV DPTR,#KEYTABLE K02: MOV A,R2 MOVC A,@A+DPTR ;从键值表中取键值 CJNE A,B,K04 ;键值比较 MOV A,R2 ;得键码 INC A RET K04: INC R2 ;不相等，到继续访问键值表 DJNZ R3,K02 MOV A,#0FFH ;键值不在键值中，即多键同时按下 LJMP MLOOP DELAY: ; 延时子程序 MOV R7, #0 DELAYLOOP: DJNZ R7, DELAYLOOP DJNZ R6, DELAYLOOP RET DELAY1:MOV R4,#0FFH AA1: MOV R5,#0FFH AA: NOP NOP DJNZ R5,AA DJNZ R4,AA1 RET ; ================================ DISPLAYRESULT:; MOV A, CURTEMP ；实际值 JNB ACC.7, GE0 ；判断温度是正是负 MOV LEDBUF, #11H ; '-' DEC A ；求补码 CPL A LJMP GOON GE0: MOV LEDBUF, #10H ; ' '即为正，正号送显示 GOON: MOV B, #10 DIV AB MOV LEDBUF+1, A ；存入显示缓冲 MOV A, B MOV LEDBUF+2, A MOV A, SETTEMP ；设定的恒温值 MOV B, #10 DIV AB MOV LEDBuf+3,A MOV A, B MOV LEDBUF+4,A RET ;============== READAD: ；A/D转换子程序 MOV DPTR, #PORTA CLR A MOVX @DPTR, A ; start A/D WAIT: JNB P3.3,WAIT MOVX A,@DPTR ; 读入结果 RET READTEMP: ACALL READAD MOV B, #200 ;(HIGHTEMP-LOWTEMP) MUL AB MOV A, B ; /256 ADD A, #LOWTEMP MOV CURTEMP, A RET START: MOV SETTEMP, #20 ；初始恒温值为20度 MLOOP: ACALL TESTKEY CJNE A,#03H,KEYPRESSED MLOOP1:ACALL DISPLAYRESULT ACALL DISPLAYLED ACALL READTEMP MOV A, CURTEMP ；实际温度 JB ACC.7, LE0 ；判断正负号 CLR C MOV B, SETTEMP ；设定的恒温值 DEC B DEC B SUBB A, B ；实际值-（恒温值-2） JNC GN2 ；判断实际值是否比恒温值低2度 LE0: SETB P3.4 ；是，开始加热 SIMP GN4 GN2: MOV A, CURTEMP SETB C MOV B, SETTEMP INC B INC B SUBB A, B JC GN4 ；判断实际值是否比恒温值高2度 CLR P3.4 ；是，停止加热 SJMP GN4 GN4: ACALL DELAY1 LJMP MLOOP KEYPERSSED: ACALL GETKEY MOV B, A XRL A, #DOWN JNZ KEY0 ；判断是否减小键 MOV A, SETTEMP XRL A, #LOWLIMIT JZ KEY1 ；判断是否低于下限值 DEC SETTEMP SJMP KEY1 KEY0: MOV A, B LXR A, #UP JNZ KEY1 ；判断是否增加键 MOV A, SETTEMP XRL A, #HIGHLIMIT JZ KEY1 ；判断是否高于上限值 INC SETTEMP KEY1: LJMP MLOOP1 END 4.4电路图 如图5-6所示（下页） 图5-6 温度过程控制电路图 小结 本次设计，从拿到题目到设计完成，期间经过了充分的积累资料、认真的研究课题要求、老师及公司指导人员的精心指导，在此，首先向指导老师及公司指导人员表示衷心的感谢！ 本设计中，是以温度采集及控制过程设计为总目标，以89C51单片机最小应用系统为总控制中心，辅助设计有温度采样电路、A/D转换接口、加热电路、5LED数码管静态串行显示器、查询式键盘等。在设计过程中，遇到了许多问题，如设计初重点不明确，思绪混