多點溫度巡回檢測系統(tǒng)的設計_論文

1、多路監(jiān)測儀目錄1引言 11.1 本設計的意義 11.2 國內外現(xiàn)狀分析 11.3 論文的主要內容 72系統(tǒng)總體方案設計 73硬件部分設計 83.1 at89c51 介紹 83.1.1 主要性能 83.1.2 引腳功能說明 93.2 傳感器模塊部分設計 103.2.1 ad590 主要特性 103.2.2 與 adc0809r 口 113.3 數(shù)模轉換部分硬件設計 123.3.1 adc0809 介紹 123.3.2 adc0809各管腳功能 123.3.3 硬件連接電路 133.4 led顯示電路的設計 143.4.1 led 數(shù)碼管 153.4.2 led數(shù)碼管編碼方式 153.4.3 le

2、d數(shù)碼管顯示方式和典型應用電路 163.5 報警電路的設計 173.6 整體電路圖 184軟件部分設計 194.1 a/d轉換程序流程圖 194.2 顯小程序流程圖 194.3 報警程序流程圖 204.4 主程序流程圖 20結束語 23參考文獻 24附錄 25多路監(jiān)測儀1引言1.1 本設計的意義隨著電子技術、計算機技術、通信技術的迅速發(fā)展，工業(yè)測控領域采用先進的技術 對現(xiàn)場的工業(yè)生產參數(shù)進行檢測，監(jiān)測是實現(xiàn)工業(yè)自動化的重要標志。據(jù)不完全統(tǒng)計， 在工業(yè)生產中被監(jiān)測最多的參數(shù)應該是壓力、流量、溫度三大參數(shù)。無論在石油、化工、煤炭、水利等行業(yè)，還是電力、機械、航空、國防等部門，都離不開對這些參數(shù)的監(jiān)

3、測。 當然除此之外，還有諸如液位、扭矩、密度、濃度、速度、位移、距離、電參數(shù)等眾多 物理參數(shù)的監(jiān)測，但用的最多的恐怕還是溫度的監(jiān)測，可以說溫度的測量是一個“永 包”的話題。溫度測量的領域十分廣泛，其實，不僅在工業(yè)領域，而且在民用領域、軍 用領域，溫度的測量隨處可見。在工業(yè)領域，電力系統(tǒng)的安全運行關系到整個工業(yè)的發(fā) 展和人民生活的穩(wěn)定，其中一個重要的方面是電氣設備自身的安全運行，由于絕大多數(shù)的電氣設備采用封閉式結構，散熱效果差，熱積累大，并長期處于高電壓、大電流和滿 負荷運行，其結果造成熱量集結加劇， 溫升直接危害電器設備的絕緣，這就要求對電氣 設備的溫度狀況進行測量控制。如發(fā)電廠的發(fā)電機組隨著

4、電壓增高和容量增大，解決定子鐵心和繞組溫升的問題就日益突出。 對全封閉的高壓開關電器，也存在對其開關觸頭 溫度的監(jiān)測問題，電機的軸溫，膠帶滾筒的表面溫度，工業(yè)冷卻循環(huán)水溫，加熱設備的 爐溫，啤酒的麥芽發(fā)酵溫度，各種化工原料在化學反應時控制的溫度等等。 在民用領域， 超市的食品架內溫度，人們生活空間環(huán)境的溫度，空調的控制溫度，人體繁榮體溫檢測， 冰箱、冰柜的溫度測量等等。隨著計算機的發(fā)展， 程序控制也逐漸成為了工業(yè)生產中的 主要角色，各種各樣的檢測系統(tǒng)應運而生?；趩纹瑱C的溫度檢測系統(tǒng)具有以前溫度檢 測所無法具有的優(yōu)點，因為系統(tǒng)為程序控制，所以實現(xiàn)形式非常靈活，而且可以實現(xiàn)很 多新功能，而且對于

5、日益復雜化的工業(yè)生產， 對于多點溫度檢測的需求也很大程度上提 高了。單片機系統(tǒng)具有體積小，功耗小的特點，而且可以對采集的數(shù)據(jù)進行軟件處理， 所以用單片機進行多路溫度檢測，具有非常實際的意義 。1.2 國內外現(xiàn)狀分析隨著世界進入信息化時代，自動化、信息化成為世界各國發(fā)展重要方向之一。傳感器作 為自動化和信息系統(tǒng)的前端器件，是制造業(yè)自動化和信息化的基礎；現(xiàn)代傳感器技術集 約了多種學科的尖端成果、是國際上發(fā)展最迅速的高新技術之一；是傳統(tǒng)產業(yè)技術改造 和升級的“功效倍增器”，成為衡量一個國家科技發(fā)展的重要指標。單片機是完全按嵌 入式系統(tǒng)要求設計的單芯片形態(tài)的嵌入式系統(tǒng)，它廣泛應用在中、小型工控領域，是

6、電子系統(tǒng)智能化的最重要的工具。 溫度傳感器也從傳統(tǒng)類型向集成化、 微型化、多功能發(fā)展，且隨著材料行業(yè)對傳感器敏感材料進一步的開發(fā)，傳感器新敏感材料不斷推出，高新材料已廣泛用于新型傳感器制造研發(fā)中，如光纖傳感器，光纖傳感器等等，我國與國外先進國家相比，還處于落后狀態(tài)。本設計主要涉及到微控制器和溫度傳感器的應用。 二者的發(fā)展直接影響著溫度檢測方面的設計和應用。1.3 單片機的概念和特點現(xiàn)代社會中，盡管pc機的應用已經相當普遍，但是，在工控領域，在日益追求小 而精、輕而薄的自動化控制器、自動化儀器儀表、家電產品等方面，pc機仍有所不相適宜的地方。而工業(yè)控制、儀器儀表、家電產品等市場廣闊，要求pc機技

7、術與之相適應。在這種情況下，單片機應運而生了(也稱作微型計算機)。微型計算機的基本機構是由中央處理器、儲存器、和i/o設備構成的。所謂的單片機是指將微型計算機3個單元的多個分體中的主要功能用1個集成電路芯片來實現(xiàn)，該芯片 具有一個微型計算機的基本功能。這種超大規(guī)模集成電路芯片即稱為單片微型計算機， 通常簡稱單片機。單片機具有以下特點：(1)受集成度限制，片內存儲容量較小，一般 8位單片機的romb于8/16k字節(jié)，ram 小于256字節(jié)，但可在外部擴展，通常 rom rampt分別擴展至64k字節(jié)。(2)可靠性好。芯片本身是按工業(yè)測控環(huán)境要求設計的，具抗工業(yè)噪聲干擾優(yōu)于一般 通用cpu程序指令

8、及常數(shù)、表格固化在 row不易破壞；許多信號通道均在一個芯片 內，故可靠性高。(3)易擴展。片內具有計算機正常運行所必需的部件。芯片外部有許多供擴展用的三 總線及并行、串行輸入/輸出管腳，很容易構成各種規(guī)模的計算機應用系統(tǒng)。(4)控制功能強。為了滿足工業(yè)控制要求，一般單片機的指令系統(tǒng)中具有極豐富的條 件分支轉移指令、i/o 口的邏輯操作以及位處理功能。一般說來，單片機的邏輯控制功 能及運行速度均高于同一檔次的微處理器。(5) 一般單片機內無監(jiān)控程序或系統(tǒng)通用管理軟件，只放置有用戶調試好的應用程 序。但近年來也開始出現(xiàn)了在片內固化有 basic解釋程序的單片機。1.4 單片機的發(fā)展與趨勢由于單片

9、機具有以上特點，因此在工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、智能儀器儀表、智能化設備和各種家用電器等領域得到廣泛的應用。隨著微電子工藝水平的提高，近十年來單片微型計算機有了飛速的發(fā)展。歸納起來，它是沿著兩條路發(fā)展的：1 .改進集成電路制造工藝，提高芯片的工作速度，降低工作電壓和降低功耗：2 .在保留共同的cplb系結構，最基本的外設裝置(如異步用行口，定時器等)和一套 公用的指令系統(tǒng)的基礎上，根據(jù)不同的應用領域，把不同的外設裝置集成到芯片內，在 同一個家族內繁衍滋生出各種型號的單片機。另外在單片機的應用中，可靠性是首要因素，為了擴大單片機的應用范圍和領域，提高單片機自身的可靠性是一種有效方法。近年來，單片機的生

10、產廠家在單片機設計上采用了各種提高可靠性的新技術，主要表現(xiàn)在一下幾點：(1) eft(electrical fast transient) 技術(2) 低噪音布線技術及驅動技術(3) 采用低頻時鐘總之，單片機在目前的發(fā)展形勢下，表現(xiàn)出幾大趨勢：可靠性及應用水平越來越高，和internet連接已是一種明顯的走向；所集成的部件越來越多；功耗越來越低；和模擬電路結合越來越多。1.5.單片機選擇本系統(tǒng)采用單片機為控制核心。單片機/mcu主要有51基本型和52增強型， 而相比之下52型比51型功能更為強大，ro麗ramff儲空間更大,52還兼容51指令 系統(tǒng)。基于本系統(tǒng)設計內容的需要，綜合考慮后，我們選

11、擇單片機atm蟲司的at89c52 為控制核心；主要基于考慮 at89c52g一個低電壓,高性能 cmos的單片機，片內含 8k bytes的可反復擦寫的flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器 (ram、6個中斷源；時鐘頻率0-24mhz器件采用高密度、非易失性存儲技術生產， 并兼容標準mcs-51指令系統(tǒng)，功能強大。(2)at89c52 介紹at89c521美國atme公司生產的低電壓，高性能cmo8位單片機，片內含8k bytes 的可反復擦寫的只讀程序存儲器(peromh 256k bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器，器件采用atme公司的高密度，非易失性存儲技術生

12、產，與標準mcs-5甘旨令系統(tǒng)及8052產品 引腳兼容，片內置通用8位中央處理器和flash#儲單元，功能強大，at89c52i1片機 適合于許多較為復雜控制應用場合。主要性能參數(shù)：（t2）f1,0 1 7 40ucc（tex）pl1 c239po. o/adcpl. 2 336fo. 1/ad1fl 3 437p0 2/ad2fl 4 53&fo. 3/ad3pl. 5 &353 ?5. 4/ad4pl 6 734p0. 5/ad5fl ? c835pq. 6/ad6reset e93藝j p0. 7/ad7md/p3, 0 1031el/vsptxd/p9, 1 11soale/pboci

13、ht0/f3： 2 1229pseninri/ps. 3 l132zp2. 7/ad15to/p3, 4 l1427p2. 6/ad14t1/f3, 5 c15%p2. s/ad13wf3,6 c1625p2. 4/ad121eii/f3. t 17241p2. 3/ad11xtal2 c1823pl 2/ad10p2. 1/ad9fdip se31i2q引腳癡p2. 0/ad3與mcs-51產品指令和引腳完全兼容8k字節(jié)可重擦寫flasfw存存儲器1000次寫/擦循環(huán)時鐘頻率：0hl 24mhz三級加密存儲器256字節(jié)內部ram32個可編程i/o 口線3個16位定時/計數(shù)器6個中斷源可編程串

14、行uar硒道低功耗的空閑和掉電模式片內振蕩器和時鐘電路at89c52r40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（i/o）端口，同時內含2個外中斷 口，3個16位可編程定時計數(shù)器，2個全雙工串行通信口， 2個讀寫口線，片內振蕩器及 時鐘電路，at89c52t以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。同時，at89c52t降至0hzm靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止cpu勺工作，但允許ram定時/計數(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 中的內容，但振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位。具將通 用的微處理器和flash存儲器結合在一起，特別

15、是可反復擦寫的 flash存儲器可有效地 降低開發(fā)本.at89c52tpdip、pqfp/tqfpplcc1三種封裝形式，以適應不同產品的需 求。at89c52；唧功能： 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)總線復用口。作 為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅動8個ttl邏輯門電路，對端口 p0寫“1”時, 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，這組口線分時轉換地址（低8位）和數(shù)據(jù) 總線復用，在訪問器件激活內部上拉電阻。在flash編程時，p0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時， 要求外接上

16、拉電阻。 p1 口： p1是一個帶內部上拉電阻的8位雙向i/o 口，p1的輸出緩沖級可驅動（吸 收或輸出電流）4個ttl邏輯門電路。對端口寫“ 1”，通過內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（iil）。與at89c51不同之處是，p1.0和p1.1還可分別作為定時/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸 入（p1.0/t2）和輸入（p1.1/t2ex）,參見表 2-1。flash編程和程序校驗期間，p1接收低8位地址。表2-1為p1.0和p1.1的第二 功能表3-1 p1.0和p1.1的第二功能引腳號功能特性p1.0 t

17、2 （定時/計數(shù)器2外部計數(shù)脈沖輸入），時鐘輸出p1.1t2ex （定時/計數(shù)2捕獲/重裝載觸發(fā)和方向控制） p2 口： p2是一個帶有內部上拉電阻的 8位雙向i/o 口，p2的輸出緩沖級可驅動（吸 收或輸出電流）4個ttl邏輯門電路。對端口 p2寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口 拉到高電平，同時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被 外部信號拉低時會輸出一個電流（iil ）。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 movdptr2 時，p2 口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行 mov靛 令）時，p2 口輸出p2鎖存器的內容

18、。flash 編程或校驗時，p2亦接收高位地址和一些控制信號。 p3 口： p3 口時一組帶有內部上拉電阻的 8位雙向i/o 口。p3 口輸出緩沖級可驅 動（吸收或輸出電流）4個ttl邏輯門電路。對p3 口寫入“1”時，它們被內部上拉電 阻拉高并可作為輸入端口。此時，被外部拉低的 p3 口將用上拉電阻輸出電流（iil ）0p3口作為一般的i/o 線外，更重要的用途是它的第二功能，如表 2-2所示：止匕外，p3口還接收一些用于flash閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。 rst復位輸入。當振蕩器工作時，rshi腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單 片機復位。 ale/錯誤！未找到引用源。：當訪問

19、外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時， ale（地址 鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8位字節(jié)。一般情況下，ale仍以時鐘振蕩頻率 的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是： 每 當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ale脈沖。表3-2 p3 口第二功能端口引腳第二功能p3.0rxd（串行輸入口）p3.1txd （已行輸出口）p3.2錯誤！未找到引用源。（外中斷0）p3.3錯誤！未找到引用源。（外中斷1）p3.4t0 （定時/計數(shù)器0）p3.5t1 （定時/計數(shù)器1）p3.6錯誤！未找到引用源。（外部數(shù)據(jù) 存儲器寫選通）p3.7錯誤！未找到引用源。（外部數(shù)據(jù) 存儲器

20、讀選通）對flash存儲器編程器件，改引腳還用于輸入編程脈沖（錯誤！未找到引用源。） 如有必要，可通過對特殊功能寄存器（sfr區(qū)中的8eh單元的d0位復位，可禁止 ale操作。該位置復位后，只有一條 movx口 mov筠令才能將ale激活。止匕外，該引腳 會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設置 ale禁止位無效。錯誤！未找到引用源。：程序儲存允許（錯誤！未找到引用源。）輸出是外部程序 存儲器的讀選通信號，當at89c5的外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周 期兩次錯誤！未找到引用源。有效，即輸出兩個脈沖。在次期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲 器，將跳過兩次錯誤！未找到引用源。信號。 錯誤！

21、未找到引用源。/vpp:外部訪問允許。欲使cpk訪問外部程序存儲器（地 址為0000h-fffh,錯誤！未找到引用源。端必須保持低電平（接地）。需要注意的是： 如果加密位lb1被編程，復位時內部會鎖存 錯誤！未找到引用源。端狀態(tài)。如以端為高電平（接vcc端），cpu則執(zhí)行內部程序存儲器中的指令。flash存儲器編程時，該引腳加上+ 12v的編程允許電源vpp,當然這必須是該器件是使用12v編程電壓vpp xtal1振蕩器反相放大器及內部時鐘發(fā)生器的輸入端。 xtal2振蕩器反相放大器的輸出端。1.5論文的主要內容本文首先介紹了本設計的現(xiàn)實意義，然后分析了在國內外的現(xiàn)狀。從整體方案上給 出介紹，

22、即先介紹系統(tǒng)整體方案，給出系統(tǒng)方框圖，按模塊化劃分，逐個模塊介紹，然 后總體說明。第三部分是硬件部分設計，系統(tǒng)詳細的介紹設計中的主控單元-單片機及各個模塊，包括傳感器模塊的設計，數(shù)模轉換部分硬件設計，顯示部分電路設計，報 警電路的設計等等，最后給出整個系統(tǒng)的電路原理圖。第四部分是軟件部分的設計，其 中涵蓋了，主程序流程圖、a/d轉換程序流程圖、顯示程序流程圖、報警程序流程圖等 及相關流程圖的文字說明。2系統(tǒng)總體方案設計告警電路等，其中溫度采集主要由 ad590組成，把熱力學溫度信號轉換成電流信號，然后放大，經電阻分壓獲得電壓信號，送入a/d轉換電路即adc0809f得到8位的數(shù)字溫 度信號，送

23、入單片機，由單片機的 txd,rxdb行(高位在前，地位在后)送入顯示電路 顯示，并且判斷是否超出設定范圍，若超出設定范圍，由單片機啟動告警電路，告警。本設計是模擬溫度的顯示，溫度經過ad590轉換為電流信號，經放大器放大后通過 電阻轉換成電壓信號，進入 adc0809s彳t a/d轉換成數(shù)字量,送入單片機后輸出到靜態(tài) 顯示部分，顯示其溫度值。在該設計中，顯示部分采用74ls164串聯(lián)組成驅動ledfb分， 這樣既達到顯示的目的又節(jié)省了 i/o 口，使設計簡單明了。 由于本設計的對單片機可 靠性要求不高，本著簡單實用出發(fā)，復位電路設計為上電復位 。adc08094彳t a/d轉換后，輸出的是并

24、行8位數(shù)據(jù)，直接送入單片機節(jié)省硬件設施 且使編程簡單，為實現(xiàn)多路巡回檢測，通過p0.0p0.2控制74ls373來達到設計目的。其中溫度范圍的計算原理：首先把a/d轉換中電位器順時針旋到底，即模擬信號的 輸入不衰減，選取兩個溫度狀態(tài) t1t2,分別測量出其模擬輸出電壓 vv2;根據(jù)adc0809 的輸入范圍在0到5伏，即可計算出溫度極限。0 伏時對應的溫度tl：ti-(v-0)(t2-t1) /(v2-v05 伏時對應的溫度th：ti-(v-5)(t2-t1) /(v2-v0本設計中近似計算th為150c, tl為-50c。程序中溫度的計算原理：首先用溫度范圍除以 0到256 (即每個十六進制

25、數(shù)的溫度 增長率)，然后乘以模擬轉換的數(shù)字量，即得到升高的溫度，冉和最低溫度相加，就可 以得到實際的溫度值。其公式為：tl+ax (th-tl) /256tl：顯示的最低溫度th：顯示的最高溫度ap3.7 xtal2 xtal1gndps.af5.3 cro)s /f3.5 p3小小,1:p1p1p1wnelimn 口ba/vpp ale/prsgf3dr ?2t7(aia) p2.fi p2.0圖2 at89c51的引腳結構oale/prog當訪問外部存儲器時，ale （地址鎖存允許）的輸出用于鎖存地址的 低位字節(jié)。在對flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（/prog。/pse

26、n程序存儲允許（/psen輸出是外部程序存儲器的讀選通信號。(3/ea/vpp：外部訪問允許端。當/ea端保持高電平(接vcc端)時，cpu執(zhí)行內部程序存儲器中的程序。在flash存儲器編程期間，該引腳也用于施加 12v的編程允許電源vpp (如果選用12v 編程)。(4) 輸入/輸出引腳 p0.0p0.7, p1. 0p1. 7, p2 0-p2 7p3 0p3 7。其中p3端口還用于一些復用功能。3.2 傳感器模塊部分設計ad59比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223仙a (-50oc)423仙a(+150oq,靈敏度為1仙a/oc當在電路中用接采

27、樣電 阻r時，r兩端的電壓可作為輸出電壓。注意 r的阻值不能取得太大，以保證 ad59ck 端電壓不低于3v。ad59c輸出電流信號傳輸距離可達到1km以上。作為一種高阻電流源， 最高可達2cmq,所以它不必考慮選擇開關或 cmos各轉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距離溫度測量的控制。3.2.1 ad59c主要特性(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(shù)，即： ir/t= ma/k式中：ir- 流過器件(ad59c的電流，單位為ma t-熱力學溫度，單 位為ko(2) ad59c的測溫范圍為-55 0 c+150 c(3) ad590的電源

28、電壓范圍為4v30v。電源電壓可在4v6v范圍變化，電流 變化1ma相當于溫度變化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。(4)輸出電阻為710mw/(5)精度高。ad590#有i、j、k、l、m五檔，其中m檔精度最高，在-55 c+150 c范圍內， 非線性誤差為土 0.3 cad590b勺封裝形式和基本應用電路如圖 3:a）封裝形式b）基本應用電路圖3 ad590的封裝及基本應用電路在本設計中，使用ad590對溫度進行采集，即通道ad590m攝氏溫度信號轉換成電流信號，經電阻分壓，最總轉換成電壓信號，送到adc0809其電路如圖4所示。圖4溫度采

29、集電路圖其中，r1用來調節(jié)運放的輸入電壓，經運放發(fā)大后達到adc0809勺轉換電壓3.2.2 與 adc0809r 口ad590乍為溫度采集器件，把熱力學溫度轉換成電流信號，送入運算放大器放大，然后經電阻轉換成電壓信號，送入 adc0809圖5中給出一路溫度采集電路與 adc0809 的方式。要實現(xiàn)多路溫度的采集，只需在adc0809勺輸入端連接多路溫度采集電路即可。ale enable start clocklsbl-8eocaddbaddcadc0809refc-)rer；+)的皿in,in.ggad5s圖5 adc08095 ad590的接口電路3.3 數(shù)模轉換部分硬件設計將模擬信號轉換

30、成數(shù)字信號的電路，稱為模數(shù)轉換器（簡稱a/d轉換器或adc,analog to digital converter ）；將數(shù)字信號轉換為模擬信號的電路稱為數(shù)模轉換 器（簡稱d/a轉換器或dac,digital to analog converter ）； a/d轉換器和d/a轉換器 已成為計算機系統(tǒng)中不可缺少的接口電路。為確保系統(tǒng)處理結果的精確度，a/d轉換器和d/a轉換器必須具有足夠的轉換精度； 如果要實現(xiàn)快速變化信號的實時控制與檢測，a/d與d/a轉換器還要求具有較高的轉換速度。轉換精度與轉換速度是衡量 a/d與d/a轉換器的重要技術指標。隨著集成技術的發(fā)展，現(xiàn)已研制和生產出許多單片的和混

31、合集成型的a/d和d/a轉換器，它們具有愈來愈先進的技術指標。這里采用 adc08095片來進行模數(shù)轉換。3.3.1 adc0809 介紹adc080思8位cmo隧次逼近式a/d轉換器。內部有8路模擬量輸入和8位數(shù)字 量輸出的a/d轉換器，它是美國國家半導體公司的產品，是目前國內最廣泛的 8位通 用的a/d轉換的芯片。其結構圖如圖6所示。外部時鐘輸入端，時鐘頻率高，a/d轉換速度快。允許范圍為105280khz典型值 為640khz此時，a/d轉換時間為10us。通常由mcs-51h單片機ale端直接或分頻后 與其相連。當mcs-51型單片機無讀寫外，ramm乍時，ale信號固定為cpu寸鐘頻

32、率的 1/6 ,若單片機外接的晶振為6mhz則1/6為1mhz a/d轉換時間為64us。3.3.2 adc0809各管腳功能32adc080睬用雙列直插式封裝，共有28條引腳，如圖7所示。start colck【no-ln11 jin2yrxsueoc瑞模 報量選in6f逐次調近寄 有器sarqalb通道優(yōu) 址繳存 與譯碼圖狀模擬開美用譯碼器vcc gndvref+出數(shù)據(jù)鉞.存翳dod1d2d3d4d5d6d7ofvref-圖6 adc0809結構圖(1) in0-in7:in0 in7為8路模擬電壓輸入線，用于輸入被轉換的模擬電壓(2) adda addb addc:三位地址輸入端。八路模

33、擬信號轉換選擇同由a, b, c決定。a為低位，c為高位。(3) clock:時鐘信號。最高允許值為 640khz。(4) d0-d7 :數(shù)字量輸出端，a/d轉換的結果由這幾個端口輸出。28810tt12 n nin-3in-4in-5in-6 in11fuijti ifori jl354jb 1jpufl,345 a。fuljti l,i口門店336 1rpudtti 1 ctinj?32f 1jpuij721utemripidp17p21j jtutt23丸irl 11f1上intop232425p2415mr.n26tip2514271uh 述口31ea/vpp27nh3ctal1134

34、n3ctal2vcckeioiliuhil1己育at ir30邛irjl-1jhi-lu.11-wrpsett*皿bl 2-2ih-0in -12-42-5m-32-6m-42-7m-jlb2-8m-6m-7eocad1*adcao9add-ead3caleref0ehaelestartrefx+)clock2627 逅 t-1612圖8 adc0809與單片機的連接圖3.4 led顯示電路的設計在單片機應用系統(tǒng)中，如果需要顯示的內容只有數(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，與單片機接口簡單易 行。3.4.1 led數(shù)碼管led數(shù)碼管是由

35、發(fā)光二極管作為顯示字段的數(shù)碼型顯示器件。圖9中a為0.5inled數(shù)碼管的外形和引腳圖，其中七只發(fā)光二極管分別對應ag筆段構成“三”字形另一只發(fā)光二極管dp作為小數(shù)點。因此這種led顯示器稱為七段數(shù)碼管或八段數(shù)數(shù)碼。led 數(shù)碼管按電路中的連接方式可以分為共陰型和共型兩大類，如圖9中b、c所示。共陽型是將各段發(fā)光二極管的正極連在一起， 作為公共端com公共端com6高電平，ag、 dp各筆段通過限流電阻接控制端。某筆段控制端低電平時，該筆段發(fā)光，高電平時不 發(fā)光?？刂颇硯锥喂P段發(fā)光，就能顯示出某個數(shù)碼或字符。共陰型是將各數(shù)碼發(fā)光二極 管的負極連在一起，作為公共端 comg地，某筆段通過限流電阻

36、接高電平時發(fā)光。led數(shù)碼管按其外形尺寸有多種形式，使用較多的是0.5in和0.8in ;按顯示顏色也有多種形式，主要有紅色和綠色； 按亮度強弱可分為高亮和普亮，指通過同樣的電流顯示亮度不一樣，這是因發(fā)光二極管的材料不一樣而引起的。led數(shù)碼管的使用與發(fā)光二極管相同，根據(jù)其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宜，動態(tài)掃描顯示可加大，可 脈沖電流，但一般不超過40maco111coma）外形和引腳b）共陰極結構圖9數(shù)碼管及其結構3.4.2 led數(shù)碼管編碼方式當led數(shù)碼管與單片機相聯(lián)時，一般將 led數(shù)碼管的各筆段引腳a、b、g、dp 按某一

37、順序接到mcs- 51型單片機某一個并行i/o 口 d。d1、d7,當該i/o 口輸 出某一特定數(shù)據(jù)時，就能使led數(shù)碼管顯示出某個字符。例如要使共陽極led數(shù)碼管顯 示“0”，則a、b、c、d、e、f各筆段引腳為低電平，g和dp為高電平。le躁碼管編碼方式有多種，按小數(shù)點計否可分為七段碼和八段碼；按共陰共陽可分為共陰字段碼和共陽字段碼，不計小數(shù)點的共陰字段碼與共陽字段碼互為反碼；按a、b、g、dp編碼順序是高位在前，還是低位在前，又可分為順序字段碼和逆序字段 碼。甚至在某些特殊情況下將 a、b、g、dp順序打亂編碼。表1為共陰和共陽led 數(shù)碼管幾種八段編碼表。這里采用共陰極數(shù)碼管的編碼方式

38、。表1 共陰和共陽led數(shù)碼管幾種八段編碼共陰順序小數(shù)點暗共陰逆序小數(shù)點暗共陽 順序 小數(shù) 點亮共陽 順序 小數(shù) 點暗dp g f e d c b a16 進 制a b c d e f g dp16 進 制00 0 1 1 1 1 1 13fh1 1 1 1 1 1 0 0fch40hc0 h10 0 0 0 0 1 1 006h0 1 1 0 0 0 0 060h79hf9 h20 1 0 1 1 0 1 15bh1 1 0 1 1 0 1 0dah24ha4 h30 1 0 0 1 1 1 14fh1 1 1 1 0 0 1 0f2h30hb0 h40 1 1 0 0 1 1 066h0

39、1 1 0 0 1 1 066h19 h99 h50 1 1 0 1 1 0 16dh1 0 1 1 0 1 1 0b6h12 h92 h60 1 1 1 1 1 0 17dh1 0 1 1 1 1 1 0beh02 h82 h70 0 0 0 0 1 1 107h1 1 1 0 0 0 0 0e0h78 hf8 h80 1 1 1 1 1 1 17fh1 1 1 1 1 1 1 0feh00 h80 h90 1 1 0 1 1 1 16fh1 1 1 1 0 1 1 0f6h10 h90 h3.4.3 led數(shù)碼管顯示方式和典型應用電路le躁碼管顯示電路在單片機應用系統(tǒng)中可分為靜態(tài)顯示方式和

40、動態(tài)顯示方式。在 本設計中，使用的是靜態(tài)顯示方式， 這里主要介紹靜態(tài)顯示方式及其電路連接。靜態(tài)顯 示在本設計中如圖10所示。一般情況，在靜態(tài)顯示方式下，每一位顯示器的字段需要一個8位i/o 口控制，而 且該i/o 須有鎖存功能，n位顯示器就需要n個8位i/o ，公共端可直接接+5v （共 陽）或接地（共陰）。顯示時，每一位字段碼分別從i/o控制口輸出，保持不變直至cpu 刷新顯示為止。也就是各字段的亮滅狀態(tài)不變。此種情況下，靜態(tài)顯示方式編程較簡單， 但占用i/o 線多，即軟件簡單、硬件成本高，一般適用顯示位數(shù)較少的場合。但是， 利用74ls164用入并處的特點設計的靜態(tài)顯示，可以輕而易舉的解決

41、靜態(tài)顯示占用i/o口多的問題，同時，編程也沒動態(tài)顯示那么復雜！圖10是該應用的典型電路圖,圖10顯示電路圖也是在本設計中要用到的顯示電路,圖中clocks74ls164提供其工作的脈沖信號serial nu從單片機輸出的要顯示的串行數(shù)據(jù)3.5 報警電路的設計告警在設計電路中，被廣泛的應用，簡單實用。當溫度、壓力、轉速等等超出了設 置的限度，有可能對設備、人或其他造成危害；所以，當檢測到溫度、壓力、轉速等大 于期望的范圍時，由相關電路觸發(fā)三極管的基極，使三極管導通，繼電器吸合，指示燈 亮，同時蜂鳴器響，發(fā)出告警信號。其電路如圖 11所示。在本設計中，告警電路與單片機的連接如圖 12所示，單片機把

42、接收來的數(shù)字溫度信號與所設置的溫度信號比較，一旦發(fā)現(xiàn)超出了設定的范圍，由單片機的p3.4引腳置高電平，驅動三極管（9013）,使繼電器吸合，二極管亮，同時，蜂鳴器響，發(fā)出告警信號。該報警電路設計簡單，成本低。vcc1dpooi po1pio加 gpllr生p13j7 口不p13p05p14pospi*m 口pitp21h-ttlpjsihtop33：t1 mcu皿top2i5esl/vp87pxt al i 3ctai.2vctcwkfse3twjllm137233354345招（s32-172123152324x5判142 y31so1。75、0p30要圖12報警電路與單片機接口3.6 整體

43、電路圖圖13系統(tǒng)電路圖系統(tǒng)電路圖由前面介紹的各個模塊硬件的綜合。 配以軟件，即可實現(xiàn)本設計的功能 圖13所示為該設計的系統(tǒng)電路圖。4軟件部分設計4.1 a/d轉換程序流程圖圖14數(shù)模轉換部分流程數(shù)模轉換由adc080睞完成，啟動系統(tǒng)后，首先對其進行初始化，然后由單片機的p0 口送出通道地址，74ls373鎖存同時送給 adc0809勺adda addb addcfb選通采集 溫度的通道號；接著單片機發(fā)出啟動 a/d轉換信號，開始轉換。轉換完畢，adc0809勺 eo3出轉換完成信號，告訴單片機，單片機進入中斷系統(tǒng)。循環(huán)往復。其流程圖如圖 14所示。4.2 顯示程序流程圖當數(shù)字信號送到單片機后，

44、計算偏移量，查表，然后執(zhí)行申行傳送指令，把數(shù)字溫 度信號一位一位的發(fā)送到申入并出的 74ls164，驅動led顯示采樣的溫度。其流程圖如 圖15所示。圖15顯示子程序流程圖4.3 報警程序流程圖adc0809把模擬溫度信號轉換成數(shù)字信號送到單片機的存儲后,程序中報警子程 序把數(shù)字溫度信號（即當前溫度信號） 與設定的溫度信號進行比較，當當前溫度超出了 設定的范圍，啟動報警電路，即由單片機的p3.4輸出高電平，使晶體管工作，從而使繼 電器吸合，報警指示燈亮，蜂鳴器響。其流程圖如圖16所示。4.4 主程序流程圖在本設計中，單片機處于主導地位，由它控制著整個系統(tǒng)的有序的工作。系統(tǒng)正常 運行之前，單片機

45、要先把程序初始化，使各個模塊處于待工作狀態(tài)，準備相關工作。然 后，單片機的p0 口送出通道地址，對 adc0809a始化，74ls373鎖存通道號，單片機發(fā)出啟動a/d轉換信號，開始模數(shù)轉換，轉換結束后得到8位數(shù)字溫度信號，止匕時,adc080狗單片機發(fā)出轉換結束信號。由單片機把數(shù)字溫度信號接收到設置的存儲處。sz與設定值比較計算偏移量告警_.查表譯碼送發(fā)送緩存串行數(shù)據(jù)發(fā)送顯示圖17主程序流程圖接著，由報警程序實現(xiàn)當前溫度值與預先設置的溫度值進行比較，當超出了設定范圍， 啟動報警電路，告警；否者，根據(jù)當前溫度值計算出其偏移量，查表，獲得與之相對應的譯碼值；最后，由p3.3 口在p3.4提供移位

46、脈沖下把譯碼值一位一位的送到 74ls164 中，驅動相應的led顯示。單片循環(huán)發(fā)出通道號，巡回得到相關通道的溫度信號，然后 顯示出來。這樣就完成了整個流程。其流程圖如圖17所示。結束語在本設計中，主要是對多點溫度進行檢測，而且在單片機作為主控單元下，進行一 些智能操作，如溫度顯示、巡回檢測、超量程告警等等。研究內容主要分為數(shù)據(jù)采集、 模數(shù)轉換、單片機系統(tǒng)設計、軟件編程幾個方面。針對這幾個方面，將研究模塊化，在 邏輯上按先后順序對每個模塊進行分別的研究，并對每一個模塊進行獨立的測試，在測 試達到要求之后，再將所有模塊有機的整合為一個整體，然后進行整體調整測試。最總 完成整個設計方案。該設計與傳

47、統(tǒng)的pid調節(jié)相比，用軟件取代了部分硬件，節(jié)約了硬件資源，減小了 連線的復雜程度，提高了系統(tǒng)的性能；顯示部分采用數(shù)據(jù)的串行傳輸連接且為靜態(tài)顯示， 這樣既減少了硬件間的連線，節(jié)約了 i/o 口，又減少了軟件的編程難度；數(shù)碼管的靜態(tài) 顯示方式與比動態(tài)顯示，亮度高；同時，在該系統(tǒng)中設置了超量程報警電路，當檢測到 當前溫度 超出了設定的范圍后，報警電路就會被啟動，減低不必要的損失。但是，在 本設計中，設定的溫度值一旦確定，要想修改，就要重新編程下載，較為麻煩；顯示部 分采用數(shù)據(jù)串行傳輸，速度相對來說比較慢；ad590溫度采集模塊采集到的溫度信號為 模擬溫度信號，輸入單片機前要進行數(shù)模轉換，需增加數(shù)模轉換模塊，添加硬件間的連 線。在設計過程當中，遇到很多問題，如初始階段設計思路不清晰；adc0809與單片機硬件聯(lián)系結束后，進行軟件測試時，無法使二者協(xié)同工作；溫度超出設置值時，報警 電路不報警；在編程過程中，求數(shù)據(jù)偏移量時，不清楚如何下手；溫度采集模塊采集到 的溫度信號為電壓信號，不清楚如何設置才能和 adc0809配合使得轉換的結果更準確 等等，最后在老師的指導和同學的幫助下，都一一得以解決。為進一步提高系統(tǒng)的性能，可以增加相應的鍵盤模塊，配合相應的軟件，完成隨時 對溫度設定范圍的修改；同時，把溫度采集模塊（