毕业设计（论文）-基于8031单片机的多点温度检测系统.doc

兰州工业高等专科学校毕 业 设 计 论 文 题目：多点温度检测系统 系别： 电子信息工程系 专业：电子信息工程技术 班级： 电信09-1 姓名 ： 指导教师： 职称：副教授 2012年 3 月 15 日兰州工业高等专科学校毕业设计（论文）任务书电子信息工程系系 2009届 电子信息工程技术 专业毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目多点温度检测系统校内（外）指导教师职 称工作单位及部门联系方式一、题目说明（目的和意义）：二、设计（论文）要求（工作量、内容）：三、进度表日 期内 容完成日期答辩日期 四、主要参考文献、资料、设备和实习地点及翻译工作量：兰州工业高等专科学校毕业论文 摘 要摘 要本文介绍了以8031单片机为核心的温度检测系统的工作原理、设计方法以及控制数据的采集，传输，显示。温度信号的采集以选择铂电阻pt100作为传感器，通过信号调理电路，多路切换电路，a/d转换等一系列模块传送给单片机，最后，再通过led显示电路将最终结果显示。本系统由温度采集单元、转换单元、电源模块、单片机温度检测系统组成。温度采集单元采用铂电阻pt100，将温度信号转化为电压或电流信号，然后对其放大；转换单元：若采集到的温度信号为电压信号，将转化为电流信号进行传输到a/d转换模块，并在a/d转换模块中选用ad574；电源模块为单片机和其他电路提供稳定可靠的直流电源；单片机温度检测系统是整个系统的核心。本系统具有巡检速度快，扩展性好的特点。关键词 单片机8031, led显示, pt100, a/d转换iv兰州工业高等专科学校毕业论文 abstractabstractthis article introduced take the 8031 monolithic integrated circuit as the core temperature examination system principle of work、design method as well as control data gathering, transmission, demonstration. temperature signal gathering chooses platinum resistance pt100 takes the sensor, though signe recuperates the electric circuit, the multichannel cut electric circuit, the a/d transformation and so on a series of modules transmission gives the monolithic integrated circuit, finally, again through led final result demonstration. this system by the temperature gathering unit, the transformation unit, the power source module, the monolithic integrated circuit temperature examination system is composed. the temperature gathering unit uses platinum resistance pt100, transforms the temperature signal as the voltage or the electric current signal, then to its enlargement; transformation unit: if gathers the temperature signal is the voltage signal, will transform for the electric current signal carries on transmits the a/d transformation module, and will select 12 serial ad574 in the a/d transformation module; the power source module provides the stable reliable direct-current power supply for the monolithic integrated circuit and other electric circuits; the monolithic integrated circuit temperature examination system is the entire system core. this system has inspects the speed is quick, extended good characteristic.keywords 8031, led demonstrates, pt100, a/d transfer兰州工业高等专科学校毕业论文 目 录目 录第1章 绪 论1第2章 系统方案的论证及选择22.1 任务分析22.2 方案比较22.2.1 方案一：22.2.2 方案二：22.3 系统总体原理与框图3第3章 硬件单元电路设计43.1 单片机系统设计43.1.1 8031管脚图43.1.2 管脚功能43.1.3 复位和复位电路63.2 存储器及锁存器73.2.1 rom存储器73.2.2 内部结构73.2.3引脚功能83.2.4单片机和rom的连接（8031与2764）83.3 ram存储器93.3.1数据存储器93.3.2 地址锁存器11第四章 温度测量单元电路设计124.1 温度传感器的选取124.2 温度采集电路13第五章 信号电路的处理145.1 多路开关145.1.1 概述145.1.2 多路开关的主要技术指标155.2 v/i转换电路165.3 i/v转换电路17第六章a/d电路设计196.1 a/d芯片的选取196.2.主要功能引脚介绍206.3 主要功能特性21第七章 键盘显示电路设计247.1 led数码管247.2 显示方式257.3 显示部分电路图257.4 8155芯片267.4.2 8155的引脚分类说明277.4.3 作片外ram使用287.4.4 作扩展i/o口使用287.4.5 i/o的工作方式307.4.6 定时/计数器使用317.5 系统电源电路设计32第八章 系统软件电路设计34结论41致 谢42参考文献43附录a44兰州工业高等专科学校毕业论文 第1章 绪 论第1章 绪 论在人类的生活环境中，温度扮演着极其重要的角色。无论你生活在哪里，从事什么工作，无时无刻不在与温度打着交道。自18世纪工业革命以来，工业发展对是否能掌握温度有着绝对的联系。在冶金、钢铁、石化、水泥、玻璃、医药等等行业，可以说几乎80%的工业部门都不得不考虑着温度的因素。温度对于工业如此重要，由此推进了温度传感器的发展。 传感器主要大体经过了三个发展阶段：模拟集成温度传感器。该传感器是采用硅半导体集成工艺制成，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。此种传感器具有功能单一(仅测量温度)、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。它是目前在国内外应用最为普遍的一种集成传感器，典型产品有ad590、ad592、tmp17、lm135等；模拟集成温度控制器。模拟集成温度控制器主要包括温控开关、可编程温度控制器，典型产品有lm56、ad22105和max6509。某些增强型集成温度控制器(例如tc652/653)中还包含了a/d转换器以及固化好的程序，这与智能温度传感器有某些相似之处。但它自成系统，工作时并不受微处理器的控制，这是二者的主要区别；智能温度传感器。能温度传感器(亦称数字温度传感器)是在20世纪90年代中期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ate)的结晶。智能温度传感器内部都包含温度传感器、a/d转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器(cpu)、随机存取存储器(ram)和只读存储器(rom)。智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器(mcu)；并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的，其智能化程度也取决于软件的开发水平。 1兰州工业高等专科学校毕业论文 第2章 系统方案的论证及选择第2章 系统方案的论证及选择2.1 任务分析基本要求 检测的温度范围： 0400, 检测分辨率 +0.1 各检测器与主控制器之间距离 100米 各检测器单元可显示检测的温度值 设计并制作各检测器以及主控器所用的直流稳压。由单向 220v交流电压供电。 发挥部分 可有主控制设置系统时间以及温度修正值 其他功能的改进 提高各温度检测器的温度检测精度2.2 方案比较2.2.1 方案一：采用模拟分立元件，如电容、电感或晶体管等非线形元件，实现多点温度的测量及显示，该方案设计电路简单易懂，操作简单，且价格便宜，但采用分立元件分散性大，不便于集成数字化，而且量化误差大。2.2.2 方案二：采用单片机为核心对整个系统进行管理和协调。该方案a/d转换、测量和控制部分。此方案比第一种方案设计灵活，精度也高，而且利用单片机能实时的对温度进行监测和显示。2.3 系统总体原理与框图对温度进行测量、控制并显示，首先必须将温度的度数（非电量）转换为易控制可传送的电量，然后采用电子电路和单片机控制系统实现课题的要求。可采用温度传感器，将温度变换成相应的电信号，并通过放大，滤波后送a/d转换器变成数字信号，经过单片机（8031）的控制处理传送到数据缓冲区后经显示电路进行显示。多路开关v/i转换1测试点与传感器显示器单片机控制的检测系统a/d转换2测试点与传感器v/i转换键盘 图2.1 系统总体框图 图2.2 单片机控制系统框图61兰州工业高等专科学校毕业论文 第3章 硬件单元电路设计第3章 硬件单元电路设计3.1 单片机系统设计mcs-51简介3.1.1 8031管脚图 图3.1 8031管脚图3.1.2 管脚功能8031有40条引角，共分为端口线、电源线和控制线三类。1.端口线（4832条）:8031共有四个并行i/o端口，每个端口共有八条端口线，用于传送数据/地址。由于每个端口的结构各不相同，因此(1)p0.7-p0.0/p0.7为最高位,p0.0为最低位。第一种功能，8031不带片外存储器，p 0口可以作为通用i/o使用，用于传送cpu的输入/输出数据。第二种功能，8031带片外存储器，p0口在cpu访问片外存储器时时时用于传送片外存储器的低8位地址，然后传送cpu对片外存储器的读写数据。 (2)p1.7-p1.0 p1.7为最高位，p1.0为最低位，其功能是作为通用i/o使用，用于传送cpu的输入/输出数据。(3)p2.7-p2.0 p2.7为最高位，p2.0为最低位。第一功能，可以作为通用i/o使用，用于传送cpu的输入/输出数据。第二功能，与p0第二功能相配合输出片外存储器的高8位地址，共同迭中片外存储器单元，但并不能传送存储器的读写数据。(4)p3.7-p3.0 p3.7为最高位，p3.0为最低位。第一功能，可以作为通用i/o使用，用于传送cpu的输入/输出数据。第二功能，作控制用。2.电源线（2条）ucc为5v电源线，uss为接地线。3.控制线（6条）(1)e/prog地址锁存允许/编程线，配合po口第二功能使在访问片外存储器时，8031cpu在p0.7-p0.03脚线上输出片外存储器低8位地址的同时还在ale/prog线上输出一个高最位脉冲，用于把这个片外存储器低8位地址锁存到外部专用地址锁存器，以便定出p0.7-p0.0引脚线长传送随后而来的片外存储器读写数据。在不访问片外存储器时，8031自动在ale/prog线上输出频率为fosc/6的脉冲序列，该脉冲序列可用作外部时钟脉源或作为定时脉冲源使用。(2)ea/vpp 允许访问片外存储器/编程电源线。可以控制8031使用片内rom还是使用片外rom。若ea1，则允许使用片内rom，若ea=0，则允许使用片外rom。(3)sen 片外rom迭通线，在执行访问片rom的指令novc时，8031自动在psen线上产生一个负脉冲，用于片外rom芯片的迭通，甚至情况下，psen线均为高电平封锁的状态。(4)st/vpd 复位/备用电源线，可以使8031处于复位功作状态，通常8031的复位有自动上电复位和从按钮复位两种第二功能是作为备用电源输入端，当高电源ucc发电故障而降低到规定低电平时，rst/upd线上的备用电源自动投入，以保证片内ram中信息不丢失。(5)ta l1和xtal2:片内振落电路输入线，这两个端上用来外接石英晶体和微调电容，即连接8031片内osc的定时反馈回馈回路，石英晶体振起后在xtal2线上输出一个3v左右的正弦波，以便使片内的osc电路按石英晶体振相同频率自激振荡。3.1.3 复位和复位电路 计算机在运行时都需要复位，以便cpu和系统中的其他部件都处于某一确定的初始状态，并从这个状态开始工作，mcs-51复位电路片内结构如图所示。图3.2 复位电路mcs-51单片机有一个引脚rst，它是施密特触发器的输入端，施密特电路的输出端接复位电路的输入。当主电源vcc已上电且振荡器已起振后，若在rst引脚上保持高电平两个机器周期（即24个振荡周期），便使mcs-51复位。从此以后，只要rst保持高电平，便使每个机器周期复位一次。复位之后，使ale，psen，p0，p1，p2口的输出均位高电平（即位输入状态）。复位以后内部rst便为低电平后，便又退出复位状态，cpu从初始状态开始工作。复位后，程序寄存器为0000h，因此，mcs-51单片机复位后从0000h执行程序，内部ram不受复位的影响。vcc通电时，ram的内容是不定的。在图中，在上电后保持rst引脚为高电平足够长，就可使单片机复位。所需高电平时间的长短与vcc上升时间和振荡时间有关。振荡器起振时间于频率有关。10mhz时约1ms；1mhz时，约10ms。若vcc上升时间小于20ms，那么从上电时间算起，只要保持rst引脚在高电平停留时间小于20ms即可。如果频率降低。应该适当加大电容c。若复位电路失效，加电后cpu从一个随机的状态开始工作，系统不能正常运行。 3.2 存储器及锁存器3.2.1 rom存储器 intel2764是一种5v的8kbuveprom存储器芯片，采作hmos工艺制成，标准存取时间为250m.程序存储器：由于受集成度的限制，片内只能驻留容量较小的程，由于单片机的程序存序存储器。鉴于价格考虑，通常均选片外设置的主机（如8031/8032型）。因此，必须根据总体方案要求，估算所程序存储器容量，选用合适的eprom.。如果选用内部驻留小容量程序存储器的主机，还须外部扩展一定容量的程序存储器。目前一般选用eprom作为外部程序存储器。如2764等。外部存储器的配置储器和数据存储器截然分开,因此,外部扩展也必须分3.2.2 内部结构 2764采用双译码编程方式，a12a0上地址信号经x和y译码后在x选择线和y选择线上产生选择信号，选中存储阵到中相应地址的存储单元工作，并在控制电路控制下对所选中存储单元选行读出（或编程写入）。从存储单元读出的8位二进制信息经输出缓冲中输出到数据线0700上，在编程方式下，0700上编程信息是在控制电路控制下写入存储阵到的相应存储单元的。图3.3 2764内部结构3.2.3引脚功能2764是2831脚的uveprom。2631脚的脚标为nc，表示轮定不用。（1）.址输入线a12a0:因2764的存储容量为8kb，故障按照地址线条数的存储容量的关系（2138192）共需13条地址线。a12a0和8031的p2&p相接用于传送单片机来的地址编码信号，a为最高位。(2).数据线0700：0700是双向数据总线。07为最高位，在正常工作时，0700用于传送从2764中读出的数据或程序代码。 (3).控制线（3条） ce：片迭输入线，该输入线用于控制本芯片是否工作，等给ce上加上一个高电平，则本片不工作，若给ce加上一个低电平。则选中本片工作。pgm：编程输入线。该输入线用于控制2764处于工作状态还是编程/校验状态。oe：允许输出线。oe是一条由用户控制的输入线，若给oe线上输入一个ttl高电平，则数据线0700处于高阻状态，若给oe线上一个ttl一个低电平，则0700处于读出状态。(4).它引脚线（4条）vcc为5&10电源输入线gnd为直流地线。vpp为编程电源输入线，当接+5v时，2764处于正常工作状态；当u接21v电压时，2764处编程/校验状态。nc为2764的定线。3.2.4单片机和rom的连接（8031与2764）8031与2764的连接采用全译码方式 图4-13 8031和rom的连接3.3 ram存储器 ram存储器又称为读/写存储器。正常工作时信息即可读入又可写入：数据读出后原数据不便：数据写入后，原数据自然消失，并为新数据替代。因此，ram存储器可以用来存储实时数据/中间结果/最终结果或作为程序堆槛区使用。3.3.1数据存储器一般主机内部均驻留一定容量的数据存储器ram。因此，需根据总体要求，对固定的数据单元量及流动的数据量进行估算和分配，决定是否需外部扩展数据存储器。 访问内部数据存储器时应选用下述两条指令： mov a,ri 和mov ri, a当访问外部数据存储器时应选用下述两条指令： movx a,dptr 和mmovx dptr,a由于程序存储器和数据存储器截然分开，而且固定常量均可放与程序存储器，所以，一般应用系统中所需数据存储器容量不大，往往使用内部ram。因此，除应用于数据采集系统须花大量数据存储器外，一般外部配置数据存储器的容量也不会太大。（1） 6264工作原理 6264是8kb静态ram存储器，6264采用双译码编址方式，a12-a0地址线共分为两组，行向8条和列向5条。行向地址线经行三态输入门和行地址译码后产生256条地址选择线，列向地址由列三态输入门及译码电路译码产生32条列地址选择线，行/列地址选择线共同对存储阵列中8192个存储单元地址。cs1和cs1非门片选控制线，当cs1为高电平和cs1非门为低电平时本芯片被选中工作，否则本芯片就不工作；we非门为控制读写线，we非门高电平时6264处于读出状态，we非门低电平时处于写入状态，we非门控制读出数据是否送到数据线d8-d1上。 图4-14 6264管脚图（2） 引脚功能（28条）地址线a12-a0为输入地址线，用于传送cpu送来的地址编码信号，高电平表示“1”，低电平表示“0”。数据线d7-d0为双向数据线，d7为最高位，d0为最低位。正常工作时，d7-d0用来传送6264的读写数据。控制线（6条）容许输出线oe非门用于控制从6264中读出的数据是否送到数据线d7-d0上。若oe非门为低电平，则读出数据可以直接送到数据总线d7-d7。；否则，读出数据只能送到6264的内部总线。片选输入线cs1和cs1非门：若cs1=1和cs1非门=0，则本芯片被选中工作；否则，6264不被选中工作。读写命令线we非门：若we非门为高电平，则6264建立读出工作状态；若we非门为低电平，6264处于写入状态。电源线（2条）：vcc为+5v电源线 ，gad为接地线。3.3.2 地址锁存器地址锁存器74ls373主要解决p0口的低8位地址线与数据总线分时复用问题，74ls373时透明的带有三态的八d锁存器，当三态门的使能信号线e为低电平时，三态门处于导通状态，允许q端输出，当三态门的使能信号线e为高电平时，输出三态门断开，输出端对电路呈高阻状态，因此74ls373用作地址锁存器时，首先应使三态门的使能信号端e为低电平，这时，当g端输入为高电平时，存储器输出（1q8q）状态和输入（1d8d）状态相同；当g从高电平转到高电平时，输入端(1d8d)的数据锁入(1q8q)中。处理机的中断信号。此时rd信号有效，输出低电平，经或非门变为高电平，地址通道开放，读信号端为高电平，使oe端呈现低电平，数据不允许输出。兰州工业高等专科学校毕业论文 第4章 温度测量单元电路设计第四章 温度测量单元电路设计4.1 温度传感器的选取pt100是一种广泛应用的测温元件，在-50600范围内具有其他任何温度传感器无可比拟的优势，包括高精度、稳定性好、抗干扰能力强等传感器的选取1 铂材料的特性 1）线性：电阻值对温度的变化几乎是线性，此特性使得我们能精确地依据事先定义的曲线计算待测物温度，并设计其应用电路。也正是此特性，元件具有可互换性的卓越特色。2）广泛的温度测量范围：由于铂的特性稳定，不会因高低温而引起物理或化学变化。3）高可靠性：即使经长期使用，厚膜铂电阻仍然十分稳定。铂电阻具有精度高、稳定性好能可靠等优点，其测温范围在-200+850度左右，在小于200度时，非线形误差小于0.3%，其电阻值r和温度t之间的关系近似的表示为：r=at+b，a、b为常数，a为热敏系数。2 pt100温度传感器阻值计算 电工委员会标准iec751的方程式 1）在-78到0的温度范围内： rt=1001+3.9080210-3t-0.580210-6t2-4.2735010-12(t-100)t3 2）在0到+600的温度范围内：rt=100(1+3.9080210-3t-0.580210-6t2) 其中：rt是温度t时的阻值（单位：） t是温度（单位：） pt100厚膜铂电阻温度传感器允许通过的工作电流为5ma温度传感器是整个控制系统获取被控制对象的重要组成部分。因此经过权衡，为了保证温度采集的准确性我们决定采用方案二，选取铂电阻作为温度传感器。4.2 温度采集电路将温度的变化转化为电压的变化，经过放大后送往a/d转换器作为数字量进行处理图4.1为采用铂电阻测温应用电路。测温范围为0400度，相应的输出为05v电压量。输出电压经过ad574进行模数转换后变为数字信号，输入单片机作显示和控制信号。温度采集电路如图七所示。由参考电阻r1,r2和热敏电阻（pt100），差分放大电路和滤波电路组成。参考电阻和pt100串接在12v和地之间，由于热敏电阻在温度变化的时候其电阻值在变化使得a1输入端的电压不为0所以输出端的电压也不为0，这样就将温度的变化转为电压量的变换。当pt100的阻值随外界温度的变化时，他与参考电阻之间的分压也随之变化，该电压值所对应的a/d转换值也随之发生变化。 铂电阻接在测量电路中减小连接线过长而引起的测量误差，采用三线制。电桥的输出经过差动放大器a1，放大后的信号a2组成的低通滤波器后输出，其截止频率为5hz。 调整时可以按分度号的温度与电阻的对应关系，采用标准电阻箱来代替铂热电阻使调整十分方便。w1为调整端电位器，在t=0时（相当于100 ），调整w1使0v,在t=400时（相当于 208.48 ），调整w2使5v。，在选取器件时我们使为精度比较高的饶线电阻。图4.1 采用铂电阻测温应用电路 信号处理电路设计兰州工业高等专科学校毕业论文 第5章 信号电路的处理第五章 信号电路的处理5.1 多路开关5.1.1 概述 模拟多路开关是一种重要的器件，在多路被测信号共用一路a/d转换器的数据采集系统中，通常用来将多路被测信号分别传送到a/d转换器进行转换，以便计算机能对多路被测信号进行处理。 多路开关分为两类：一类是机电式: 大电流，高电压，低速切换场所； 一类是电子式：小电流，低电压，高速场所。 电子多路开关根据其结构可分为双极型晶体管开关、场效应晶体管开关、集成电路开关三种类型。 本次设计我采用的多路开关是cd4502。图5.1 cd4502芯片管角多路模拟开关。在多通道共享a/d的输入通道中，需用多路模拟开关轮流切换各通道信号进行a/d转换，以达到分时测量和控制的目的，开关的切换信号由单片机发出。选择多路开关时，需要考虑开关的类型、电阻大小和控制电平的高低、开关速度及开关互扰等诸多方面。所以，在本系统中利用cd4052实现测量类别的转换，cd4052是双4选一的模拟开关选择器件。当选择了某一通道的频率后，输出频率通过通过iob4作为cpu定时器的时钟源并开始计数，当计数到3秒后读出计数器的值，除以3就得到了被测r/c/l所对应产生的频率，通过计算得到要被测值。 5.1.2 多路开关的主要技术指标 ron：导通电阻； ronvs ：导通电阻温度漂移 ic 开关接通电流； is 漏电流；cs 开关断开时，开关对地电容；cout 开关断开时，输出端对地电容； ton 选通信号en达到50%时到开关接通时的延迟时间； toff 选通信号en达到50%时到开关断开时的延迟时间； topen： 开关切换时间。 cd4052的引脚功能见图5.1。cd4052相当于一个双刀四掷开关,具体接通哪一通道,由输入地址码ab来决定。其真值表见表2。 图5.2 cd4502引角图cd4502真值表输入状态接通通道inhba000“0”x、“0”y001“1”x、“1”y010“2”x、“2”y011“3”x、“3”y1均不接通5.2 v/i转换电路v/i（电压/电流）转换器的作用是将电压转换为电流信号。例如，在远距离监控系统中，必须把监控电压信号转换成电流信号进行传输，以减少传输导线阻抗对信号的影响。 上图为电压-电流转换电路。由于电路引入了负反馈，a1构成同相求和运算电路，a2构成电压跟随器。图中r1=r2=r3=r4=r，因此经分析推导可得如图所示为实用的电压-电流转换电路。由于电路引入了负反馈，a1构成同相求和运算电路，a2构成电压跟随器。图中r1=r2=r3=r4=r。因此 a1构成同相求和运算电路，因此代入上式得， ro上的电压所以 在电路参数选取上我们选择r1=r2=r3=r4=r=100k，r0=250k5.3 i/v转换电路i/v（电流/电压）转换器进行电流、电压信号间的转换。例如，对电流进行数字测量时，首先需将电流转换成电压，然后再由数字电压表进行测量。在用光电池、光电阻作检测元件时，由于它们的输出电阻很高，因此可把他们看作电流源，通常情况下其电流的数值极小，所以是一种微电流的测量。随着激光、光纤技术在精密测量仪器中的普及应用，微电流放大器越来越占有重要的位置。如图所示为电流-电压转换电路。在理想运放条件下，输入电阻ri=0，因而if=is，故输出电压rs比ri大得愈多，转换精度愈高。在原器件参数的选择上我们也尽可能的选取rs大一些。兰州工业高等专科学校毕业论文 第6章 a/d电路设计第六章a/d电路设计当计算机用于数据采集和过程控制的时候，采集对象往往是连续变化的物理量（如温度，压力，声波等），但计算机处理的是离散的数字量，因此需要对连续变化的物理量（模拟量）进行采样，保持，再把模拟量转换为数字量交给计算机处理，保持等。6.1 a/d芯片的选取因为课题要求的检测分辨率为0.1，假如用8位的模数转换芯片，则其分辨率为：400/255=1.57度显然不能满足课题的精度要求；而选用12位芯片精度可达到400/4096=0.097可以达到课题的要求。所以必须选用12位以上的模数转换芯片才能达到课题的要求，为此我们提出了下面两种方案。 方案一：a/d转换器采用tlc2543，它是12位串行a/d转换器，使用开关电容逐次逼近技术完成a/d转换功能。本系统要求转换精度至少是12位以上，tlc2543在转换精度上满足本系统的要求。但是其同单片机的接口电路比较麻烦且成本较高。由于我们无法在较短的时间内完成此方案，所以我们决定放弃。方案二：采用12位的a/d转换芯片ad574. ad57a是美国模拟数字公司（analog）推出的单片高速12位逐次比较型a/d转换器，内置双极性电路构成的混合集成转换显片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能，只需外接少量的阻容件即可构成一个完整的a/d转换器，其主要功能特性如下6.2.主要功能引脚介绍1.pin1(+v)+5v电源输入端。2.pin2()数据模式选择端，通过此引脚可选择数据纵线是12位或8位输出。3.pin3()片选端。4.pin4(a0)字节地址短周期控制端。与端用来控制启动转换的方式和数据输出格式。须注意的是，端ttl电平不能直接+5v或0v连接。5.pin5()读转换数据控制端。6.pin6(ce)使能端。现在我们来讨论ad574a的ce、和a0对其工作状态的控制过程。在ce=1、=0同时满足时，ad574a才会正常工作，在ad574处于工作状态时，当=0时a/d转换，当=1是进行数据读出。和a0端用来控制启动转换的方式和数据输出格式。a0-0时，启动的是按完整12位数据方式进行的。当a0=1时，按8位a/d转换方式进行。当=1，也即当ad574a处于数据状态时，a0和控制数据输出状态的格式。当=1时，数据以12位并行输出，当=0时，数据以8位分两次输出。而当a0=0时，输出转换数据的高8位，a0=1时输出a/d转换数据的低4位，这四位占一个字节的高半字节，低半字节补零。其控制逻辑真值表见表1。7.pin7(v+)正电源输入端，输入+15v电源。8.pin8(ref out)10v基准电源电压输出端。9.pin9(agnd)模拟地端。10.pin10(ref in)基准电源电压输入端。11.pin(v-)负电源输入端，输入-15v电源。12.pin1(v+)正电源输入端，输入+15v电源。13.pin13(10v in)10v量程模拟电压输入端。14.pin14(20v in)20v量程模拟电压输入端。15.pin15(dgnd)数字地端。16.pin16pin27(db0db11)12条数据总线。通过这12条数据总线向外 输出a/d转换数据。17.pin28(sts)工作状态指示信号端，当sts=1时，表示转换器正处于转换状态，当sts=0时，声明a/d转换结束，通过此信号可以判别a/d转换器的工作状态，作为单片机的中断或查询信号之用。 ad574a的工作模式：以上我们所述的是ad574a的全控状态，如果需ad574a工作于单一模式，只需将ce、端接至+5v电源端，和a0接至0v，仅用端来控制a/d转换的启动和数据输出。当=0时，启动a/d转换器，经25us后sts=1，表明a/d转换结束，此时将置1，即可从数据端读取数据。6.3 主要功能特性分辨率：12位位非线性误差：小于1/2lbs或1lbs转换速率：25us模拟电压输入范围：0-10v和0-20v，0-5v和 0-10v 两档四种电源电压：15v和5v数据输出格式：12位/8位芯片工作模式：全速工作模式和单一工作模式分辨率为 5/4096=0.00122 vad574启动时序ad574读时序兰州工业高等专科学校毕业论文 第七章 键盘显示电路设计第七章 键盘显示电路设计7.1 led数码管led显示器中的发光二极管共有两种连接方法，一种是共阴极连接，另一种共阳极连接。其连接图如图7.1所示。图7.1 七段led显示器 在单片机系统中，通常用led数码显示器来显示各种数字或符号。由于它具有显示清晰、亮度高、使用电压低、寿命长的特点，因此使用非常广泛。八段led显示器由8个发光二极管组成。基中7个长条形的发光管排列成“日”字形，另一个贺点形的发光管在显示器的右下角作为显示小数点用，它能显示各种数字及部份英文字母。led显示器有两种不同的形式：一种是8个发光二极管的阳极都连在一起的，称之为共阳极led显示器；另一种是8个发光二极管的阴极都连在一起的，称之为共阴极led显示器。 共阴和共阳结构的led显示器各笔划段名和安排位置是相同的。当二极管导通时，相应的笔划段发亮，由发亮的笔划段组合而显示的各种字符。8个笔划段hgfedcba对应于一个字节（8位）的d7 d6 d5 d4 d3 d2 d1 d0,于是用8位二进制代码就可以表示欲显示字符的字形代码。例如，对于共阴led显示器，当公共阴极接地（为零电平），而阳极hgfedcba各段为0111011时，显示器显示p字符，即对于共阴极led显示器，“p”字符的字形码是73h。如果是共阳led显示器，公共阳极接高电平，显示“p”字符的字形代码应为10001100（8ch）。这里必须注意的是：很多产品为方便接线，常不按规则的方法去对应字段与位的关系，这时字形码就必须根据接线来自行设计了，7.2 显示方式 点亮显示器有静态和动态两种方法，所谓静态显示，就是当显示器显示某一个字符时，相应的发光二极管恒定的导通或截止，例如7段显示器a,b,c,d,e,f导通，g截止，显示0。这种显示方式每一位都需要有一个8位输出口控制。当显示器位数较少时，采用静态的显示方法是最合适的。当位数较多时，用静态显示方式所需要的i/o太多,一般采用动态显示方法. 所谓动态显示方法就是一位一位的轮流点亮显示器各个位(扫描),对于显示器的每一位来说,每隔一段时间点亮一次.利用人们的视觉暂留功能可以看到整个显示,但必须保证扫描速度足够快字符才不闪烁.显示器的亮度既与导通电流有关,也与点亮时间和间隔时间的比例有关系.调整电流和时间参数,可以实现亮度较高较稳定的显示。若显示器的位数不大于8位，则控制显示器公共极电位只需一个i/o口（称为扫描口），控制显示器的各位所显示的字型也需一个8位口（称为段数据口）。7.3 显示部分电路图在此次设计中我们外扩了8155，用软件实现了led动态显示，4*8非编码键盘的实现可对温度进行校准和a/d通道的选择。显示电路图如7.2所示。图7.27.4 8155芯片intel公司研制的8155不仅具有两个8位的i/o端口a、b口和一个6位的i/o端口c口，而且还可以提供256个字节的静态ram存储器和一个14位的定时/计数器。8155可与mcs51系列单片机直接相接而不需要任何附加硬件，因此是mcs51系列单片机应用系统中最使用的外围芯片之一。8155有40个引脚，采用双列直插封装，其引脚图和组成框图见图7.3。图7.3 8155的引脚图和结构框图7.4.2 8155的引脚分类说明（1） 地址/数据线ad0ad7（8条）是低8位地址线和数据线的共用输入总线，常和51单片机的p0口相连，用于分时传送地址数据信息，当ale=1时，传送的是地址。（2） i/o口总线（22条）pa0pa7、pb0pb7分别为a、b口线，用于和外设之间传递数据，pc0pc5为c端口线，既可与外设传送数据，也可以作为a、b口的控制联络线。（3）控制总线（8条）reset：复位线，通常与单片机的复位端相连，复位后，8155的3个端口都为输入方式。，：读写线，控制8155的读、写操作。ale：地址锁存线。高电平有效，常和单片机的ale端相连，在ale的下降沿将单片机p0口输出的低8位地址信息锁存到8155内部的地址锁存器中。因此，单片机的p0口和8155连接时，无需外接锁存器。：片选线，低电平有效。 ：ram或i/o口的选择线。当=0时，选中8155的256字节ram；当=1时，选中8155片内3个i/o端口以及命令/状态寄存器和定时/计数器。timerin、：定时/计数器的脉冲输入、输出线。timerin是脉冲输入线，其输入脉冲对8155内部的14位定时/计数器减1；为输出线，当计数器计满回0时，8155从该线输出脉冲或方波，波形形状由计数器的工作方式决定。7.4.3 作片外ram使用当=0，=0时，8155只能做片外ram使用，共256个字节。其寻址范围由以及ad0ad7的接法决定。当系统同时扩展片外ram芯片时，要注意二者的统一编址。对这256字节ram的操作使用片外ram的读写指令“movx”。7.4.4 作扩展i/o口使用当=0，=1时，此时可以对8155片内3个i/o端口以及命令/状态寄存器和定时/计数器进行操作。与i/o端口和计数器使用有关的内部寄存器共有6个，需要三位地址来区分，下表1为地址分配情况。命令/状态寄存器和接口芯片8255一样，芯片8155i/o口的工作方式的确定也是通过对8155的命令寄存器写入控制字来实现的，8155控制字的格式如图7.4所示。表1ad7ad0选中寄存器a7 a6 a5 a4 a3 a2 a1 a0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1内部命令/状态寄存器pa口pb口pc口定时/计数器低8位寄存器定时/计数器高8位寄存器图7.4 8155的控制字命令寄