毕业设计（论文）-单片机控制的集中式空调送风系统.doc

本科生毕业设计（论文）摘 要本文详述一种采用单片机控制的集中式空调送风系统。它能通过检测车间内的温、湿度及室外的温、湿度，自动控制空调室的空调设备运转状态，将车间内温、湿度控制在生产工艺要求的范围内。整个硬件系统包括at89c52单片机、ad590温度传感器、hm1500湿度传感器、dac0832 8位d/a转换器、adc0809 8位a/d转换器、12路开关量、8255可编程并行i/o接口芯片、cd4052四选一多路开关、74ls373三态输出锁存器、lf398采样保持器等器件。利用8255芯片进行i/o扩展实现12路开关量输出控制电路。从传感器输入的模拟信号经过adc0809转换为数字信号，通过数据总线送入at89c52中，由显示电路显示。模拟量输出经dac0832进行，送采样保持器进行输出保持，控制3个风窗及深井水阀门。利用8255芯片进行i/o扩展，实现四片led数码管的显示和44键盘的输入。这套设计方案具有控制精度高和适应能力强的特点，该控制器由单片机组成，控制能力强、可靠性强。本文具体介绍系统的组成、硬件电路设计、工作原理、软件程序流程图等。关键字:集中式空调；单片机；送风系统；自动控制abstractthis paper introduces the measure of central air conditioner sending wind system, it is able to test the temperature and the humidity in the air condition workroom, so the auto control system may maintain the suitable temperature and humidity inside workshop and satisfy the technological requirements. the whole hardware system used, which includes an at89c52 single chip microcomputer, digital the temperature and the humidity of sensor of ad590、hm1500、eight-bitdac0832、twelve-switch、8255、cd4052、74ls373、lf398.digital signal coming from sensor is transferred to at89c52 through bus. d/a transfer circuit can be accomplished by dac0832 that use signal-buffer pattern. this article introduces a circuit used to implement 6bit seven-segment decimal led displayer and keyboard input array, which is designed on the base of the analysis of 8255 key-board display interface. it has the characteristics of high re2 liability, low price and easy to use, so it is adapted for computer systems used to do data display.the passage introduces particularly systems form, hardware circuit designs、working principle、software program chat、control process and the related parameter calculating.the control method in this paper had high control accuracy and strong reappearance ability. even if it is used with a big model error, a good controller composed of single chip microcomputer in this paper has characteristics of small size, high reliability, and strong control ability and so on.keyword：central air condition workshop；microcomputer；sending wind system；auto control目 录第1章 绪 论1第2章 系统的方案论证32.1 集中式空调送风系统32.2 系统的技术参数32.2.1 主要的技术参数及要求32.2.2 总体设计方案42.2.3 控制系统的构成5第3章 控制器选择及相关电路63.1 at89c52单片机的特性63.1.1 主要的性能参数63.1.2 引脚功能73.1.3 中断系统93.1.4 时钟电路103.1.5 节电模式113.1.6 flash存储器的编程123.2 复位电路123.2.1 复位电路介绍123.2.2 看门狗型复位电路133.3 电源电路14第4章 前向通道电路设计164.1 温度传感器ad590164.1.1 性能特点164.1.2 工作原理174.1.3 温度检测电路194.2 湿度传感器hm1500194.2.1 性能特点204.2.2 工作原理204.2.3 湿度检测电路214.3 单片机的接口设计214.3.1 键盘214.3.2 显示器234.3.3 可编程并行i/o接口芯片8255244.3.4 键盘、显示器接口电路设计26第5章 后向通道的电路设计275.1 模拟量输出电路设计275.1.1 d/a转换与d/a转换器275.1.2 d/a转换器dac0832285.1.3 多路开关cd4052315.1.4 采样保持器325.2 12路开关量的设计335.2.1 光电耦合器的性能345.2.2 12路开关量输出电路34第6章 系统软件设计376.1 程序设计概述376.2 地址单元分配386.3 主程序流程图396.4 数据采集子程序流程图406.5 温、湿度标度变换程序流程图416.6 键盘扫描程序流程图416.7 显示程序流程图43第7章 结论44参考文献45致谢46附 录47附 录60附 录61iv第1章 绪 论目前，随着空调技术、单片机技术的迅猛发展以及市场的需要，节能控制在空调领域也得到了广泛的应用，集中式空调控制系统将向技术更完善、应用层次更广泛的方向发展。空气调节是使室内空气的温度、相对湿度、流动速度以及洁净度等参数保持在一定的范围内，以满足生产工艺和生活条件要求的技术。它在许多工业部门得到了极为广泛的应用，并随着科学技术的发展，空调技术也得到了不断的改进和发展。空调系统是由若干空气处理设备组成的，这些设备的工作能力是按负荷计算确定的，在实际运行中，负荷的变化将引起被控变量的变化，为了自动的保持被控变量在一定范围内，必须采用自动化系统。自动控制系统的主要组成部件有：敏感元件、调节器、执行机构和调节机构。1) 敏感元件（又称传感器）传感器是用来感受被调参数（例如温度、相对湿度等）的大小，并输出信号给调节器的部件。按被调参数的不同，可分为温度敏感元件和湿度敏感元件等。2) 调节器（又称单片机控制系统）调节器是用来接受敏感元件输出的信号并与给定值进行比较，然后将测出的偏差经运算放大变为输出信号，以驱动执行机构的部件。按被调参数的不同，有温度调节器、湿度调节器、压力调节器等；按调节规律的不同，有位势调节器， 比例调节器和比例积分微分调节器等。有时把调节器与敏感元件组合成一体。3) 执行机构执行机构是用来接受调节的输出信号以驱动调节机构的部件。如电加热器的接触器，电磁阀的电磁铁、电动阀门的电动机等。4) 调节机构调节机构是执行机构驱动，直接起调节作用的部件 。如调节热量的电加热器、调节风量的阀门等。有时，调节机构与执行机构组合成一体，称为执行调节机构。调节器执行机构调节对象敏感器件给定值偏差信号控制信号调节作用扰量被调参数图1.1 调节机构方框图图1.1所示的方框图表明了自动控制系统各部件的作用和各部件之间以及部件与调节对象之间的关系。当调节对象受到干扰后，调节参数偏离给定值而产生偏差，于是使自动控制系统的部件依次动作，并通过调节机构对调节对象的干扰量进行调节，是调节参数的偏差得到纠正，调节参数恢复到原来的给定值。48第2章 系统的方案论证2.1 集中式空调送风系统所谓集中式空调系统就是指所有空气处理设备（加热器、冷却器、过滤器、加湿器等）以及通风机全部都集中在空调机房。通常，把这种由空气处理设备及通风机组成的箱体称为空调箱或空调机，把不包括通风机的箱体称为空气处理箱或空气处理室。集中式空调系统的冷、热源一般也是集中的，集中在冷冻站和锅炉房或热交换站。单风道空调系统、双风道空调系统以及变风量空调系统均属此类。随着科学技术的发展，空调技术也得到了改进和提高。人工手动调节对于空调系统来说是十分不便的，在气候突变的情况下，空调人员会措手不及，不能及时调节，而且靠人工手动调节往往跟不上室外变化，这样就会给车间生产造成影响。为了保持一个良好的环境，适应车间的需要，温、湿度调节工作的最佳方法是采用单片机自动控制来接替人工调节。空调自动控制的任务是当被控量偏离设定值时，依据偏差自动的控制设备的实际输出量，使被控量保持在一定范围内，以满足空调的要求。随着计算机应用技术的普及，计算机控制系统已深入到各行各业。在国外，从70年代开始就以大量采用计算机技术对空调系统进行监控，以改变以往人工调节的落后状态，使空调系统满足现代化生产的需要。目前，随着空调技术、单片机技术的迅猛发展以及市场的需要，节能控制在空调领域也得到了广泛的应用，集中式空调控制系统将向技术更完善、应用层次更广泛的方向发展。本次毕业设计针对集中式空调送风系统的设备进行自动控制，采用单片机自动控制系统取代人工操作，实现空调系统的智能化控制，使车间内的温、湿度维持工艺要求的范围内。本系统还能实现对车间内的温、湿度实时显示，为了维护方便，还可实现手动控制和自动控制的转换。2.2 系统的技术参数2.2.1 主要的技术参数及要求1.完成8路温、湿度的检测。2.具有12路开关量输出（控制风机、水泵等）。3.具有4路模拟量输出（调节3个风窗和1个深井水阀门）。4.实时显示车间内的温、湿度。5.具有人机对话功能，可再现修改设定的标准温、湿度值。6.具有手动、自动双重功能。12路开关量：1.送风机（高速、低速、停止）。2.回风机（高速、低速、停止）。3.水泵（高速、低速、停止）。4.尘笼 （启动）。5.蒸汽（开、关）。主要技术参数：1.风窗：090度可调。2.深水井：0满量程连续可调。3.风机、水泵电机：变极电机、双速控制。4.温度变化范围：2035度。5.湿度变化范围：4580。6.控制要求：温度设定值（-2+2度），湿度设定值（-2+2）。7.检测精度：温度0.5度，湿度0.5 。2.2.2 总体设计方案用单片机做控制器，检测车间内温、湿度及室外温、湿度，自动调节空调设备的运转状态，将车间内的温、湿度维持在生产工艺要求的范围内。本设计系统的控制原理：温、湿度传感器用于检测车间内的温、湿度，微机根据检测值对车间内的温、湿度进行控制，键盘用于设定车间的预定温、湿度值，显示电路用于显示所采集的温、湿度值，也可以显示键盘设定的预定温、湿度值。 本微机控制系统采用at89c52单片机芯片，该芯片是具有低功耗、高性能的cmos8位单片机。片内带有8kb的flash存储器，并允许在系统内改写或用编程器。系统采用了ad590集成温度传感器和hm1500集成湿度传感器与at89c52连接，进行数据的采集；采用8255可编程并行i/o扩展，以实现12路开关量的输出；采用一片dac0832转换器和cd4052多路开关实现4路的模拟量输出；采用44键盘和4片led数码管，通过8255芯片i/o扩展来实现at89c52与键盘和显示器的连接。这样就组成了一个完整的微机控制系统。2.2.3 控制系统的构成电源电路44键盘led显示器max813l看门狗8255接口芯片单片机温、湿度传感器光电隔离12路开关量 d/a转换多路开关空调室设备a/d转换图2.1 集中式空调送风系统的控制系统构成图系统构成图部分功能介绍如下：看门狗电路：在单片机上电时能可靠复位，在掉电时能防止程序跑飞，导致存储器中的数据被修改；另外，单片机系统在工作时，由于干扰等各种因素的影响，有可能出现死机现象，导致单片机系统无法正常工作，为克服这一现象需外加看门狗电路。电源电路：交流电压经过变压器降压，通过桥式整流滤波，经过三端稳压器滤波输出直流电压，给温度、湿度检测电路，时钟电路、复位电路、单片机及各集成电路芯片和继电器等提供工作电压。温、湿度检测电路：室内需要有温度检测和湿度检测，室外也需要有温度检测和湿度检测，温度、湿度检测电路是由温度传感器、湿度传感器，信号转换电路、放大电路和a/d转换器组成。温度、湿度检测电路将完成温度和湿度信号的采集和转换，换成与之对应的变化的电压信号，再把模拟电压信号转换为数字信号并送入到单片机中。12路开关输出控制电路：开关量输出电路，是将微机内部的数字信号转换为控制外部开关的接通/断开状态，用于控制电机的启/停等。键盘显示电路：键盘是计算机不可缺少的输入设备，使实现人机对话的纽带。led显示器是由发光二极管构成的，用来显示空调器室设备的运行状态、采集的温度和湿度等。第3章 控制器选择及相关电路该系统中选择了at89c52作为集中式空调送风系统的控制器。at89c52是美国atmal公司生产的低电压、高性能cmos8位单片机，片内含有8k flash的可反复擦写的只读程序存储器（perom）和256 bytes的随机存取数据存储器（ram），器件采用atmal公司的高精密、非易失性存储技术生产，与标准mcs-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置有通用8位中央处理器（cpu）和flash存储单元，功能强大。at89c52单片机适合许多控制较为复杂的场合应用。在单片机应用系统的设计中，系统有时会出现一些不可预料的现象，如无规律可循的“死机”、“程序跑飞”等，这就需要采用可靠的复位电路来实现单片机在工作时的稳定性。在这里采用了复位专用芯片max813l作为该控制系统的复位电路。在电源电路的设计中，由于整个系统中所需要的电压有+5v、+12v、-12v三种，因此利用7812、7912、7805三个集成稳压芯片、整流器以及变压器，通过一定的电路设计，将220v的交流电压变为系统所需的电压，已确保整个系统的正常工作。3.1 at89c52单片机的特性3.1.1 主要的性能参数l 与mcs-51产品指令和引脚完全兼容l 8k字节可重擦写flash闪速存储器l 1000次擦写周期l 全静态操作：0hz24mhzl 三级加密程序存储器l 2568字节内部raml 32个可编程i/o口线l 3个16位定时/计数器l 8个中断源l 可编程串行uart通道l 低功耗空闲和掉电模式 3.1.2 引脚功能at89c52芯片引脚如图3.1所示，其引脚功能说明如下：图3.1 at89c52芯片引脚图u vcc：电源电压u gnd：地u p0.0p0.7（称为p0口）：是一组8位漏极开路型双向i/o口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个ttl逻辑门电路，对端口p0写“1”时，可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在flash编程时，p0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。u p1.0p1.7（称为p1口）：是一个带内部上拉电阻的8位双向i/o口，p1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个ttl逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（i）。与at89c51不同之处是，p1.0和p1.1还可以分别作为定时/计数器2的外部计数输入（p1.0/t2）和输入（p1.1/t2ex），参见表3.1。flash编程和程序校验期间，p1接收低8位地址。表3.1 p1.0和p1.1的第二功能引脚号功能特性p1.0t2(定时/计数器2外部计数脉冲输入），时钟输出p1.1t2ex(定时/计数器2捕获/重装载触发和方向控制)u p2.0p2.7(称为p2口)：是一个带有内部上拉电阻的8位双向i/o口，p2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个ttl逻辑门电路。对端口p2写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可坐输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（i）。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行movx dptr指令）时，p2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行movx ri指令）时，p2口输出p2锁存器的内容。flash编程或校验时，p2亦接收高位地址和一些控制信号。u p3.0p3.7（称为p3口）：是一组带有内部上拉电阻的8位双向i/o口。p3口的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个ttl逻辑门电路。对p3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的p3口将用上拉电阻输出电流（i）。表3.2 p3口的第二功能端口引脚第二功能p3.0rxd（串行输入口）p3.1txd（串行输出口）p3.2（外中断0）p3.3（外中断1）p3.4t0（定时/计数器0）p3.5t1（定时/计数器1）p3.6（外部数据存储器写选通）p3.7（外部数据存储器读选通）p3口除了作为一般的i/o口线外，更重要的用途是它的第二功能，如表3.2所示。此外，p3口还接收一些用于flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。u rst：复位输入。当振荡器工作时，rst引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。u ale/：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ale（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ale仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。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。对flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（sfr）区中的8eh单元的d0位置位，可禁止ale操作。该位置位后，只有一条movx和movc指令才能将ale激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ale禁止位无效。u ：程序储存允许（）输出是外部程序存储器的读选通信号，当at89c52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次信号。u /vpp：外部访问允许。欲使cpu仅访问外部程序存储器（地址为0000hffffh），端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位lb1被编程，复位时内部会锁存ea端状态。如ea端为高电平（接vcc端），cpu则执行内部程序存储器中的指令。flash存储器编程时，该引脚加上+12v的编程允许电源vpp，当然这必须是该器件是使用12v编程电压vpp。u xtal1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。u xtal2：振荡器反相放大器的输出端。3.1.3 中断系统at89c52有6个中断源，2个中断优先级，ie寄存器控制各中断源的中断开放与禁止，ip寄存器控制6个中断源的每一个可定为2个优先级。数据存储器：at89c52有256个字节的内部ram，80h-ffh高128个字节与特殊功能寄存器（sfr）地址是重叠的，也就是高128字节的ram和特殊功能寄存器的地址是相同的，但物理上它们是分开的。当每一条指令访问7fh以上的内部地址单元时，指令中使用的寻址方式是不同的，间接寻址方式决定是访问高128字节ram，直接寻址方式则为访问特殊功能寄存器。at89c52的6个中断源分别为：两个外中断（int0和int1），3个定时器中断（定时器0、1、2）和串行口中断。这些中断源可通过分别设置专用寄存器ie置位或清0来控制每一个中断的允许或禁止。ie也有一个总禁止位ea，它能控制所有中断的允许或禁止。定时器2的中断是由t2con中的tf2和exf2逻辑或产生的，当转向中断服务程序时，这些标志位不能被硬件清除。事实上，服务程序需确定是tf2或exf2产生中断，而由软件清除中断标志位。定时器0和定时器1的标志位tf0和tf1在定时器溢出时置位。3.1.4 时钟电路时钟电路有两种：内部时钟方式和外部时钟方式。1.内部时钟方式at89c52中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚xtal1和xtal2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器，形成内部时钟方式的时钟电路。内部时钟电路如图3.2（a）所示。外接石英晶体（或陶瓷谐振器）及电容c1、c2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容c1、c2虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程度及温度稳定性，如果使用石英晶体，电容使用30pf10pf，而如使用陶瓷振荡器电容选择40pf10pf。2.外部时钟方式也可以采用外部时钟。采用外部时钟的电路图如图3.2（b）所示。这种情况下，外部时钟脉冲接到xtl1端，即内部时钟发生器的输入端，xtal2悬空。由于外部时钟信号是通过一个二分频触发器后作为内部时钟信号的，所以对外部时钟信号的占空比没有特殊要求，但最小高电平持续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术条件的要求。本系统中采用内部方式作为单片机的时钟电路。 石英晶体时：c1,c2=30pf10pf 陶瓷谐振器：c1,c2=40pf10pf 内部时钟电路(a) 外部时钟电路(b)图3.2 时钟电路3.1.5 节电模式在空闲工作模式状态，cpu自身处于睡眠状态而所有片内的外设仍保持激活状态，这种方式由软件产生。此时，同时能将片内ram和所有特殊功能寄存器的内容冻结。空闲模式可由任何允许的中断请求或硬件复位终止。由硬件复位终止空闲状态只需两个周期有效复位信号，在此状态下，片内硬件禁止访问内部ram，但可以访问端口引脚，当用复位终止空闲方式时，为避免可能对端口产生意外写入，激活空闲模式的那条指令，后一条指令不应是一条端口或外部存储器的写入指令。在掉电模式下，振荡器停止工作，进入掉电模式的指令是最后一条被执行的指令，片内ram和特殊功能寄存器的内容在终止掉电模式前被冻结。退出掉电模式的唯一方法是硬件复位，复位后将重新定义全部特殊功能寄存器，但不改变ram中的内容，在vcc恢复到正常工作电平前，复位应无效，且必须保持一定时间以使振荡器重启动并稳定工作。表3.3 空闲和掉电模式外部引脚状态模式程序存储器alep0p1p2p3空闲模式内部11数据数据数据数据空闲模式外部11浮空数据地址数据掉电模式内部00数据数据数据数据掉电模式外部00浮空数据数据数据3.1.6 flash存储器的编程at89c52单片机内部有8k字节的flash perom，这个flash存储器阵列出厂时已处于擦除状态（即所有存储单元的内容均为ffh），用户随时可对其进行编程。编程接口可接收高电压（+12v）或低电压（vcc）的允许编程信号。低电压编程模式适合用户在线编程系统，而高电压编程模式可与通用eprom编程器兼容。3.2 复位电路3.2.1 复位电路介绍目前为止，单片机复位电路主要有四种类型：（1）微分型复位电路；（2）积分型复位电路；（3）比较器型复位电路；（4）看门狗型复位电路。另外，maxin等公司也推出了专用于复位的专用芯片（max813l）。在这四种复位电路中，微分型复位电路简单，但易引入干扰没有监控cpu运行的能力；积分型复位电路简单可靠，但由于对电源电压波动不敏感，从而有可能出现cpu由于电源电压的瞬间过低而造成工作不正常的情况；比较器型复位电路较复杂，工作可靠；看门狗复位电路较复杂，工作可靠并且具有监控cpu运行的能力。在使用中应根据电路板的空间、电源电压特性、系统运行现场等情况，综合考虑而定。一般应根据以下几点进行选择：（1）在使用微分型复位电路并且使用稳压电源时，应考虑在电容输入端加入适当的电感以减少负载突变而引起的干扰复位脉冲的产生。在电路板空间有限的情况下可以选用此复位电路。（2）在使用积分型复位电路时，一方面应着重考虑上电复位时电源电压的上升率，特别在电源电压上升率较小时，应考虑用较为复杂的比较型复位电路。另一方面应考虑电路是否有降压举措以降低功耗，若有则应考虑二极管的正向压降对复位电路的影响。 （3）在设计比较器型复位电路时，应着重考虑电源电压的波动性。当系统工作在恶劣环境下时，外界干扰的窜入可能引起毛刺电压，从而导致不正常的复位。为此有必要根据手刺电压的峰峰值以及脉宽采取以下措施：（a）当毛剌电压峰峰值没有达到电源电压的正常值与系统正常工作所需最低电压值之差时，可适当降低比较器的复位电压下限；（b）当毛刺电压峰峰值超过电源电压的正常值与系统正常工作所需电压之差时，一方面应采取措施降低毛刺电压，另一方面应采用较为复杂的比较器型上电复位电路。（4）在选用或自己设计看门狗型复位电路时，应注意输入看门狗的“喂狗”信号应该是沿信号，而不是电平信号，同时应考虑撤销复位电压的电源电压值应大于系统最小正常电压值。3.2.2 看门狗型复位电路看门狗型复位电路主要利用cpu正常工作时，对计数器的定时复位，使得计数器的值不超过某一值；当cpu不能正常工作时，由于计数器不能被复位，因此其计数的值会超过某一值，从而产生复位脉冲，使得cpu恢复正常工作状态。这里则选用了专用复位芯片max813l。 max813l是maxin公司生产的一种体积小、功耗低、性价比高的带看门狗和电源监控功能的复位芯片，其引脚图如图3.3所示，其引脚功能如下：图3.3 max813l的引脚图u ：手动复位输入端，低电平有效。当该端输入低电平保持140ms以上，max813l就输出复位信号。u reset：复位信号输出端。上电时，自动产生200ms复位脉冲（高电平）；手动复位端输入低电平时，该端也产生复位信号输出。u wdi：看门狗输入端。程序正常运行时，必须在小于1.6s的时间间隔内向该输入端发送一个脉冲信号，以清除芯片内部的看门狗定时器，若超过1.6s该输入端收不到脉冲信号，则内部定时器溢出，端输出低电平。u ：看门狗信号输出端。正常工作时输出保持高电平，看门狗输出时，改观输出信号由高电平变为低电平。u pfi：电源故障输入端。当该端输入电压低于1.25v时，端输出低电平。u ：电源故障输出端。电源正常时输出保持高电平，电源电压变低或掉电时输出由高电平变为低电平。u vcc：工作电源，接+5v。u gnd：接地端。max813l具有上电复位、watchdog输出、掉电电压监视、手动复位四大功能。其中wdi（watchdog input）主要是作为watchdog计数器重定用的。在1.6秒内若cpu不触发复位看门狗定时器，则wdo（watchdog output）将输出低电平。复位电路分为手动复位与上电复位。用比较器产生触发信号触发触发器，以此产生复位信号。同时，对产生的脉冲进行测定，当复位时间达140毫秒时，reset发生器产生一脉冲使复位信号无效。上电复位时，只要电压低于4.63v，复位信号reset就有效；当电源电压超过4.63v时，reset信号仍将继续保持140毫秒左右，以保证cpu复位可靠后无效。手动复位时，mr（manual reset）接地时间不小于150纳秒，则可产生一个手动复位过程。即在复位端产生140毫秒的有效复位信号（高电平有效）。若将wdo端与mr连接，则可组成上电复位及看门狗复位电路。 在本系统中的看门狗复位电路如图3.4所示：图3.4 max813l芯片复位电路原理图3.3 电源电路本系统选用的直流稳压电源共有三种+12v、-12v、+5v。并且选用7812、7912、7805三个集成稳压芯片。在电源电路中，首先应将220v的交流电经变压器变为24v的交流电，选用带有中心抽头的变压器（中心抽头接地）将24v交流电分为+12v、-12v分别送到整流桥的两端，经整流桥和电解电容滤波，再分别送到集成稳压芯片7812和7912的输入端，7812和7912的输出端输出的就是+12v和-12v的直流电，并联的电解电容使直流电压更稳定。再将+12v送入7805的输入端，7805的输出端便能产生+5v直流电了。7812、7912、7805的输出端提供的就是系统所需的三种电源。7812、7912、7805的地端与变压器的中心抽头相连并接地。具体的连接方法如图3.5所示。图3.5 电源电路第4章 前向通道电路设计4.1 温度传感器ad590在温、湿度传感器采集电路设计中，集成温度传感器是最简单的一种集成化、专门用来测量温度的传感器。其主要特点是性能好、价格低、外围电路简单，它是目前在国内外应用最为广泛的集成传感器。ad590是由美国哈里斯公司、模拟器件公司等生产的恒流源式模拟集成温度传感器。它兼有集成恒流源和集成温度传感器的特点，具有测温误差小、动态阻抗高、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等优点，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准。4.1.1 性能特点ad590属于采用激光修正的精密集成温度传感器。该产品有3种封装形式：to-52封装、陶瓷封装（测温范围是-55+450）、to-92封装（测温范围070）。由harris公司生产的ad590产品，其主要技术指标见表4.1。需要指出，不同公司产品的分档情况及技术指标可能会有差异。ad590共有3个引脚：1脚为正极，2脚是负极，3脚接管壳。使用时将3脚接地，可起到屏蔽作用。该系列产品以ad590m的性能最佳，其测温范围是-55+150，最大非线性误差为0.3，响应时间仅20us，重复性误差低至0.05，功耗约2mw。表4.1 ad590系列产品的主要技术指标型号单位ad590iad590jad590kad590lad590m最大非线性误差3.01.50.80.40.3最大标定温度误差（+25）10.05.02.51.00.5额定电流温度系数u a/k1.0额定输出电流（+25）u a298.15长期温度漂移/月0.1响应时间us20壳与管脚的绝缘电阻10等效并联电容pf100工作电压范围v+4+304.1.2 工作原理1.基本应用电路图4.1（a）是ad590的封装形式，图4.1（b）是ad590用于测量热力学温度的基本应用电路。因为流过ad590的电流与热力学温度成正比，当电阻r1和电位器r2的电阻之和为1kw时，输出电压vo随温度的变化为1mv/k。但由于ad590的增益有偏差，电阻也有误差，因此应对电路进行调整。调整的方法为：把ad590放于冰水混合物中，调整电位器r2，使vo=273.2mv。或在室温下(25)条件下调整电位器,使vo=273.2+25=298.2（mv）。但这样调整只可保证在0或25附近有较高精度。封装形式（a） 基本应用电路（b）图4.1 ad590的封装及基本应用电路2.摄氏温度测量电路如图4.2所示，电位器r2用于调整零点，r4用于调整运放lf355的增益。调整方法如下：在0时调整r2，使输出vo=0，然后在100时调整r4使vo=100mv。如此反复调整多次，直至0时，vo=0mv，100时vo=100mv为止。最后在室温下进行校验。例如，若室温为25，那么vo应为25mv。冰水混合物是0环境，沸水为100环境。要使图4.2中的输出为200mv/，可通过增大反馈电阻（图中反馈电阻由r3与电位器r4串联而成）来实现。另外，测量华氏温度（符号为）时，因华氏温度等于热力学温度减去255.4再乘以9/5，故若要求输出为1mv/，则调整反馈电阻约为180kw，使得温度为0时， vo=17.8mv；温度为100时，vo=197.8mv。ad581是高精度集成稳压器，输入电压最大为40v，输出10v。图4.2 用于测量摄氏温度的电路3.温差测量电路图4.3是利用两个ad590测量两点温度差的电路。在反馈电阻为100kw的情况下，设1#和2# 处的温度分别为t1和t2，则输出电压为(t1-t2)100ma/。图中电位器r2用于调零。电位器r2用于调整运放lf355的增益。图4.3 测量两点温度差的电路由基尔霍夫电流定律：i + i1 = i2 + i3 + i4 (4-1)由运算放大器的特性知：i3 = 0 (4-2)va 0 (4-3)调节调零电位器r2使：i4 = 0 (4-4)由（4-1）、（4-2）、（4-4）可得：i = i1 - i2 (4-5)设：r4=90kw (4-6)则有：v0=i(r3+r4)=(i1-i2)(r3+r4)=(t1-t2)100mv/ (4-7)其中，(t1-t2)为温度差，单位为。由式（4-7）知，改变(r3+r4)的值可以改变v0的大小。4.1.3 温度检测电路在本系统的温度检测电路中，采用ad590温度传感器进行4路模拟信号的采集，采集的模拟信号经adc0809芯片转换成数字信号，送入单片机中。具体连接电路如图4.4所示：图4.4 集成温度传感器ad590与adc0809的连接原理图4.2 湿度传感器hm1500hm1500是美国humirel公司于2002年新推出的一种电压输出式集成湿度传感器。它的特点是将侧面接触式湿敏电容与湿度信号调理器集成在一个模块中封装而成。由于集成度高，因此不需要外围元件，使用非常方便。4.2.1 性能特点1)内部包含由hs1101型湿敏电容构成的桥式振荡器、低通滤波器和放大器，能输出与相对湿度成线性关系的直流电压信号，输出阻抗为70，适配带adc的单片机。2)hm1500属于通用型湿敏传感器，测量范围是（0100）rh，输出电压范围是+1v+4v。相对湿度为55时的标称输出电压为2.48v。测量精度为3rh，灵敏度为+25mv/rh，湿度系数为+0.1rh/，响应时间为10s。3)采用管状结构，不受水凝结的影响，长期稳定性指标为0.5rh/年。4)产品的呼唤性好，抗腐蚀性强。5)采用+5v电源（允许范围是+4.75v+5.25v），工作电流0.4ma（典型值），漏电流300ua。工作温度范围是-30+60。4.2.2 工作原理hm1500湿敏电容就位于传感器的顶部。其外形尺寸为4mm（长）22mm（宽）9mm（高），模块上有两个3.2mm的安装孔。3个引脚分别是gnd（地），ucc（+5v电源端），uo（电压输出端）。它采用了固态聚合物的专利技术。在（1095）rh范围内，ta=+23时，输出电压与相对湿度的对应关系。输出电压的计算公式为uo=1.079+0.2568rh (4-8)表4.2 hm1500的uo与rh的对应关系（ta=+23）rh()101520253035404550uo/v1.3251.4651.6001.7351.8601.9902.1102.2352.360rh()556065707580859095uo/v2.4802.6052.3702.8602.9903.1253.2603.4053.555对于hm1520，当ta=+23时，uo与rh的对应关系见表4.3，uo还与ucc成正比，计算公式为uo=ucc(0.197+0.0512rh) (4-9)表4.3 hm1520的uo与rh的对应关系（ta=+23）rh()012345678910uo/v1.0131.0381.0641.0891.1151.1411.1661.1921.2171.243rh()11121314151617181920uo/v1.2691.2941.3201.3461.3711.3971.4221.4481.4741.4994.2.3 湿度检测电路在本系统的湿度检测电路中，采用hm1500湿度传感器进行4路模拟信号的采集，采集的模拟信号经adc0809芯片转换成数字信号，送入单片机中。具体连接电路如图4.5所示：图4.5 集成湿度传感器hm1500与adc0809的连接原理图4.3 单片机的接口设计4.3.1 键盘在单片机应用系统中，为了控制其运行状态，需要向系统输入一些命令或数据，因此应用系统中设置有键盘，这些键包括数字键、功能键和组合控制键等。这些按键或键盘都是以开关状态来设置控制功能或输入数据的。但是，这些开关绝不仅仅是简单的电平输入。1.键输入过程与软件结构当所设置的功能键或数字键按下时，单片机应用系统应完成该按键所设定的 功能。因此，键盘信息输入是与软件结构密切相关的。对某些简单应用系统，如对于智能仪表来说，键输入程序是整个应用系统的核心部分。在mcs-52系列单片机的指令系统中设置有散转指令jmpa+dptr，可看成是专门配合键盘输入程序而设置的指令，或是键盘信息输入的软件接口。对于任何一个单片机应用系统，键盘总要有其相应的接口电路与cpu相连，通过软件了解键盘输入的信息。而cpu可以采用中断方式或查询方式来了解有无键输入，并检查是哪一个键按下，将键号送入累加器acc，然后通过散转指令转去执行相应的程序，以完成该键应完成的功能，最后又返回原始状态。2.矩阵式键盘键盘的按键方式分为独立式按键和矩阵式键盘。虽然独立式按键电路配置灵活，软件结构简单，但每个按键需独占一根i/o口线。由于所设计的键盘需要16个按键，为了节省i/o口线，本设计选用了44矩阵式键盘。1）矩阵式键盘电路的结构及工作原理矩阵式键盘适用于按键数量较多的场合，它由行线和列线组成,，按键位于行、列的交叉点上，行线、列线分别连接到按键开关的两端。如图4.6所示：图4.6 矩阵式键盘结构由图可知，一个44的行、列结构可以构成一个含有16个按键的键盘，很明显，在按键数量较多的场合，矩阵键盘与独立式按键相比，要节省很多的i/o口线。图4.6中的行线通过上拉电阻接+5v，平时无按键动作时，行线处于高电平状态，而当有按键按下时，则对应的行线和列线短接，行线电平状态将由与此行线相连的列线电平决定。2）键盘的工作方式在单片机的应用系统中，扫描键盘只是cpu的工作任务之一。在实际应用中要想做到既能及时响应键操作，又不过多的占用cpu的工作时间，就要根据应用系统中cpu的忙闲情况，选择好键盘的工作方式。键盘的工作方式一般有编