毕业设计（论文）-单片机磨床温度补偿器设计.docVIP

毕业设计论文论文题目： 磨床温度补偿器设计系 部： 自动控制系 专 业： 自动化 班 级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 年 月 日毕业设计任务书指导教师职称教研室学生姓名班级设计题目： 磨床温度补偿器设计 设计时间： 设计任务：本次设计要求温度范围在-50度100度之间，测量精度为+/-0.3度之间，温度超出设定最高温度，必须进行相应的器件报警，并且给出相应的温度补偿信号进行温度补偿，除此之外，还应该具有手动设定温度上下限功能，以及通过数码管显示当前温度和上限温度功能。 毕业设计成绩教师评阅成绩指导老师认定成绩小组答辩成绩答辩成绩答辩委员会评定成绩答辩委员会主任（签名）摘 要在人类的生活环境中，温度扮演着极其重要的角色。尤其是在磨床加工机器零件时，由于高速运转和摩擦产生大量的热量，从而使温度上升，产生一定的体积膨胀，造成测量误差。温度对于工业如此重要，由此人们越来越重视温度因素，许多产品对温度范围要求严格，而目前市场上普遍存在的温度检测仪器在进行测量时大多有抗干扰能力差、软件编程复杂等缺点。本次设计要求温度测量的抗干扰能力很强，软件编程相对简单的优点，但是有温度信息传递不及时、精度不够的缺点，不利于工业控制者根据温度变化及时做出决定。在这样的形式下，开发一种能够同时测量温度，并且实时性高、精度高，能够综合处理单点温度信息的测量系统就很有必要。本课题以at89c2051单片机系统为核心，对磨床进行单点的温度实时巡检。各检测单元能独立完成各自功能，同时能够根据主控单片机的指令对温度进行定时采集，测量结果能在本地显示，而且可以利用单片机串行口，将采集的数据传送到主控机，进行进一步的存档、处理。单片机负责控制指令的发送，控制ad590进行温度采集，收集测量数据，并对测量结果（包括历史数据）进行整理、显示和存储。主控机与各部分能够相互联系、相互协调，从而达到系统整体统一、和谐的效果。 关键词：单片机 ad590 温度测量abstracttoday, in our life, the temperature becomes more and more important and a lot of products are sensitive to temperature. however, temperature-measuring apparatus in the market now only can check and measure the temperature of one point, at the same time, the temperature information is not real time and the precision is low. it takes a great of troubles for the industry-controllers to make decision .in this situation, design and implement one applicable system which can watch measure and control the temperature and the measuring results is real time and the precision is great is more essential. in order to meeting this application, this paper talk about the multiple-points temperature measuring system.this system based on single chip computer, can inspect and control multiple temperatures in real time. the slaved machine can collect temperature information on its own and display it on the led module. following the master machines command, the slaved machine can up-send the temperature information to the master machine. the master machine sends commands, controls the ds18b20 gathering and up-sending the temperature data including history information, and it manages processes and stores the temperature information. the master and slaved computer will exchange information and correspond to each other, so it works together perfectly.key words： single chip computer ad590 measure-temperature目 录课程设计任务书.1摘要. 3绪论.7第一章 总体设计.9 1.1方案论证.10 1.2 总体方案比较11第二章 硬件电路设计及描述 142.1 总体系统框图：. 152.2 89c2051单片机的概述 162.3 电源电路设计. 17 2.4 温度采集电路设计. 18 2.4.1 ad590概述. 192.4.2 ad590的应用电路 202.5 ad转换电路设计.24 2.5.1 ad574a的概述.24 2.5.2 ad574a与单片机的接口电路. 25 2.5.3 ad574a的转换和中断.26 2.6 按键模块设计. 26 2.7显示电路设计. 27 2.8 补偿脉冲输出电路设计.27 2.9 本章小结. 28第三章 软件设计流程及描述28 3.1总体描述.29 3.2 温度采集电路的软件设计293.2.1ad574a的转换.303.2.2 ad574a的中断.31 3.3 显示电路的软件设计. 33 3.4 本章小结35.第四章 结论. 36致谢.37参考文献. 38附录.391 课程设计原理图.401.1面板原理图.401.2内部原理图.402 pcb图.402.1面板pcb.402.2内部pcb.413 全部程序清单.42绪 论 随着时代的前进和发展，控制智能化、仪器小型化、功耗微小化进一步发展,单片机得到了广泛关注,并且在这些领域中起到了举足轻重的作用，这就把单片机的应用提到重要的地位，单片机的应用系统设计就成为新的热门技术。特别是mcs-51系列单片机由于其使用和扩展都比较简单,并且与大多数厂家的单片机兼容,所以更加引起人们的关注和大量的研究。随着精加工工业的迅速发展，越来越多的地方需要通过温度来控制工业系统，所以温度系统越来越多的应用于工业领域。因此，温度的采集与显示系统就是工业生产过程中比较典型的应用之一。其应用范围十分广泛，为人们的生产和生活提供了巨大的便利。因为温度传感器的种类很多，主控制器的类型也是多种多样，所以温度系统的设计方案也是多种多样的。本例是温度系统的一个比较典型的应用。众所周知：磨床在加工机器零件时，由于磨件高速传动产生了大量的热量，多数材料在温度升高时都会产生一定的体积膨胀，虽然膨胀的比例非常小，但是由于磨床加工的通常是比较精细的零件，不允许有任何的误差，这就需要磨床通过一定的系统来控制磨件的温度误差。而具体到磨床上，磨床是通过磨削液来控制磨床磨削过程中的正确温度的，那就是说要将磨床磨削液的温度控制在一定的范围内，以保证磨床正常工作时的磨削温度，从而消除长时间工作摩擦升温引起的工件膨胀带来的误差，进一步使加工的工件尺寸合适无误。本课题是设计一个磨床温度补偿器，通过温度传感器采集实时温度，并且通过主控制器来比较温度的合适性，如果温度不合适，就通过主控制器输出一定的补偿脉冲，来将磨床磨削液的温度控制在一定的范围内，以保证磨床正常工作时的磨削温度，从而消除长时间工作摩擦升温引起的工件膨胀带来的误差。本设计是以mcs-51系列单片机中的at89c2051单片机为核心器件，采用温度传感器ad590做检测器件，进行单点温度检测，检测精度为+/-0.3c，温度显示采用4位led数码管显示,并且将采集的温度与设定值比较，温度不合适时输出补偿信号，以确保磨床磨削液的适当温度。首先，总体论述了当前流行的各种测量温度的方法，并且将它们进行比较，得到本课题的最佳方案-ad590温度系统。然后，具体论述了本系统的硬件电路的各个部分，并对各个部分用到的器件和各个芯片在系统中的作用，做了详细的说明，然后给出了各个部分的具体工作过程和系统的整个工作过程。其次，根据在硬件电路中叙述的工作过程在软件中去实现，每部分软件都给出了具体和流程图和部分主要程序，并给出了详细的注释。最后给出了整个设计的硬件电路图和具体的源程序。第一章：总体设计1.1 方案论证：温度测量的方案有很多种，可以采用传统的分立式传感器、模拟集成传感器以及新兴的智能型传感器。对于控制系统可以采用计算机、单片机、plc等。本次设计要求温度范围在-50度100度之间，测量精度为+/-0.3度之间，温度超出设定最高温度，必须进行相应的器件报警，并且给出相应的温度补偿信号进行温度补偿，除此之外，还应该具有手动设定温度上下限功能，以及通过数码管显示当前温度和上限温度功能。鉴于上诉题目要求，进行如下方案设计：1.1.1 设计方案一：本方案以at89c51单片机系统为核心，可以对多点或单点进行实时控制巡检。主控机与各从机之间能够相互联系、相互协调，从而达到了系统整体统一和谐的控制效果。单片机是温度采集和控制模块的核心，是必不可少的部分，在各个温度采集和控制模块中，单片机主要是读取ds18b20中的温度采集结果，并进行相应的数据处理。本设计使用了目前较流行的at89c51，为此首先对其进行必要的介绍：at89c51是一种带4k字节闪烁可编程可擦除只读存储器（fperomfalsh programmable and erasable read only memory）的低电压，高性能cmos8位微处理器，俗称单片机。at89c51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。主要特性：与mcs-51 兼容 、4k字节可编程闪烁存储器 、寿命：1000写/擦循环、数据保留时间：10年、全静态工作：0hz-24hz、三级程序存储器锁定、128*8位内部ram、32可编程i/o线、两个16位定时器/计数器、5个中断源 、可编程串行通道、低功耗的闲置和掉电模式、片内振荡器和时钟电路。具体框图如下：温度测点1温度测点2温度测点3温度测点4从机1从机2从机3从机4主控机89c51键盘led模块声光报警图1-1 方案一的系统框图该方案主控机和从机完全由单片机实现，采用该方案完全可满足工业上大部分需求，而且相对与第二种方案价格更加容易让人接受。上图中，从机部分实现的功能几乎和主机是对等的，但会接受主机发送过来的命令的指示。温度测点1传感器adcmculed声光报警rs-485接 口图1-2 从机的框图地址总线控制总线地址数据复用总 线控制总线用户i/o口图1-3 at89c51单片机的图该方案采用热电阻pt100做温度传感器、ad620作为信号放大器max187作为a/d转换部件，对于温度信号的采集具有大范围、高精度的特点。热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一，其优点是测量精度高、测量范围广，常用的热电偶从-50至+1600均可连续测量。但需采用电路或软件设计等修正方法来补偿冷端温度t00时对测温的影响，使用不便。热电阻也是最常用的一种温度传感器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定，使用方便，测量范围为-200600。其中pt100作为传感器最为经常应用。就本方案言，优点在于其性价比好一些，但是热电偶采集到的数据还需要进一步的数据处理，该过程相当烦索，而且线性化难以实现，所以我也不准备采用这个方案。1.1.2 设计方案二：采用pc机作为主控机，单片机构成信号采集单元。通过温度传感器采集温度信号，经信号放大器放大后，送到a/d转换芯片，经过含有单片机的检测系统的进一步分析处理，通过通信线路将信息上行到pc机，在pc机上我们可对温度信号进行任何分析、处理。 图1-4 方案二的系统框图采用该方案技术已经成熟，而且通过将温度信息上传到pc机，利用pc机强大的数据处理能力和相应的辅助软件，可以多角度、多需求的分析处理温度数据，但这在工业上大多不是必须的。而且目前pc的机价格的原因，制造出这样的系统，不会得到普遍的应用。所以我不准备采用此种方案。1.1.3 设计方案三：ad590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。ad590的测温范围为-55+150。温度测量误差小于1，分辨力小于0.1。符合本次设计的任务要求。另外由于ad590精度高、价格低、它有非常好的线性输出性能，温度每增加1，其电流增加1ua。常用于测温和热电偶的冷端补偿。 具有低成本和易使用的特点。总体电路结构框图如图所示 图1-5 数字温度计电路结构框图主控制器的选择：单片机at89c2051具有低电压供电和小体积等特点，两个端口刚好满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用，系统可用二节电池供电。而且较小的芯片利于步线。温度传感器的选择：ad590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现912位的数字值读数方式。主要依据如下：(1). 根据测量对象与测量环境确定传感器的类型要进行个具体的测量工作，首先要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，哪一种原理的传感器更为合适，则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题：量程的大小；被测位置对传感器体积的要求；测量方式为接触式还是非接触式；信号的引出方法，有线或是非接触测量；传感器的来源，国产还是进口，价格能否承受，还是自行研制。(2). 灵敏度的选择通常，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时，与被测量变化对应的输出信号的值才比较大，有利于信号处理。但要注意的是，传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也容易混入，也会被放大系统放大，影响测量精度。因此，要求传感器本身应具有较高的信噪比，尽员减少从外界引入的串扰信号(3). 频率响应特性传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件，实际上传感器的响应总有定延迟，希望延迟时间越短越好。传感器的频率响应高，可测的信号频率范围就宽，而由于受到结构特性的影响，机械系统的惯性较大，因有频率低的传感器可测信号的频率较低。(4). 线性范围传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。以理论上讲，在此范围内，灵敏度保持定值。传感器的线性范围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时，当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。但实际上，任何传感器都不能保证绝对的线性，其线性度也是相对的。当所要求测量精度比较低时，在一定的范围内，可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的，这会给测量带来极大的方便。(5). 稳定性传感器使用一段时间后，其性能保持不变化的能力称为稳定性。影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构外，主要是传感器的使用环境。因此，要使传感器具有良好的稳定性，传感器必须要有较强的环境适应能力。在选择传感器之前，应对其使用环境进行调查，并根据具体的使用环境选择合适的传感器，或采取适当的措施，减小环境的影响。(6). 精度精度是传感器的一个重要的性能指标，它是关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节。传感器的精度越高，其价格越昂贵，因此，传感器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以，不必选得过高。这样就可以在满足同一测量目的的诸多传感器中选择比较便宜和简单的传感器。基于以上的选择规则，进一步比较ad590与热电偶pt100，特别是考虑到本设计的事物大小，我还是选择了ad590作为本次设计的传感器。总体方案比较：方案一中pc机价格昂贵，不宜采纳，而方案二中由于pt100需要考虑信号处理、线性化等问题，系统稳定性差，特别是本次设计所需温度范围不大，用ad590的-55+150就可以满足要求，更何况ad590精度高、价格低、不需辅助电源、线性好。ad590是一种由所在环境温度决定的恒流输出器件而且是直接数字信号输出，无需再进行信号处理，系统相应可以得以简化。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。综上所述，本次设计我选择方案三系统单片机at89c2051作为核心元件，ad590数字温度传感器进行温度采集。第二章 硬件电路设计及描述2.1 总1 总体系统框图： 图2-1 总体框图2.2 89c2051单片机的概述：2.2.1 比较at89c51与at89c2051:表21at89c51和at89c2051主要性能表at89c51at89c2051 4kb可编程flash存储器（可擦写1000次）2kb可编程flash存储器（可擦写1000次）三级程序存储器保密两级程序存储器保密静态工作频率:0hz-24mhz静态工作频率:0hz-24mhz128字节内部ram128字节内部ram2个16位定时/计数器2个16位定时/计数器一个串行通讯口一个串行通讯口6个中断源6个中断源32条i/o引线15条i/o引线片内时种振荡器1个片内模拟比较器2.2.2 特性：与mcs51产品兼容2k字节可重编程闪存耐久性：1,000次读/写周期工作电压2.7v至v全静态运行：0hz至24mhz两级程序锁存1288位内部ram15个可编程i/o口两个16位定时器/计数器五个中断源可编程串行uart（通用异步收发器）通道可直接驱动led的输出芯片级模拟比较器低功耗空闲模式和微功耗模式（power-down mode）2.2.3 说明：at89c2051是一种低电压、高性能的8位cmos微型计算机。带2k字节的闪存和可擦除编程只读存储器（eprom）。该器件应用爱特美尔（atmel）的高密度非易失性技术生产，与工业级mcs51架构组相兼容。将一片通用的8位cpu与闪存集成在单块芯片上，爱特美尔at89c2051是一种功能强大的微型计算机。它为许多嵌入式控制提供了高灵活性低成本的解决方案。 at89c2051的标准特性如下：2k字节闪存，128字节ram，15个i/o口，两个16位定时器/计数器，一个五失量两级中断结构，一个全双工串行通信口，一个精准模拟比较器，芯片级振荡器和时钟电路。另外，at89c2051用静态逻辑设计，可在低至零频下工作，支持两种软件可选节能模式。空闲模式下cpu不工作，而ram，定时器/计数器，串口和中断系统继续工作。微功耗模式（power-down mode）下保存ram的内容，但冻结振荡器，禁止其它所有的芯片功能直到下一个硬件复位到来。2.3 电源电路设计：工作原理：图中为t1电源变压器，它的作用是将交流电网电压v1变为整流电路要求的交流电压 ，四只整流二极管d1 d4接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。先计算文件参数：二极管d1、d3和d2、d4两两轮流导通的，所以流经每个二极管的平均电流为：id=ic=0.45。二极管在截止时管子两端承受的最大反向电压可以从图1中看出。在正半周时d1、d3导通，d2、d4截止。此时d2、d2所承受的最大反向电压均为的最大值。即= 。同理，在的负半周，d、d也承受到同样大小的反向电压。桥式整流电路的优点是输出电压高 ，纹波电压较小，管子所承受的最大反向电压较低，同时因为电源变压器在正、负半周内都有电流供给负载，电源变压器得到了充分的利用，效率较高。因此，这种电路在半导体整流电路中得到了颇为广泛的应用。图2-2 5v电源示意图滤波电路：我们采用电容滤波电路。因为本设计为小功率电源,初始时电容器两端初始电压为零，接入交流电源后，当为正半周时，通过d1、d3向电容器c充电；当为负半周时，通过d2、d4向电容器c充电。充电时间常数为。包括变压器副绕组的直流电阻和二极管d的正向电阻。由于一般很少，电容器很快就达到了交流电压的的最大值。由于电容器无放电回路，故输出电压保持在，输出为一个恒定的直流。电容滤波电路的特点：1. 二极管的导电角，流过二极管的瞬时电流很大，电流的有效值和平均值的关系与波形有关。在平均值相同的情况下，波形越尖，有效值越大，在纯电阻负载时，变压器副边电流的有效值而有电容滤波时2. 负载平均电压升高，纹波(交流成分)渐少，且rc越大，电容放电速率越慢，则负载电压中的纹波成分越小，负载平均电压越高。为了得到平滑的负载电压，一般取 d=rlc(35)t/2 （21）其中t为电源交流电压的周期。3. 负载直流电压随负载直流电流增加二减少。随的变化关系称为输出特性或者外特性。 c值一定，当rl=，即空载时当c=0，即无电容时4. 在整流电路的内组不太大(几欧)和放电时间常数满足式（21）的 关系时，电容滤波电路的负载电压和的关系约为总之，电容滤波电路简单，负载直流电压vl较高，纹波也较小，它的缺点是输出特性较差，故适用于负载电压较高，负载变动不大的场合。2.4 温度采集电路设计：为了系统设计的需要和对ad590有个更好的了解，先把ad590的工作原理说明如下：2.4.1 ad590概述：ad590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。ad590产生的电流与绝对温度成正比，它可接收的工作电压为4v30v，检测的温度范围为55150，它有非常好的线性输出性能，温度每增加1，其电流增加1ua。 ad590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。它的主要特性如下：1、流过器件的电流（ma）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即：ma/k式中： 流过器件（ad590）的电流，单位为ma； t热力学温度，单位为k。2、ad590的测温范围为-55+150。3、ad590的电源电压范围为4v30v。电源电压可在4v6v范围变化，电流 变化1ma，相当于温度变化1k。ad590可以承受44v正向电压和20v反向电压，因而器件反接也不会被损坏。4、输出电阻为710mw。5、精度高。ad590共有i、j、k、l、m五档，其中m档精度最高，在-55+150范围内，非线性误差为0.3。表2-2 ad590温度与电流的关系图摄氏温度ad590电流经10k电压0273.2 ua2.732v10283.2 ua2.832 v20293.2 ua2.932 v30303.2 ua3.032 v40313.2 ua3.132 v50323.2 ua3.232 v60333.2 ua3.332 v100373.2 ua3.732 v2.4.2 ad590的应用电路： 1、基本应用电路 图2-3（a）是ad590的封装形式，图2-3（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。 图2-3 ad590的图2、摄氏温度测量电路 如图2-4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。 图2-4 ad590测温电路要使图2-4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。 2.5 ad转换电路设计：2.5.1 ad574a的概述： ad574a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：分辨率：12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：010v和020v，05v和010v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 ad574a的引脚说明： 1. pin1(+v)+5v电源输入端。 图2-5 ad574a的引脚图 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。 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。 ad574a控制端标志意义 表23控制逻辑真值表ce a0 工作状态 0 x x x x 禁止 x 1 x x x 禁止 1 0 0 x 0 启动12位转换 1 0 0 x 1 启动8位转换 1 0 1 接+5v x 12位并行输出有效 1 0 1 接0v 0 高8位并行输出有效 1 0 1 接0v 1 低4位并行输出有效 2.5.2 ad574a与单片机的接口电路：图2-6是8051单片机与ad574a的接口电路，其中还使用了三态锁存器74ls373和74ls00与非门电路，逻辑控制信号由(、和a0)有8051的数据口p0发出，并由三态锁存器74ls373锁存到输出端q0、q1和q2上，用于控制ad574a的工作过程。ad转换器的数据输出也通过p0数据总线连至8051，由于我们只使用了8位数据口，12位数据分两次读进8051，所以接地。当8051的p3.0查询到sts端转换结束信号后，先将转换后的12位a/d数据的高8位读进8051，然后再将低4位读进8051。这里不管ad574a是处在启动、转换和输出结果，使能端ce都必须为1，因此将8051的写控制线和读控制线通过与非门74ls00与ad574a的使能端ce相连。 图2-6 8051单片机与ad574a的接口电路2.6 键盘模块的设计:2.6.1 键盘原理:键盘的操作，无论是按键或键盘都是利用机械触点的合、断作用。一个电压信号通过机械触点的闭合、断开过程。由于机械触点的弹性作用，在闭合及断开的瞬间均有抖动过程，会出现一系列的负脉冲。抖动时间的长短，与开关的机械特性有关，一般为5-10ms。按键盘的稳定闭合期，由操作人员的按键动作所确定，一般为十分之几秒到几秒的时间。为了保证cpu对键的一次闭合，公做一次键输入处理，必须去除抖动的影响。通常去除抖动影响的措施有硬、软件两种，对于系统软件量不大的场合，采用软件去除抖动既节省硬件开销，又很实用且有效。采用软件去除抖动的影响的办法是：检测到有键按下是，执行一个10-20ms的延时程序后，再确认该键电平是否仍保持闭合状态电平，如保持闭合状态电平则可确认确实有键按下，从而消除了抖动的影响。一组按键或键盘都要通过i/o口线查询按键的开关状态。根据键盘结构不同，采用的编码也有所不同。但无论有无编码，以及采用什么编码，最后都要转换成为与累加器中数值相对应的键盘值，以实现按键功能程序的转移（相应的转移指令为jmp a+dptr）。对于单片机应用系统，键盘扫描只是cpu工作的一部分，键盘处理只是在有键按下时才有意义，对是否有键按下的信息检测方式有中断与查询方式两种。不同的应用场合，所采用的键盘检测手段不同。2.6.2 在编制键盘控制程序时应考虑如下问题鉴测有无按键按下；有键按下后，在无硬件电路去抖时，应用软件延时方法去除抖动影响；有可靠的逻辑处理办法，比如是采用双键锁定的方式还是n键轮回方式，如采用n键锁定，即只处理一个键，其间任何按下又松开的键不产生影响；不管一次按键持续有多长时间，仅执行一次按键功能程序等；给出确定的键号以满足散转指令要求。2.6.3 独立式按键的结构独立式按键是指直接用i/o口线构成的单个按键电路。每个独立式按键电路单独占有一根i/o中线，每根i/o口线上的按键工作状态不会影响其它i/o口线的工作状态。独立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，io口线浪费较大。故在按键数量不多时，常采用图2-7这种电路。 图2-7 按键电路此设计所用的查询方式的独立式按键电路。通常按键输入都采用低电平有效，上拉电阻保证了按键断开时，io口线有确定的高电平。当io口内部有上拉电阻时，外电路可以不配置上拉电阻。通常该端接+5v电源；其中电阻的典型值为4.7。2.7 显示电路设计:本设计的显示电路主要是在各个智能节点显示相应的现场的温度，温度的显示是由程序控制的，是把ad590采集的和ad574a转换后的数据送到led显示的，led数码管是单片机控制系统中最常用的显示器件之一。在本设计中用了四只数码管去显示各个智能节点所对应的现场的温度，温度精确到0.3度。依据显示驱动方式的不同，可将led数码显示电路分为静态显示方式和动态显示方式。在静态显示方式中，每个led发光二极管工作电流在10-20ma之间。而在动态显示方式中，为了获得良好的亮度，led发光二极管瞬时工作电流可以适当提高，一般取20-35ma之间。其共阴和共阳码所示：表2-4 共阴共阳对应代码字型0123456789共阴3fh06h5bh4fh66h6dh7dh07h7fh6fh共阳c0hf9ha4hb0h99h92h82hf8h80h90h本次设计采用p10、p11两个管脚接上4个移位寄存器74hc164就可以串接4个共阳极数码管进行温度显示。 电气连接如图2-8所示： 图2-8 电气连接图2.8 补偿脉冲输出电路设计：本次设计可以根据测量温度是否满足磨床实际需要温度进行补偿，具体是通过光电偶合器来输出补偿信号，可以自由连接外电路来补偿。具体电路如图2-9 图2-9 补偿脉冲输出电路图 2.9 本章小结： 本章里重点是介绍了本次设计的硬件电路连接电路图，分别介绍了电源模块、ad590与模数转换ad574a、键盘控制模块、数码显示模块、补偿信号模块的硬件连接和基本使用方法，软件部分将在下面一章介绍。 第三章 软件设计流程及描述3.1 总体描述：软件的设计主要包括：（1） ad590温度传感器接口模块，分为初始化程序、写入子程序、读取子程序等部分；（2）ad574a的启动与转换、中断等部分程序。（3）单片机的人机通信软件设计。（4）最后是单片机的主控软件设计。 图（6） 主程序流程图 图3-1 主流程图3.2 温度采集电路的软件设计：3.2.1 a