毕业设计290利用单片机控制制冷机来达到控制温度
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毕业设计290利用单片机控制制冷机来达到控制温度,电气电子毕业设计论文
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长春工业大学 毕业论文 1 第一章 绪论 1.1 选题背景 本设计是利用单片机控制制冷机来达到控制温度的目的 . 制冷机是我国目前各行业技术改造和进行设备引进所急需的配套设备，也是提高产品质量，企业升级的重要设备。广泛的应用与汽车，机械，纺织，化工，仪器仪表，电子，医疗卫生等行业。在工业上，压缩空气作为一种仅次于电力的第二大动力源，以被广大企业界所公认 压缩式 制冷机 ：该种 制冷机 由电动机提供机械能，通过压缩机对制冷系统作功。制冷系统利用低沸点的制冷剂，蒸发时，吸收汽化热的原理制成的。其优点是寿命长，使用方便，目前世界上 91 95的 制冷机 属于这一类。 一般制冷机的绝大多数都是压缩型。吸收型属于少数。压缩型的制冷机中的液体制冷剂在蒸发器中蒸发，变成制冷剂气体。这气体被活塞和气缸组成的压缩机压缩后导入冷凝器中，在这里气体再被冷凝器成为液体制冷剂。压缩机中电动机的旋转运动转换为往复运动，气缸中的制冷剂被往复运动所压缩。也就是说压缩机相当于人体的心脏，起到了循环血液的作用如下图就是一个封闭式压缩机。 图 1.1 封闭式压缩机 封闭型压缩机的电动机是直接和压缩部分相连接的。压缩机全体成为一个整体装起来，另外为了避免产生热量，以致温度上升，电动机用制冷机油和制冷气体进行冷却。 国 外 溴化锂制冷机的发展过程 美国是溴化锂制冷机的创始国，目前日本、前苏联等国的溴冷机也都有较大的发展。 美国开利公司于 1945年试制出第一台制冷量为 523KW（ 4510 4kcal/h）的单效溴冷机，开创了利用溴化锂水溶液为工质对做为吸收剂的吸收式制冷新领域。美国不仅创造了单效溴冷机，而且在世界上又率先研制出了双效溴冷 机。现已研制出了直燃型、热nts长春工业大学 毕业论文 2 水型和太阳能型等新型溴冷机。同时还研制了冷温水机组和吸收式热泵等新机组。 日本一家汽车公司于 1959年研制出制冷量为 689KW（ 6010 4kcal/h）的单效溴冷机， 1962年茬原制造所又研制出双效溴冷机。日本溴冷机无论在生产数量、性能指标、应用范围和新技术、新产品研制等方面，均超过了美国，成为世界上溴冷机研究与生产领先的国家。特别是燃气两效温水机组的产量很大，约占世界上溴冷机生产总台数的 2/3；目前已致力于第三种吸收式热泵和溴化锂热电并供机组的研制工作。 前苏联奔萨化工厂于 1965年研制出 2908KW（ 25010 4kcal/h）溴冷机。目前溴冷机的应用范围已从化纤厂扩展到其它纺织厂、橡胶厂酿酒厂、化工厂、冶金厂和核电站。 中国溴化锂制冷机的发展过程 我国研制溴冷机起步于 60年代初期，至今已有四十多年，其发展过程大体分为四个阶段： 研制阶段 60年代初船舶总公司 704所（原六机部 704 所）、一机部通用机械研究所与高等院校以及设备制造厂通力合作，试制了两台样机。 1966年上海第一冷冻机厂试制出了制冷量 1160KW（ 10010 4kcal/h）全钢结构的单效溴冷机，安装于上海国棉十二厂。 60年代末期，许多单位都着手研制单效溴冷机，这一研制工作持续到了 70年代初期。 单效机生产应用阶段 70年代初先后有上海、青岛、天津、北京和长沙等地的棉纺厂为了适应生产的需要，各自设计与制造了单效溴冷机。继而更多地区也都自行设计制造单效溴冷机，尤以上海、天津两地更为突出。以天津为例， 70年代初至 80年代初，制造出 3480KW（ 30010 4kcal/h）大型溴冷机七台，总制冷能力达到 24360KW（ 210010 4kcal/h）。单效溴冷机在这一时期虽然有了较大发展，但仍有许多问题尚待解决，如 严重的腐蚀、冷量的衰减和机器的寿命等，限制了溴冷机的进一步发展。 双效机生产应用阶段 80年代初期开始研制双效溴冷机，并于 1982年由开封通用机械厂生产出 1744KW（ 15010 4kcal/h）双效溴冷机组。双效机组的热力系数可提高到 1.1以上，而单效机组一般为 0.6 0.7，双效机组的蒸汽单耗比单效机减少约 1/2，冷却水量减少约 1/3，是值得提倡的节能型制冷机组。 86年我厂研制出省内首台双效溴冷机 1160KW（ 10010 4kcal/h）并首家通过省级鉴定。 多种新型机研制应用阶段 80年代末期 国家计委提出，凡有蒸汽等热源的地区要 发展溴冷机； 1991 年我国在世界禁用氟里昂（ CFC）生产与使用的 “ 蒙特利尔议定书 ” 上签了字，这对进一步发展溴冷机创造了良好条件。大专院校、科研院所和制造厂家共同协力，一方面在加紧改进与提高双效溴冷机的加工技术和性能水平，另一方nts长春工业大学 毕业论文 3 面也竟相研制新型的多种溴冷机。现已推出的和正在研制的有热水型、直燃型、低压型、降膜式溴冷机和吸收式热泵等。 溴化锂溶液的特性 在溴化锂吸收式制冷机中，水作为制冷剂用来产生冷效应，溴化锂溶液作为吸收剂，用来吸收产生冷效应后的冷剂蒸汽。因此，水和溴化锂 溶液组成制冷机中的工质对。 溴化锂水溶液是由固体的溴化锂溶质溶解在水溶剂中而成。常压下，水的沸点是100 ，而溴化锂的沸点为 1265 。供制冷机应用的溴化锂，一般以水溶液的形式供应。性状为无色透明液体；浓度不低于 50；水溶液 PH值 8 以上。 20 时溴化锂溶解至饱和时量为 111.2 克，即溴化锂的溶解度为 111.2克。溶解度的大小与溶质和溶剂的特性的关，还于温度有关，一般随温度升高而增大，当温度降低时，溶解度减小，溶液中会有溴化锂的晶体析出而形成结晶现象。这一点在溴冷机中是非常重要，运行中必须注意结晶现象， 否则常会由此影响制冷机的正常运行。 溴化锂溶液对普通金属有腐蚀作用。尤其在有氧气存在的情况下腐蚀更为严重。 溴化锂制冷原理 溴化锂吸收式制冷原理和蒸汽压缩制冷原理有相同之处，都是利用液态制冷剂在低温、低压条件下，蒸发、汽化吸收载冷剂的热负荷，产生制冷效应。所不同的是，溴化锂吸收式制冷是在利用 “ 溴化锂 -水 ” 组成的二元溶液为工质对，完成制冷循环的。 在溴化锂吸收式制冷机内循环的二元工质中，水是制冷剂。水在真空状态下蒸发，具有较低的蒸发温度（ 6 ），从而吸收载冷剂热负荷，使之温度降低。溴化锂水溶液是吸收剂，在常 温和低温下强烈地吸收水蒸气，但在高温下又能将其吸收的水分释放出来。吸收与释放周而复始制冷循环不断。制冷过程中的热能为蒸汽，也可叫动力。 传统的测控方法，由于从测量到显示采用模拟方式，数据采集速度慢，不具备 实时性，抗干扰能力差。精度测量完全依赖于硬件特性，因为不具备软件线性化处理功能，传感器的非线性严重影响测控精度。而采用线性化好的传感器又增加了测控系统成本，因此，为保证安全生产，提高生产效率，必须对传统的测控方法加以改进。 自单片机问世以来，与其相关的测控仪器也应运而生，尤其是数字测控技术单片机的结合。单片 机技术的发展更是以高效率。高精度，多功能的优势逐渐取代传统工业生产过程的模拟测试手段。与传统的测控技术相比，智能化测控系统具有以下几个优点： （ 1）具有高精度，高灵敏性和高可靠性等优点。 （ 2）具有直观，操作方便等功能。 nts长春工业大学 毕业论文 4 （ 3）具有很强的抗干扰能力。 （ 4）可高速采集数据，具有实时性。 （ 5）具有数据智能化处理功能，一般具有自动校零和自动处理功能。 （ 6）具有自动循环检测和自动诊断能力。 1.2 压缩机的分类和工作原理 1.2.1 空气压缩机的分类 空气机分为： 1、速度式； 2、容积式；容积式又分为回转式和往复 式；回转式：（ 1）转子式；（ 2）螺杆式；（ 3）滑片式。往复式：（ 1）活塞式；（ 2）膜式。 空气压缩机按工作原理可分为速度式和容积式两大类。 速度式：是靠气体在高速旋转叶轮的作用，得到较大的动能，随后在扩压装置中急剧降速，使气体的动能转变成势能，从而提高气体压力。速度式主要有离心式和轴流式两种基本型式。 容积式：是通过直接压缩气体，使气体容积缩小而达到提高气体压力的目的、容积式根据气缸测活塞的特点又分为回转式和往复式两类。氧舱配制的空压机多数采用容积式。 回转式：活塞作旋转运动，活塞又称为转干，转子数量不等 ，气缸形状不一。回转式包括有转子式、螺杆式、滑片式等。 往复式：活塞做往复运动，气缸呈圆筒形。往复式包括有活塞式和膜式两种，其中活塞式是目前应用最广泛的一种类型。氧舱用空压机绝大多数采用活塞式。活塞式空压机的分类、型号表示方法、结构特点及工作原理介绍如下： 活塞式空压机一般以排气压力、排气量（容积流量）、结构型式和结构特点进行分类。 1按排气压力高低分为： 低压空压机 排气压力 1.0MPa 中压空压机 1.0MPa排气压力 10MPa 高压空压机 10MPa排气压力 100MPa 2接排气量大小分为： 小型空压机 1m3 min排气量 10m3 min 中型空压机 10m3 min排气量 100m3 min 大型空压机 排气量 100m3 min nts长春工业大学 毕业论文 5 空压机的排气量指吸入状态自由气体流量。 一般规定：轴功率 15KW、排气压力 1.4MPa为微型空压机。 3按气缸中心线与地面相对位置分为： 立式空压机 气缸中心线与地面垂直布置。 角度式空压机 气缸中心线与地面成一定角度（ V型、 W型、 L型等）。 卧式空压机 气缸中心线与地面平行，气缸布置在曲轴一侧。 对动平 衡式空压机 气缸中心线与地面平行，气缸对称布置在曲轴两侧。 4按结构特点分为： 单作用 气体仅在活塞一侧被压缩。 双作用 气体在活塞两侧被压缩。 水冷式 指气缸带有冷却水夹套，通水冷却。 风冷式 气缸外表面铸有散热片，空气冷却。 固定式 空压机组固定在地基上。 移动式 空压机组置于移动装置上便于搬移。 有油润滑 指气缸内注油润滑，运动机构润滑油循环润滑。 无油润滑 指气缸内不注油润滑，活塞和气缸为干运转，但传动机构由润滑油循环润滑。 全无油润滑 气缸内传动机构均无油润滑。 1.2.2 空压机的组成及工作原理 1空压机主要组成部分： 机体部分：包括机身（曲轴箱）、曲轴、连杆、十字头等部件，其作用是传递动力，连接基础与气缸部分，将电机轴的旋转运动变成十字头的往复直线运动。 压缩部分：包括气缸、活塞、气阀、填料等部件，其作用是形成压缩容积和防止气体泄漏。 辅助部分：包括进气滤清器、油水分离器、冷却器、安全阀、气量调节装置、各种指示监控仪表及气、水、油管路系统，其作用是确保空压机安全可靠运行。 2 空压机的工作原理 空压机的工作过程可分成膨胀、吸入、压缩和排出四个阶段。 膨胀：当活塞向下移动时，气缸的容积增大，压力下降，原先存留在气缸中的气体（因余隙容积存在）不断膨胀。 nts长春工业大学 毕业论文 6 吸入：当气缸内压力降到稍小于进气管中的气体压力，进气管中的气体便项开吸气阀片进入气缸内，随着活塞的继续下移，气体不断进入缸内直至活塞下移到最低点（又称内止点）为止。 压缩：当活塞从内止点向上移动时，气缸内容积逐渐缩小，即开始将气缸内气体进行压缩。由于吸气阀有止逆作用，放气缸内气体不能倒流向进气管中，排气管中的气体压力在此时仍高于缸内气体压力，所以气缸内气体也无法项开排气阀片，又由于排气阀也有止逆作用，故排 气管中的气体也不能进入气缸内，当活塞继续上移时，气缸内容积进一步缩小，使缸内气体压力不断升高。 排出：随着活塞继续上移，当气缸内气体压力升高至稍大于排气管中的气体压力时，缸内气体便项开排气阀片进入排气管中，并不断排出，直至活塞移到最上端（又称外止点）为止，然后活塞又开始向下移动，重复上述动作。活塞在气缸内连续不断地往复运动，便气缸循环地吸入和排出气体，活塞的每一次来回称为一个工作循环；活塞从内止点移至外止点的距离叫做活塞行程。 1.3 制冷机温度控制要求 本文主要设计了温度控制环节，而温度控制环节 则要求设备完成后，通过现场的实际测量数据来给出一个更宽的范围以满足系统的要求。 制冷机温度控制器的技术要求： 1 显示屏： （ 1） 四位显示 （ 2） 24小时时间和温度显示 （ 3） 故障 代码显示 2 功能键： （ 1） 启动 /停止：在工作状态启动或停止设备 （ 2） 排水测试：可实现手动和自动排水 （ 3） 状态选择：每按此键一次，进入一种工作状态。每进入一种工作状态，相应的指示灯亮，如此循环进行。 （ 4） 上下限温度调整：在设定选择状态下，设定工作参数。 3 工作状态： （ 1） 连续：按下“启动 /停止”键后，设备即开始运行。此状态不受时间，温度控制。正常情况下 ，只有再次按下此键，设备才能停止。此时，制冷机阀，除霜电nts长春工业大学 毕业论文 7 磁阀，风扇与压缩机同步。加热器与压缩机同步。 （ 2） 时控：此工作状态受设定时间控制，但于温度设定无关。启动设备后，按制冷时间运行 。 （ 3） 温控：此运行状态受温度控制。 如果此时气体温度未达到设定下限温度，按下“启动 /停止”键后，设备开始运行。当气体温度达到设定下限温度后，自动停机。当气体温度升至上限温度后，设备自动启动。此时的电磁阀，风扇，加热器的工作方式与连续运行状态一致。 4 设定： （ 1） 设定以 0.1 度为单位，上限温度最高为 50度，下限温度最低为 -30度，只在温控时 有效。 （ 2） 制冷时间设定以小时为单位，最大 24小时，最小 0.1 小时，只在时控时有效。 （ 3） 排水阀打开时间设定以秒为单位最大 180秒，最小 0秒。排水阀关闭时间以分钟为单位，最大 24时，最小 0.1 分。 5故障显示“ （ 1） 压力超限时，显示屏显示 PE闪烁 （ 2） 过载保护时，显示屏显示 CE 闪烁 （ 3） 温度故障时，显示屏显示 TE闪烁 （ 4） 故障指示灯同时提示。 nts长春工业大学 毕业论文 8 第二章 方案论证 图 2.1 系统结构框图 在现今单片机所集成的部件越来越多，也就是说，单片机的意义只是在于单片集成电路，而 不在于其功能了。如果从功能上讲它可以说是万用机。因为是其内部集成了各种应用电路。 AT89C51 是一个低电压，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 40个引脚， 32个外部双向输入 /输出（ I/O）端口，同时内含 2个外中断口， 2个 16位可编程定时计数器 ,2个全双工串行通信口 ， 4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（ PEROM）和 128 bytes的随机存取数据存储器（ RAM），器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS-51指令系统，片内置通用 8位中央处理器和 Flash存储单元 。AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和 Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的 Flash存储器可有效地降低开发成本 ， 所以此方案采用 AT89C51 八位单片机实现。 人们通常将能把非电量转换为电量的器件称为 传感器 ， 传感器 实质上是一种功能，作用是将来自外界的各种信号转换成电信号。它是实现测试与自动控制系统的首要单片机键盘 显示驱动看门狗电路 时钟芯片过压过载保护一项状态设定接口芯片A / D 转换六项状态设定十二个指示灯前置放大 温度传感器nts长春工业大学 毕业论文 9 环节。如果没有 传感器 对原始参数进行精确可靠的测量，那么，无论是信号转换或信息处理，或者最佳数据的显示和控制都将无法实现。 传感器 技术是现代信息技术的主要内容之一，信息技术包括计算机技术、通信技术和 传感器 技术。计算机和通信技术发展极快，相当成熟，对此运用自如的工程技术人员也非常多，但精通而灵活使用 传感器 技术的工作者却很少，这是因为 传感器 应用技术都需要使用模拟技术，而模拟技术有很多问题难以解决。为了适应现代科学技术的发展，世界众多国家都把 传感器 技术列为现代的关键技术之 。 采用热敏电阻，可满足 40摄氏度至 90摄氏度测量范围，但热敏电阻精度、重复性、可靠性较差，对于检测 1摄氏度的信号是不适用的。而且使用热敏电阻，需要用到十分复杂的算法，一定程度上增加了软件实现的难度。所以我门用到了温度传感器 AD590 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 330V，输出电流 223 A（ -50） 423 A（ +150），灵敏度为 1 A/。当在电路中串接采样电阻 R 时， R 两端的电压可作为喻出电压。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 20M，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。 Intel 8086/8088 系列的可编程外设接口电路简称 PPI，型号为 8255，具有 24条输入 /输出引脚，可编程的通用并行输入 /输出借口电路。它是一片使用单一 +5V电源的40脚双列直插式大 规模集成电路。 8255A 的通用性强，使用灵活，通过它 CPU可直接与外设相连接。 8255A 具有三个相互独立的输入 /输出通道：通道 A，通道 B，通道 C， 因本设计中，外部相连接器件多 借口多所以将 AT89C51与 8255A 相连接可为外设提供 3个 8为 I/O端口，容许采用同步，异步和中断方式传送 I/O数据。 键盘采用 3 3阵列，一共九个键，还有一个复位键直接与 AT89C51芯片的 RESET引脚相连，正好满足十个键的要求。 AT89C51对 LED的显示，采用八段 LED数码显示管，显示接口采用 74LS164八位移位寄存器，它的特点是串入并出，可以减少所用 89C51的引脚，只需 89C51的 P3.0与 P3.1两个引脚串行输出就可以，以简化结构，节省部线空间，是本设计的最优方案。 随着计算机技术的发 展，单片微型计算机在工业自动化领域和智能化产品中得到了广泛的应用。如何提高单片机产品的抗干扰能力是产品开发和设计人员所面临和必须解决的问题。关于抗干扰的具体方法在很多书籍和文章中都有较为详尽的论述。美国DALLAS公司生产的“看门狗 (WATCHDOG)”集成电陆 DS1232具有性能可靠、使用简单、nts长春工业大学 毕业论文 10价格低廉的特点，应用在单片机产品中能够很好的提高硬件的抗干扰能力 ,在实际使用中收到了良好的效果。 第三章 单片机 3.1 AT89C51单片机简介 AT89C51是美国 ATMEL公司生产的低电压，高性 能的 CMOS8位单片机， 片内含 4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（ REROM）和 128 bytes的随机存取数据存储器（ RAM），器件采用 ATMEL公司的高密度，非易失性存储计术生产，兼容标准 MCS-51指令系统，片内置通用 8位中央处理器（ CPU）和 Flash存储单元，功能强大 AT89C51单片机可为你提供许多高性能比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域 图 3.1 AT89C51引脚图 3.2 主要性能参数 与 MCS- 51 产品指令系统完全兼容 nts长春工业大学 毕业论文 114k字节可重 擦写 Flash闪存存储器 1000次擦写周期 全静态操作： 0Hz 24Hz 3级加密程序存储器 128 8字节内部 RAM 32个可编程 I/O口线 2个 16位定时 /记数器 6个中断源 可编程串行 UART通道 低功耗空闲和掉电模式 3.3 主要 功能特性概述 AT89C51提供以下标准功能： 4k字节 Flash闪存存储器， 128字节内部 RAM。 32个I/O口线， 2个 16位定时 /记数器， 1个 5向量 2级中断结构。一个全双工串行通信口，片内震荡器及时钟电路。同时， AT89C51可 降至 0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止 CPU的工作，但容许 RAM， 定时 /记数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存 RAM中的内容，但震荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位 3.4 引脚功能说明 VCC。电源电压 GND。地 P0口： 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，对断口写“ 1”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口接受指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。 P1口： 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，此时可做输出口。作输出口使用时。因为内部存在上拉电阻，某个引脚被nts长春工业大学 毕业论文 12外部信号拉低时会输出一个电流 IFlash 编程和程序校验期间， P1接受低 8位地址。 P2口： 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 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，口送出高位地址数据。在访问位地址 的外部数据存储器（如执行 指令）时，口线上的内容（也既特殊功能寄存器（）区中寄存器的内容），在整个访问期间不改变。 lash编程或 校验时，亦接受高位地址和其他的控制信号。 口：口是一组带有内部上拉电阻的位双向口。口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）个逻辑门电路。对口写入“”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时，被外部拉低的口将用上拉电阻输出电流 口还接收一些用于 lash 闪速存储器编程和程序校验的控制信号。 ：复位输入。当震荡器工作时，引脚出现两个机器周期以上高 电平 将使单片机复位。 PROGALE / ： 当访问外 部程序 存储器或数据存储器时，（地址锁存应许）输出脉冲用于锁存地址的的撕位字节。即使不访问外部存储器，仍以时钟震荡频率的输出固定的正脉冲信号，因此它可以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脉冲 。 对 lash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（ PROG ） 如有必要，可通过对特殊功能寄存器（）区中的单元的位置位，可禁止操作。该位置位后，只有一条和指令才会被激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置无效 PSEN ： 程序储存应许 （ PSEN ） 输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C51由外部程序存储器取指令（或数据 ）时，每个机器周期两次 PSEN 有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，这两个有效的 PSEN 信号不出现。 EA/VPP：外部访问容许。欲使 CPU仅访问外部程序存储器（地址为 0000H-FFFFH）， EA端必须保持低电平 （接地）。需注意的是：如果加密位 LB1被编辑，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。 nts长春工业大学 毕业论文 13Flash存储器编辑时，该引脚加上 +12V 的程序容许电源 Vpp，当然这必须是该器件 使用 12V编程电压 Vpp。 XTAL1：震荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。 XTAL2：震荡器反相放大器的输出端。 3.5 时钟震荡器 AT89C51中有一个用于构成内部震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震荡器，震荡电路参见图 5。 外接石英晶体（或陶瓷谐振器）及电容 C1， C2在接放大器的反馈回路中构成并联震荡电路。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震荡频率的高低，震荡器工作的稳定性，起振的难易程序及温度温度稳定性，如果使用石英晶体，我们推荐电容使用 30Pf+10Pf，而如果使用陶瓷谐振器建议使用 40F+10Pf。 用户可以采用外部时钟。在这种 情况下，外部时钟脉冲接到 XTAL1端，即内部时钟发生器的输入端， XTAL2 则悬空 ， 由于外部时钟信号是通过一个 2 分频触发器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。 图 3.2 8255 与单片机的接线图 89 C 51WRWRRDRDRESTPA 0 PA 7 PB 0 PB 7 PC 0 PC 77407 3 ADC 0809D 0 - D 7A 0 A 1CSGNDP0.7P0.0P 3 . 1P 3 . 5R E S E TV C CD 0 - D 78255nts长春工业大学 毕业论文 14第四章 硬件电路设计 4.1 温度测量环节的设计 在本系统中，对温度的要求为：显示温度精度为 0.1，系统的温度调整范围为 -30 -50。为了实现本系统的要求，在设计温度测量环节采用以下器件 。 1.温度传感器： AD590 2.电压跟随器： UA741 3.运放器： 0P-07 本环节的设计思想如下： 温度传感器 电压跟随器 运算放大器 A / D 转换器接口电路1 2 3 4 5 6 7 8ABCD87654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eDD a t e : 2 2- J u n - 2 0 05 S he e t o f F i l e : D : X I A O G A N G . D db D r a w n B y:542312O P - 0 7A542312AU A 7 411 0K1 0K2K1 0K5 0K1 0u / 16 v1 0KA D 590- 5 V+ 5V0 .1 u1 0u / 16 V1 00 KI N - 026m s b 2 - 1212 - 220I N - 1272 - 3192 - 418I N - 2282 - 582 - 615I N - 312 - 714l s b 2- 817I N - 42E O C7I N - 53A D D - A25I N - 64A D D - B24A D D - C23I N - 75A L E22r e f ( - )16E N A B L E9S T A R T6r e f ( + )12C L O C K10C?C A PV C Cnts长春工业大学 毕业论文 15图 4.1 温度测量与 A/D转换电路连接图 4.1.1 集成温度传感器 AD590 对于温度传感器，我们选择了单片集成的温度 传感器 AD590。常见的感温元件有热电偶、热电阻和半导体等传感器。热电偶的价格便宜，但精度低，需要进行冷端补偿，电路的设计比较复杂；热电阻精度较高，但需要标准稳定电阻是陪才能使用；而半导体温度传感器线路设计简单，精度较高，线性度好，价格适中。 AD590为单片集成两端感温电流源，所产生的电流经过电阻网络和多级运算放大器，输出范围在 00.6V 的电压（温度范围为 0 60）。 AD590的特性为：流过器件的电流 ( A )等于期间所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即： A/K 式中： 流过器件（ AD590）的电流，单位为 A； T 热力学 温度，单位为 K。 同时， AD590 输出呈现高阻抗，其本身保证在 0（即热力学温度 273.2K）时，输出电流为 273.2 A 。所以当 R1和 R2 的阻值之和为 1K时，在 AD590的 2 脚，可以得到 273.2mV的电压，且输出电压随温度的变化为 1mV/K。在 AD590之后连接由运算放大器 OP07构成的跟随器，以提高输出负载能力。要想得到输出电压在 0 60时输出为 00.6V，必须对信号进行降压和放大。考虑到精度的要求，我们先对跟随器的输出信号经过一级反向放大，再经过一级反 向求和降压，最后得到 00.6V的电压，且在整个温度范围内保持良好的线性。计算过程如下： 0 60时 )(602.27 32.27 31 mvU 1372 * URRU 调节电位器 R7 为 10K )12(*583 RRU 调节电位器 R8，使 3U 为 2.732V )(*329114 UURRU 调节电位器 11R 为 10K 则： 732.210 14 UU 故： 4U 范围为 00.6V，在 ICL7135 的量程范围内 但由于 AD590 的增益有偏差，同时电阻也有误差，因此必须对电路进行调整。调整方法为： 为了获取准确的温度值，分别在 0（冰水混合物）、 100（沸水）和 36.5（人体温度）进行温度定标。具体步骤是：把 AD590放于冰水混合物中，调节电位器R1，使得跟随 器输出电压为 273.2mV。依次调节 R7、 R8，使得运放 U2、 U3的输出为 -nts长春工业大学 毕业论文 162.732V和 2.732V。 将 AD590放入沸水中，调节电位器 R11，使得 U4输出为 1V。 同理进行 36.5使得定标。 4.1.2 电压跟随器 -通用运放 UA741 在系统中为了使前置放大器的前级和后级满足阻抗匹配关系，本系统采用了电压跟随器 -通用运放 UA741。它接于温度传感器之后，为 8 脚 DIP 封装。其引脚排列如图 图 4.2 UA741 引脚图 UA741要求双电源供电，即供电范围在（ 3V-18V），典型 供电为 15V。最低不要低于 3V，但实际上为 3V使运放不能正常工作，故一般不要低于 5V。 10K欧姆电位器用与调整放大器的零点 。 UA741可用于对速度要求不太高，精度也不太高的场合，一般可在 8 为 A/D和 D/A中做放大器。 UA741 的补偿电容装在封装内部，不许要对外接封装电容。 UA741在本系统中的应用连接电路如下图。其放大倍数为 -1，它将温度传感器输出的电压信号转化为一稳定的电压信号，输出给运放 0P-07。 +- 5 V+ 5 Vnts长春工业大学 毕业论文 17图 4.3 UA741在本系统中的应用电路连接 4.1.3运算放大器 0P-07 低失调运放的输入失调电压温漂 a 0S 和输入失调电流温漂 a 0S 都很小。实际上这类运放的输入电压 0S 和输入失调电流 0S 也很西欧啊，因而这类运放的精度也比较高。所以也成为高精度运放。 0P-07 采用超高工艺和齐纳米微调技术，使其 0S，0S， a 0S， a 0S 都很小，单它的速度比 UA741 还低，广泛应用与稳定积分，精度加法，比较，检波和微弱信号精密放大 器等 。 0P-07 要求双电源供电，使用温度范围为 0-70 度。 0P-07 一般不需调零，如果要调零可采用图中电位器调整，电 位器电阻值可选 200K 欧姆。在本系统设计中， 0P-07 连接图如下： 图 4.4 在本系统 0P-07的连接 4.1.4 A/D转换器 ADC0809 ADC0809结构原理和引脚功能 10 K10 K10 K10 K50 K-+0 P - 07nts长春工业大学 毕业论文 18因 A/D转换器应有范围极广，故其品种及类型非常多，根据 A/D电路的工作原理可以分为下列几大类型： （ 1）、双积分 A/D转换器 一般具有精度高，抗干扰好，价格便宜等优点，但转 换速度慢，广泛用于数字仪表中。 （ 2）、逐次逼近比较型 A/D转换器 在精度、速度和价格上都适中。 （ 3）、并行 A/D转换器 这是一种用编码技术实现的高速转换器。 本设计选用逐次逼近比较型 A/D转换器 ADC0809以实现模数转换。 ADC0809结构原理 ADC0809是采用 CMOS工艺制造的 8 位 8通道单片机 A/D转换器，每个通道均能转换出 8位数字量。它是逐次逼近比较型转换器，包括一个高阻抗斩波比较器；一个带有256个电阻分压器的树状开关网络；一个控制逻辑环节和 8位逐次逼近数码寄存器；最后输出级有一个 8 位三位输出锁存口，其中内部结构如图 3-4所示： 8 位A / D转 换 器8 路 模 拟量 开 关地 址锁 存与 译 码三 态输 出锁 存 器S T A R TC L KI N 7I N 0CBAA L EE O CD 0D 7V c cG N D RV RVO E38图 4.5 ADC0809 结构原理 八个模拟量输入受多路开关地址寄存器控制，当选中某路时，该路模拟信号 VX进入比较器与 D/A输出的 VR比较，直至 VR与 VX相等或达到允许误差为止，然后将对应 VX的数码寄存器值送入三态锁存器。当 OE有效时，便可输出对应的 VX的八位数码。即：IN0IN7八路模拟量输入端，在多路开关控制下，任一瞬间只能有一路模拟量经相应通道输入到 A/D转换器中的比较放大器。 D7D0为八位数码输出端，可直接接入微型机构的数据总线。 A、 B、 C多路开关地址选择输入端，其取值与 A/D 转换通道的对应关系 如nts长春工业大学 毕业论文 19表 3-1。 多路开关地址 被选中的 输入通道 对应通道 路口地址 C B A 0 0 0 IN0 00H 0 0 1 IN1 01H 0 1 0 IN2 02H 0 1 1 IN3 03H 1 0 0 IN4 04H 1 0 1 IN5 05H 1 1 0 IN6 06H 1 1 1 IN7 07H 表 4.1 A、 B、 C与 A/D转换器对应关系 ADC0809引脚功能 ADC0809外形是有 28脚的双列直插式芯片，引脚如图 3-5所示： IN - 026m s b 2 -1212 -220IN - 1272 -3192 -418IN - 2282 -582 -615IN - 312 -714l s b 2 - 817IN - 42E O C7IN - 53A D D -A25IN - 64A D D -B24A D D -C23IN - 75A L E22re f( -)16E N A B L E9S T A R T6re f( + )12C L O C K10A D C 0 8 0 9图 4.6 ADC0809 引脚功能 引脚功能如下： IN0-IN7 八位模拟量输入端 ADDA、 ADDB、 ADDC 通道选输入端 DB0DB7 八位数字量输出端 START 启动 A/D 转换信号输入端，其上升沿用以清除 ABC、内部寄存器；其下降沿nts长春工业大学 毕业论文 20用以启动内部控制逻辑，使之 A/D转换器工作。 CLOCK 转换定时时钟脉冲输入端，它的频率决定 A/D转换器的转换速度，在此其频率不能高于 640KHZ，其对应转换速度为 10NS。 ALE 地址锁存元件，该信号的上升沿可将地址选择号 A、 B、 C锁入地址寄存器内。 EOC 转换结束信号 ， A/D转换器开始后 EOC信号自动变低电平，转换结束即变高电平。 OE 允许输出控制端，有效时能打开三态门，将八位转换后的数据送到微型机的数据总线上。 VREF（ +）、 VREF（ -） 参考电压输入端。它们以可以不与本机电源和地址相连，但VREF（ -）不得为负值， VREF（ +）不得高于 Vcc，且 1/2VREF（ +） +VREF（ -）与1/2VCC之差不得大于 0.1V。 VCC 芯片电源（ +5V）输入端。 CTND 芯片接地端。 4 2 可编程并行接口 8255设计 4.2.1并行通信与 接口 并行通信 就是把一个字符的 各位同时用几根线进行传输 。传输速度快，信息率高。电缆要多，随着传输距离的增加，电缆的开销会成为突出的问题，所以，并行通信用在传输速率要求较高，而传输距离较短的场合 。 Intel 8255A 是一个通用的可编程的并行接口芯片，它有 三个并行 I/O口 ，又可通过编程设置 多种工作方式 ，价格低廉，使用方便，可以直接与 Intel系列的芯片连接使用，在中小系统中有着广泛的应用。 4.2.2 8255A 的编程结构 8255A由以下几部分 组成 ：见图 1三个数据端口 A， B， C 这三个端口均可看 作是 I/O口，但它们的结构和功能也稍有不同。 A 口 ：是一个独立的 8 位 I/O口，它的内部有对数据 输入 /输出的锁存功能。 nts长春工业大学 毕业论文 21B 口 ：也是一个独立的 8 位 I/O口，仅对 输出数据的锁存功能 。 C 口 ：可以看作是 一个独立的 8 位 I/O 口 ；也可以看作是 两个独立的 4 位 I/O口 。也是仅对 输出数据进行
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