51单片机为核心控制空调自动调节室内温度.doc

河南工业职业技术学院 毕业设计论文机电工程系毕业设计论文题 目 单片机控制空调调节温度专业名称机电一体化学生姓名李军朋指导教师刘娇月毕业时间2014年6月任务书一、题目单片机控制空调调节温度二、指导思想和目的要求本课题研究的是51单片机控制温度系统的设计，主要是基于51单片机为中央处理器，通过温度传感器进行温度采集，将采集到的温度信号传输给单片机，再由单片机进行调控。三、主要技术指标采用51单片机作为系统热电偶为温度采集器A/D转换电路转换信号四、进度毕业设计进度：10月12号-10月15号确定题目；10月16号-10月30号查找资料做准备；10月30号之后进行毕业设计的具体设计。学生 李军朋 指导教师 刘娇月 系主任 张季萌 摘要计算机技术的诞生彻底改变了人们的生活，曾经需要大量人力、物力资源的工作都已经被智能计算机技术解决。单片机技术是计算机技术的一个应用，它的出现使现代测控领域产生了一场新的革命。典型的MCS-51系列单片机拥有完整的指令集和丰富的外设，可以很轻松的实现很多领域的控制。温度检测与控制应用广泛，作用巨大，精度更高的、操作更简单的集成温度传感器应运而生。空调、冰箱等等与温度控制有关的家用电器越来越普及，一个简单智能的温度控制系统能更好的适应人们的需求。本文论述的室内温度控制系统是以8051单片机为核心。工作原理大概是这样的：通过温度传感器实时采集一个封闭空间的温度，然后传送给单片机处理；同时LED屏显示当前温度，之后单片机根据设定信息结合采集的实际温度控制加热或制冷。 关键词：8051单片机温度传感器 温度控制ABSTRACTThe birth of computer technology has revolutionized the way people live, works which need a lot of manpower, material resources have been solved by smart computer technology. The single-chip microcomputer technology is an application of computer technology. Its emergence has aroused a new revolution in the field of modern measurement and control. The typical MCS-51 series single-chip microcomputer has a complete instruction set and rich peripherals, can easily achieve the control of many areas.Temperature measurement and control has a wide range of applications, higher precision and simple operation of integrated temperature sensor arises at the historic moment. Household appliances related to the temperature control, such as air conditioners, refrigerators and so on, is more and more popular, a simple intelligent temperature control system can better adapt to the needs of people.This paper discusses the air conditioning temperature control system based on 8051 single-chip microcomputer as the core. Work principle about is this: by temperature sensor temperature real time acquisition of a closed space, and then transmitted to the single chip; Single chip microcomputer based on one set of information collection and the actual temperature of heating or refrigeration in order to realize the air-conditioning function automatically.KEY WORDS: 8051single-chip microcomputer temperature sensor temperature control 目录摘要- 1 -ABSTRACT- 2 -第一章 引言- 4 -1.1 课题背景- 4 -1.2 国内外研究现状- 4 -1.3 本课题研究内容- 4 -第二章 系统总体设计方案- 5 -2.1 温度传感器产品分类与选择- 5 -2.1.1 常用的测温方式- 5 -2.1.2 温度传感器产品分类- 5 -2.1.3 温度传感器选择- 7 -2.2 空调温控器的功能设计- 8 -第三章 系统硬件设计- 10 -3.1 单片机- 10 -3.1.1 STC89C51单片机简介- 10 -3.1.2 STC89C51单片机时序- 10 -3.1.3 STC89C51单片机引脚介绍- 11 -3.2 A/D转换电路- 13 -3.2.1 ADC0801介绍- 14 -3.2.2 A/D转换电路原理- 15 -3.3温度采样电路- 16 -3.3.1 AD590型温度传感器- 16 -3.3.2 温度采样工作原理- 17 -3.4 按键开关- 18 -3.5 温度显示电路- 18 -3.5.1 LED驱动- 19 -3.5.2 温度显示工作原理- 19 -3.6 压缩机驱动电路- 20 -第四章 系统软件设计- 21 -4.1 软件设计思路- 21 -4.2 程序流程- 21 -4.3 程序内容编写- 22 -第五章 结论- 27 -致谢- 28 -参考文献- 29 -附录- 30 -第一章 引言1.1 课题背景21世纪的人们生活质量不断提高，同时也对高科技电子产业提出了更高的要求，为了使人们生活更人性化、智能化。我设计了这一基于单片机的空调温度控制系统，人们只有生活在一定的温度环境内才能长期感觉舒服，才能保证不中暑不受冻，所以对室内温度要求要高。对于不同地区空调要求不同，有的需要升温，有的需要降温。一般都要维持在2126。目前，虽然我国大量生产空调制冷产品，但由于我国人口众多，需求量过盛，在我国的北方地区，还有好多家庭还没有安装有效地室内温控系统。温度不能很好的控制在一定的范围内，夏天室内温度过高，冬天温度过低，这些均对人们正常生活带来不利的影响，温度、湿度均达不到人们的要求。以前温度控制主要利用机械通风设备进行室内、外空气的交换来达到降低室内温度，实现室内温度适宜人们生活。以前通风设备的开启和关停，均是由人手动控制的，即由人们定时查看室内外的温度、湿度情况，按要求开关通风设备，这样人们的劳动强度大，可靠性差，而且消耗人们体力，劳累成本过高。为此，需要有一种符合机械温控要求的低成本的控制器，在温差和湿度超过用户设定值范围时，启动制冷通风设备，否则自动关闭制冷通风设备。鉴于目前大多数制冷设备现在状况，我设计了一款基于MCS51单片机的空调温度控制系统。1.2 国内外研究现状电子技术的发展，特别是随着大规模集成电路的产生，给人们的生活带来了根本性的变化，如果说微型计算机的出现使现代的科学研究得到了质的飞跃，那么单片机技术的出现则是给现代工业控制测控领域带来了一次新的革命。目前，单片机在工业控制系统诸多领域得到了极为广泛的应用。特别是其中的C51系列的单片机的出现，具有更好的稳定性，更快和更准确的运算精度，推动了工业生产，影响着人们的工作和学习。在现代社会中，温度控制不仅应用在工厂生产方面，其作用也体现到了各个方面，随着人们生活质量的提高，酒店厂房及家庭生活中都会见到温度控制的影子，温度控制将更好的服务于社会.而今，空调等家用电器随着生产技术的发展和生活水平的提高越来越普及，一个简单，稳定的温度控制系统能更好的适应市场。温度采集与控制历来都是检测控制领域的重点之一。近年来全球工业电子温度控制器市场增长缓慢，我国电子温度控制器市场迅猛发展，与之相关的核心生产技术与研发必将成为业内企业关注的焦点。温度控制器被广泛用于工农业生产，科学研究和生活领域，了解国内外电子温度控制器生产核心技术研发动向，工艺设备，技术应用及趋势对于企业提升产品规格，提高市场竞争力非常关键。就目前情况来说，电子式温度控制器必将全面代替机械式温度控制器。电子式温度控制器的精度、功能、可靠性以及安全性等方面迅速发展，以后全面智能化的温度控制器将更加方便，功能将更加强大，更加可靠，更加安全。当前各界研究的温度控制器技术各具一格，所以新型温度控制器的研发所要解决的问题就是如何做到取长补短，从而来设计出更加优越的温度控制器。1.3 本课题研究内容空调器的制冷系统由蒸发器、压缩机、冷凝器和毛细管四个主要部件组成。按照制冷循环工作的顺序，依次用管道连接成一个整体。系统工作时、蒸发器内的制冷剂吸收室内空气的热量而蒸发成为压力和温度均较低的蒸气，被压缩机吸入并压缩后，制冷剂的压力和温度均升高，然后排入冷凝器。制冷剂蒸气在冷凝器内通过放热给室外空气而冷凝成为压力较高的液体。制冷剂液体通过毛细空的节流，压力和温度均降低，再进入蒸发器蒸发，如此周而复始地循环工作，从而达到降低室内温度的目的。单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。单片机内部也用和电脑功能类似的模块，比如CPU，内存，并行总线，还有和硬盘作用相同的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，一般不超过10元即可用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。我们现在用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、VCD等等的家电里面都可以看到它的身影！它主要是作为控制部分的核心部件。它是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰能力，较低的成本，这也是和离线式计算机的（比如家用PC）的主要区别。单片机是靠程序的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用美国50年代开发的74系列，或者60年代的CD4000系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大PCB板！但是如果要是用美国70年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！本控制电路是以51单片机为控制核心，现场温度经温度传感器采样后变换为模拟电压信号，井底通道滤波滤掉干扰信号后送给放大器，信号放大后经A/D转换器转换为数字信号送给单片机，单片机将给定温度与测量温度相比较后得出偏差量，执行器由开关频率较高的固态继电器开关担任，采用模拟的PWM控制方法，改变同一个周期中电子开关的闭合时间，完成温度控制，实现单片机为控制中心，以空调机为执行期间，通过单片机程序来完成对室内温度的自动控制。第二章 系统总体设计方案2.1 温度传感器产品分类与选择温度是日常生活中经常遇到的一个物理量，它也是科研和生产中最常见、最基本的产量之一。在很多场合都需要对温度进行测控，而温度测控离不开温度传感器，因此，掌握正确的测温方法及温度传感器的使用方法极为重要。2.1.1 常用的测温方式物体受热后温度就要升高，任何两个温度不同的物体相接触都必然产生热交换，直到两者的温度达到平衡为止。据此，可以选择某种温度传感器与被测物体接触进行温度测量，这种方法称为接触式测温。接触式测温常用于较低温度的测量。此外，物体受热后温度升高的同时还伴有热辐射，因此，可利用温度传感器接收被测物体在不同温度下辐射能量的不同来测量温度，这种测温方法称为非接触式测温。非接触式测温常用于高温测量。2.1.2 温度传感器产品分类目前，温度传感器没有统一的分类方法。按输出量分类有模拟式温度传感器和数字式温度传感器。按测温方式分类有接触式温度传感器和非接触式温度传感器。按类型分类有分立式温度传感器（含敏感元件）、模拟集成式温度传感器和智能温度传感器（即数字温度传感器）。模拟式温度传感器输出的是随温度变化的模拟量信号。其特点是输出响应速度较快和MPU（微处理器）接口较复杂。数字式温度传感器输出的是随温度变化的数字量，同模拟输出相比，它输出响应较慢，但容易与MPU接口。下面对工程中常用的温度传感器做简单介绍。1.热敏电阻式温度传感器电阻式温度传感器分为热电阻式温度传感器和热敏电阻温度传感器，他们的特点是自身的电阻值随温度而变化。热敏电阻式利用半导体材料制成的敏感组件，通常所用的热敏电阻温度传感器都是具有负温度系数的热敏电阻，它的电阻率受温度的影响很大，而且随温度的升高而减少，简称NTC。其优点是灵敏度高，体积小，寿命长，工作稳定，易于实现远距离；缺点是互换性差，非线性严重。2.热电阻式温度传感器利用热电阻温度系数随温度变化的特性而制成的温度传感器。称为热电阻温度传感器。对于大多数金属导体，其电阻值都具有随温度升高而增大的特性。由于纯金属的温度系数比合金的高，因此均采用纯金属作为热电阻组件。常用的金属导体材料有铂、铜、铁和镍。3.热电偶式温度传感器热电偶是一种传统的温度传感器，其测温范围一般为-50到+1600，最高可达+2800，并且有较高的测量精度。另外，热电偶产品已实现标准化、系列化，使用时易于选择，可方便地用计算机做线性补偿，因此，至今在测温领域内仍被广泛使用。它的理论基础是建立在热电效应上，将热能转化为电能。4.模拟集成温度传感器集成传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的，因此亦称硅传感器或单片集成传感器。模拟集成温度传感器是在20世纪80年代问世的。它是将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用IC，它属于最简单的一种集成温度传感器。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一（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，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较为普遍的一种集成传感器。5.智能温度传感器智能温度传感器（亦称数字温度传感器）是在20世纪90年代中期问世的。智能温度传感器是微电子技术、计算机技术和自动测试技术的结晶，它也是集成温度传感器领域中最具活力和发展前途的一种新产品。目前，行许多著名的集成电路生产已开发出上百种智能温度传感器产品。智能温度传感器具有以下三个显著特点：第一，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）；第二，能以最简方式构成高性价比、多功能的智能化温度测控系统；第三，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。智能温度传感器内部都包含温度传感器、A/D传感器、存储器（或寄存器）和接口电路。有的产品还带多路控制器、中央控制器（CPU）、随机存取储存器（RAM）和只读存储器（ROM）。2.1.3 温度传感器选择在介绍温度传感器的选择原则之前，首先介绍在测控系统中选择传感器的总原则，本原则适用于各种传感器的选择。1.选择传感器的总原则现代传感器在原理和结构上千差万别，如何根据具体的测控目的、测控对象以及测控环境合理地选择传感器，是单片机测控系统首先要解决的温度。当传感器选定之后，与之相配套的测控电路也就可以确定了。测控结果的成败，在很大程度取决于传感器的选择是否合理。作为单片机测控系统前向通道的关键部件，在选择传感器时应考虑一下几个方面：（1）根据测控对象与测控环境确定传感器的类型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择，哪一种原理的传感器更为合适，则需要根据被测量对象的特点和传感器的使用条件综合考虑一下一些具体问题：1）传感器的量程；2）被测位置对传感器体积的要求；3）测量方式为接触式还是非接触式；4）传感器信号的引出是有线还是无线；5）是购买传感器还是自行研制传感器以及价格因素等。在综合考虑上述因素之后就能确定选择何种类型的传感器，然后再考虑传感器的具体性能指标。（2）灵敏度的选择通常情况下，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越 （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，传感器的频率响应好，可测的信号频率范围就宽，传感器的输出信号必须在允许的频率范围内保持不失真，实际上传感器的响应总有一定得延迟，希望延迟时间越来越好。（4）线性范围传感器的线形范围是指输出信号与输入量成正比的范围。从理论上讲，在此范围内灵敏度应保持定值。传感器的线性范围越宽，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之后首先要看其量程是否满足要求。（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。（6）精度的选择精度是传感器的一个重要的性能指标，它是关系到整个测控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，传感器的精度只要能满足整个测控系统的精度要求就可以了，不必选得太高。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。2.温度传感器的选择温度传感器技术被广泛应用于消费类电子产品、玩具、家用电子产品、工业测控系统以及个人计算机应用中。传统上分立式温度传感器是最常用的温度传感器元件，而集成温度传感器特点是测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗，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温度传感器。综上所述，不同的传感器具有不同的应用场合，由于在温度测控系统中，传感器是前向通道的关键部件，因此选择合适的传感器是非常重要的。选择的原则要考虑温度范围、温控精度、测温场合、价格等几方面的因素2.2 空调温控器的功能设计通过温度传感器对空气进行温度采集，将采集到的温度信号传输给单片机，再由单片机控制显示器，并比较采集温度与设定温度是否一致，然后驱动空调机的加热或降温循环对空气进行处理，从而模拟实现空调温度控制单元的工作情况。空调温控器主要单片机，时序电路，温度采样电路，A/D转换电路，温度显示电路，温度输入电路，驱动电路等组成。系统原理图见图1所示：温度采样电路 80518段译码器8段译码器数码管数码管按键电路驱动电路A/D转换电路时钟图1空调机温度控制系统框图第三章 系统硬件设计3.1 单片机由于空调温度控制器的核心就是单片机，单片机的选择将直接关系到控制系统的工作是否有效和协调。本设计采用MCS-51系列的8051单片机，因为8051单片机应用广泛，性能稳定，抗干扰能力强，性价比高。8051包含了8位CPU，片内振荡器，4K字节ROM,128字节RAM,2个16位定时器，计数器，中断结构，I/O接口等。可进行计算，定时等一系列功能。3.1.1 STC89C51单片机简介目前，51系列单片机在工业检测领域中得到了广泛的应用，因此我们可以在许多单片机应用领域中，配接各种类型的语音接口，构成具有合成语音输出能力的综合应用系统，以增强人机对话的功能。每一个单片机包括：一个8位的微型处理器CPU；一个512K的片内数据存储器RAM；4K片内程序存储器；四个8位并行的I/O接口P0-P3，每个接口既可以输入，也可以输出；两个定时器/记数器；五个中断源的中断控制系统；一个全双工UART的串行I/O口；片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接。最高允许振荡频率是12MHZ。以上各个部分通过内部总线相连接。3.1.2 STC89C51单片机时序STC89C51单片机的一个执器周期由6个状态(s1s6)组成，每个状态又持续2个震荡周期，分为P1和P2两个节拍。这样，一个机器周期由12个振荡周期组成。若采用12MHz的晶体振荡器，则每个机器周期为1us，每个状态周期为16us；在一数情况下，算术和逻辑操作发生在N期间，而内部寄存器到寄存器的传输发生在P2期间。对于单周期指令，当指令操作码读人指令寄存器时，使从S1P2开始执行指令。如果是双字节指令，则在同一机器周期的s4读人第二字节。若为单字节指令，则在51期间仍进行读，但所读入的字节操作码被忽略，且程序计数据也不加1。在加结束时完成指令操作。多数STC89C51指令周期为12个机器周期，只有乘法和除法指令需要两个以上机器周期的指令，它们需4个机器周期。对于双字节单机器指令，通常是在一个机器周期内从程序存储器中读人两个字节，但Movx指令例外，Movx指令是访问外部数据存储器的单字节双机器周期指令，在执行Movx指令期间，外部数据存储器被访问且被选通时跳过两次取指操作。3.1.3 STC89C51单片机引脚介绍STC89C51单片机的40个引脚中有2个专用于主电源引脚，2个外接晶振的引脚，4个控制或与其它电源复用的引脚，以及32条输入输出I/O引脚。下面按引脚功能分为4个部分叙述个引脚的功能：（1）电源引脚Vcc和VssVcc（40脚）：接+5V电源正端；Vss（20脚）：接+5V电源正端。（2）外接晶振引脚XTAL1和XTAL2XTAL1（19脚）：接外部石英晶体的一端。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成采用外部时钟时，对于HMOS单片机，该引脚接地；对于CHOMS单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端。XTAL2（18脚）：接外部晶体的另一端。在单片机内部，接至片内振荡器的反相放大器的输出端。当采用外部时钟时，对于HMOS单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端。对于CHMOS芯片，该引脚悬空不接。（3）控制信号或与其它电源复用引脚控制信号或与其它电源复用引脚有RST/VPD、ALE/P、PSEN和EA/VPP等4种形式。（A）RST/VPD（9脚）：RST即为RESET，VPD为备用电源，所以该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。当单片机振荡器工作时，该引脚上出现持续两个机器周期的高电平，就可实现复位操作，使单片机复位到初始状态。当VCC发生故障，降低到低电平规定值或掉电时，该引脚可接上备用电源VPD（+5V）为内部RAM供电，以保证RAM中的数据不丢失。（B）ALE/P（30脚）：当访问外部存储器时，ALE（允许地址锁存信号）以每机器周期两次的信号输出，用于锁存出现在P0口的低（C）PSEN(29脚):片外程序存储器读选通输出端,低电平有效。当从外部程序存储器读取指令或常数期间，每个机器周期PESN两次有效，以通过数据总线口读回指令或常数。当访问外部数据存储器期间，PESN信号将不出现。（D）EA/Vpp（31脚）：EA为访问外部程序储器控制信号，低电平有效。当EA端保持高电平时，单片机访问片内程序存储器4KB（MS52子系列为8KB）。若超出该范围时，自动转去执行外部程序存储器的程序。当EA端保持低电平时，无论片内有无程序存储器，均只访问外部程序存储器。对于片内含有EPROM的单片机，在EPROM编程期间，该引脚用于接21V的编程电源Vpp。（4）输入/输出（I/O）引脚P0口、P1口、P2口及P3口(A)P0口（39脚22脚）：P0.0P0.7统称为P0口。当不接外部存储器与不扩展I/O接口时，它可作为准双向8位输入/输出接口。当接有外部程序存储器或扩展I/O口时，P0口为地址/数据分时复用口。它分时提供8位双向数据总线。对于片内含有EPROM的单片机，当EPROM编程时，从P0口输入指令字节，而当检验程序时，则输出指令字节。(B)P1口（1脚8脚）：P1.0P1.7统称为P1口，可作为准双向I/O接口使用。对于MCS52子系列单片机，P1.0和P1.1还有第2功能：P1.0口用作定时器/计数器2的计数脉冲输入端T2；P1.1用作定时器/计数器2的外部控制端T2EX。对于EPROM编程和进行程序校验时，P0口接收输入的低8位地址。(C)P2口（21脚28脚）：P2.0P2.7统称为P2口，一般可作为准双向I/O接口。当接有外部程序存储器或扩展I/O接口且寻址范围超过256个字节时，P2口用于高8位地址总线送出高8位地址。对于EPROM编程和进行程序校验时，P2口接收输入的8位地址。(D)P3口（10脚17脚）：P3.0P3.7统称为P3口。它为双功能口，可以作为一般的准双向I/O接口，也可以将每1位用于第2功能，而且P3口的每一条引脚均可独立定义为第1功能的输入输出或第2功能。P3口的第2功能见下表表1 单片机P3.0管脚含义引脚第2功能P3.0RXD（串行口输入端0）P3.1TXD（串行口输出端）P3.2INT0（部中断0请求输入端，低电平有效）P3.3INT1（中断1请求输入端，低电平有效）P3.4T0（时器/计数器0计数脉冲端）P3.5T1（时器/计数器1数脉冲端）P3.6WR（部数据存储器写选通信号输出端，低电平有效）P3.7RD（部数据存储器读选通信号输出端，低电平有效）综上所述，MCS51系列单片机的引脚作用可归纳为以下两点：1)单片机功能多，引脚数少，因而许多引脚具有第2功能；2)单片机对外呈3总线形式，由P0、P2口组成16位地址总线；由P0口分时复用作为数据总线.3.2 A/D转换电路A/D转换过程包括取样、保持、量化和编码4个步骤，一般，前2个步骤在取样-保持电路中1次性完成，后2个步骤在A/D转换电路中1次性完成。我们知道，要确定（表示）1条曲线，理论上应当用无穷多个点，但有时却并非如此。比如1条直线，取2个点即可。对于曲线，只是多取几个点而已。将连续变化的模拟信号用多个时间点上的信号值来表示称为取样，取样点上的信号值称为样点值，样点值的全体称为原信号的取样信号。取样时间可以是等间隔的，也可以自适应非等时间间隔取样。问题是：对于频率为f的信号，应当取多少个点，或者更准确地说应当用多高的频率进行取样？取样定理将回答这个问题：只要取样频率fS大于等于模拟信号中的最高频率fmax的2倍，利用理想滤波器即可无失真地将取样信号恢复为原来的模拟信号。这就是说，对于1个正弦信号，每个周期只要取2个样点值即可，条件是必须用理想滤波器复原信号。这就是著名的山农（Shannon）取样定理，用公式表示即为在工程上，一般取。取样后的样点值必须保存下来，并在取样脉冲结束之后到下1个取样脉冲到来之前保持不变，以便ADC电路在此期间内将该样点值转换成数字量，这就是所谓取样-保持。常用的取样-保持电路芯片有LF198等，其保持原理主要是依赖于电容器C上的电压不能突变而实现保持功能的。注意，取样保持后的样点值仍是连续的模拟信号，为了用数字量表示，必须将其化成某个最小数量单位的整数倍。比如取样保持后的电压值为10V，如果以“1V”为最小数量单位，转换成的数字就是10；如果以“1mV”为单位，转换成的数字就是10000；这个化模拟量为数字量的过程称为量化。有只舍不入式量化和有舍有入式量化2种。转换之后的数字可以用10进制表示（如上述的“10”），也可以用2进制数表示（如“1010”），或用BCD码表示（如“0001 0000”）等，这就是所谓编码。一般多用2进制码。3.2.1 ADC0801介绍ADC0801是8位全MOS中速A/D转换器，他是逐次逼近式A/D转换器，片内有三态数据输出锁存器，可以和单片机直接口接。其主要引脚功能如下：（1）RD，WR：读选通信号和选通信号（低电平有效）。（2）CLK：时钟脉冲输入端，上升有效。（3）DB0DB7是输入信号。（4）CLKR：内部时钟发生器外接电阻端，与CLKIN端配合可由芯片自身产生时钟脉冲，其频率为1/1.1RC。（5）CS：片选信号输入端，低电平有效，一旦CS有效，表明A/D转换器选中，可使用（6）WR：写信号输入，接受微机系统或其它数字系统控制芯片的启动输入端，低电平有效，CS、WR同时为低电平时，启动转换。（8）CLK:为外部时钟输入端，时钟频率高，A/D转换速度快。允许范围为10-1280KHZ，典型值为640KHZ，此时，A/D转换时间为10us。通常由MCS51单片机ALE端直接或分频后与其相连。当MCS单片机与读写外，RAM操作时，ALE信号固定为CPU时钟频率的1/6，若单片外接的晶振为6MHZ，则1/6为1MHZ，A/D转换时间为64us。3.2.2 A/D转换电路原理将模拟信号转换成数字信号的电路，称为模数转换器(简称A/D转换器)；将数字信号转换为模拟信号的电路称为数模转换器(简D/A转换器)；A/D转换器和D/A转换器已成为信息系统中不可缺的组成部分，为确保系统处理结果的精确度，A/D转换器和D/A转换器必须具有足够的转换精度；如果要实现快速变化信号的实时控制与检测，A/D与D/A转换器还要求具有较高的转换速度。转换精度与转换速度是衡量A/D与D/A转换器的重要技术指标。随着集成技术的发展，现已研制和生产出许多单片的和混合集成型的A/D和D/A转换器，它们具有愈来愈先进的技术指标。A/D转换器的功能是把模拟量变换成数字量。由于实现这种转换的工作原理和采用工艺技术不同，因此生产出种类繁多的A/D转换芯片。A/D转换器按分辨率分为4位、6位、8位、10位、14位、16位和bcd码的31/2位、51/2位等。按照转换速度可分为超高速(转换时间330us),次超高速(3303.3us),高速(转换时间3.3333us),低速(转换时间330us)等。A/D转换器按照转换原理可分为直接A/D转换器和间接A/D转换器。所谓直接A/D转换器，是把模拟信号直接转换成数字信号，如逐次逼近型，并联比较型等。其中逐次逼近型A/D转换器，易于用集成工艺实现，且能达到较高的分辨率和速度，故目前集成化A/D芯片采用逐次逼近型者多；间接A/D转换器是先把模拟量转换成中间量，然后再转换成数字量，如电压/时间转换型(积分型),电压/频率转换型，电压/脉宽转换型等。其中积分型A/D转换器电路简单，抗干扰能力强，切能作到高分辨率，但转换速度较慢。有些转换器还将多路开关。基准电压源。时钟电路。译码器和转换电路集成在一个芯片内，已超出了单纯A/D转换功能，使用十分方便。A/D 转换电路如图2.1所示。ADC0801的A/D转换结果输出端DB0DB7与8051的P0.0-P0.7相连，INTR与P2.0口相连，INTR端用于给出A/D转换完成信号，所以通过查询P2.0便可以获知A/D转换是否完成。RD与8051 RD相连，WR也是跟8051 WR相连。CS、VIN+接地。（低电平有效）ADC0801的两模拟信号输入端，用以接受单极性、双极性和差摸输入信号，与WR同时为低电平A/D转换器被启动切在WR上升沿后100 模数完成转换，转换结果存入数据锁存器，同时，INTR自动变为低电平，表示本次转换已结束。如CS、RD同时来低电平，则数据锁存器三态门打开，数字信号送出，而在RD高电平到来后三态门处于高阻状态 。 图3.1A/D转换电路图 3.3温度采样电路3.3.1 AD590型温度传感器由于温度传感器要测取的是加热炉出口的被推出的高温的金属工件，加热工件的温度高达上千度，且是要测量处于运动状态的工件，且工业现场的灰尘、震动等的干扰严重。所以可以考虑热电偶温度传感器或者红外温度传感器。但考虑到工艺要求和在加热炉出口处热电偶温度传感器安装的难度比较大，所以优先考虑红外温度传感器。根据技术指标，温度测量范围6001200，温度测量误差4，考虑到后面还有A/D转换器部分和软件部分会增大测量误差，所以温度传感器的分辨率和精度最好控制在1以内。综合上述因素，温度传感器部分选取海贝尔公司HBIR系列的在线式红外测温探头HBIR5816。HBIR系列工业级在线式红外测温探头安装简便，易于维护，适用于电力、冶金等相关领域的测温。AD590是一种集成温度传感器，其实质是一种半导体集成电路。它利用晶体管的b-e结压降的不饱和值VRE、热力学温度T和通过发射极电流I的下述关系实现对温度的检测。式中k是波尔兹曼常数；q是电子电荷绝对值。集成温度传感器的线性度好，精度适中，灵敏度高，体积小，使用方便，应用广泛。集成温度传感器的输出形式分为电压输出和电流输出两种。电压输出型的灵敏度一般为10mV/K（温度变化热力学温度1K输出变化10mV），温度0K时输出0，温度25时输出2.9815V。电流输出型的灵敏度一般为1A/K,25时输出298.15A。AD590是美国模拟器件公司生产的单片机集成两端温度传感器，它主要特性如下： 流过器件的电流值等于器件所处环境温度的热力学温度（开尔文）值，即IT/T=1A/K式中IT为流过器件（AD590）的电流，单位为A；T为温度，单位为K。 AD590的测量范围为-55+150。 AD590的电压电源范围为430V。电源电压从46V变化，电流IT变化1A相当于温度变化1K。AD590可以承受44V的正向电压和20V的反向电压，因而器件反接也不会损坏。 输出电阻为710M。 AD590在出厂前已经校准，精度高。AD590有I、J、K、L、M共5挡。其中M挡精度最高，在-55+150范围内，非线性误差为0.3。I挡误差较大，误差为10，应用时应校正。由于AD590精度高、价格低、不需要辅助电源、线性度好，因此常用于测量和热电偶的冷端补偿。3.3.2 温度采样工作原理因为AD590是将温度转换为电流，而单片机对电压信号更好测量，所以要将电流转化为电压，同时对电压信号进行放大后输入A/D转换ADC0801的VI-端口。 电流转化为电压表达式如下： （1）由反相比例运算放大电路，根据“虚断”，“虚短”，集成运放净输入电压为零，净输入电流为零，净输入电流为零等推算出表达式为： （2）最后由(1),(2)得到：图3.2 温度采样电路3.4 按键开关按键开关一般由手柄、滑板、活动触片、固定端子、压簧、外壳等构成，它是通过按动开关手柄来控制活动触点与固定端子触点的接通与关断。按键开关有单键式和多键组合式两种类型。单键式按键开关一般用于电视机中作电源开关，它又分为自锁自复位式（这种开关按一下即接通自锁，再按一下则断开复位）和无锁式（不能锁定，按动时接通，松手后复位）两种结构。按键开关的特点是安装在工作进行中的机器、仪表中，大部分时间是处于初始自由状态的位置上，只是在有要求时才在外力作用下转换到第二种状态（位置），当外力一旦除去，由于弹簧的作用，开关就又回到初始位置。在选用按键开关时，应注意电负载的大小和类型，因为按钮开关的不同类型，电负载的承受能力差别很大。在机械设备中一般选用相对较大型按钮开关，如AN型，可用在交流电动机的自动电磁开关，以及人工启动、紧急刹车、油压机等的自动程序换接中。按键开关电路由一按键连接到8051的P2.1端口所示。按下P2.1按键，放开后进入温度设定模式，显示设定最高温度34oC，每按一次设定温度将减小1oC，直至最低设定温度20oC，再按一次回到34oC。3.5 温度显示电路在日常的生活生产中，我们有时候要知道现场的温度，或是某单元位置的温度。但是普通的温度计多为长条的，需要读刻度的，不利于我们对温度的监控。如果有一个单元的温度对整个的系统很重要，我们就要关注它的工作状况，以便使系统工作在一个良好的环境中。一但高于某个温度将会对我们的系统不利，我们如何知道到达了一个很高的温度呢？很显然，我们要通过观察温度的数值，生活中常用的那种温度计不利于这样的操作及控制。这样就诞生了我们要做一个温度测量仪，它可以实时的显示现场的温度，并能在超过我们设置温度的时候给以报警。3.5.1 LED驱动由于LED是特性敏感的半导体器件，又具有负温度特性，因而在应用过程中需要对其进行稳定工作状态和保护，从而产生了驱动的概念。LED器件对驱动电源的要求近乎于苛刻，LED不像普通的白炽灯泡，可以直接连接220V的交流市电。LED是23伏的低电压驱动，必须要设计复杂的变换电路，不同用途的LED灯，要配备不同的电源适配器。国际市场上国外客户对LED驱动电源的效率转换、有效功率、恒流精度、电源寿命、电磁兼容的要求都非常高，设计一款好的电源必须要综合考虑这些因数，因为电源在整个灯具中的作用就好比像人的心脏一样重要。用LED作为显示器或其他照明设备或背光源时，需要对其进行恒流驱动，主要原因是：1. 避免驱动电流超出最大额定值，影响其可靠性。2. 获得预期的亮度要求，并保证各个LED亮度、色度的一致性。根据电网的用电规则和LED驱动电源的特性要求，在选择和设计LED驱动电源时要考虑到以下几点：1高可靠性：特别像LED路灯的驱动电源，装在高空，维修不方便，维修的花费也大。2高效率：LED是节能产品，驱动电源的效率要高。对于电源安装在灯具内的结构，尤为重要。因为LED的发光效率随着LED温度的升高而下降，所以LED的散热非常重要。电源的效率高，它的耗损功率小，在灯具内发热量就小，也就降低了灯具的温升。对延缓LED的光衰有利。3高功率因素：功率因素是电网对负载的要求。一般70瓦以下的用电器，没有强制性指标。虽然功率不大的单个用电器功率因素低一点对电网的影响不大，但晚上大家点灯，同类负载太集中，会对电网产生较严重的污染。对于30瓦40瓦的LED驱动电源，据说不久的将来，也许会对功率因素方面有一定的指标要求。4这种方式，组合灵活，一路LED故障，不影响其他LED的工作，但成本会略高一点。另一种是直接恒流供电，LED串联或并联运行。它的优点是成本低一点，但灵活性差，还要解决某个LED故障，不影响其他LED运行的问题。这两种形式，在一段时间内并存。多路恒流输出供电方式，在成本和性能方面会较好。也许是以后的主流方向。5浪涌保护：LED抗浪涌的能力是比较差的，特别是抗反向电压能力。加强这方面的保护也很重要。有些LED灯装在户外，如LED路灯。由于电网负载的启甩和雷击的感应，从电网系统会侵入各种浪涌，有些浪涌会导致LED的损坏。因此LED驱动电源要有抑制浪涌的侵入，保护LED不被损坏的能力。6保护功能：电源除了常规的保护功能外，最好在恒流输出中增加LED温度负反馈，防止LED温度过高。7防护方面：灯具外安装型，电源结构要防水、防潮，外壳要耐晒。8驱动电源的寿命要与LED的寿命相适配。9要符合安规和电磁兼容的要求。随着LED的应用日益广泛，LED驱动电源的性能将越来越适合LED的要求。7447 介绍：7447是一块BCD码转换成7段LED数码管的译码驱动IC，7447的