单片机温度控制系统的设计

淮安信息职业技术学院2004 级学生综合毕业实践选题、审题表系 电气工程系 姓名 冯成龙高级 中级 初级专业选题教师专业技术职务 申报课题名称 单片机温度控制系统的设计设计 论文 其它 生产实践 科研 实验室建设 自拟课题类别 课题来源课题简介 本课题拟采用传感器技术、电子技术及计算机技术，设计制作温度控制系统，完成对室内温度的控制。设计（论文）要求（包括应具备的条件）1、控温范围：室温100，测量误差小1；2、以 4 位数字显示当前实际温度，显示分辩率为 0.5；3、可通过键盘设定控制温度；4、电源电压：市电 220V10%；5、温度超出设定温度后要报警。6、完成硬件及软件设计、制作。大 适中 小 难 一般 易 是 否课题预计工作量大小 课题预计难易程度 是否是新拟课题 所在专业审定意见 负责人（签名）： 年 月 日 淮安信息职业技术学院毕业设计论文1注：1、该表作为学生综合毕业实践课题申报时专用,由选题教师填写,经所在专业有关人员讨论,负责人签名后生效;2、该表的填写针对 1 名学生综合毕业实践时选择使用,如同一课题由 2 名及 2 名以上同学选择,应在申报课题的名称上加以区别(加副标题),并且在设计(论文) 要求一栏中加以体现;3.课题简介一栏主要指研究设计该课题的背景介绍及目的、主要内容、意义；4.“设计（论文）要求（包括应具备的条件） ”一栏：主要指本课题技术方面的要求，而“条件”指从事该课题必须具备的基本条件（如仪器设备、场地、文献资料等） ；5.课题一旦被学生选定，此表须放在学生“综合毕业实践材料袋”中存档。淮安信息职业技术学院综 合 毕 业 实 践 任 务 书2007 学年电气工程 系 计算机与自动检测 专业综合毕业实践题目： 单片机温度控制系统的设计学生姓名： 张理想 班级： 430430 学号： 43043041 起迄日期： 2006.12.1.-2007.6.15.实践地点： 淮安信息职业技术学院指导教师： 冯成龙顾问教师：教 研 室 主 任 ： 陈俊生淮安信息职业技术学院毕业设计论文2、题目及专题：1、题目： 单片机温度控制系统的设计2、专题： 、课题来源及选题依据：温度是与我们生活关系密切的物理量，也比较重要。本课题主要要求学生运用已经掌握的知识，设计制作一个数字显示的温度测量装置。数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用。 、本设计（论文或其他）应达到的要求：以 8051 单片机或模拟数字电路为核心，设计、制作硬件软件系统，达到以下要求：1、控温范围：室温100，测量误差小1；2、以 4 位数字显示当前实际温度，显示分辩率为 0.5；系主任： 徐建俊发任务书日期： 2006 年 11 月 30 日淮安信息职业技术学院毕业设计论文33、可通过键盘设定控制温度；4、电源电压：市电 220V10%；5、温度超出设定温度后要报警。6、完成硬件及软件设计、制作。其他：参考文献：1 自动检测技术与应用 武昌俊，机械工业出版社，2005 年 6 月2 MCS-51 系列单片机应用系统设计 何立民 北京航空航天大学出版社3 传感器及传感技术应用 丁镇生 电子工业出版社 1998 年 8 月4 付植桐电子技术 . 北京:高等教育出版社. 2005 淮安信息职业技术学院毕业设计论文4综合毕业实践进度计划起迄日期 工作内容 备注2006.12.1.2006.12.31.资料收集，方案论证2007.1.1.2007.1.30. 硬件电路设计2007.2.1.2007.3.15. 硬件制作2007.3.16.2007.4.15. 软件设计及调试2007.4.16.2007.5.15. 软件、硬件综合调试资料整理、论文打印， 2007.5.16.2007.6.15.准备答辩淮安信息职业技术学院毕业设计论文5综合毕业实践报告(论文)综合毕业实践题目：单片机温度测量控制仪系 部: 电气系 所学专业： 计算机与自动检测班级: 430430学生姓名： 张理想学号: 43043041起迄日期： 20068282007520实践地点： 淮安信息职业技术学院电气工程系指导教师： 冯成龙 专业技术职务： 设计制作淮安信息职业技术学院毕业设计论文62007 年 5 月摘 要随着电子技术的发展，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，那么可编程控制器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。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目前，单片机控制器在从生活工具到工业应用的各个领域，例如生活工具的电梯、工业生产中的现场控制仪表、数控机床等。尤其是用单片机控制器改造落后的设备具有性价比高、提高设备的使用寿命、提高设备的自动化程度的特点。 现代工业设计、工程建设及日常生活中常常需要用到温度控制,早期温度控制主要应用于工厂中，例如钢铁的水溶温度，不同等级的钢铁要通过不同温度的铁水来实现，这样就可能有效的利用温度控制来掌握所需要的产品了。 随着社会的发展，人们对食品温度的控制要求也越来越高，对于低温冷藏车的温度控制也就相应的不断提高，而我设计的低温冷藏车就是为了达到这样的温度控制要求而进行设计的。我所采用的控制芯片为 AT89C51，此芯片功能强大，能够满足设计要求。通过对电路的设计，对芯片的外围扩展，来达到对冷藏车温度的控制和调节功能。关键字：AT89C51 单片机、温度 、软件设计顾问教师：淮安信息职业技术学院毕业设计论文7目 录摘 要6目 录7第一章 绪 论1-1概述 91-2温度控制的总体设计和思路91-3温度控制方框图101-4温度巡回测量控制仪基本要求101-5发挥部分 10第二章 单片机AT89C51的结构和原理2-1 AT89C51单片机的结构112-2 AT89C51单片机主要特性112-3 AT89C51单片机引脚功能说明112-4复位电路 122-5时钟电路 13第三章 温度控制的硬件设备3-1采样系统及温度传感器的选择3-1-1采样系统 153-1-2温度传感器的选择153-2集成运放的选择3-2-1放大系统 . 163-2-2集成运放的选择 163-3控制系统及光电耦合器的选择3-3-1控制系统 173-3-2光电耦合器的选择173-4 A/D转换器的选择及介绍183-5 显示系统及显示器的选择3-5-1显示系统 183-5-2显示器的选择 19淮安信息职业技术学院毕业设计论文83-6电源电路 20第四章 温度控制的软件设计4-1程序模块化处理224-2内RAM资源配置224-3程序清单4-3-1程序入口地址 224-3-2主程序 224-3-3显示程序 234-3-4定时器中断子程序264-3-5温度检测子程序 274-3-6温度控制子程序 284-3-7报警子程序 294-3-8键盘子程序用于调节设定值29第五章 调试及小结5-1单片机温度控制系统的工作原理325-2温度检测和A/D转换电路图325-3测试报告 32小 结34致 谢35参考文献36淮安信息职业技术学院毕业设计论文9第一章 绪论1-1 概述传统的控制系统主要由测量电路和控制电路组成，所具备的功能较少，也比较弱，而且结构很复杂。计算机技术的迅速发展，使得传统的控制系统发生了根本性的变革，即采用微机作为控制系统的核心，代替传统的控制系统的传统的电子线路，从而成为新一代的微机化控制系统。将微机技术引入控制系统中，不仅可以解决传统控制系统不能解决的问题，而且还能简化电路、增加或增强功能、提高控制精度和可靠性，显著增强测控系统的自动化、智能化程度，而且可以缩短系统研制周期、降低成本、易于升级和维护。因此，现代控制系统设计，特别是高精度、高性能的控制系统，目前已很少不采用计算机技术的了。计算机技术的引入，可以为控制系统带来以下一些新特点和新功能。（1） 自动调零功能在每次采样前对传感器的输出值自动清零，从而大大降低因控制系统漂移变化造成的误差。（2） 数字滤波功能利用已算机软件对测量数据进行处理，可以抑制各种干扰和脉冲信号。（3） 数据处理功能利用计算机技术可以实现传统仪器无法实现的各种复杂的处理和运算功能。（4） 复杂控制规律利用计算机技术不仅可以实现经典的 PID 控制，还可以实现各种复杂的控制规律，例如，自适应控制、模糊控制等。（5） 自我诊断功能采用计算机技术后，可对控制系统进行监测，一旦发现故障则立即进行报警，并可显示故障部位或可能的故障原因，对排除故障的方法进行提示。微机化的控制系统是以微机为核心、测量控制一体化的系统，这种系统对被控对象的控制是依据对被控对象的测量结果决定的。因此，它实质上是一种闭环控制系统，其基本组成框图。本次设计的温度控制系统属于单片机控制大惯性环节的典型应用，通用性很强，在工业过程控制中有着广泛的应用。用单片机来代替模拟调节器，就构成了微机过程控制系统。控制系统中引入单片机，可以充分利用单片机在对采淮安信息职业技术学院毕业设计论文10信号采集信号放大AT89C51AD转换电源部分温度显示报警控制键盘控制温度控制集数据加以分析并根据所得结果作出逻辑判断等方面的能力，编制出符合某种技术要求的控制程序、管理程序，实现对被控参数的控制与管理。在单片机控制系统中，控制规律是通过软件来完成的。改变控制规律，只要改变相应的程序即可。由最优控制理论证明的数字式 PID 调节器，其温度调节精度要优于模拟式PID 调节器。数字式 PID 调节器由单片机实现智能控制，能满足高精度、高要求场合下的热加工、热处理、工业窑炉等。因此，在温控系统的控制策略上采用单片机控制下的数字式 PID 调节方式，并通过晶闸管构成的调功器实现对温度的控制。1-2 温度控制的总体设计和思路设计一个实用温度巡回测量控制仪的基本思路是：当由传感器传来模拟信号，经放大电路放大之后，送到 ADC0832 A/D 转换器，转换为数字信号送到89C51 里，由 89C51 处理后发出的显示输出的信号送到 LED 数码显示。按照设计的基本要求，电热锅炉温度控制系统由核心处理模块、温度采集模块、键盘显示模块、及控制执行模块等组成。其中核心处理模快用 MCS-51 单片机来控制；而温度采集模块应包括温度转换、信号放大和 AD 转换；键盘用来设定温度值。1-3 温度控制方框图系统方框图如下图示：1-4 温度巡回测量控制仪基本要求（1）测定温度分三挡 室温、 、 等 三档。10c27（2）被测温度显示：单位为摄氏度；最大测温范围是 ，温度误差不127c大于 ；0.5c（3）控制电路失控后要报警。1-5 发挥部分（1）温度的分档限制了实际温控随时改变的应用。为了实用我们添加了键盘为了随时改变温控的实用性。（2）设定温度的显示：单位为摄氏度，范围是 之间的任意整数。0127c淮安信息职业技术学院毕业设计论文11第二章 单片机 AT89C51 的结构和原理2-1 AT89C51 单片机的结构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。如下所示。AT89C2051 是一种带 2K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 100 次。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器， AT89C2051 是它的一种精简版本。AT89C 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。2-2 AT89C51 单片机主要特性与 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 RAM32 可编程 I/O 线两个 16 位定时器/计数器5 个中断源 淮安信息职业技术学院毕业设计论文12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 2-3 AT89C51 单片机引脚功能说明VCC：供电电压。GND：接地。P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH编程和校验时，P1 口作为第八位地址接收。 P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3 口：P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个TTL 门电流。当 P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚 备选功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断 0）P3.3 /INT1（外部中断 1）P3.4 T0（记时器 0 外部输入）P3.5 T1（记时器 1 外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。此时， ALE 只有在执行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，该引脚被略淮安信息职业技术学院毕业设计论文13微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN 信号将不出现。/EA/VPP：当/EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH） ，不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时，/EA 将内部锁定为RESET；当/EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源（VPP） 。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。2-4 复位电路MCS-51 单片机通常是上电自动复位。如下图。C 电路充电，RESET 引脚端出现正脉冲达到一定的时间就复位，由于本系统的时钟频率是 6MHz 每个机器周期 2uS，只须 RESET 端保持 4u 以上高电平即可。uS为了保证微分脉冲宽度足够大 的值应大12162TfMHz于两个机器周期 一般取 。RC4.710FK的 电 容 ， 的 电 阻2-5 时钟电路单片机虽然有内部震荡电路，但要形成时钟，必须外接附加电路。如图 4所示。本系统 淮安信息职业技术学院毕业设计论文14外接晶体以及电容 C1、C2 并构成并联谐振电路，接在放大器反馈回路中内部震荡，内部产生自激震荡，一般晶振在 2-12MHZ 之间任选。对外接电容值虽然设有严格要求，但电容值的大小会影响震荡频率的高低，振荡器的稳定性，起振的快速性和温度的稳定性。外接晶体时，C1 和 C2 通常选 20PF；外接陶瓷谐振时，C1 和 C2 的典型值为 47PF。第三章 温度控制的硬件设备3-1 采样系统及温度传感器的选择3-1-1 采样系统电路的设计：考虑计算调试和编程的方便，取 00H-0FFH 对应 0-5V 和 ，即每对应 ，数字量为 02H。模拟0127c1c量为:由 AD590 的参数计算max50.394/refUVCTC得： 27tIuA当 时 ，0,5,3refORV得 为了实际应用有 15K 的电阻和 5K 的5183527VRuA淮安信息职业技术学院毕业设计论文15电位器一同组成。3-1-2 温度传感器的选择温控传统的模拟温度传感器，如热电偶、热敏电阻和 RTDS 对温度的监控，在一些温度范围内线性不好，需要进行冷端补偿或引线补偿；热惯性大，响应时间慢。集成模拟温度传感器与之相比，具有灵敏度高、线性度好、响应速度快等优点，而且它还将驱动电路、信号处理电路以及必要的逻辑控制电路集成在单片 IC 上，有实际尺寸小、使用方便等优点。常见的模拟温度传感器有 LM3911、LM335、LM45、AD22103 电压输出型、AD590电流输出型。1）AD590 温度传感器AD590 是集成恒流型的测温器件，这类器件主要用于精确地测温。它们具有测温误差小、动态电阻高、响应速度快、微功耗、传输距离远、体积小等优点，适合远距离测温和控温，不需要进行非线型校正。AD590 是美国 HARRIS 公司生产的采用激光修正的精密集成温度传感器。AD590 有三种封装形式：TO-52 封装、陶瓷封装（测温范围均为-50-+150） 、TO-92 封装（测温范围为 0-+70） 。采用 TO-52 封装的 AD590 产品的主要技术指标如下表所示。该器件的外形与小功率晶体管相仿，共有三个管脚：1正极，2负极，3接管壳。使用时将管壳接地，可起到屏蔽作用。AD590M 的测温范围均为-50-+150，最大非线型误差0.3，响应时间仅 20s，重复性误差低至0.05,功耗约 2 mW。AD590 的主要电器参数为：工作电压范围：+4+30V测温范围： -50+150温度系数： 1A/K25电流输出（298.20K） 298.2A输出阻抗：10M2）LM135/235/335 温度传感器LM135/235/335 系列是美国国家半导体公司（NS）生产的一种高精度易校正的集成温度传感器，工作特性类似于齐纳稳压管。该系列器件灵敏度为10mV/K，具有小于 1 的动态阻抗，工作电流范围从 400A 到 5mA，精度为1，LM135 的温度范围为-55+150，LM235 的温度范围为-40+125，LM335 为-40+100。封装形式有 TO-46、TO-92、SO-8。该系列器件广泛应用于温度测量、温差测量以及温度补偿系统中。经过分析论证我们决定使用 AD590M 温度传感器来温度采样。3-2 集成运放的选择3-2-1 放大系统淮安信息职业技术学院毕业设计论文16当温度是 时 由uOiUA127c12731/40IcuAK583540.6VRIuV而 得6.uiVfR因为直接用2183159370fu 电阻来配置 的电阻是不可能的。所以我们用 35K 的电阻和 10K 的电位器3970配合来达到要求。3-2-2 集成运放的选择时下发展最快的 OP，是最具有特色的六大类 OP 通用 OP； 高精度 OP； 低噪声 OP； 微偏流 OP； 高速 OP； 低功耗 OP根据设计的要求我们选择高精度 OP 系列误差等级为 的品种。0.3c高精度 OP 最重要的参数是失调电压和漂移等 DC 参数，这个值越小精度越高，其价值也越大。而频率特性就相对不那么重要了，通频带限制在 DC10Hz 的范围。为了元器件好购置我们选用的是高精度 OP 的典型产品是 OP07。产品内偏置电路采用齐纳二极管补偿平衡的偏置调整技术，这在当时是具有卓越的 DC 特性的产品。使用中要注意：假设 mV 放大器设计要求增益大，那么当开环增益太小时就容易产生非线性失真。3-3 控制系统及光电耦合器的选择淮安信息职业技术学院毕业设计论文173-3-1 控制系统为了防止电网中的干扰信号冲击 CPU 使用光电耦合器 MOC3021。当 P1.6 为高电平时 MOC3021 内置的发光二极管处于截止状态使可控硅截止停止加热状态。当 P1.6 为低电平时 MOC3021 内置的发光二极管发射红外光使可控硅导通处于加热状态。为了监控的直观可见我们使用了一个发光二极管来于被加热体同步。当加热是发光二极管亮反之灭。下图为过零触发晶体管电路，MOC3021 能在正弦交流过零时自动导通，触发大功率双向晶闸管导通。从而省去了过零检测等复杂电路减低了成本提高了可靠性。100 欧电阻为限流电阻，300 欧为 BCG 门极电阻，防止误触发，提高了抗干扰性。3-3-2 光电耦合器的选择光电耦合器，是一种半导体光电器件，由于它具有体积小、寿命长、抗干扰能力强、工作温度宽及无触点输入与输出在电气上完全隔离等特点，被广泛地应用在电子技术领域及工业自动控制领域中，它可以代替继电器、变压器、斩波器等，而用于隔离电路、开关电路、数模转换、逻辑电路、过流保护、长线传输、高压控制及电平匹配等。种类繁多常见的有以下几类：1.三极管输出型光电耦合器三极管输出型光电耦合器电路如图（a）所示，它是由两部分组成的。其中，1、2 端为输入端，通常由发光器件构成；4、5、6 端接一只光敏三极管构成输出端，当接收到发射端发出的红外光后，在三极管集电极中便有电流输出。1）三极管输出型光电耦合器的特点，是具有很高的输入输出绝缘性能，频率响应可达 300kHz，开关时间数微秒。2）可控硅输出型光耦合器可控硅输出型光耦合器的电路如图中（b）所示。该器件为六脚双列式封装。当 1、2 端加入输入信号后，发射管发出的红外光被接在 4、5、6 脚的光敏可控硅接收，使其导通。它可应用在低电压电子电路控制高压交流回路的开启。3）光耦合的可控硅开关驱动器淮安信息职业技术学院毕业设计论文18图中（a）双向开关器件；图中（b）为过零控制电路及光敏双向开关器件组合体。它们的工作原理是：利用输入端红外光控制输出端的光敏双向开关导通，进而触发外接双向可控硅导通，达到控制负载接入交流 220V 回路的目的。图中（a）为非过零控制，图中（b）为过零控制。本驱动器有非常好的输入与输出绝缘性，可构成固态继电器的控制电路，其输出的控制功率由可控允许功率决定。4）达林顿管输出的光检测器达林顿管输出的光检测器如图中（a）所示。它是由两只管子组成复合管，具有很高的电流放大能力，形成下一级或负载的驱动电流，有较强的光检测灵敏度。5）数字电路光耦合器数字电路光耦合器电路如图中（b）所示。光耦合器输出为施密特触发电路形式，其特点是响应速度快、数字逻辑可靠，应用于计算机接口、数控电源及电动机控制中。6）双向开关触发器输出的光检测器图中的（c）为双向开关触发器输出的光检测器电路。该图为三端器件，内部是光敏双向开关器件，收到红外光线后，双向开关器件导通，触发外接可控硅导通，使负载接入 220V 回路中。由于设计要求是控制 220V 的交流电综合考虑后选用光耦合的可控硅开关驱动器。MOC3021 的参数及引脚说明：引脚：1-阳极，2-阴极，3-N.C，4-主连接端，5-基片（不连接）淮安信息职业技术学院毕业设计论文196-主连接端器件型号 MOC3021阻断电压峰值 400 V mimLED 触发电流 IFT（VTM=3V） 15 mA/max零交叉禁止电压（标定 IFT 值下） - V/max工作电压（交流峰值） 125/220 Vacpkdv/dt(典型值) 10 V/us3-4 A/D 转换器的选择及介绍AD 转换器的选择在确定方案时以说明在此不在累赘。ADC0832 模数转换芯片简单介绍ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种 8 位分辨率、双通道 A/D 转换芯片。由于它体积小，兼容性强，性价比高。其目前已经有很高的普及率。ADC0832 具有以下特点： 8 位分辨率； 双通道 A/D 转换； 输入输出电平与 TTL/CMOS 相兼容； 5V 电源供电时输入电压在 05V 之间； 工作频率为 250KHZ，转换时间为 32S； 一般功耗仅为 15mW； 8P、14P DIP（双列直插）、 PICC 多种封装； 商用级芯片温宽为 0C to +70C，工业级芯片温宽为.40C to +85C；芯片接口说明： CS_ 片选使能，低电平芯片使能。 ADC0832 的引脚图 CH0 模拟输入通道 0，或作为 IN+/-使用。 CH1 模拟输入通道 1，或作为 IN+/-使用。 GND 芯片参考 0 电位（地）。 DI 数据信号输入，选择通道控制。 DO 数据信号输出，转换数据输出。 CLK 芯片时钟输入。 Vcc/REF 电源输入及参考电压输入（复用）。ADC0832 为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在05V之间。芯片转换时间仅为32S，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过DI 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。3-5 显示系统及显示器的选择3-5-1 显示系统我们使用的 LED 为共阳极管。其显示的功能主要由软件的设计实现，为了节省系统的资源，本系统采用动态显示。动态显示原理如下：当向 LED 的段码数据口发送第一个 8 位数据，这时只有一个数码管显示该数码，延时一段时间淮安信息职业技术学院毕业设计论文20后可以发送第二 8 位数据，显示器分时轮流工作，虽然每次只有一个显示器显示，但由于人的视觉暂留现象，我们仍能感觉到所有显示器都在同时显示。显示电路的原理图 。AT89C51驱动能力有限, 我们采用三极管（9012）驱动数码管，并控制位码的选通，只有当AT89C51的相应的口为”0”是低电平时数码管才被选中。3-5-2 显示器的选择显示部分一般由 LED 和 LCD 两种显示。本次设计在满足要求的情况下为了节约成本决定用 LED 数码管显示。1.显示方式的选择1）.静态显示将单片机的并行口与数码管的笔画端相连，LED 的公共端接固定电平。优点：（1）亮度高 （2）程序简单 缺点：占用口线多2）.动态显示将若干个数码管的同名笔画端连到一起，接到一个 8 位的并行口，各公共端接到另一个并行口。优点：占用 I/O 断线少；电路较简单，硬件成本低；当要求显示位数较多时，通常采用动态扫描显示方式。缺点：编程较复杂，CPU 要定时扫描刷新显示。2.LED 数码管编制方式当 LED 数码管与单片机相连时,一般将 LED 数码管的各笔画端引脚a、b、g、Dp 按某一顺序接到 89S51 单片机某一个并行 I/O 口D0、D1、D7，当该 I/O 口输出为某一特定数据时，就能使 LED 数码管显示出某个字符。例如要使共阳极 LED 数码管显示“0” ，则 a、b、c、d、e、f、各笔端引脚为低电平，如表所示。D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 字段码 显示数字Dp g f e d c b a1 1 0 0 0 0 0 0 C0H 0淮安信息职业技术学院毕业设计论文21C0H 称为共阳 LED 数码管显示“0”的字段码。LED 数码管的编制方式有多种，按小数点计否可分为七段码和八段码；按公共端连接方式可分为共阴字段码和共阳字段码，计小数点的共阴字段码与共阳字段码互为反码：按 a、b、g、Dp 编码顺序是高位在前，还是低位在前，又可分为顺序字段码和逆序字段码。甚至在某些特殊情况下可将 a、b、g、Dp 顺序打乱编码。下表为共阴和共阳 LED 数码管几种八段编制码。共阴顺序小数点暗 共阴逆序小数点暗显示数字Dp g f e d c b a 16进制a b c d e f g Dp 16进制共阳顺序小数点亮共阳顺序小数点暗0 0 0 1 1 1 1 1 13FH 1 1 1 1 1 1 0 0FCH 40H C0H1 0 0 0 0 0 1 1 006H 0 1 1 0 0 0 0 0 60H 79H F9H2 0 1 0 1 1 0 1 15BH 1 1 0 1 1 0 1 0 DAH 24H A4H3 0 1 0 0 1 1 1 14FH 1 1 1 1 0 0 1 0F2H 30H B0H4 0 1 1 0 0 1 1 066H 0 1 1 0 0 1 1 066H 19H 99H5 0 1 1 0 1 1 0 16DH 1 0 1 1 0 1 1 0B6H 12H 92H6 0 1 1 1 1 1 0 17DH 1 0 1 1 1 1 1 0BEH 02H 82H7 0 0 0 0 0 1 1 107H 1 1 1 0 0 0 0 0B0H 78H F8H8 0 1 1 1 1 1 1 17FH 1 1 1 1 1 1 1 0FEH 00H 80H9 0 1 1 0 1 1 1 16FH 1 1 1 1 0 1 1 0F6H 10H 90H那么，如何将显示数转换为显示字段码呢？转换过程需分两步进行。第一步是从显示数中分离出显示的每一位数字，通常的方法是将显示数除以十进制的权。例显示数 123，除以 100，分离出百位显示数字 1：再除以 10，分离出十位显示数字 2；余数 3 为个位显示数字。第二步是将分离出的显示数字转换为显示字段码，通常是用查表的方法。3-6 电源电路本模块将交流 220V 输入电压变为 2 组直流电压，其中 5V 电压为 CPU 等数字电路提供电源；12V 电压为运放模拟芯片提供电源； 5V电压为温度变送器提供电源。 220v 市电经变压器输出两组独立的 12v 交流，电桥整流，大电容滤波得到 + 12v 直流，再加一个 0.03uF 小电容滤出电源中的高频分量。淮安信息职业技术学院毕业设计论文22淮安信息职业技术学院毕业设计论文23第四章 温度控制的软件设计4-1 程序模块化处理软件设计是本设计的关键之一。由于 AT89C51 可灵活编程实现各种控制功能,可满足不同的实际需要。本设计编写的程序可实现具有设定温控值的功能。程序主要由五大模块组成：主函数、定时器中断函数部分、键盘设定中断部分与处理键盘函数、显示刷新函数。因为温度计对精度要求高,对速度要求低,检测温度每 1s 执行一次定时器中断。其函数中有温度检测程序、转换 BCD 码程序、控制程序、报警程序。主函数初始化系统,然后刷新显示、; 键盘设定中断部分与处理键盘函数和为一个子程序。4-2 内 RAM 资源配置主资源配置：30H,31H,32H 中分别放的是设定温度的百位，十位和个位40H,41H,42H,43H 中存放的是检测温度的百位，十位，个位和十分位50H 单元中存放的是检测的温度值，51H 单元中存放的是设定的温度值显示子程序用的寄存器区是区，定时中断子程序用的寄存器区是区，键盘中断子程序用的寄存器区是区P0 口为字型口，P2 口为字位口，P1.5 为报警口，P1.6 为温度控制端口，00H 为键盘选择标志位，02H 为显示选择标志位,03H 为报警标志位,4-3 程序清单4-3-1 程序入口地址ORG 0000H ;主程序；入口地址的配置LJMP MAINORG 000BH ;T0 的中断入口LJMP T0INTORG 0013H ;INT1 中断入口LJMP KEY4-3-2 主程序系统主程序流程图如下图所示。主程序中主要有 2 个中断，一个为设定温度中断服务程序;第二个是温度传感器采样温度信号中断，程序开始设定定时器采样周期，程序开始运行后，到采样周期设定值时定时器溢出，程序转向执行采样中断程序、运算程序和执行机构驱动程序。完成后回到主程序把采样来的数据送去显示主程序ORG 0030HMAIN: MOV SP ,#60HMOV P1 ,#0FFHMOV TMOD ,#01H ;T0 定时方式 1MOV TH0 ,#3CH ;T0 初值MOV TL0 ,#0B0HMOV R7 ,#10MOV 40H ,#00H ;检测温度显示内容初始化MOV 41H ,#00HMOV 42H ,#00HMOV 43H ,#00HMOV 30H ,#01H ;设置温度显示单元的初始化淮安信息职业技术学院毕业设计论文24主程序并行口初始化串行口初始化堆栈指针初始化定时器初始化标志位的初始化调用显示程序显示数值初始化工作寄存器的选择MOV 31H ,#02HMOV 32H ,#08HMOV 51H,#0FFHCLR RS0 ;工作寄存器 0 的选择CLR RS1SETB EA ; CPU 中断允许控制位SETB ET0 ;T0 中断允许SETB EX1;INT1 中断允许SETB IT1;边缘触发SETB PX1SETB TR0SETB P1.6;关电炉SETB P1.5CLR 03HSETB 02HCLR00HLM0: LCALL DISP SJMP LM04-3-3 显示程序显示子程序,40H 中放百位,41H 中放十位,42H 中放个位;43H 中放十分位,用到的寄存器有 R0,R2,R3,R4DISP:JB 02H,ZY ;(02H)=1 转MOV R0 ,#30HAJMP ZY1ZY:MOV R0 ,#40HZY1:MOV R2 ,#11110111BMOV DPTR ,#TABLOOP:MOV A ,R0 ;MOVC A,A+DPTRMOV P0,AMOV P2,R2ACALL DELAYMOV A,R2RR AMOV R2 ,AINC R0JB 02H,ZY2CJNE R0,#32H,LOOPAJMP ZY3ZY2:CJNE R0,#42H,LOOPZY3:MOV DPTR ,#TAB1MOV A,R0MOVC A,A+DPTR淮安信息职业技术学院毕业设计论文25MOV P0,AMOV P2,R2ACALL DELAYJB 02H,ZY4AJMP DISPZY4:MOV DPTR,#TABMOV A,R2RR AMOV R2,AINC R0MOV A,R0MOVC A,A+DPTRMOV P0,AMOV P2,R2ACALL DELAYAJMP DISPRETTAB:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99HDB 92H,82H,0F8H,80H,90HTAB1:DB 40H,79H,24H,30H,19HDB 12H,02H,78H,00H,10HDELAY:MOV R3,#2W1:MOV R4,#250W2:DJNZ R4,W2DJNZ R3,W1RETN温度检测子程序 0=50H,B=0,R6=0调用 AD 转换子程序转换结束否?A+(50H) 送到 50H单元 有进位否?(B)+1 送到 B 中R6-1 等于 0?B,50H除以 4 送到50H返回NN淮安信息职业技术学院毕业设计论文26显示子程序02H=1?NY40H,41H 单元显示 30H,31H 单元显示NNYY32 单元显示43 单元显示02H=1?返回42 单元显示02H=1?淮安信息职业技术学院毕业设计论文274-3-4 定时器中断子程序给定时器 T0 设定一个采样周期，考虑到电阻炉为纯滞后延迟系统，为了提高系统的稳定精度，根据经验设 1s 采样一次，当定时时间到，T0 发出一个中断请求信号，单片机转向执行采样中断服务程序等。其流程图如下图所示:T0 定时 器中断服务子程序T0INT:PUSH PSW ;PUSH ACCPUSH BMOV TH0,#3CH ;MOV TL0,#0B0HDJNZ R7,TOR;判断一秒时间到否CLR TR0MOV R7,#10SETB RS0 ;CLR RS1LCALL TADC ;LCALL BCD ;LCALL CONT ;LCALL ALARMN调用温度控制子程序调用 BCD 码检测子程序调用温度检测子程序调用报警子程序恢复现场返回保护现场定时器初值重新设定1S 定时到否?选择寄存器 2区停止寄存器计时定时中断子程序Y淮安信息职业技术学院毕业设计论文28SETB TR0TOR: POP BPOP ACCPOP PSWRETI4-3-5 温度检测子程序温度检测子程序 检测值的存储地址是 50H 单元;用到的寄存器有 A,B,R6,TADC:MOV 50H,#00HMOV B,#00HMOV R6,#04HTT0:LCALL AD0832 ;ADD A,50H ;MOV 50H,A ;JNC TT1 ;INC B ;TT1:DJNZ R6,TT0 ;CLR CXCH A,BRRC AXCH A,BRRC ACLR CXCH A,BRRC AXCH A,BRRC AMOV 50H,ARET清接收中断标志同时启动接收第二个字节YNREN 置1接收第一个字节完成否？读第一个字节的数据清发送中断标志启动 AD 转换N置选择通道片选置状态字设置数据存储区首地址AD 转换子程序等待转换完成Y 返回新数送入50H 单元暂存数据组合后的八位高低四位互换屏蔽后的一二字节组合屏蔽第二字节高四位，第一字节第四位读第二个字节清中断标志接受第二个字节YN淮安信息职业技术学院毕业设计论文29温度控制子程序50H51H?Y N50H-51H2? 51H-50H2?YYN N03H 位置 1.P1.6 置 1P1.6 置 0返回1）89C51 串行口发送和接收数据的次序为先低后高位，启动和通道配置号为06H，89C51 发送时先发低位，次序为：01100000，AD0832 接收的第一个“1”为启动信号，紧跟着的“10”为通道配置信号 CH0，再后面的一个“0”为稳定位。最后 3 为“000”是ADC0832 输出串行 AD 数据 D7D6D5，由于 89C51 尚未允许串行接收（REN=0） ，因此丢失，直至 89C51 允许串行接收（REN=1） ，89C51TXD 端再次发出时钟脉冲，至 SUBF 满，D3D2D1D0 D1 D2 D3D4A BD3D2D1D0D7D6D5D4C D接收第一个字节的八位数为 A 图（注意先接收低位 D4） ；清串行接收标志后，启动串行接收第二字节，其数据图如 B；组合后的八位数据为 C 图；高低四位互换后的八位数为 D 图。4-3-6 BCD 码转换子程序把 50H 单元的内容送到40H,41H,42H,43H 存放BCD:MOV A,50HMOV B,#2DIV ABDJNZ B,SFMOV 43H,#05HAJMP SF1SF:MOV 43H,#00HSF1:MOV B,#100DIV ABMOV 40H,A ;百位MOV A,BMOV B,#10DIV ABMOV 41H,AMOV 42H,BRET/ / / / D7D6D5D4D7D6D5D4D3D2D1D0淮安信息职业技术学