基于51单片机的烟叶烘烤温度控制器的设计.doc

本科毕业设计(论文) 题 目： 基于51单片机的烟叶烘烤温度控制器的设计 专 题： 院 （系）： 电气与信息工程学院 班 级： 电气08-12班 姓 名： 学 号： 指导教师： 教师职称： 讲师 摘 要 智能化烟叶烘烤控制是针对目前生烟叶的烘烤过程提出的，目的在于改变完全依靠人工的落后工艺，避免人为的失误，提高烤烟质量，目前很多烤烟房的温度和湿度大多是人工控制的，一个专业的烟农智能凭经验日夜连续工作管理六个烤烟房，劳动强度大，烟叶的质量不稳定。影响烟农的收入有很多的方面，除了烟叶的数量，主要是烟叶的质量，不同等级的烟叶的价格相差的很大，提高烟叶的质量主要途径有品种的优良化和烤烟的科学化，其中培育是基础，烤烟是关键，传统的烤烟方法是在烤烟房里挂一只温度计和一只湿度计，烟农只凭经验来调节鼓风机的开关，风门的开放，这样烤烟房的温度和湿度难以控制，烟农迫切希望改变烟叶烘烤系统，一方面减轻劳动强度，另一方面提高烟叶的质量，从而提高收入。基于传统的烟叶烘干过程中的温度不容易控制,劳动强度大对温度的调节存在着滞后性,控制精度难以达到工艺要求的状况和烟叶烘烤过程中随温度变化等特点,采用89s51单片机为核心,ds18b20温度传感器为温度检测参数检测单元,由按键与lcd显示构成人机对话单元,设计完成的新型烟叶烘干控制器,该系统实现了根据烤烟曲线工艺要求实时对温度进行采集和智能控制的目标。 关键词 烤烟； 单片机； 数字温度传感器； 自动控制； AbstractIntelligent tobacco leaf baking is controlled in response to the current raw tobacco baking process is proposed, aimed at changing completely relying on the backward technology, avoid human errors, improve eye for quality, at present a lot of flue-cured tobacco room temperature and humidity are still able to control, a professional growers intelligent experience continuous day and night work management six a flue-cured tobacco room, large labor intensity, stable quality of tobacco. Effects of farmers income has many aspects, in addition to tobacco leaf number, mainly the quality of tobacco leaves of different grade, the price differs very big, to improve the quality of tobacco main way of good varieties and tobacco science, which is the basis of flue-cured tobacco cultivation, flue-cured tobacco is the key, the traditional method is in flue-cured tobacco room hang a thermometer and a hygrometer, farmers with experience to regulate blower switch, throttle opening, so the flue-cured tobacco room temperature and humidity are difficult to control, the farmers are desperate for change in tobacco baking system, on one hand reduce the labor intensity, on the other hand the increase of tobacco quality, thereby increasing the income.Based on the traditional tobacco drying process temperature is not easy to control, high labor intensity on temperature regulation there is lag, the control accuracy is difficult to meet the technological requirements of the situation and in tobacco baking temperature and other characteristics, using 89S51MCU as the core, the DS18B20 temperature sensor for temperature detection parameter detection unit, composed of keys and LCD display consisting of man-machine conversation unit, completed the design of new type of tobacco drying controller, the system realizes the real-time curve according to the process requirements of flue-cured tobacco of temperature acquisition and intelligent control target.Key words： Flue-cured tobacco ；MCU ；Digital Thermal Sensor；automatic control目 录第1章 概述.1 1.1课题研究的意义.1 1.2烤烟工艺简介.1 1.3国内外发展情况及发展趋势.1第2章 烤烟的流程和原理. 6 2.1烟叶初烤概论.62.2烤烟烘烤技术要点和流程.6 2.2.1.烘烤原则.6 2.2.2烘烤操作流程.6第3章 具体方案设计与论证.83.1主要的设计思想.83.2整体电路设计.83.3主控嵌入式芯片选择.9 3.3.1选型.9 3.3.2主控电路组成.103.4温度传感器.143.5示电路设计.193.6驱动电路设计.21第4章 具体的电路原理图及分析.224.1烤烟房设计. 224.2 散叶堆积气流上升式烤房气流动规律.224.3 散叶堆积气流上升式烤房的特点.234.4本设计机构原理.23第5章 软硬件设计. 235.1整体设计电路图.255.2复位和电源.27 5.3按键键盘.285.4单片机最小系统.285.5风机和驱动.295.6传感器及信号放大.295.7程序流程图.315.8功能实现.31第6章 设计结论6.1功能.336.2收获.33第7章 实物图.34第8章 程序源代码.35致谢.39参考文献.3953第1章 概述1.1课题研究的意义烟叶烘烤是烤烟生产中决定质量优劣的关键。烘烤作业进行得好，可以将田间所获得的优质适产性状显现出来。反之，烘烤不当，优质适产的性状不能显现，在整个生产过程中的投入就得不到应有的效益。随着我国烟叶生产水平的提高，烟叶烘烤过程成为制约烟叶质量的关键因素，而烤房中的温度控制得当是烤出一炉好烟叶的重要条件。传统的烤房测温采用玻璃式或指针式温度计等，读数误差大，灵敏度低，烤房温度的控制是靠人工完成，手段落后，烟叶质量难以保证。我打算做出一个利用单片机来实现烤房温度的自动控制系统。该系统具有温度变化反应灵敏，读数准确，控制灵活等特点，使烘烤的温度符合烟叶烘烤工艺要求，提高了烘烤烟叶的质量等级。1.2烤烟工艺简介 烟叶烘烤作业受到很多因素的影响,例如气候变化,编烟与装烟疏密程度,烤烟房的保温性能,通风排湿的能力,燃料的质量和烧火技术等,火管散热状况和炉灶升温,稳湿性能等.其中以新鲜烟叶烘烤的特性影响最大,烤烟工艺技术是在烤烟房结构完善的基础上,根据新鲜烟叶的烘烤特性.调节烤烟房的湿度和温度条件,促进和抑制酶的活动,加强和控制组织的代谢过程,是烟叶变黄,定色到完全干燥,把烟叶烘烤好,为此,在烤烟的过程中,变黄期起点温度不能超过70C,变黄中后期与定色后期的湿球温度不低于35度,适当的延长变黄期的时间,稳定湿球慢升干球温度,干球的温度上升到一定的温度以后,保持温度不变,烘烤时间不受限制了,直到烟叶变黄,干燥到适当标准时候,在升高干球的温度,并调整与之相应的湿球温度,这是烤烟质量好坏的几个重要环节。烘烤作业进行的好，可以将田间所得到的优良的性状显现出来，反之如果烘烤的不当，优良的性状不能显现，在整个的过程中就得不到应有的效益，随着我国烟叶生产水平的提高，烟叶烘烤过程中由于烤烟房规格和人工手动控制温度等因素，很难控制烤烟房内的温度的升降，稳定和均匀，我国南方地区，全年及日夜温度变化大，传统的烤烟技术和人工调温方法效率低，安全性差，效果不佳，在很大的程度上限制了看眼的额质量。几年来简易烤烟房因为投资少，安全性好，辅助设备方便，以及适于专业化规模经营的特点等优点，在我国江南地区得到了广泛的推广，我国成套的温湿度控制系统已经应用到了现代温室，仓储和畜牧业，但是由于价格昂贵，而且缺乏烟叶烘烤特性的针对性，所以目前来看，开发出针对烟叶烘烤特性的温湿度控制系统有很大的意义。1.3、国内外发展情况及发展趋势1概论人类最初认识烟草并种植使用时，烟草可能是利用太阳光干燥的。随着烟草的流传和发展，才出现了各式各样的烘烤方法。追溯人工加热烘烤烟叶大约有五百多年的历史。由印第安人发明了深色旺火烤烟法（或称烟熏烟）。到了1893年美国北长罗来纳州卡斯维尔（Caswell）县阿比斯亚斯拉法农场的一个青年工人在偶然的机会中首先创造了与现代烘烤方法相似的火管（木炭）烤烟法。农场主斯拉法正确评价该方法的重要意义，并与其他人在斯拉法烘烤模式的基础上，深化了对烤后的颜色鲜亮叶的认识，阐明了准确地把握烟叶成熟度，正确控制温度、适风、排湿等各项措施的重要性。18671868年火管烤烟 已有了相应的专门设备。1872年北卡罗来纳州采用暖火管供热烤烟。随着生产的发展和科学技术的进步二十世纪烤烟设备五花八门的出现。1956年以前以普遍应的自然通风气流上升式烤房为主流。原苏联及东欧部份国家采用“气流下降式烤房”。无论那种方法，发展初期的机械化程度很低，烤烟质量的一致性和稳定性也没有可靠的保证。1956年以来，种植烟草的国家，又开始研究机械化强制通风供热型式的烤烟设备。1958年美国北卡罗来纳州州立大学约翰逊、哈斯勒等人研究成功“堆积烘烤”新工艺（我国现在通称“密集烘烤”型），这一重大变革使得现代烟叶烘烤技术奠定了理论依据。1960年后研究配置了自动电子控湿烘烤系统，也很快投入生产应用。上个世纪七、八十年代产烟大国美国和日本发展得特别快。其国家生产先进的性能好的自动化程度高的烟叶烘烤机大量的销向国外。 我国自种植烤烟以来，普遍采用的是气流上升式普遍烤房，不同历史时期和不同的烟区新采用的烤房，其规格标准差异较大。上个世纪八十年代，普遍烤房有了一定的技术规范。到九十年代中期，在对外交流的加强和技术研发促进下，以三段式烘烤工艺配套技术推广，确立了我国普遍标准化烤房，提升了烤房的性能。同期，针对此类型烤房的技术革新层出不穷，换热系统的蜂窝炉技术和螺旋火管、适风系统的热风道配套部分热风循环技术、监控系统的报警及关自动化等技术被普遍应用于生产实践，取得了较满意的效果。然而在前几年烤房性能不断发展和完善的同时，代表着先进烘烤模式的密集烘烤在我国引进、推广、应用、发展缓慢。目前，全国使用普通标准烤房仍占95%左右。上个世纪六十年代，我国就开始对密集烘烤（亦称堆积烘烤）的研究。1975年，河南省烟草甜菜工业科学研究所，借鉴国外密集烤房，结合我国实际，设计第一代以煤为燃料的密集烤房，结构上以气流上升为主。并在福建、河南等小试用。同期，中国农科院青州烟草研究所、安徽省农科院烟草研究所等部门在许多烟区相继设计和推广使用土木结构的烤房，并结合实际对节能和自动控制等技术进行了研究。到了七十年代末，由于农村体制的影响，加上缺电，机械工业落后等原因，几年在各地消失，仅余吉林省等少数单位。上个世纪的八、九十年代，吉林省将密集烤房进一步完善和发展，成功地将蜂窝灶嫁接到半堆积烤房上，利用地面科斜坡代替了风板，并探讨烘烤的半自动化控制。贵州、云南、福建等也开始密集烤房研究。2002年起安徽等省（区）烟区又重新对密集烤房进行了改造与推广，为适应适度地规模种植或农场种植模式的需要，通过边研究改进边推广应用。使8m2.7m规格的气流上升式密集烤房得到完善，推广获得了成功，并得到各烟区接受和好评。2004年安徽省的“AH”系列烤烟密集烤房研究与应用通过科技成果鉴定，表明了密集烤房在我国又进入新的实用推广阶段。截止至2004年全国共推广了密集烤房14000座仅占全国约5%。密集烤房沉睡了二十多年，终于迎来了第二个春天，是中国烘烤设备的又一次革命，是对适度规模种植的有力支持，具有广泛的应用前景。 立式火炉具有火力集中、燃料燃烧充分、火力调控简便、节煤等优点。而且安装了火口挡板,烧中火与大火时只需加12次煤/ 天,控火更简便。蜂窝煤炉最大的优点是火炉燃烧供热过程与烟叶烘烤需热规律相吻合,烘烤中仅需调节火门大小,升温稳温灵便,不会出现烤房温度猛升猛降而影响烟叶烘烤质量的现象,对实施三段式烘烤技术十分有利,而且有很好的节煤效果7,8。以普通烤房为基础进行简单改造,增设热风循环系统和风机后,烟叶间风速增加0. 040.06m/ s,使烤房上下层温湿度差缩小,有利于烟叶充分变黄后再及时转入定色,定色阶段的风速增加有利于改善烟叶的颜色和色度,提高香气。此外,部分烟区试验并推广了在火管上涂红外涂料以提高烟叶烘烤质量的技术。红外线有高热能、穿透能力强的特性。红外涂料涂在火管上能有效地利用火管的热辐射作用,在传热过程中,涂料层不仅将吸收的辐射热能转换成远红外热能传递,其自身变成远红外辐射热源,而且也因其表面温度的提高,导致温度梯度增大,使烟叶的热能传导强度增强,吸热能力大大提高,减少了热能损失,尤其对含水率高的烟叶和结构紧密的上部叶效果更好,研究表明烤房火管涂刷红外线涂料后,烤后烟叶色泽鲜明,弹性好,油分足,上等烟比例提高,减少和避免烟叶挂灰,防止出现花片,并有一定的节煤效果。贵州省在20世纪90年代初成功地研究出气流下降式烤房,并在贵州、河南、山东等省的示范推广过程中不断改进。气流下降式烤房的突出优点,一是装烟室地面上没有火管,装卸烟更方便、安全;二是装烟室内温湿度受环境条件的影响较小,烘烤期间气流运动方向较有规律,有部分热空气环,因此,烤后烟叶颜色、色度更好,而且烤烟耗煤量比自然通风气流上升式烤房有所降低。其缺点是烤房上下层温差较大,排湿效果不好,烤房空间利用率低。 20世纪70年代中期,我国试验研究了适宜于当时烤烟生产的以煤为燃料、砖混结构的密集烤房,提出了3种规格,在河南、山东、辽宁、吉林等省示范应用。70年代末至80年代初,由于农村生产组织形式的变化,单户烟农种烟面积很小,密集烤房较多被废弃,直到90年代中后期,随着农村种植结构的调整,烤烟生产开始走向规模化,各地不断涌现出烤烟生产专业化农场,各种形式的密集烤房及相应的自控设备也相继问世,郑州烟草研究院和宝丰县烟草公司研制出了可烘烤植烟面积720hm2烟叶的连续化烤房。2发展演变过程我国烟叶烘烤设备的发展过程大致经历了3个阶段:20世纪70年代初期以前,烤烟生产水平很低,烟叶烤房十分简陋,形似农村普通住房,称为自然通风气流上升式烤房。其供热系统位于烤房底部,炉门外置,在烤房外烧火,燃料燃烧产生的高温烟气流经铺设在烤房底部的火管,然后从烟囱排出,火管受热后向烤房内散热,热量自下而上由空气介质的自然流动来加热烘烤烟叶。自然通风气流上升式烤房的基本特点是结构和建造简单,成本较低,烘烤过程升温排湿较快,但往往由于供热设备砌筑和排湿设备安装不合理造成烤房内温度不均匀,影响烟叶烘烤质量。 20世纪80年代,进行了大量的烤房研究与改造,并推广了容量150竿左右的小型烤房,适合种烟0.20.3hm2面积的农户需要。为确保烤房通风排湿顺畅,地洞和天窗设置更合理,改冷风洞为各种形式的热风洞,改“老虎大张嘴”式的天窗为高天窗,后来又发展为通脊长天窗,使烤房排湿顺畅,有效地解决了烟叶烘烤过程中出现的蒸片、糟片和挂灰等问题。20世纪90年代,随着“三化”(品种优良化、栽培规范化、种植区域化)生产的完善和普及,烤烟栽培技术水平不断提高,烘烤设备和烘烤技术成了当时烤烟生产中最薄弱的环节,有些产区甚至成为影响烟叶质量的制约因素。因此,中国烟叶公司组织有关科研单位研究并在全国推广烤烟三段式烘烤技术,使我国烟叶烘烤工艺能够与国际先进技术接轨,同时加快普通烤房标准化改造步伐,满足先进烘烤工艺的需要。烤房改造的重点为增加装烟棚数、加大底棚高度和棚距;改传统的卧式火炉为立式火炉、蜂窝煤火炉等节能型火炉,改土坯火管为陶瓷管、水泥管、砖瓦管,对火管涂刷红外线涂料,以提高热能利用率;改梅花形天窗为长天窗、冷热风洞兼备,并增加了热风循环系统,使普通烤房具有强制通风、热风循环的性质。据统计,目前全国在用烤房有380余万座(95%以上为自然通风气流上升式) ,其中有80%完成了标准化改造。3现行烘烤设备的分析近年来,我国烟草生产的突出特点:一是中式卷烟的发展迫切需要进一步提高烟叶品质,尤其是烟叶外观等级质量与内在香气的一致性;二是烤烟整体生产水平普遍提高,集约化育苗、平衡施肥、三段式烘烤等技术得到全面推广应用;三烟草种植向适度规模发展,一些主产烟区烤烟生产逐渐向专业化、职业化发展;四是烟叶生产的可持续发展,要求加强烟田基础建设,降低劳动强度,减少生产用工和烤烟生产成本,提高烟农种烟效益和种烟积极性。在这四个方面中,均涉及了烟叶的烘烤问题,包括烘烤工艺和烘烤设备两方面因素,尤其是烘烤设备相对陈旧后,不能准确落实先进的三段式烘烤工艺指标要求。其主要问题: 大部分烤房容量偏小。由于近几年推广优良品种和平衡施肥技术,烟叶成熟时间相对集中,一次采收叶片数量较多,导致各地烤房装烟拥挤或超载现象严重,烤房升温排湿困难,影响到烟叶烘烤质量; 烤房性能较差。一些烤房存在升温升不上、保温保湿保不住、排湿排不出,不能准确控制温湿度等; 烘烤能源消耗多,烤烟成本过高。从理论上讲,1kg干烟叶耗煤量为1. 21. 5kg左右,目前多数普通烤房烤烟耗量普遍在2. 33. 0kg/ kg干烟,而密集烤房耗煤量一般在1.52. 0kg,比通烤房平均相对节煤0.50.8kg。因此,降低烤烟烘烤成本显得十分重要; 烤房设备简陋,烧火和通风排湿操作困难,不利于烤烟规模化生产的需要。 由于我国烤烟相对分散种植的方式仍然占绝对优势,特别是在西南烟区特殊的地理环境条件下,一个农户种烟面积多在0. 20. 3hm2,规模化种植受制因素更多,而且烤房建设一次性投入较大,所以,普通烤房仍然是现阶段我国烤房的主体,但必须根据烘烤中存在的问题有针对性地进一步提高标准化程度,改善烤房性能,如配备热风循环设备,应用自控或半自控技术等。目前,随着各地的自然经济状况和生产水平提高,标准化烤房的改造使一些地区的烟叶烘烤设备水平有了巨大改观,基本能满足烟叶烘烤的需要。4研究与发展动向近几年,烟叶烘烤科学研究紧紧围绕提高烟叶烘烤质量、降低烘烤劳动强度、减少烤烟用工投入和能源消耗,已做了大量的试验和生产示范探索消耗,已做了大量的试验和生产示范探索,为适度规模化、专业化、规范化生产提供了技术支撑。第二章 烤烟的流程和原理2.1烟叶初烤概论 烟叶初烤是烟叶生产的一个重要环节，烘烤是关键，不仅成为教科书上的常用语，也成为从事烟叶生产人员的共识，在烟叶烘烤过程中，关键是控制炕房里的温度，湿度（干温是指炕房里的空气温度，湿温是指炕房里的水分温度）使其干湿度按照“三段式”烘烤工艺要求，才能保证烟叶的烘烤质量，没炕烟从烤到结束要用掉5到7天的时间，（底部的烟，中部的烟和上部的烟的烘烤时间不同），在此期间要经常检查炕房里的干湿温度，从而决定天窗和地洞的开启和闭合，测量的方法是从炕房的小观察窗处拉出挂在竹竿上的酒精温度计，测量的误差大，而且由于经常要拉出温度计时而会碰掉烟杆，烟杆掉了以后，工作人员就要进入到炕房里再将烟杆挂上，这样会造成炕房门口的烟叶挂灰，大大影响烤烟的质量，因此准确的测量炕房的干湿温度，已经成为制约烤烟质量，影响烟叶生产的效益的瓶颈问题。烤烟烟叶烘烤调制是多项相关技术的优化组合和集成。从烤房设到准确判烟叶成熟度，适时采收，鲜烟叶整理，编竿装炉，再到根据鲜烟叶素质判断烘烤特性，确定烘烤工艺，烘烤中烟叶变化特点的观察，温湿度和通风排湿系统的调控，烤后烟叶回潮等，相互连贯形成了烟叶烘烤技术体系。2.2烤烟烘烤技术要点和流程2.1.1.烘烤原则四看四定：看鲜烟叶质量，定烘烤技术；看烟叶变化，定干湿球温度；看干球温度高低，定烧火大小；看湿球温度高低，定气窗和进风洞开渡大小。四严四灵活：烘烤技术应用同烟叶基本素质相适应要严，具体掌握要灵活：干湿球温度与烟叶变化相适应要严，各阶段持续时间长短要灵活；确保干球温度在规定范围内要严，烧火大小要灵活；湿球温度适宜且稳定要严，排气窗进风洞开度要灵活。2.2.2烘烤操作流程控制变黄阶段的温度，以3638度最高不超过41度基本完成烟叶变黄，严格控制变黄和干叶阶段的水分状态，保持相对湿度8085%，变黄期脱水40%以上，使定色期脱水量由传统工业的50%左右下降到35%以下，减少在定色中脱水的负担，4547度以前什温速度0.330.75度每小时，之后加快为0.51.0度每小时，整个定色期湿球温度控制在359度，最低不少于35度，最高不超过40度。烟叶干燥大卷同后，以1.0度每小时的速度什温到68度，使烟筋彻底干燥，湿球温度控制在43度以下。第三章 具体方案设计与论证3.1主要的设计思想由于烤烟对不同的时期的温湿度有不同的要求,所以需要一种控制器可以通过对系统在不同的时期输入预设的值而达到系统自动的温湿度的要求,所以本设计针对这样的要求设计了,基于单片机的自动控制系统，本设计由键盘输入预设值，LCD温湿度和电机工作状态灯参数显示的部分，温度传感器，电机调速系统等电路组成，系统初始化后LCD显示当前状态下的温度，当通过键盘输入温度和的时候，系统自动对比输入的温湿度和当前温度，适当的对风机进行控制，利用PWM控制原理，对温湿度的入口的风机进行调速，从而达到对温度进行控制的目的，报警电路负责监控整个系统的工作状态，当系统出现异常的时候，报警电路发出报警信号，告诉烟农系统出现问题，需要人为参与控制。硬件如图3-1 （图3-1）3.2整体电路设计本设计使烤房内的温度按照烟叶最佳生化控制曲线而变化，从而提高了烤房内温湿度的控制精度和烤烟质量。图3-2是系统的整体架构如图（图3-2）3.3主控嵌入式芯片选择3.3.1选型方案一选择AT公司的AT89S51单片机，AT89C51是一种带有8k字节的闪烁的可编程，课擦除只读存储器的低电压高性能的Cmos8位微处理器，俗称单片机，该器件采用ATMEI高密度非易失存储器工艺制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片里面，他是一款高性能的处理器，但是它下载程序不支持串口下载，而且用AT的单片机就要用ATMEGA8作为下载器，这给设计带来了附加的成本。方案二选择爱晶电子的STC90C516RD单片机STC推出的系列51单片机芯片是全面兼容其它51单片机的，而51单片机是主流大军，每一个高等院校、普通学校、网站、业余单片机培训都是以51单片机为入门教材的，功能更强，速度更快，寿命更长，价格更低所以，教材最多，例子最多。STC90系列单片机内部有EEPROM，可以在程序中修改，断电不丢失。还增加了两级中断优先级STC90系列单片机可以完成ISP在线编程功能，而AT89C51则不能。方案三选择ATMEL的avr单片机mega16作为主控芯片.ATmega16是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8 位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16 的数据吞吐率高达1 MIPS/MHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。 ATmega16 AVR 内核具有丰富的指令集和32 个通用工作寄存器。所有的寄存器都直接与算逻单元(ALU) 相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。这种结构大大提高了代码效率，并且具有比普通的CISC 微控制器最高至10 倍的数据吞吐率。ATmega16 有如下特点:16K字节的系统内可编程Flash(具有同时读写的能力，即RWW)，512 字节EEPROM，1K 字节SRAM，32 个通用I/O 口线，32 个通用工作寄存器，用于边界扫描的JTAG 接口，支持片内调试与编程，三个具有比较模式的灵活的定时器/ 计数器(T/C),片内/外中断，可编程串行USART，有起始条件检测器的通用串行接口，8路10位具有可选差分输入级可编程增益(TQFP 封装) 的ADC ，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个SPI 串行端口，以及六个可以通过软件进行选择的省电模式。 但是AVR的开发环境真的是让人头疼,我们知道AVR的开发软件就有ICC AVR，GCC AVR，AVR STUDIO，IAR AVR和WINAVR等等,另外AVR单片机下载程序要用到专用的下载器，或者用jtag仿真器，但是这会大大的增加设计的成本。就本设计而言，它内部的很多资源多用不到，所以感觉用mega16似乎是有点大材小用。综合考虑选择宏晶公司的AT90C516RD单片机3.3.2主控电路组成51单片机各引脚功能介绍：（图3-3）51单片机的引脚图如图3-3管脚定义如下VCC：51单片机 电源正端输入，接+5V。VSS：电源地端。XTAL1：单芯片系统时钟的反相放大器输入端。XTAL2：系统时钟的反相放大器输出端，一般在设计上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了，此外可以在两引脚与地之间加入一 20PF 的小电容，可以使系统更稳定，避免噪声干扰而死机。RESET：单片机的重置引脚，高电平动作，当要对晶片重置时，只要对此引脚电平提升至高电平并保持两个机器周期以上的时间，单片机便能完成系统重置的各项动作，使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成已知状态，并且至地址0000H处开始读入程序代码而执行程序。EA/Vpp：表示存取外部程序代码之意，低电平动作，也就是说当此引脚接低电平后，系统会取用外部的程序代码（存于外部EPROM中）来执行程序。因此在8031及8032中，EA引脚必须接低电平，因为其内部无程序存储器空间。如果是使用 8751 内部程序空间时，此引脚要接成高电平。此外，在将程序代码烧录至8751内部EPROM时，可以利用此引脚来输入21V的烧录高压（Vpp）。ALE/PROG：ALE表示地址锁存器启用信号。单片机可以利用这支引脚来触发外部的8位锁存器（如74LS373），将端口0的地址总线（A0A7）锁进锁存器中，因为单片机是以多工的方式送出地址及数据。平时在程序执行时ALE引脚的输出频率约是系统工作频率的1/6，因此可以用来驱动其他周边晶片的时基输入。此外在烧录8751程序代码时，此引脚会被当成程序规划的特殊功能来使用。PSEN：当8051被设成为读取外部程序代码工作模式时（EA=0），会送出此信号以便取得程序代码，通常这支脚是接到EPROM的OE脚。AT89S51可以利用PSEN及RD引脚分别启用存在外部的RAM与EPROM，使得数据存储器与程序存储器可以合并在一起而共用64K的定址范围。PORT0（P0.0P0.7）：端口0是一个8位宽双向输出入端口，共有8个位，P0.0表示位0，P0.1表示位1，依此类推。其他三个I/O端口（P1、P2、P3）则不具有此电路组态，而是内部有一提升电路，P0在当做I/O用时可以推动8个LS的TTL负载。如果当EA引脚为低电平时（即取用外部程序代码或数据存储器），P0就以多工方式提供地址总线（A0A7）及数据总线（D0D7）。设计者必须外加一锁存器将端口0送出的地址栓锁住成为A0A7，再配合端口2所送出的A8A15合成一完整的16位地址总线，而定址到64K的外部存储器空间。PORT2（P2.0P2.7）：端口2是具有内部提升电路的双向I/O端口，每一个引脚可以推动4个LS的TTL负载，若将端口2的输出设为高电平时，此端口便能当成输入端口来使用。P2除了当做一般I/O端口使用外，若是在51单片机扩充外接程序存储器或数据存储器时，也提供地址总线的高字节A8A15，这个时候P2便不能当做I/O来使用了。PORT1（P1.0P1.7）：端口1也是具有内部提升电路的双向I/O端口，其输出缓冲器可以推动4个LS TTL负载，同样地若将端口1的输出设为高电平，便是由此端口来输入数据。如果是使用8052或是8032的话，P1.0又当做定时器2的外部脉冲输入脚，而P1.1可以有T2EX功能，可以做外部中断输入的触发脚位。PORT3（P3.0P3.7）：端口3也具有内部提升电路的双向I/O端口，其输出缓冲器可以推动4个TTL负载，同时还多工具有其他的额外特殊功能，包括串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部数据存储器内容的读取或写入控制等功能。其引脚分配如下：P3.0：RXD，串行通信输入。P3.1：TXD，串行通信输出。P3.2：INT0，外部中断0输入。P3.3：INT1，外部中断1输入。P3.4：T0，计时计数器0输入。P3.5：T1，计时计数器1输入。P3.6：WR：外部数据存储器的写入信号。P3.7：RD，外部数据存储器的读取信号。STC90C516RD通过串行接口RXD和TXD进行程序下载。最小系统构建（1）时钟每一个有源器件的工作都要对他提供电源，51 单片机的40脚是电源脚VCC，外加4.5到5伏的电压时，能够正常的工作，第20 脚是电源地GND，人生存需要心跳，单片机也一样，他的心跳就是给他提供就是振荡器，18和19 引脚接外部晶振，分别为XTAL1和XTAL2，石英和陶瓷晶振都可以，如果采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应该不接，一般外部晶振接11.0592MHz的晶振。（2）上点复位和按键复位51单片机可以通过上电复位和按键复位两种方式复位，9脚是单片机的复位脚，如下图当vcc上电瞬间电容相当于短路，C3导通，当9脚接受超过24个时钟周期的高电平的时候，单片机就会复位，另外在上电的状态下，按下按键kp1也能够使系统复位。（3）P0口上拉，P0口内部没有上拉电阻，因此当P0作为普通的io口时要外接上拉电阻，一般用102的电阻排就可以。具体的电路设计如下：图（3-4）最小系统以上部分就是单片机的最小系统了，有了这些单片机就能为我们干活了。3.4温度传感器方案一选择模拟温度传感器AD590和ADC1832作为温度传感器件。AD590电流输出型两端温度传感器AD590是AD公司利用PN结构正向电流与温度的关系制成的电流输出型两端温度传感器.（热敏器件） 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。AD590温度感测器是一种已经IC化的温度感测器,它会将温度转换为电流,在8051的各种课本中常看到它,相当常用到。 其规格如下： 温度每增加1开始温度,它会增加1A输出电流。 可量测范围-55至150。 供应电压范围+4V至30V。AD590的接脚图及零件符号如下图所示： AD590的输出电流值说明如下： 其输出电流是以绝对温度零度(-273)为基准,每增加1开始温度,它会增加1A输出电流,因此在室温25时,其输出电流Io=(273+25)=298A。 Vo的值为Io乘上10K,以室温25而言,输出值为2.98V(10K298A)。 量测Vo时,不可分出任何电流,否则量测值会不准。电路分析 AD590的输出电流I=(273+T)A(T为摄氏温度),因此量测的电压V为(273+T)A 10K= (2.73+T/100)V。为了将电压量测出来又需使输出电流I不分流出来,我们使用电压追随器其输出电压V2等于输入电压V。 由于一般电源供应较多零件之后,电源是带杂讯的,因此我们使用齐纳二极体作为稳压零件,再利用可变电阻分压,其输出电压V1需调整至2.73V。 接下来我们使用差动放大器其输出Vo为 (100K/10K)(V2-V1)=T/10V。如果现在为摄氏28度,输出电压为2.8V。 AD590典型应用电路（图3-5）（a）AD590封装 （b）AD590典型电路图3-5（a）是AD590的封装形式，（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，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，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）。但这样调整可保证在0或25附近有较高精度。由于AD590是模拟器件，而51单片机只能接受01两种电平信号，所以要应用模拟数字转换芯片将从AD590采集回来的模拟电压转化成单片机能够识别的二进制数，最常用而且成本也很低的转换芯片莫属ADC0832。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，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。学习并使用ADC0832 可是使我们了解A/D转换器的原理，有助于我们单片机技术水平的提高。ADC0832 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、14PDIP（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。 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。 单片机对ADC0832 的控制原理正常情况下ADC0832 与单片机的接口应为4条数据线，分别是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端与DI端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将DO和DI 并联在一根数据线上使用。当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK 和DO/DI 的电平可任意。当要进行A/D转换时，须先将CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端CLK 输入时钟