單片機(jī)溫度數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)

1、 河北工業(yè)大學(xué)2016屆畢業(yè)論文1 引言我國農(nóng)業(yè)正處于從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向優(yōu)質(zhì)、高效、高產(chǎn)為目的的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)化的新階段。農(nóng)業(yè)環(huán)境綜合控制作為農(nóng)作物速生、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的手段是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。農(nóng)業(yè)設(shè)施的自動(dòng)檢測(cè)與控制是我國科研急待發(fā)展的項(xiàng)目。溫度作為作物生長一個(gè)非常重要的參數(shù)，溫度的變化影響作物的發(fā)芽、幼苗的成長、作物的開花、果實(shí)的成熟等等。對(duì)于不同的作物，其適宜的生長溫度總是在一個(gè)范圍。超過這個(gè)范圍，作物或許會(huì)活著，但是其生長的規(guī)律將發(fā)生明顯的變化。這對(duì)于我們所希望的要求作物能夠優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的愿望相距甚遠(yuǎn)，所以我們必須實(shí)時(shí)獲取作物生長的環(huán)境溫度。同時(shí)，我們也希望作物的適宜溫度范圍可以由檢測(cè)人員根據(jù)實(shí)

2、際情況加以改變。同時(shí)，由于作物分布空間的狹小，各點(diǎn)的溫度在同一時(shí)間上可能存在差異，所以對(duì)于溫室必須采取多點(diǎn)采集，以保證能夠更準(zhǔn)確的獲知作物生長的實(shí)時(shí)溫度。長期以來，人們?cè)跍y(cè)量溫度時(shí)，大部分使用常規(guī)的測(cè)量方法測(cè)量。檢測(cè)精度要求較高時(shí)，調(diào)理電路復(fù)雜，A/D的位數(shù)高，使設(shè)計(jì)的系統(tǒng)成本居高不下，很難普及。為了確知某一測(cè)試對(duì)象的各項(xiàng)特性，我們常常借助各種儀表和各種手段來獲得各種各樣的測(cè)量結(jié)果。但是這些數(shù)據(jù)中包含有變換誤差，設(shè)備誤差以及在傳輸過程中引入的各種干擾所造成的誤差等。而且這些數(shù)據(jù)量通常都很大，有意義的部分和無意義的部分混雜在一起，如果不加取舍的直接應(yīng)用必然會(huì)造成極大不便，另外，很多情況下還需要通

3、過加工以便提供物理意義更明確更直接的數(shù)據(jù)形式，上述這些問題需要靠數(shù)據(jù)采集與處理加以解決。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子技術(shù)行業(yè)也發(fā)生巨大變化，電路集成程度的提高，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的體積越來越小，可取性越來越高且出現(xiàn)了單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。而且出現(xiàn)了很多功能完備的低功耗、低電壓大規(guī)模集成電路，為設(shè)計(jì)便攜式高精度測(cè)溫系統(tǒng)提供了硬件基礎(chǔ)。2 方案設(shè)計(jì)溫度采集在現(xiàn)實(shí)生活中有著非常重要的地位。以往傳統(tǒng)的溫度采集方法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且精度差，單片機(jī)的出現(xiàn)使得溫度的采集和數(shù)據(jù)處理問題能夠得到很好解決。本設(shè)計(jì)的電路由溫度傳感器、調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換、控制處理及顯示五部分構(gòu)成。溫度傳感器采用電流型的AD590，調(diào)理電路采

4、用OP07將模擬電流信號(hào)轉(zhuǎn)為電壓信號(hào)并放大，ADC0809用作A/D轉(zhuǎn)換器，將采集的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量通過80C51處理后由數(shù)碼管顯示出來。由于采集、處理、顯示數(shù)據(jù)通過單片機(jī)軟硬件相結(jié)合,所以控制系統(tǒng)具有可靠性，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)。具體工作過程為：由溫度傳感器AD590測(cè)得被測(cè)溫度，該測(cè)量經(jīng)過前端調(diào)理電路（包括集成運(yùn)放）把AD590測(cè)得溫度，經(jīng)放大器放大后送A/D轉(zhuǎn)換器，由A/D轉(zhuǎn)換器將此信號(hào)轉(zhuǎn)換成為單片機(jī)所能識(shí)別的二進(jìn)制信號(hào)再經(jīng)P1口輸入單片機(jī)，由數(shù)碼管顯示出來。其中調(diào)理電路包括電流轉(zhuǎn)換成電壓及放大部分。結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示：溫度傳感器LED顯示 單 片 機(jī)A/D轉(zhuǎn)換調(diào)理電路圖1 系統(tǒng)總

5、體結(jié)構(gòu)框圖該設(shè)計(jì)還充分利用了CMOS單片機(jī)80C51的軟件資源。其軟件主要包括主程序模塊、顯示模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊等子程序模塊所組成。各個(gè)模塊都必不可少，完成一些特殊功能。通過軟件間的配合，既節(jié)省了許多硬件資源，減小了開支，又減少了系統(tǒng)誤差和隨機(jī)干擾，提高了測(cè)量精度，使設(shè)計(jì)更加實(shí)用。2.1 傳感器的選擇溫度傳感器也稱熱敏傳感器，是由熱敏元件和測(cè)量放大電路等構(gòu)成的器件。熱電偶和熱電阻是兩種較常用的測(cè)溫元件。熱電偶是利用熱電效應(yīng)，將與熱電偶元件接觸的介質(zhì)的溫度轉(zhuǎn)換成電壓，其輸出靈敏度為/級(jí)，室溫下典型輸出電壓為毫伏級(jí)。熱電偶具有低輸出阻抗，幾何尺寸小、溫度范圍寬。熱電阻是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻率隨

6、溫度變化而變化的熱電阻效應(yīng)原理制成的，此類溫度傳感器有金屬導(dǎo)體熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻兩種。金屬導(dǎo)體熱電阻測(cè)溫范圍為-200至+85，半導(dǎo)體熱敏電阻測(cè)溫范圍為-270至+1300。熱敏電阻是一種新型感溫半導(dǎo)體元件，它與金屬熱電阻最大區(qū)別是具有負(fù)的熱敏系數(shù)，即當(dāng)溫度升高時(shí)阻值減小。熱敏電阻特點(diǎn)是： 電阻溫度系數(shù)絕對(duì)值大，因而靈敏度高，測(cè)量線路簡(jiǎn)單，不用放大器即可得到幾伏的電壓； 體積小，重量輕，熱慣性?。槐旧黼娮柚荡?，無需熱敏電阻那樣考慮線路電阻及連接方式，適合于遠(yuǎn)距離測(cè)量；制作簡(jiǎn)單，壽命長，價(jià)格便宜；非線性大，穩(wěn)定性和重復(fù)性差。晶體管溫度計(jì)是利用基極和發(fā)射極之間電壓受溫度影響的原理設(shè)計(jì)而成的。熱

7、電偶由于熱電勢(shì)小而靈敏低，熱敏電阻由于非線性而影響精度。鑒于分立元件溫度傳感器的缺點(diǎn)，國外一些公司研制生產(chǎn)了一些IC集成式溫度傳感器，如AD590、LM134等。此設(shè)計(jì)使用AD590，因?yàn)榕c其它溫度傳感器相比它有以下優(yōu)點(diǎn)：精度可達(dá)正負(fù)0.5；性能穩(wěn)定；體積小、重量輕；線性度好，1A/K ；精度可達(dá)正負(fù)0.5；測(cè)溫范圍-50+150；溫度依電流變換，適于遠(yuǎn)距離測(cè)量；電源電壓范圍4V30V，電阻采用激光修刻工藝，+25（298.2K）時(shí)，輸出電流298.2A；成本低，實(shí)用性強(qiáng)。AD590的主要特點(diǎn)：（1） 僅需+4V+30V的直流工作電壓，不需要傳送器、濾波器和線性化電路等。（2） 一致性非常好，

8、當(dāng)溫度298.2k(+25度)時(shí)，AD590均輸出穩(wěn)恒電流298.2uA，隨溫度升高或降低以luA/1.0k增減其輸出電流，因而AD590很容易互換。（3） 電流輸出，具有優(yōu)良的干擾抑制比，只需很小的功率(1.5mW)。（4） 電源電壓漂移和紋波不敏感。電源電壓5V變到+l0V 僅引起lA最大的電流變化。（5） 電氣上耐用，可承受正向+44V，反向20V的電壓不損壞，不必?fù)?dān)心管腳接錯(cuò)。AD590的外形及管腳排列:AD590外形及大小與一般晶體三極管相當(dāng)高3mm，直徑4mm，有三個(gè)引出端其管腳排列見圖2.1和圖2.2：接殼底視圈-+ 1 “+”電源 2“”電源 3 管芯襯底（浮置） 圖2.2 引

9、腳示圖 圖 2.1 AD590管腳排列集成電路溫度傳感器利用了半導(dǎo)體PN結(jié)電流電壓特性和溫度的相關(guān)性，和熱敏電阻、熱電偶相比，最大優(yōu)點(diǎn)是輸出線性好，測(cè)溫精度較高。感溫部分、傳感器驅(qū)動(dòng)部分、信號(hào)處理部分等電路均集成化并封閉在一個(gè)小型管殼內(nèi)，使用方便?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)，本系統(tǒng)采用AD590作為溫度傳感器。2.2 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇A/D轉(zhuǎn)換器用于實(shí)現(xiàn)模擬量向數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，它是控制系統(tǒng)中不可缺少的環(huán)節(jié)。A/D轉(zhuǎn)換器與電子計(jì)算機(jī)一樣，其發(fā)展也經(jīng)歷了由電子管到晶體管再到集成電路的三個(gè)階段，形成了組件型、混合型、單片集成型幾種結(jié)構(gòu)。單片集成型A/D體積小、成本低、性能優(yōu)良，特別適宜于在實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中應(yīng)用。A/

10、D器件和芯片是實(shí)現(xiàn)單片機(jī)數(shù)據(jù)采集的常用外圍器件，A/D轉(zhuǎn)換器的品種繁多，性能各異，在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時(shí)，首先碰到的是如何選擇合適的A/D轉(zhuǎn)換器以滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的問題，選擇合適的A/D轉(zhuǎn)換器需要考慮器件本身的品質(zhì)和應(yīng)用場(chǎng)合的要求。ADC0804與ADC0809較適合，下面我們比較下它們的優(yōu)缺點(diǎn)，選其一。ADC08系列是美國國家半導(dǎo)體公司（National Semiconduct）的一個(gè)A /D轉(zhuǎn)換芯片系列，具有多種芯片型號(hào)，其中ADC0804型是8位8通道全CMOS型A/D轉(zhuǎn)換器。其特點(diǎn)為：它是20引腳雙列直插式封裝芯片，單通道選擇輸入方式。其特點(diǎn)是內(nèi)含時(shí)鐘電路，只要外接一個(gè)電阻和一個(gè)電容就可

11、以自身提供時(shí)鐘信號(hào)；也可以自行提供VREF+和VREF-兩端的參考電壓，允許模擬輸入信號(hào)是差動(dòng)的或不共地的電壓信號(hào)。ADC0809也為8位8通道全CMOS型A/D轉(zhuǎn)換器，其綜合功能技術(shù)指標(biāo)為：八通道模擬輸入，模擬范圍 0V5V；轉(zhuǎn)換時(shí)間100s；單電源5V供電；分辨率 8位；無失碼；可鎖存的三態(tài)輸出，與TTL電路兼容；工作溫度范圍 4080；時(shí)鐘頻率10KHz1280KHz，典型值610KHz；無須調(diào)零和滿量程調(diào)整；最低功耗15mW；221 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖和管腳排列圖該芯片的內(nèi)部機(jī)構(gòu)圖和管腳排列圖分別如圖2.2(a)和(b)所示。CLK STARTEOC8路模擬量輸入IN0.IN7 8路模擬量 開

12、關(guān) 8 位數(shù)字量輸出D0 三態(tài) 輸出 鎖存器 8位 A/D 轉(zhuǎn)換器.3ABC地址鎖存與譯碼8D7 ALEVccGNDOEVREF+ VREF-圖2.2（a) ADC0809原理框圖222 主要組成及功能8位A/D轉(zhuǎn)換器是逐次逼近式，由控制與時(shí)序電路、逐次逼近寄存器、樹狀電子開關(guān)以及256R電阻階梯網(wǎng)絡(luò)等組成。虛線框中為芯片核心部分。各部分功能大致如下。地址鎖存與譯碼器控制8位模擬開關(guān)，實(shí)現(xiàn)對(duì)8路模擬信號(hào)的選擇。8個(gè)模擬輸入端能接收8路模擬信號(hào)，但相對(duì)某一時(shí)刻只能選擇其中的一路進(jìn)行轉(zhuǎn)換。樹狀開關(guān)與256R電阻網(wǎng)絡(luò)一起構(gòu)成D/A轉(zhuǎn)換電路，產(chǎn)生與逐次逼近寄存器中二進(jìn)制數(shù)字量對(duì)應(yīng)的反饋模擬電壓，送至比

13、較器，與輸入模擬電壓進(jìn)行比較。比較器的輸出結(jié)果和控制與時(shí)序電路的輸出一起控制逐次逼近寄存器中的數(shù)據(jù)從高位至低位變化，依次確定各位的值，直至最低位被確定為止。在轉(zhuǎn)換完成后，轉(zhuǎn)換結(jié)果送到三態(tài)輸出緩沖器。當(dāng)輸出允許信號(hào)OE有效時(shí)，選通輸出緩沖器，輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果。圖2.2（b) ADC0809引腳圖223 引腳功能ADC0809共有28個(gè)引腳，各引腳功能如下：IN0IN7：模擬量輸入通道。由ADC0809內(nèi)部地址譯碼選通。A，B，C：地址線，模擬通道的選擇信號(hào)。A 為低位地址，C為高位地址。其地址狀態(tài)與通道對(duì)應(yīng)關(guān)系見下表：表 2.3 ADC0809通道選擇真值表地址線被選通的模擬通道CBA000IN00

14、01IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7START：A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)控制信號(hào)，輸入，正脈沖有效。START的上升沿將內(nèi)部逐次逼近寄存器復(fù)位，下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，如在轉(zhuǎn)換過程中START再次有效，則將中止正在進(jìn)行的轉(zhuǎn)換，開始新的轉(zhuǎn)換。START信號(hào)最小寬度為ALE的寬度。 CLK：外部時(shí)鐘信號(hào)引入端。ADC0809內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，需外部提供。簡(jiǎn)單應(yīng)用可由80C51的ALE信號(hào)提供。最大頻率640KHZ。D7D0：數(shù)據(jù)輸出端，D7為高位。OE：輸出允許信號(hào)，輸入高電平有效。該端為高電平時(shí)，芯片輸出鎖存器被開啟，將A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果送至數(shù)據(jù)總線。打開三態(tài)輸出緩

15、沖器，輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果。UREF(+)和UREF(-)：外接基準(zhǔn)電壓的正極和負(fù)極。這兩個(gè)輸入端為ADC內(nèi)部D/A轉(zhuǎn)換邏輯提供電阻的標(biāo)準(zhǔn)水平。UREF(-) 接0時(shí)該端同時(shí)也成為A/D轉(zhuǎn)換器的模擬地。EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，高電平有效。EOC平時(shí)為高電平，在START信號(hào)的上升沿之后08個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，變?yōu)榈碗娖?，轉(zhuǎn)換結(jié)束后，再次升為高電平，向外部發(fā)出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。EOC信號(hào)可作為中斷申請(qǐng)信號(hào)。如將EOC與START連接，則每次轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)將啟動(dòng)一次新的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換繼續(xù)進(jìn)行。這種直接啟動(dòng)方式要求轉(zhuǎn)換開始時(shí)由一外部脈沖信號(hào)啟動(dòng)。GND：數(shù)字端ALE：地址鎖存允許信號(hào)輸入端。該端接高電平時(shí)有效，僅當(dāng)該信號(hào)有效時(shí)

16、，才能將地址信號(hào)鎖存，經(jīng)譯碼后選中一個(gè)通道，并通過譯碼邏輯接通所選擇的通道進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。基于以上優(yōu)點(diǎn)我們選擇八通道模擬輸入的ADC0809。2.3 顯示電路選擇單片機(jī)系統(tǒng)常用的顯示器件有LCD（液晶顯示模塊）和LED（數(shù)碼顯示摸塊）兩種。LCD顯示功耗低但成本高，LED要比LCD經(jīng)濟(jì)的多，且課題也就僅要求顯示數(shù)字，所以選用LED來顯示。LED顯示器有兩種顯示方式：靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示。數(shù)碼管有7段數(shù)碼管和8段數(shù)碼管之分。本課題由于要采集確切溫度值，所以選用帶小數(shù)點(diǎn)的七段LED顯示器靜態(tài)顯示。靜態(tài)顯示是指當(dāng)八段數(shù)碼管顯示一個(gè)字符時(shí)，該字符對(duì)應(yīng)段的發(fā)光二極管控制信號(hào)一直保持有效。3 硬件電路設(shè)計(jì)傳

17、感器節(jié)點(diǎn)由數(shù)據(jù)采集模塊（傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器）、數(shù)據(jù)處理模塊和控制模塊（微處理器和存儲(chǔ)器）、供電模塊（電池）等組成。本系統(tǒng)由溫度信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)，A/D變換部分，譯碼顯示和電源部分組成,其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如附錄原理圖。硬件電路工作過程為先由溫度傳感器測(cè)得被測(cè)溫度，該測(cè)量經(jīng)過前端處理電路（包括集成運(yùn)放和A/D），經(jīng)放大器放大后送A/D轉(zhuǎn)換器，由A/D轉(zhuǎn)換器將此信號(hào)轉(zhuǎn)換成為單片機(jī)所能識(shí)別的二進(jìn)制信號(hào)再經(jīng)P接口輸入單片機(jī)。單片機(jī)每從感溫傳感器上采集一次信息，就將此信息暫時(shí)儲(chǔ)存起來，然后再把所采集到的信號(hào)與補(bǔ)償信號(hào)比較處理后得出實(shí)際的溫度值并由驅(qū)動(dòng)器處理，由LED顯示輸出結(jié)果，顯示輸出采用靜態(tài)的LED顯示方式。3

18、.1 單片機(jī)簡(jiǎn)介CMOS 芯片的80C51單片機(jī)是8051的改進(jìn)型單片機(jī)，8051芯片的功耗為630mW，而80C51的只有120mW，是8051的1/5，這具有十分重要的意義，相對(duì)于8051，80C51耗電更低，工作更加穩(wěn)定可靠，適用范圍更廣的優(yōu)點(diǎn)。綜合各種考慮，本題目選用單片機(jī)80C51，具體管腳如圖3.1所示：圖 3.1 80C51單片機(jī)管腳圖40只腳按其功能來分，可分為3類：(1) 電源及時(shí)鐘信號(hào)：VCC、XTAL1、XTAL2。(2) 控制信號(hào)：外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)/PSEN、地址鎖存控制信號(hào)ALE、訪問程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)/EA、復(fù)位信號(hào)RST。(3) I/O口信號(hào)：P0、P1、

19、P2、P3,為4個(gè)8位I/O口的外部電路引腳。單片機(jī)的引腳除了電源、復(fù)位、時(shí)鐘接入、用戶I/O口外，其余管腳都是為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)展而設(shè)置的。這些引腳構(gòu)成了80C51單片機(jī)片外三總線結(jié)構(gòu)即地址總線，數(shù)據(jù)總線，控制總線。(1)地址總線(AB)：上傳的是地址信號(hào)，用于外擴(kuò)展存儲(chǔ)單元和I/O端口尋址，地址總線是單向傳輸?shù)摹５刂房偩€有16位，因此，其外擴(kuò)展空間為64KB，16位地址總線由P0口經(jīng)地址鎖存器提供低八位地址(A0A7)；P2口直接提供高8位地址(A8A15)。(2)數(shù)據(jù)總線(DB)：用于在在單片機(jī)與存儲(chǔ)之間或單片機(jī)與I/O之間傳送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)總線是雙向的，可以進(jìn)行兩個(gè)方向的傳送其總線為8位，由P0

20、口提供。(3)控制總線(CB)：是一組控制信號(hào)線，其中既有單片機(jī)發(fā)出的，也用外擴(kuò)展部件發(fā)出的。它由P3口的第二功能狀態(tài)和4根獨(dú)立控制線RST、/EA、ALE、/PSEN組成。P0口：雙向8位三態(tài)I/O口，充當(dāng)?shù)臀坏刂肪€/數(shù)據(jù)線，為保存分離出的地址，需外加一個(gè)8位鎖存器，并以ALE作為鎖存控制信號(hào)。 P1口：8位準(zhǔn)雙向I/O口。由于這種接口輸出沒有高阻狀態(tài)，輸入也不能鎖存，故不是真正的雙向I/O口。P2口：8位準(zhǔn)雙向I/O口，只作為高8位地址線使用，且加上P0口的低8位地址，就形成了完整的16位地址總線。P3口：8位準(zhǔn)雙I/O口，雙功能復(fù)用口。作為第一功能使用時(shí)，就作為普通I/O口用，功能和操作

21、方法與P1口相同。作為第二功能使用時(shí)，各引腳的定義如下表：表3.1 P3口特殊功能表口線引腳第二功能P3.010RxD（串行輸入口）P3.111TxD（串行輸出口）P3.212/INTO（外部中斷0）P3.313/INT1（外部中斷1）P3.414T0（定時(shí)器0外部輸入）P3.515T1（定時(shí)器1外部輸入）P3.616/WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫脈沖）P3.717/RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀脈沖）3.2 電源電路及復(fù)位電路設(shè)計(jì)3.2.1 電源電路在該系統(tǒng)中需要用到+5V的直流穩(wěn)壓電源，在我們的生活中一般都是使用220的交流電，為了獲得高質(zhì)量的5V直流穩(wěn)壓電源，這就需要我們進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)化。其轉(zhuǎn)化圖如圖3.

22、3所示：輸出濾波穩(wěn)壓濾波整流220V圖3.3 內(nèi)部轉(zhuǎn)化圖這里的濾波是為了濾去外界電源輸入帶來的一些不穩(wěn)定的因素，比如說紋波的影響，而用一個(gè)大電容和一個(gè)小電容的組合，是為了分別濾去低頻或高頻的紋波。電源部分的電路如圖3.4所示：圖 3.4 電源部分原理圖7805系列集成穩(wěn)壓器，只有輸入端、輸出端和公共端三個(gè)引線端子，可輸出1A以上的電流，有必要的保護(hù)電路，使用起來安全可靠。它輸出固定的正電壓。從變壓器輸出的交流電壓經(jīng)過整流、濾波后產(chǎn)生的不穩(wěn)定直流電壓，從穩(wěn)壓器的輸入端輸入，在穩(wěn)壓器的輸出端就可得到穩(wěn)定的直流電壓輸出。正常工作時(shí)，穩(wěn)壓器輸入、輸出電壓差為23V，電容用來實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)償。圖中C1為0.

23、1可以防止由于輸入引線較長而帶來的電感效應(yīng)而產(chǎn)生的自激。C2為0.1用來減少由于負(fù)載電流瞬時(shí)變化而引起的高頻干擾。C3為100為容量較大的電解電容，用來進(jìn)一步減少輸出脈動(dòng)和低頻干擾。 3.2.2 復(fù)位電路復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，只需給80C51的復(fù)位引腳RST加上大于2個(gè)機(jī)器周期（即24個(gè)時(shí)鐘振蕩周期）的高電平就可得80C51復(fù)位，復(fù)位時(shí)，PC初始化為0000H，使80C51從OUT單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤而使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)，為擺脫死鎖狀態(tài)，也需按復(fù)位鍵使得RST腳為高電平，使80C51重新啟動(dòng)。在系統(tǒng)中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)顯示不正常，也為了調(diào)試方便

24、，我們需要設(shè)計(jì)一個(gè)復(fù)位電路，在系統(tǒng)中，復(fù)位電路主要完成系統(tǒng)的上電復(fù)位和系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)用戶的按鍵復(fù)位功能。復(fù)位電路可由簡(jiǎn)單的RC電路構(gòu)成，也可使用其它的相對(duì)復(fù)雜，但功能更完善的電路。本系統(tǒng)采用的按鍵脈沖復(fù)位電路如圖3.5所示。工作原理是：利用RC微分電路產(chǎn)生正脈沖來實(shí)現(xiàn)。上電瞬間，RC電路充電，RESET引腳端出現(xiàn)正脈沖，只要RESET保持10ms以上高電平，就能使單片機(jī)有效的復(fù)位。當(dāng)時(shí)鐘頻率選用6MHz時(shí)，C3、C4取22F，R1、R7取1K。圖3.5 復(fù)位部分原理上電自動(dòng)復(fù)位電路由上電瞬間C與R構(gòu)成充電電路，RESET端的電位與VCC相同，隨著充電電流的減少，RESET的電位逐漸下降。圖中RC

25、時(shí)間常數(shù)越大，上電時(shí)RESET端保持高電平的時(shí)間越長，圖中這組參數(shù)足以保證復(fù)位操作。若復(fù)位電路失效，加電后CPU從一個(gè)隨機(jī)的狀態(tài)開始工作，系統(tǒng)就不能正常運(yùn)行。3.3 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)時(shí)鐘是單片機(jī)的心臟，單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘頻率為基準(zhǔn)，有條不紊地一拍一拍地工作。因此，時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定性。常用的時(shí)鐘電路有兩種方式，一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，另一種是外部時(shí)鐘方式。此設(shè)計(jì)選用內(nèi)部時(shí)鐘方式見下圖：圖3.6 時(shí)鐘電路部分原理圖單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，該高增益反向放大器的輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2這兩個(gè)引

26、腳跨接在石英晶體振蕩器和微調(diào)電路，就構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。電路中的電容C1和C2典型值通常選擇30pF左右，該電容大小會(huì)影響振蕩器頻率的高低，振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。晶振的振蕩器頻率的范圍通常在1.212MHz之間，晶體的頻率越高，則系統(tǒng)得時(shí)鐘頻率也就變高，單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。但反過來運(yùn)行速度快，對(duì)存儲(chǔ)器的速度要求就高。對(duì)印刷電路板的工藝要求也高，即要求淺間的寄生電容要??；晶體和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近，以減少寄生生活，更好的保證振蕩器穩(wěn)定，可靠地工作。判斷單片機(jī)芯片及時(shí)鐘系統(tǒng)是否正常工作有一個(gè)簡(jiǎn)單的辦法，就是用萬用表測(cè)量單片機(jī)晶振引腳（18、19腳）的對(duì)地電壓，以正

27、常工作的單片機(jī)用數(shù)字萬用表測(cè)量為例：18腳對(duì)地約2.24V，19腳對(duì)地約2.09V。對(duì)于懷疑是復(fù)位電路故障而不能正常工作的單片機(jī)也可以采用模擬復(fù)位的方法來判斷，單片機(jī)正常工作時(shí)第9腳對(duì)地電壓為零，可以用導(dǎo)線短時(shí)間和5V連接一下，模擬一下上電復(fù)位，如果單片機(jī)能正常工作了，說明這個(gè)復(fù)位電路沒有問題。3.4 溫度采集電路設(shè)計(jì) 溫度采集電路的設(shè)計(jì)是用溫度傳感器AD590以及接口電路把溫度轉(zhuǎn)換成模擬電壓，經(jīng)由ADC0809轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后再送80C51處理。因此需要一個(gè)放大電路把傳感器輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成A/D轉(zhuǎn)換器可執(zhí)行的模擬電壓量。下面會(huì)依次介紹。3.4.1 AD590傳感器的測(cè)溫原理AD590是美國

28、模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源，它是一恒流源器件，輸出的電流值與它所測(cè)的絕對(duì)溫度有精確的線性關(guān)系。由于廠家生產(chǎn)時(shí)采用激光微調(diào)來校正集成電路內(nèi)的薄膜電阻，使其在攝氏零度（對(duì)應(yīng)絕對(duì)溫度為273.2K）輸出電流為273.2A，靈敏度為1A/K ，當(dāng)其感受溫度升高或降低時(shí)，輸出電流為1A/K的增大或減少，從而將被測(cè)溫度線性轉(zhuǎn)換為電流形式輸出，在測(cè)量電路中，將其電流轉(zhuǎn)換為電壓，則可用電壓形式來表示溫度的大小。由于AD590輸出電流設(shè)計(jì)為開氏溫標(biāo)對(duì)應(yīng)，而且工作電壓范圍大，因此，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)注意以下幾個(gè)問題。AD590在攝氏零度時(shí)，輸出電流值為273.2A ，它與熱力學(xué)溫度273.2 K相對(duì)應(yīng)。

29、而人們習(xí)慣用攝氏溫標(biāo)表示溫度，攝氏溫標(biāo)與開氏溫標(biāo)的轉(zhuǎn)換關(guān)系即T(K)=273.2+t() （式3.1）在信號(hào)處理時(shí)，應(yīng)將開氏溫度轉(zhuǎn)換為攝氏溫度。AD590的工作電壓可以在4V30V范圍內(nèi)選用，但某一工作電壓一經(jīng)確定后，應(yīng)盡可能使其穩(wěn)定，因?yàn)楣ぷ麟妷翰▌?dòng)將引起AD590輸出電流在一定程度上的相對(duì)漂移，造成測(cè)量誤差。 AD590輸出電流在遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)，雖然它對(duì)導(dǎo)線產(chǎn)生的壓降不敏感，但應(yīng)避免傳輸導(dǎo)線回路受電磁干擾影響產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)而導(dǎo)致回路電流變化，造成測(cè)量誤差。由于AD590的溫度變化范圍在55150之間，經(jīng)過10K之后采樣到的電壓變化在2.182V4.232V之間，不超過5V電壓所表示的范圍，因此

30、參考電壓取電源電壓VCC，（實(shí)測(cè)VCC4.70V）。由此可計(jì)算出經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換之后的攝氏溫度顯示的數(shù)據(jù)。 由于AD590的增益有偏差，電阻也有偏差，因此應(yīng)對(duì)電阻進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整的方法為：把AD590放于冰水混合物中調(diào)整電位器，值如下表示：表3.2 AD590溫度與電流關(guān)系攝氏溫度AD590電流經(jīng)10K電壓0273.2A2.732V10283.2A2.832V20293.2A2.932V30303.2A3.032V40313.2A3.132V50323.2A3.232V60333.2A3.332V100373.2A3.732V3.4.2 測(cè)量電路設(shè)計(jì) AD590對(duì)溫度變化體現(xiàn)為電流變化，溫度和電流

31、呈線性關(guān)系，而A/D轉(zhuǎn)換器采集的為電壓信號(hào)，因此需要有電流電壓轉(zhuǎn)換電路，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，轉(zhuǎn)換電路如圖3.8示：M2M1圖3.8 電流電壓轉(zhuǎn)換電路圖中電容C4起濾波作用。該電路中，考慮到測(cè)溫范圍是0度50度，而ADC0809輸出電壓范圍為0V5V，故電阻R2取3.3K，R3取15K，其中R2是滑動(dòng)變阻器，精度高于R3，電阻R4取100K,R5取50K，R4是滑動(dòng)變阻器，精度高于R5，電阻R6取33K。運(yùn)放是溫度電壓變換電路，為測(cè)試方便，設(shè)計(jì)時(shí)將0度時(shí)的輸出電壓定為OV，每升高一度輸出電壓上升100mV，與電壓之間的關(guān)系為:U =K(TT0)V （式3.2）式中，K比例系數(shù),K=O.98

32、V/度,T環(huán)境溫度，單位為度,T0測(cè)溫下限0度。由圖2.9設(shè)流過R2，R3電流為I1，流過傳感器的電流為I2，通過R4，R5電流為I3。由分流得：I3=I2I1 （式3.3）由于AD590測(cè)得溫度為開氏溫度必須轉(zhuǎn)換為攝氏溫度式見（式3.1）。當(dāng)T=+50度和T=0度時(shí)，變換電路輸出電壓上限Umax=5V，電壓下限為Umin=0V，實(shí)現(xiàn)的辦法是:首先調(diào)整R2，使得I1=273.2uA。當(dāng)溫度為0度時(shí)，通過AD590的電流I2=273.2u A，此時(shí)I3=0A,R4,R5上無壓降，即輸出電壓為0V。當(dāng)環(huán)境溫度為50度時(shí)，流過AD590的電流為323.2u A，此時(shí)，I3=I2I1= 50A，調(diào)整R4，使R4+R5=98千歐，有(R4R5)I3=4.9V.同樣，可以計(jì)算出其余各溫度所對(duì)應(yīng)的輸出電壓具體對(duì)應(yīng)數(shù)值見表3.3：表 3.3 溫度與輸出電壓值溫度01020304050輸出電壓值0 V0.98V1.96V2.94V3.92V4.9V定標(biāo)方法：(1)斷開上圖中M1點(diǎn)，串入微