電熱恒溫箱的單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文

1、電熱恒溫箱的單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要 隨著人們生活水平的不斷提高，社會(huì)生產(chǎn)生活的需要有了對(duì)恒溫控制系統(tǒng)的需求，因此，就有了電熱恒溫箱的單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，電熱恒溫培養(yǎng)箱可供科研機(jī)關(guān)以及醫(yī)院作細(xì)菌培養(yǎng)之用，也可以育種、發(fā)酵以及其他的恒溫試驗(yàn)用。本文介紹了一種電熱恒溫箱的單片機(jī)控制系統(tǒng)。在溫度采集方面選用了美國國家半導(dǎo)體公司的集成化半導(dǎo)體傳感器LM134。也可使用國內(nèi)生產(chǎn)的同類型產(chǎn)品。集成化傳感器是新型器件，它比直接用一個(gè)PN結(jié)作傳感器靈敏度高、線性好、使用方便?？刂葡到y(tǒng)主要有三大局部組成，分別是溫度采集局部、溫度控制局部、控制信號(hào)的輸出執(zhí)行局部。系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用的芯片都是系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)常用到的器件，微處理

2、機(jī)采用美國ATMEL公司推出的單片微機(jī)AT89C51，1片Intel 8155作為I/O擴(kuò)展器，組成微機(jī)根本系統(tǒng)。由于這些器件在電平、速度等方面都完全相容，所以微機(jī)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試方便。 微機(jī)系統(tǒng)中主要I/O口的分配如下：AT89C51的P1口為溫度信號(hào)輸入口，8155的PA口為設(shè)定溫度的鍵盤輸入口，8155的PB口為打印數(shù)據(jù)輸出口，溫度顯示信號(hào)由AT89C51的串行口P3.0和p3.1輸出，執(zhí)行元件由8155的PC3控制。關(guān)鍵詞：微機(jī)系統(tǒng)、單片機(jī)、電熱恒溫箱、傳感器。A singlechip control system design of the electrothermal co

3、nstant temperature cabinetAbstract Raise continuously along with the living horizontal of people, the society produces the need that the living demand had to the constant temperature control system，Therefore, there be a machine control system design of the electrothermal constant temperature cabinet

4、,The electrothermal constant temperature development cabinet can be provided as section Grind the organization and hospitals makes the germs development, can also teach the kind, ferment and other constant temperature tests use. This text introduced a machine control system of a kind of electrotherm

5、al constant temperature cabinet. Collected the aspect to choose to use the American national company of semiconductor to gather in the temperature turn the semiconductor to sensor LM134. Also can use a product of of the same kind that domestic produce. Gather turn to spread the feeling machine is th

6、e new machine piece, it compare direct make to spread the feeling machine sensitivity with a PN junction higher , linear good, usage convenience. The control system mainly has the three greatest fractions to constitute, is the output that the temperature collects the fraction, the temperature isetro

7、l fraction, control signal to run the fraction respectively. The chips of the system design usage are all the machine piece that the system design usually useses, The chips of the system design usage are all the machine piece that the system design usually useses, the microprocessor adopts the tiny

8、machine AT89C51 of the single slab that the American company of ATMEL release,1 Intel 8155 Be the I/ O expands the machine, constituting the basic system of tiny machine. Because these machines piece is give or get an electric shock even, velocity etc.s are all completely compatible, so the hardware

9、 structure of the tiny machine system is simple, adjusting to try the convenience. The allocation of the main I/ O orifice is as follows in the tiny machine system: AT89C51 of P1 orifice input the orifice for the temperature semaphore,8155 of in order to set the temperature to stir the dish input or

10、ifice, PA orifice 8155 of in order to print the data output orifice, PB orifice the temperature display semaphore from AT89C51 of string go the orifice P3.0 and the p3.1 outputs, run the component from 8155 of PC3 control.Keyword:Tiny machine system, a singlechip, electrothermal constant temperature

11、 cabinet, sensor.目錄1 序言1.1 電子恒溫箱單片機(jī)控制系統(tǒng)研究的理論意義及應(yīng)用價(jià)值.1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀.1.3 溫度控制的難點(diǎn).1.4本文研究內(nèi)容. 系統(tǒng)構(gòu)成及功能描述.2 溫度傳感器.2.1 溫度傳感器的選擇.2.2 溫度傳感器根本原理. 電阻型溫度傳感器 .1 熱電阻. .2 熱敏電阻. .3 半導(dǎo)體熱電阻溫度傳感器. 熱電偶 半導(dǎo)體PN結(jié)型溫度傳感器. .1 PN結(jié)型溫度傳感器 .2 集成溫度傳感器.3 單片機(jī)的選擇.3.1 單片機(jī)的開展.3.2 8031單片機(jī)性能與應(yīng)用.3.3 時(shí)鐘電路與復(fù)位電路的設(shè)計(jì).3.4 控制器的電路設(shè)計(jì). 電路設(shè)計(jì)的總體方案 溫度信號(hào)輸

12、入通道電路 執(zhí)行信號(hào)輸出通道 顯示系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì) 鍵盤接口電路的設(shè)計(jì)4 系統(tǒng)的抗干擾措施.4.1 干擾的來源. 4.2 抗干擾的措施. 4.3 軟件抗干擾措施.5 結(jié)論與展望.5.1 結(jié)論.5.2 展望.參考文獻(xiàn). 1.序言1.1 電熱恒溫箱單片機(jī)控制系統(tǒng)研究的理論意義及應(yīng)用價(jià)值隨著時(shí)代的開展以及人民生活水平的提高，人們對(duì)傳統(tǒng)的育種，發(fā)酵等方法感到厭煩，它們不僅復(fù)雜而且麻煩。根據(jù)市場、用戶等方面的實(shí)際需求，對(duì)恒溫箱的要求也有不同，而恒溫控制是恒溫箱的核心，在允許的溫度范圍內(nèi)，以較好設(shè)計(jì)方法，對(duì)于節(jié)省電能、延長設(shè)備的使用壽命均十分有利。電熱恒溫箱的實(shí)際應(yīng)用環(huán)境，要求我們對(duì)它的設(shè)計(jì)要考慮好其工作的

13、實(shí)際環(huán)境。而控制溫度的先決條件是必須能夠精確地掌握實(shí)時(shí)溫度?？梢?，研制一套切合實(shí)際需要的溫度檢測系統(tǒng)是十分必要的。電熱恒溫箱的單片機(jī)控制系統(tǒng)投入使用后，可精確顯示實(shí)時(shí)溫度，還可提供溫度打印，為溫度控制提供依據(jù)，能滿足各種實(shí)際需要，節(jié)省電力和人力，提高生產(chǎn)效率。不僅如此，通過歷史溫度記錄數(shù)據(jù)的分析還可以對(duì)溫控系統(tǒng)進(jìn)行研究，為進(jìn)一步開發(fā)和挖掘更好的電熱恒溫系統(tǒng)提供更多的理論依據(jù)，所以，本系統(tǒng)的研究具有較高的使用價(jià)值。參加WTO后，中國已成世界制造業(yè)大國。溫控、溫測設(shè)備是制造業(yè)過程中必不可少的設(shè)備，幾乎一切工業(yè)領(lǐng)域都要使用，化工、機(jī)械、電子、醫(yī)療、冶金、動(dòng)力、交通、航空與航天等部門應(yīng)用尤為廣泛。所以

14、，溫控、溫測設(shè)備制造廠商一般是伴隨著其他相關(guān)行業(yè)的開展而開展。近幾年由于新技術(shù)開展和新能源開發(fā)利用，而溫控、溫測又是節(jié)能措施中較為關(guān)鍵的設(shè)備，各種類型的溫控、溫測設(shè)備新技術(shù)越來越受到工業(yè)界的重視，因此，無論是從工農(nóng)業(yè)的開展，還是從能源的有效利用，溫控、溫測技術(shù)設(shè)備的開展都具有重大意義！全球熱能市場需求預(yù)測：1100012000億美圓 。 中國熱能市場需求預(yù)測：400450億美圓 。中國參加后，溫控、溫測設(shè)備以及高新技術(shù)的巨大商機(jī)全面彰顯。中國成為世界最重要溫控、溫測設(shè)備市場?？販厥枪I(yè)自動(dòng)化化領(lǐng)域一個(gè)非常常用和重要的方面，由于我國熱計(jì)量與溫控方面的研究處于起步階段，存在一定程度上的盲目性與試探

15、性，研究中出現(xiàn)了一些問題與爭議，比方國外的熱計(jì)量方式與推廣經(jīng)驗(yàn)是否適合中國國情？國外的溫度控制與熱計(jì)量產(chǎn)品能否在中國完全適用？什么樣的系統(tǒng)能夠應(yīng)用計(jì)量與溫控？面對(duì)我國如此大的市場需求，開發(fā)什么產(chǎn)品、采用什么系統(tǒng)方式能夠經(jīng)濟(jì)、簡單、可靠，在到達(dá)節(jié)能目的的同時(shí)，滿足舒適需要？等等，這些都需要我們進(jìn)行更深入地研究和探討。在溫控與熱計(jì)量產(chǎn)品方面，一方面，國外大公司如Danfoss、Honeywell、西門子、斯倫貝謝等大舉進(jìn)入中國市場，另一方面，國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)全面進(jìn)入起步階段，溫控與熱計(jì)量產(chǎn)品的研制開發(fā)工作開展很快，已經(jīng)有多家企業(yè)開發(fā)出類似產(chǎn)品。本設(shè)計(jì)就是根據(jù)題目的要求設(shè)計(jì)的帶顯示的數(shù)字溫控儀，控溫范圍

16、為50-150，精度為1。1.3 溫度控制的難點(diǎn)溫度、壓力，流量和液位是四種最常見的過程變量。其中溫度是一個(gè)非常重要的過程變量，因?yàn)樗苯佑绊懭紵⒒瘜W(xué)反響、發(fā)酵、烘烤、煅燒、蒸餾、濃度、擠壓成形，結(jié)晶以及空氣流動(dòng)等物理和化學(xué)過程。溫度控制不好就可能引起生產(chǎn)平安，產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量等一系列問題。盡管溫度控制很重要，但是要控制好溫度常常會(huì)遇到意想不到的困難，為什么溫度會(huì)比擬難控。下表列出了溫度回路控制困難的一些主要原因：原因舉例控制難題溫度變化緩慢熔爐，回轉(zhuǎn)窯以及所有熱容量大的設(shè)備的溫度回路響應(yīng)都很緩慢。對(duì)于一個(gè)響應(yīng)緩慢的溫度回路，整定控制參數(shù)需要經(jīng)驗(yàn)和耐心。時(shí)變?nèi)绻麤]有冷卻作用，設(shè)備的加熱過程通常

17、要比放熱過程快的多。因此，如果溫度經(jīng)常上下波動(dòng)，過程對(duì)象的時(shí)間常數(shù)將會(huì)有很大的變化。在時(shí)間常數(shù)和滯后時(shí)間變化的情況下，用PID來控制會(huì)很容易產(chǎn)生振蕩或控制作用緩慢。在一定的操作范圍內(nèi)，可以通過調(diào)整PID的參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)過程的控制。但是一旦過程動(dòng)態(tài)特性發(fā)生改變，PID就有可能失控。非線性控制閥：不靈敏區(qū)和閥門的摩擦造成了溫度回路的非線性。PID或基于模型的控制器能在其線性范圍內(nèi)正常工作，但是到了非線性區(qū)域就失控了。多區(qū)域的溫度控制玻璃前爐，注塑機(jī)及快速熱處理設(shè)備都需要控制多個(gè)區(qū)域的溫度。由于各區(qū)域之間相互影響，使用單輸入單輸出SISO控制器很難有效地控制這種多輸入多輸出MIMO的過程。負(fù)荷變化大由于

18、蒸汽用量的變化，使得發(fā)電廠的蒸汽發(fā)生器的蒸汽負(fù)荷波動(dòng)很大。一旦負(fù)荷加倍，就需要兩倍的熱量來保持溫度。此時(shí)，通常需要施加前饋控制作用。進(jìn)料量變化大生產(chǎn)番茄漿的番茄熱粉碎工藝：卡車傾倒番茄使得番茄進(jìn)料量劇烈波動(dòng)。由于進(jìn)料為固體物質(zhì)，很難直接檢測流量。因此，很難實(shí)施前饋控制。燃料波動(dòng)造紙工業(yè)中將木屑作為補(bǔ)給燃料的蒸汽發(fā)生器；使用低等級(jí)燃料的循環(huán)流化床鍋爐。因燃料波動(dòng)而產(chǎn)生的熱值變化給溫度控制回路帶來了很大的擾動(dòng)。非線性，高速用于晶片處理或材料耐熱測試的快度熱處理RTP設(shè)備。大幅度快速升溫和降溫。多輸入單輸出MISO過程樓宇控制系統(tǒng)的空調(diào)設(shè)備AHU以分層控制的方式操縱加熱閥、冷卻閥和擋板。單個(gè)控制器要

19、處理如加熱和冷卻等多個(gè)過程。當(dāng)操作變量發(fā)生變化，像PID這樣的固定參數(shù)的控制器就需要重新整定控制器參數(shù)。單輸入多輸出SIMO過程蒸餾塔：需要同時(shí)控制塔釜和塔盤溫度數(shù)據(jù)采集電路主要是由溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、放大電路等組成。溫度傳感器電路、放大及轉(zhuǎn)換電路，但僅有再沸器進(jìn)料量這一個(gè)操縱變量?？刂破髦挥幸粋€(gè)可操縱的變量，但需要控制兩個(gè)以上的過程變量。像PID那樣的單回路控制器的控制效果不夠理想。1.4本文研究內(nèi)容雖然電子恒溫控制系統(tǒng)的應(yīng)用已相當(dāng)普遍，但是，伴隨著新器件的誕生、新技術(shù)的涌現(xiàn)，在新需求的推動(dòng)下，溫度控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)、器件選擇、數(shù)據(jù)傳送及操作界面等方面仍需不斷研究和創(chuàng)新。本文將針對(duì)現(xiàn)有

20、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、溫度檢測精度不高、數(shù)據(jù)傳輸距離短、主控操作界面不直觀這四個(gè)方面問題展開研究。通過對(duì)目前各種溫度傳感器的分析與研究，對(duì)溫度傳感器做出合理選擇，到達(dá)優(yōu)化整體結(jié)構(gòu)，提高溫度檢測精度，同時(shí)使系統(tǒng)便于維護(hù)的目的。通過對(duì)各種信號(hào)傳輸方式的分析和研究，在保證系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡潔、具有較高性價(jià)比的根底上，提出延長數(shù)據(jù)輸出距離的新方案。通過對(duì)系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)功能的分析和研究，設(shè)計(jì)出更好控制系統(tǒng)。本文的研究重點(diǎn)將放在溫度傳感器的選擇、提高測溫精度、測溫?cái)?shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離傳輸這三個(gè)方面?？傊菊n題研究以期研制出一套簡潔實(shí)用、精確穩(wěn)定、使用直觀、維修方便的電子恒溫箱單片機(jī)控制系統(tǒng)。1.5系統(tǒng)構(gòu)成及功能描述電子恒溫箱單片機(jī)

21、控制系統(tǒng)主要功能為：溫度測量數(shù)字量-數(shù)據(jù)采集-數(shù)據(jù)處理-控制執(zhí)行-溫度打印，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。AT89C51單片機(jī)報(bào)警鍵盤LED顯示A/D轉(zhuǎn)換光隔加熱電路溫度傳感器圖3-6 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖運(yùn)算放大器打印機(jī)整個(gè)系統(tǒng)由溫度信號(hào)輸入通道電路、執(zhí)行信號(hào)輸出通道、數(shù)據(jù)處理器單片機(jī)、溫度顯示、以及溫度設(shè)定、報(bào)警、打印電路。2 溫度傳感器2.1 溫度傳感器的選擇在電熱恒溫箱的控制系統(tǒng)中溫度傳感器是非常重要的元件之一，它將負(fù)責(zé)恒溫箱的溫度采集，也就是對(duì)恒溫箱的溫度作時(shí)時(shí)地采集。它把采集到的溫度傳道控制局部，然后由控制局部分析是否需要加熱或是停止加熱一系列的動(dòng)作，由于溫度度傳感器是電熱恒溫箱的溫度

22、探測器，所以對(duì)于溫度傳感器的性能，包括它的工作穩(wěn)定性、可靠性及靈敏度等技術(shù)指標(biāo)一定要保證，因?yàn)樗苯佑绊懙秸麄€(gè)控制系統(tǒng)的運(yùn)行。溫度是一個(gè)和人們生活環(huán)境密切相關(guān)的物理量，也是一個(gè)在科學(xué)試驗(yàn)和生產(chǎn)活動(dòng)中需要控制的重要物理量。因此，在各種傳感器中，溫度傳感器是應(yīng)用最廣泛的一種。溫度傳感器是一種將溫度變化轉(zhuǎn)換為電學(xué)量變化的裝置，用于檢測溫度和熱量，因此也叫做熱電式傳感器。其中將溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻變化的元件主要有熱電阻、熱敏電阻和高分子NTC、PTC熱敏電阻，將溫度變化轉(zhuǎn)換為電勢(shì)的傳感器主要有熱電偶和PN結(jié)式傳感器，將熱輻射轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的器件有熱釋電探測器、紅外探測器，另外還有集成溫度傳感器、光纖溫度傳

23、感器、液晶溫度傳感器和智能溫度傳感器等等，種類越來越多，應(yīng)用亦愈來愈廣泛。溫度傳感器的根本原理電阻型溫度傳感器.1熱電阻利用感溫材料，把測量溫度轉(zhuǎn)化為測量電阻的測溫系統(tǒng)，主要有金屬熱電阻式和半導(dǎo)體熱電阻式兩大類，前者簡稱熱電阻，后者簡稱熱敏電阻。它們的阻值隨溫度的升高，有的增加即屬于正溫度系數(shù)熱敏電阻，有的減少即屬于負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。常用于測量-200500C范圍內(nèi)的溫度，同時(shí)在5001200C溫度范圍中也有足夠好的特性。1.熱電阻的特性大多數(shù)金屬導(dǎo)體的電阻具有隨溫度變化的特性，其特性方程如下：Rt = Ro1+a(t-to) 式中Rt表示任意絕對(duì)溫度t時(shí)金屬的電阻值；Ro表示基準(zhǔn)狀態(tài)to時(shí)

24、的電阻值；a是熱敏電阻的溫度系數(shù)(1/C)。對(duì)于絕大多數(shù)金屬導(dǎo)體，a并不是一個(gè)常數(shù)，而是有關(guān)溫度的函數(shù)，但在一定的溫度范圍內(nèi)，可近似地看成一個(gè)常數(shù)。不同的金屬導(dǎo)體，a保持常數(shù)對(duì)應(yīng)的溫度范圍也不同。一般選作感溫電阻的材料必須滿足如下要求:(1)電阻溫度系數(shù)a要高，這樣在同樣條件下可加快熱響應(yīng)速度，提高靈敏度。通常純金屬的溫度系數(shù)比合金大，一般均采用純金屬材料。(2)在測溫范圍內(nèi)，化學(xué)、物理性能穩(wěn)定，以保證熱電阻的測溫準(zhǔn)確性。(3)具有良好的輸出特性，即在測溫范圍內(nèi)電阻與溫度之間必須有線性或接近線性的關(guān)系。(4)具有較高的電阻率，以減少熱電阻的體積和重量。(5)具有良好的可加工性，且價(jià)格廉價(jià)。比擬

25、適宜的材料有鉑、銅、鐵和鎳等。它們的阻值隨溫度的升高而增大，具有正溫度系數(shù)。2.2熱敏電阻熱敏電阻是用某種金屬氧化物為基體原料，參加一些添加劑，采用陶瓷工藝制成的具有半導(dǎo)體特性的電阻器，其電阻對(duì)溫度變化很明顯，電阻溫度系數(shù)比金屬的大很多，被稱為熱敏電阻。熱敏電阻分為三種類型：正溫度系數(shù)(PTC-Positive Temperature Coefficient)熱敏電阻，負(fù)溫度系數(shù)(NTC-Negative tempera-ture Coefficient)熱敏電阻和臨街溫度系數(shù)(CTR-Critical temperature Resistor)熱敏電阻。它們的共同特點(diǎn)是靈敏度高，從復(fù)性好，工

26、藝簡單，便于工業(yè)化生產(chǎn)，因而本錢較低，應(yīng)用很廣泛。它們的溫度特性曲線如圖1.熱敏電阻特性參數(shù)1.標(biāo)稱電阻值(Req o(sup 8( ),sdo 3(25)標(biāo)稱電阻是熱敏電阻在25C時(shí)的零功率狀態(tài)下的阻值。其大小取決于熱敏電阻的材料和它的幾何尺寸。如果環(huán)境溫度不是25C，而在25C27C之間，那么按下式計(jì)算Rt = Req o(sup 8( ),sdo 3(25)1+aeq o(sup 8( ),sdo 3(25)(t-25)2.電阻溫度系數(shù)(aeq o(sup 8( ),sdo 3(T)用于描述溫度的變化引起電阻變化率變化的參數(shù)。指在規(guī)定的溫度下，單位溫度變化使熱敏電阻值變化的相對(duì)值。用下式

27、表示aeq o(sup 8( ),sdo 3(T) = 1/Req o(sup 8( ),sdo 3(T)dReq o(sup 8( ),sdo 3(T)/dT*100%式中aeq o(sup 8( ),sdo 3(T)決定了熱敏電阻在全部工作范圍內(nèi)對(duì)溫度的靈敏度，單位為%/C。3.時(shí)間常數(shù)()盡管熱敏電阻的幾何尺寸可以制作得很小，但它還是有熱慣性的。時(shí)間常數(shù)就是表征熱敏電阻值慣性大小的參數(shù)，其數(shù)值等于熱敏電阻在零功率測量狀態(tài)下，當(dāng)環(huán)境溫度突變時(shí)，熱敏電阻的阻值從起始值變化到最終變化量的63%時(shí)所需的時(shí)間。4.額定功率(Peq o(sup 8( ),sdo 3(E)指在標(biāo)準(zhǔn)壓力(750*133

28、.322 Pa)和規(guī)定的最高環(huán)境溫度下，熱敏電阻長期連續(xù)工作所允許的最大耗散功率。在實(shí)際使用中，熱敏電阻所消耗的功率不得超過額定功率。.3半導(dǎo)體熱電阻溫度傳感器半導(dǎo)體材料的電阻率對(duì)溫度非常敏感，這顯然對(duì)半導(dǎo)體器件的可靠性會(huì)產(chǎn)生不利影響，但是我們可以利用其電阻率隨溫度變化的特性制成溫度傳感器。1.半導(dǎo)體熱電阻溫度傳感器的工作原理有半導(dǎo)體物理知半導(dǎo)體材料的電阻率可以用下式表示=1/(nqeq o(sup 8( ),sdo 3(n)+peq o(sup 8( ),sdo 3(p)式中n,p分別為材料中電子和空穴的濃度；eq o(sup 8( ),sdo 3(n)、eq o(sup 8( ),sdo

29、3(p)分別為電子和空穴的遷移率；q為電子的電量。對(duì)于P型半導(dǎo)體材料，空穴濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電子濃度，那么上式可以簡化為=1/pqeq o(sup 8( ),sdo 3(p)對(duì)于N型半導(dǎo)體，電子濃度n遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空穴濃度p,那么式可以簡化為=1/nqeq o(sup 8( ),sdo 3(n)以上說明，半導(dǎo)體材料的電阻率主要決定于載流子(電子或空穴)濃度和遷移率。而載流子濃度和遷移率都與溫度密切相關(guān)，應(yīng)分別進(jìn)行分析。 熱電偶利用兩種不同的金屬連接在一起，當(dāng)結(jié)點(diǎn)處溫度變化時(shí)，另兩端產(chǎn)生電勢(shì)變化的原理制成的傳感器稱為熱電偶。它具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，精度高，熱慣性小的特定，可測量局部溫度，便于遠(yuǎn)距離傳送，集

30、中檢測和自動(dòng)記錄，應(yīng)用十分廣泛。1.熱電偶的根本原理1823年賽貝克(Seebeck)發(fā)現(xiàn)，把兩種不同的金屬組成閉合回路，且使其兩接觸點(diǎn)處溫度不同，回路中就會(huì)產(chǎn)生電流，把這個(gè)物理現(xiàn)象稱為賽貝克效應(yīng)，亦稱熱電效應(yīng)。將兩種不同導(dǎo)體材料A和B，兩端連接在一起組成回路，一端溫度為To,另一端溫度為T(假設(shè) TTo),那么圖中微安表上會(huì)有一定讀數(shù)；假設(shè)將To觸點(diǎn)分開，那么端口產(chǎn)生一個(gè)與溫度T、To及導(dǎo)體材料A、B有關(guān)的電勢(shì)Eeq o(sup 8( ),sdo 3(AB)(T,To),這個(gè)電勢(shì)就是賽貝克電勢(shì)，兩個(gè)端點(diǎn)中溫度為T的一端稱為工作端，溫度為To的一端稱為自由端或參考端?；芈返目傠妱?dòng)勢(shì)為Eeq o

31、(sup 8( ),sdo 3(AB)(T,To)=eq o(sup 8(T ),sdo 3(To)aTeq o(sup 8( ),sdo 3(AB)dT=Eeq o(sup 8( ),sdo 3(AB)(T)-Eeq o(sup 8( ),sdo 3(AB)(To)式中aeq o(sup 8( ),sdo 3(TAB)為熱電勢(shì)或賽貝克系數(shù)，其值與熱材料和兩接點(diǎn)的溫度有關(guān)。半導(dǎo)體PN結(jié)型溫度傳感器眾所周知，半導(dǎo)體材料和器件的許多性能參數(shù)，如電阻率、PN結(jié)的反向漏電流和正向電壓等都與溫度有著密切的關(guān)系，利用它們對(duì)溫度的依賴性制成半導(dǎo)體溫敏器件，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的檢測，控制和補(bǔ)償?shù)裙δ?。半?dǎo)體溫度傳感器

32、按其工作原理可分為用半導(dǎo)體單晶體制成的非結(jié)型溫度傳感器和具有PN結(jié)的半導(dǎo)體溫度傳感器兩種類型。.1 PN結(jié)溫度傳感器1.二極管溫度傳感器由PN結(jié)理論可知，二極管的正向電流Io與其壓降Vf有如下關(guān)系Ieq o(sup 8( ),sdo 3(f) = Ieq o(sup 8( ),sdo 3(o)exp(qVeq o(sup 8( ),sdo 3(f)/kT)式中Ieq o(sup 8( ),sdo 3(f)為PN結(jié)反向飽和電流；q為電子的電荷量；k為波爾茲曼常數(shù)；T為絕對(duì)溫度。那么 Veq o(sup 8( ),sdo 3(f) = kT/q lnIeq o(sup 8( ),sdo 3(f)/

33、Ieq o(sup 8( ),sdo 3(o)又因反向飽和電流為Io = ATeq o(sup 8(),sdo 3()exp(-qVeq o(sup 8( ),sdo 3(g0)/KT)式中A為發(fā)射結(jié)面積；是與材料和工藝有關(guān)的常數(shù)；qVeq o(sup 8( ),sdo 3(g0)為禁帶寬度。由上式可得到Veq o(sup 8( ),sdo 3(f) = -Veq o(sup 8( ),sdo 3(g0)-kT/qln B+ln T-ln Ieq o(sup 8( ),sdo 3(f)上式說明，當(dāng)電流保持不變時(shí)，PN結(jié)正向壓降Veq o(sup 8( ),sdo 3(f)隨溫度T的上升而下降，

34、近似線性關(guān)系。二極管溫度傳感器是利用PN結(jié)正向電壓與溫度關(guān)系的特性而制作的。2.晶體管溫度傳感器研究發(fā)現(xiàn)在晶體管機(jī)電機(jī)電流恒定的條件下，其發(fā)射結(jié)上的正向電壓隨溫度上升而近似線性下降，這種溫度特性與二極管相似。但對(duì)于實(shí)際的二極管，其正向電流除擴(kuò)散電流以外，還包括空間電荷區(qū)中的復(fù)合電流和外表復(fù)合電流成份，后兩種電流成分使實(shí)際二極管的電壓溫度特性偏離前面講的理想近似線性關(guān)系。而三機(jī)管中雖然發(fā)射極電也包括上述三局部，但是只有擴(kuò)散電流能夠到達(dá)集電極，后兩個(gè)電流成分那么作為基極電流漏掉，使晶體管表現(xiàn)出比二極管更好的線性和互換性。1根本原理由晶體管原理可知，NPN晶體管的基極發(fā)射極電壓Veq o(sup 8

35、( ),sdo 3(be)與溫度T的關(guān)系為Veq o(sup 8( ),sdo 3(be) = Veq o(sup 8( ),sdo 3(g0)-kT/q(ATeq o(sup 8(),sdo 3()/Ic)式中Veq o(sup 8( ),sdo 3(g0)=Eeq o(sup 8( ),sdo 3(g0)/q(Eg為硅單晶的禁帶寬度 );A為發(fā)射結(jié)面積；是與材料和工藝有關(guān)的常數(shù)。當(dāng)Ic一定且T不太高時(shí),Vbe根本與溫度成線性關(guān)系，當(dāng)溫度較高時(shí)，產(chǎn)生一定的非線性偏移。2晶體溫度傳感器的結(jié)構(gòu)在實(shí)現(xiàn)溫度檢測時(shí)，只有溫敏三極管本身是不夠的，必須附加適當(dāng)?shù)耐鈬娐?，才?gòu)成溫度傳感器。外圍電路通常包括

36、參考電壓源、運(yùn)算放大及線性電路等局部。圖給出了一種常用的晶體管溫度傳感器根本電路及其溫度特性曲線。該電路由一只運(yùn)算放大器和一個(gè)溫敏三極管組成。電容C的作用是防止寄生振蕩。溫敏三極管作為反響元件跨接在運(yùn)放的反向輸入端和輸出端，基極接地。這種接法使得發(fā)射極為正偏，而集電極幾乎為零偏。這是因?yàn)檫\(yùn)放的反相輸入端為虛地。晶體管的集電極Ic僅取決于電阻Rc和電源電壓E即Ic=E/Rc,而與溫度無關(guān)，從而保證了恒流源工作條件，使電壓Veq o(sup 8( ),sdo 3(be)隨T近似線性下降.2集成溫度傳感器所謂集成溫度傳感器是將溫敏晶體管及其輔助電路集成在同一個(gè)芯片上的溫度傳感器。它與其他溫敏元件相比

37、，最大的優(yōu)點(diǎn)在于輸出結(jié)果與絕對(duì)溫度成正比，即是理想的線性輸出。同時(shí)，體積小，本錢低，使用方便，因此廣泛用于溫度檢測、控制和許多溫度補(bǔ)償電路中。因?yàn)闇孛艟w管的Veq o(sup 8( ),sdo 3(be)與絕對(duì)溫度的關(guān)系并非絕對(duì)的線性關(guān)系，加之在同一批同型號(hào)的產(chǎn)品中，Veq o(sup 8( ),sdo 3(be)值也可能有100mV的離散性，所以集成溫度傳感器采用對(duì)管差分電路，直接給出與絕對(duì)溫度嚴(yán)格成正比的線性輸出。圖中給出集成溫度傳感器的根本原理圖。其中BG1和BG2晶體管的雜質(zhì)分布種類完全相同，且都處于正向工作狀態(tài)，集電極電流分別為I1和I2。由圖可見，即電阻R1上的壓降Veq o(s

38、up 8( ),sdo 3(be)為兩管的基極發(fā)射極壓降之差，并有Veq o(sup 8( ),sdo 3(be)=Veq o(sup 8( ),sdo 3(be)eq o(sup 8( ),sdo 3(1)-Veq o(sup 8( ),sdo 3(be)eq o(sup 8( ),sdo 3(2)=kT/qIeq o(sup 8( ),sdo 3(1)/Ieq o(sup 8( ),sdo 3(es)eq o(sup 8( ),sdo 3(1)-kT/qIeq o(sup 8( ),sdo 3(2)/Ieq o(sup 8( ),sdo 3(es)eq o(sup 8( ),sdo 3(2

39、)=kT/qIeq o(sup 8( ),sdo 3(1)/Ieq o(sup 8( ),sdo 3(2)Ieq o(sup 8( ),sdo 3(es)eq o(sup 8( ),sdo 3(2)/Ieq o(sup 8( ),sdo 3(es)eq o(sup 8( ),sdo 3(1)式中Ieq o(sup 8( ),sdo 3(es)eq o(sup 8( ),sdo 3(1)、Ieq o(sup 8( ),sdo 3(es)eq o(sup 8( ),sdo 3(2)為BG1和BG2管的發(fā)射極反向飽和電流；假設(shè)Ae1、Ae2為BG1和BG2管發(fā)射極面積。而Ies2/Ies1=Ae2/

40、Ae1,通過設(shè)計(jì)可以使BG1、BG2發(fā)射極面積之比=Ae2/Ae1是與溫度無關(guān)的常數(shù)，故只要在電路設(shè)計(jì)中能保證I1/I2是常數(shù)，那么式中Vbe就是溫度T的理想的線性函數(shù)，這就是集成溫度傳感器的根本原理。1.電壓型集成溫度傳感器1根本原理 電壓型集成溫度傳感器是指輸入電壓與溫度成正比的溫度傳感器。其核心電路如下圖。圖中BG3,BG4,BG5PNP晶體管結(jié)構(gòu)和性能完全相同，BG3與BG4組成恒流源，且兩者射極電流相同(稱為電流鏡),所以R1上壓降Veq o(sup 8( ),sdo 3(be)可表示為Veq o(sup 8( ),sdo 3(be)=kT/q那么R1上電流為Ieq o(sup 8(

41、 ),sdo 3(1)=kT/qReq o(sup 8( ),sdo 3(1)因?yàn)锽G5與BG3、BG4完全相同，且基極、集電極點(diǎn)位相同，所以BG5的射極電流與 BG3、BG4上相同，所以Vo=Req o(sup 8( ),sdo 3(2)/Req o(sup 8( ),sdo 3(1)kT/q那么上述電路的溫度系數(shù)為eq o(sup 8( ),sdo 3(T)=dVo/dT=Req o(sup 8( ),sdo 3(2)/Req o(sup 8( ),sdo 3(1)k/q可見只要兩個(gè)電阻比為常數(shù)，就可得到正比于絕對(duì)溫度的輸出電壓，而輸出電壓的溫度靈敏度即溫度系數(shù)eq o(sup 8( ),

42、sdo 3(T)可由電阻比Req o(sup 8( ),sdo 3(2)/Req o(sup 8( ),sdo 3(1)；BG1，BG2的發(fā)射極面積比來調(diào)整。2電壓型集成溫度傳感器的電路結(jié)構(gòu)及性能常用的電壓型集成溫度傳感器為四端輸出型，代表性的型號(hào)有SL616,LX5600/5700,LM3911,UP515/610A-C和UP3911等。其線路由基準(zhǔn)電壓、溫度傳感器和運(yùn)算放大器三局部組成。溫度傳感器是核心電路，原理是輸出電壓與溫度成正比，如圖假設(shè)將圖中輸入與輸出短接，運(yùn)算放大器起煥緩沖的作用，輸出為10mV/KT,即是PTAT的輸出值。假設(shè)給輸入端加上偏置電壓，那么傳感器的零輸出將由0K移到

43、與偏置電壓對(duì)應(yīng)的溫度。假設(shè)所加偏壓為2.73V，零輸出溫度2.73V/K=273K。只要所選偏置電壓為設(shè)定10mV/K，傳感器的溫度到達(dá)設(shè)定溫度T時(shí),輸出為0，未到達(dá)設(shè)定溫度時(shí)輸出不為0，因此與適當(dāng)?shù)目刂齐娐废嘟?，此電路可作為溫度控制使用。外形結(jié)構(gòu)為四個(gè)引線封裝形式。典型性能參數(shù)中，最大工作溫度范圍為-40eq o(sup 8( ),sdo 3()125eq o(sup 8( ),sdo 3()2%,長期穩(wěn)定性為0.3%，測量精度為4K。四端電壓輸出型溫度傳感器框圖2.電流型集成溫度傳感器AD5901AD590的根本原理AD590原理電路如下圖。其中Teq o(sup 8( ),sdo 3(3

44、)和Teq o(sup 8( ),sdo 3(4)集成在一起，作為電流鏡向恒流源，使流過Teq o(sup 8( ),sdo 3(1)和Teq o(sup 8( ),sdo 3(2)的電流相等。那么電路的總電流IT表示為Ieq o(sup 8( ),sdo 3(T)=2Ieq o(sup 8( ),sdo 3(1)=2kT/qR為了使IT隨溫度線性變化，電阻R必須選用具有零溫度系數(shù)的薄膜電阻。那么電流溫度系數(shù)為 Ceq o(sup 8( ),sdo 3(T)=dIeq o(sup 8( ),sdo 3(T)/deq o(sup 8( ),sdo 3(T)=2k/qR如果取8，R為358,那么電

45、流溫度系數(shù)Ceq o(sup 8( ),sdo 3(T)可調(diào)整為1uA/K。圖1-48為AD590的實(shí)際線路圖。原理圖1-47的T1,T2,T3,T4分別為圖1-48中的T9,T11,(T1-T2),(T3-T4)代替。T9和T11的發(fā)射結(jié)面積比為常數(shù)。T1,T2,T3,T4組成典型的恒流負(fù)載，為T9,T11提供相等的恒定電流(I1-I2)。T7,T8差分對(duì)管的負(fù)反響作用使T9和T11的集成電極電壓保護(hù)相等，T10為T7和T8恒流負(fù)載。流過其上電流與T11的相同。調(diào)節(jié)R5可調(diào)節(jié)傳感器的電流。由于流過R5的電流為流過R6的2倍，那么有 Vbe11+2I9R5=Vbe9+I9R6所以 Vbe= V

46、be11- Vbe9=I9(R6-2R5)那么有 I總=3I9=2kT/q(R6-2R5)=3kT/qR*6圖1-47 AD590原理電路圖式中R*相當(dāng)于前面原理電路的電阻R。另外T12的作用是在剛接通電源時(shí)，提供一個(gè)小電流使傳感器開始工作。T6能使T7和T8集電極電壓平衡，同時(shí)在工 作電壓接反時(shí)又能起到保護(hù)器件的作用。 圖1-48 AD590的實(shí)用電路圖2AD590的結(jié)構(gòu)及性能AD590是美國哈里斯公司生產(chǎn)的采用激光修正的精密集成溫度傳感器。AD590有3種封裝形式：To -52封裝、陶瓷封裝測量范圍為-50+150、To -92封裝測溫范圍0+70。主要性能指標(biāo)見表，該器件的外形與小功率晶

47、體管相仿，共有3個(gè)管腳：1腳為正極，接電流輸入；2腳為負(fù)極，接電流輸出；3腳接管殼。使用時(shí)將第3腳接地，可起到屏蔽作用。AD590M的測溫范圍是-55+150，最大非線性誤差為，響應(yīng)時(shí)間僅20us，線性誤差低至，功耗約2mW。AD590等效于一個(gè)高阻抗的恒流源。在工作電壓為+4+30V，測溫范圍是-55+150范圍之內(nèi)，對(duì)應(yīng)于熱力學(xué)溫度T每變化1K，就輸出1uA的電流。在298.2K(對(duì)應(yīng)于)時(shí)輸出電流恰好等于298.2uA。這說明，其輸出電流I(uA)與熱力學(xué)溫度T(K)嚴(yán)格成正比。因此，輸出電流的微安數(shù)就代表著被測溫度的熱力學(xué)溫標(biāo)數(shù) 型號(hào)主要技術(shù)指標(biāo)AD590IAD590JAD590KAD

48、590LAD590M最大非線性誤差/額定溫度系數(shù)/uA/K額定輸出電流/uA298.2(+)長期溫度漂移/月響應(yīng)時(shí)間/us20工作電壓范圍/V+4+30AD590系列產(chǎn)品主要技術(shù)指標(biāo)AD590電流-溫度特性曲線3 單片機(jī)的選擇3.1 單片機(jī)的開展隨著電子技術(shù)、微電子技術(shù)的飛速開展。微型計(jì)算機(jī)開展很快。單片機(jī)自20世紀(jì)70年代問世以來，以其極高的性能價(jià)格比，受到人們的重視和關(guān)注，應(yīng)用很廣，開展很快。它就是在一塊半導(dǎo)體硅片上集成了微處理器CPU，存儲(chǔ)器RAM,ROM,EPROM和各種輸入、輸出接口定時(shí)器計(jì)數(shù)器，并行口，串行口，A/D轉(zhuǎn)換器以及脈寬調(diào)制器PWM等，這樣一塊集成電路芯片具有一臺(tái)計(jì)算機(jī)的

49、屬性，因而被稱為單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)，簡稱單片機(jī)。單片機(jī)體積小，重量輕，抗干擾能力強(qiáng)，環(huán)境要求不高，價(jià)格低廉，可靠性高，靈活性好，開發(fā)較為容易等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于諸多領(lǐng)域，如工業(yè)自動(dòng)化控制、自動(dòng)檢測、智能儀器儀表、家用電器、電力電子、機(jī)電一體化、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等各個(gè)方面。單片機(jī)技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用技術(shù)已逐漸成為一個(gè)國家工業(yè)開展水平的標(biāo)志之一。 目前世界上由很多單片機(jī)制造公司，如美國的INTEL、ATMEL、MOTOROLA、ZILOG和FAIRCHILD公司；荷蘭的PHILIPS公司；德國的SIEMES公司等。他們相繼推出了各種的單片機(jī)品種，其中ATMEL公司推出的高性能位單片機(jī)AT89C51單片機(jī)以其優(yōu)越

50、的性能，成熟的技術(shù)和高性價(jià)比迅速占了工業(yè)測控和自動(dòng)化工程領(lǐng)域的主要市場，成為單片機(jī)領(lǐng)域中的主流產(chǎn)品。3.2 AT89C51單片機(jī)性能與應(yīng)用AT89C51內(nèi)部包括1個(gè)8位CPU、128B RAM,21個(gè)特殊功能存放器(SFR)、4個(gè)8位并行I/O口、1個(gè)全雙工串行口，2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，它是一個(gè)低功耗、高性能的含有4KB閃爍存儲(chǔ)器的8位CMOS單片機(jī)，時(shí)鐘頻率高達(dá)20MHz，制造工藝為CHMOS的單片機(jī)一般都采用40只引腳的雙列直插封裝(DIP)方式，如圖40個(gè)引腳分別是：Vcc(40引腳)：接+5V電源。Vss(20引腳)：接地。XTAL1(19引腳)：接外部晶體的1個(gè)引腳。該引腳內(nèi)部是

51、1個(gè)反相放大器的輸入端。這個(gè)反相放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。如果采用外接晶體振蕩器時(shí)，此引腳接地。XTAL2(18引腳)：接外部晶體的另一端，在該引腳內(nèi)部接至內(nèi)部反相放大器的輸出端。假設(shè)采用外部時(shí)鐘振蕩器時(shí)，該引腳接收時(shí)鐘振蕩器的信號(hào)，即把此信號(hào)直接接到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。5RST/Veq o(sup 8( ),sdo 3(PD)(9引腳)：RST(RESET)是復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。當(dāng)單片機(jī)運(yùn)行時(shí)，在此引腳加上持續(xù)時(shí)間大于2個(gè)機(jī)器周期24個(gè)時(shí)鐘振蕩周期的高電平時(shí)，就可以完成復(fù)位操作。在單片機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，此引腳應(yīng)為0.5V低電平。Veq o(sup 8( ),sdo 3(PD)為本引腳的

52、第二功能，即備用電源的輸入端。當(dāng)主電源Vcc發(fā)生故障，降低到某一規(guī)定值的低電平時(shí)，將+5V電源自動(dòng)接入RST端，為內(nèi)部RAM提供備用電源，以保證片內(nèi)RAM中的信息不喪失，從而使單片機(jī)在復(fù)位后能繼續(xù)正常運(yùn)行。6.ALE (30引腳)：ALE引腳輸出為地址鎖允許信號(hào)，當(dāng)單片機(jī)上電正常工作后，ALE引腳不斷輸出正脈沖信號(hào)。當(dāng)單片機(jī)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE輸出信號(hào)的負(fù)跳沿用于單片機(jī)發(fā)出的低8位地址經(jīng)外部鎖存器鎖存的鎖存控制信號(hào)。即使不訪問外部鎖存器，ALE端仍有正脈沖信號(hào)輸出，此頻率為時(shí)鐘振蕩器頻率fosc的1/6。如果要判斷單片機(jī)芯片的好壞，可用示波器查看ALE端是否有正脈沖信號(hào)輸出。如有脈沖信號(hào)輸

53、出，那么單片機(jī)根本上是好的。7.PSEN(29引腳)：程序存儲(chǔ)器允許輸出控制端。在單片機(jī)訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，此引腳輸出脈沖負(fù)跳沿作為讀外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。此引腳接外部程序存儲(chǔ)器的端。8. /Vpp(31引腳)：功能為內(nèi)外程序存儲(chǔ)器選擇控制端。當(dāng)引腳為高電平時(shí)，單片機(jī)訪問片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，但在PC值超過0FFFH(對(duì)于8051)時(shí)，即超出片內(nèi)程序存儲(chǔ)器的4KB地址范圍時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。當(dāng)引腳為低電平時(shí)，單片機(jī)那么只訪問外部程序存儲(chǔ)器，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。對(duì)于8031來說，因無內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，所以該引腳必須接地，這樣只能選擇外部程序存儲(chǔ)器。9.P0口：雙向8位三

54、態(tài)I/O口，此口為地址總線低8位及數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型TTL負(fù)載。 P1口：8位準(zhǔn)雙向I/O口，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。P2口：8位準(zhǔn)雙向I/O口，與地址總線高8位復(fù)用，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。P3口：8位準(zhǔn)雙向I/O口，雙功能復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。 時(shí)鐘電路與復(fù)位電路的設(shè)計(jì)1. 時(shí)鐘電路單片機(jī)個(gè)功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘控制信號(hào)為基準(zhǔn)，有條不紊地一拍一拍第工作。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)的穩(wěn)定性。AT89C51內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反相放大器的輸入端為芯片引腳XTAL1,輸出端為引腳

55、XTAL2。這兩個(gè)引腳跨接石英晶體振蕩器簡稱晶振和微調(diào)電容，就構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器，圖為AT89C51內(nèi)部時(shí)鐘方式的振蕩器電路。電路中的電容C1和C2典型值通常選擇為30pF左右。電容的大小會(huì)影響振蕩器頻率的上下、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。晶振的振蕩頻率的范圍通常是在1.2MHz12MHz之間。晶振的頻率越高，那么系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率也就越高，單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。晶振和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定、可靠地工作。為了提高溫度穩(wěn)定性應(yīng)采用溫度穩(wěn)定性好的電容。2. 復(fù)位電路AT89C51的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位

56、和按鈕復(fù)位兩種方式。上電自動(dòng)復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)電源接通時(shí)只要Vcc的上升時(shí)間不超過1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位。當(dāng)時(shí)鐘頻率選用6MHz時(shí)，C取22uF。按鍵手動(dòng)復(fù)位。按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復(fù)位是通過RST端經(jīng)電阻與電源Vcc接通而實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)時(shí)鐘頻率選用6MHz時(shí)，C取22uF，Rs取200，Rk取1k。按鍵脈沖復(fù)位是利用RC微分電路產(chǎn)生的正脈沖來實(shí)現(xiàn)的。 控制器的電路設(shè)計(jì).1 電路設(shè)計(jì)的總體方案系統(tǒng)硬件的總體結(jié)構(gòu)示意圖如下圖。AT89C51單片機(jī)報(bào)警鍵盤LED顯示A/D轉(zhuǎn)換光隔加熱電路溫度傳感器圖3-6 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖運(yùn)算放大器打印機(jī)電路

57、局部以AT89C51單片機(jī)為核心部件，考慮來自供電電源、接口電路、程序跑飛等的干擾情況，采取了必要的軟、硬件干擾措施。電路板上主要包括數(shù)據(jù)采集電路、鍵盤與顯示電路、控制輸出電路、模擬電源、數(shù)字電源、蜂鳴器等。下面就主要的幾局部硬件電路設(shè)計(jì)分別加以論述。溫度信號(hào)輸入通道電路溫度信號(hào)輸入通道的原理圖如圖，電路主要由溫度傳感器、運(yùn)算放大器和模/數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器三局部組成。有兩種方案可供選擇：方案一溫度傳感器采用美國國家半導(dǎo)體公司的集成化半導(dǎo)體傳感器LM134。LM134是一種新型的硅集成溫度傳感器，它不同于一般諸如熱敏電阻、溫差電偶以及半導(dǎo)體PN結(jié)等傳統(tǒng)的溫度傳感器。它是根據(jù)下述原理設(shè)計(jì)而成的，即工作

58、在不同電流密度下的兩只相同晶體管，其基、射結(jié)的結(jié)電壓之差Veq o(sup 8( ),sdo 3(be)與絕對(duì)溫度T嚴(yán)格成正比。而在該器件的突出優(yōu)點(diǎn)是在整個(gè)工作溫區(qū)范圍內(nèi)-55+125輸出電流與被測溫度成線性關(guān)系，這樣，就可省去非線性校正網(wǎng)絡(luò)，使用簡便。此外，它還具有以下特點(diǎn)：1起始電壓低低于1.5V，而器件耐壓較高，因而電源電壓適用范圍寬在340V之間。2靈敏度高1uA/K,輸出信號(hào)幅度大。一般情況下，不必加中間放大就可直接驅(qū)動(dòng)檢測系統(tǒng)，例如雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器5G14433或ICL7106等。從而消除了中間環(huán)節(jié)所引入的誤差，提高測溫精度。3輸出阻抗高，一般大于10M。所以它相當(dāng)于一個(gè)受溫度

59、控制的恒流源，有較強(qiáng)的抗干擾能力，特別適用于長距離測溫和控溫場合。由于它的恒流特性，能消除電源電壓波動(dòng)和交流紋波對(duì)器件工作的影響，從而降低了對(duì)電源精度的要求。它比直接用一個(gè)PN結(jié)作傳感器靈敏度高、線性好、使用方便。LM134的工作溫度范圍為-55+125。LM134的輸出電流根據(jù)下式計(jì)算：Ieq o(sup 8( ),sdo 3(SE)eq o(sup 8( ),sdo 3(T)=(T227uV/K)/Req o(sup 8( ),sdo 3(SE)eq o(sup 8( ),sdo 3(T)式中，Ieq o(sup 8( ),sdo 3(SE)eq o(sup 8( ),sdo 3(T)為流

60、進(jìn)LM134 V+腳的電流uA，T為絕對(duì)溫度，Req o(sup 8( ),sdo 3(SE)eq o(sup 8( ),sdo 3(T)為傳感器外接電阻。假設(shè)Req o(sup 8( ),sdo 3(SE)eq o(sup 8( ),sdo 3(T)取227，那么Ieq o(sup 8( ),sdo 3(SE)eq o(sup 8( ),sdo 3(T)=T1uA/K考慮到引線電阻對(duì)外接電阻的影響，通常將Req o(sup 8( ),sdo 3(SE)eq o(sup 8( ),sdo 3(T)與LM134一起安放在探頭內(nèi)，這樣即使長線傳輸不會(huì)降低精度。從而可用于遙測溫度。但是Req o(s