畢業(yè)設(shè)計-基于單片機的浴室溫度控制系統(tǒng)

TAIYUANUNIVERSITYOFSCIENCE&TECHNOLOGY畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：基于單片機的浴室溫度控制系統(tǒng)目錄摘要關(guān)鍵字1緒論1.1課題研究的目的及意義1.2設(shè)計的任務(wù)及功能實現(xiàn)1.3研究的關(guān)鍵2系統(tǒng)分析2.1單片機簡介2.1.1單片機的由來2.1.2引腳分析2.2AD590溫度傳感器簡介2.3ADC0809簡介2.4蜂鳴器簡介2.5電爐簡介2.6電動調(diào)節(jié)閥簡介2.7輔助器件2.7.1AD5812.7.2LF3552.7.3MOC30412.7.474072.7.574LS1642.8數(shù)碼顯示管LED3系統(tǒng)整體設(shè)計.3.1設(shè)計要求.3.2總體設(shè)計方案.3.2.1硬件電路總體設(shè)計.3.2.2軟件電路總體設(shè)計.4系統(tǒng)硬件設(shè)計.4.1傳感器的選擇.4.2溫度調(diào)節(jié)器的選擇.4.3硬件電路設(shè)計4.3.1AD590外圍電路設(shè)計4.3.2電動單座調(diào)節(jié)閥的外圍電路設(shè)計4.3.3鍵盤及顯示的設(shè)計.5系統(tǒng)軟件設(shè)計.5.1系統(tǒng)定義.5.2程序框圖及主要程序功能5.2.1主程序模塊.5.2.2溫度測量子程序框圖5.2.3調(diào)整設(shè)定溫度子程序框圖6仿真.7設(shè)計總結(jié)8附錄（一、二）9致謝10參考文獻摘要近年來隨著計算機在社會領(lǐng)域的滲透,單片機的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新。在實時檢測和自動控制的單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機往往是作為一個核心部件來使用，僅單片機方面知識是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及具體應(yīng)用對象特點的軟件結(jié)合，以作完善。本文從硬件和軟件兩方面來講述浴室溫度自動控制過程,在控制過程中主要應(yīng)用8051、ADC0809、LED顯示器、LM355比較器，而主要是通過AD590溫度傳感器采集環(huán)境溫度，以單片機為核心控制部件，并通過三位數(shù)碼管顯示的一種浴室溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。軟件方面采用匯編語言來進行程序設(shè)計，使指令的執(zhí)行速度快，節(jié)省存儲空間。為了便于擴展和更改，軟件的設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu)，使程序設(shè)計的邏輯關(guān)系更加簡潔明了，使硬件在軟件的控制下協(xié)調(diào)運作。而系統(tǒng)的過程則是：首先,通過設(shè)置按鍵,設(shè)定恒溫運行時的溫度值，并且用數(shù)碼管顯示這個溫度值.然后,在運行過程中將采樣的溫度模擬量送入A/D轉(zhuǎn)換器中進行模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換，再將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量用數(shù)碼管進行顯示，最后用單片機來控制加熱器,進行加熱或停止加熱，直到能在規(guī)定的溫度下恒溫加熱。數(shù)據(jù)采集；模數(shù)轉(zhuǎn)換器；AbstractInrecentyears,withthepenetrationofcomputersinthesocialfield,theapplicationoftheSCMisconstantlydeepening,whiledrivenbythetraditionalcontroltestsdaycrescentbeneficialupdate.Inreal-timedetectionandautomaticcontrolofmicrocomputerapplicationsystem,themicrocontrollerisoftenacorecomponenttouseonlySCMknowledgeisnotenough,shouldbecombinedaccordingtothespecifichardwarearchitecture,aswellasthespecificapplicationofobjectcharacteristicsofsoftwaretomakeperfect.Frombothhardwareandsoftwaretotellthestoryofthebathroomautomatictemperaturecontrolprocess,theapplicationof8051,ADC0809,LEDdisplay,LM355comparatorinthecontrolprocess,butmainlycollectedthroughAD590temperaturesensorambienttemperature,themicrocontrollerasthecorecontrolcomponentsandabathroombythreedigitaldisplaytemperaturecontrolsystem.Softwareassemblylanguageprogramming,instructionexecutionspeed,tosavestoragespace.Inordertofacilitatetheexpansionandchange,thesoftwaredesignismodularinstructure,programminglogicismoreconcise,andcoordinatedoperationofthehardwareundersoftwarecontrol.Systematicprocess:First,viatheSettingsbutton,setthethermostattorunwhenthetemperaturevalue,andusingdigitaltubedisplaythistemperaturevalue,thenthesampletemperatureduringoperationinanalogintotheA/Dconverterinanalog-digitalconverter,andthenconvertthedigitaltodigitaltubedisplay,thefinalmicrocontrollertocontroltheheater,heatingorstopheatinguntilthethermostatinthespecifiedtemperatureheating.Keywords:microcontrollersystems;sensor;dataacquisition;converter;temperature1緒論1.1課題研究的目的及意義及時準確地得到溫度信息并對其進行適時的控制,在許多工業(yè)場合中都是重要的環(huán)節(jié).水溫的變化影響各種系統(tǒng)的自動運作。對于不同控制系統(tǒng)，其適宜的水質(zhì)溫度總是在一個范圍。超過這個范圍，系統(tǒng)或許會停止運行或遭受破壞，所以我們必須能實時獲取水溫變化。對于，超過適宜范圍的溫度能夠報警。同時，我們也希望在適宜溫度范圍內(nèi)可以由檢測人員根據(jù)實際情況加以改變。近年來隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我們生活中的大部分東西都在智能化，自動化。這樣不僅方便操作、控制，也大大減少了人力消耗。溫度控制是工業(yè)生產(chǎn)過程及日常生產(chǎn)生活中進場遇到的過程控制，許多生產(chǎn)、生活過程都是以溫度作為被控參數(shù)。比如當(dāng)我們在公共浴室、澡堂洗澡的時候，有沒有感覺突然水就特別的涼或者熱，根本和浴室內(nèi)的人數(shù)和溫度無關(guān)呢？有的人就會抱怨澡堂老板，可是有的人就會想出一些辦法來改變這一現(xiàn)狀。溫度控制系統(tǒng)是典型的控制系統(tǒng)。本文就是以51單片機為基礎(chǔ)設(shè)計的浴室溫度控制系統(tǒng)，通過各種電路輔助完成硬件電路設(shè)計，并且把程序模塊化，方便固化到硬件電路中，有較高的可實現(xiàn)性。二十一世紀是科技高速發(fā)展的信息時代，電子技術(shù)、微型單片機技術(shù)的應(yīng)用更是空前廣泛，伴隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的不斷發(fā)展，需要對各種參數(shù)進行溫度測量。因此溫度一詞在生產(chǎn)生活之中出現(xiàn)的頻率日益增多，與之相對應(yīng)的，溫度控制和測量也成為了生活生產(chǎn)中頻繁使用的詞語，同時它們在各行各業(yè)中也發(fā)揮著重要的作用。如在日趨發(fā)達的工業(yè)之中，利用測量與控制溫度來保證生產(chǎn)的正常運行。在農(nóng)業(yè)中，用于保證蔬菜大棚的恒溫保產(chǎn)等。溫度是表征物體冷熱程度的物理量，溫度測量則是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中一個很重要而普遍的參數(shù)。溫度的測量及控制對保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、節(jié)約能源、生產(chǎn)安全、促進國民經(jīng)濟的發(fā)展起到非常重要的作用。由于溫度測量的普遍性，溫度傳感器的數(shù)量在各種傳感器中居首位。而且隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的不斷發(fā)展，溫度傳感器的種類還是在不斷增加豐富來滿足生產(chǎn)生活中的需要。在單片機溫度測量系統(tǒng)中的關(guān)鍵是測量溫度、控制溫度和保持溫度，溫度測量是工業(yè)對象中主要的被控參數(shù)之一。因此，單片機溫度測量則是對溫度進行有效的測量，并且能夠在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，尤其在電力工程、化工生產(chǎn)、機械制造、冶金工業(yè)等重要工業(yè)領(lǐng)域中，擔(dān)負著重要的測量任務(wù)。在日常生活中，也可廣泛實用于地?zé)帷⒖照{(diào)器、電加熱器等各種家庭室溫測量及工業(yè)設(shè)備溫度測量場合。但溫度是一個模擬量，如果采用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)和元件，將模擬的溫度量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量雖不困難，但電路較復(fù)雜，成本較高。1.2設(shè)計的任務(wù)及功能實現(xiàn)1.2.1課題的主要研究的內(nèi)容本文所要研究的課題是基于單片機控制的水溫控制系統(tǒng)的設(shè)計，主要是介紹了對水箱溫度的顯示、控制及報警，實現(xiàn)了溫度的實時顯示及控制。水箱水溫控制部分，提出了用AD590、8051單片機及LED的硬件電路完成對水溫的實時檢測及顯示，利用AD590與單片機連接由軟件與硬件電路配合來實現(xiàn)對加熱電爐的實時控制及超出設(shè)定的上下限溫度的報警系統(tǒng)。由AD590檢測浴室內(nèi)溫度，并在LED中顯示。控制器是用8051單片機，用PID算法對檢測信號和設(shè)定值的大小進行調(diào)節(jié)后輸出控制信號給執(zhí)行機構(gòu)，去調(diào)節(jié)電爐的加熱功率，從而控制浴室內(nèi)溫度。它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強、易配微處理器等優(yōu)點，特別適合于構(gòu)成多點的溫度測控系統(tǒng)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號供微機處理。而且利用本次的設(shè)計主要實現(xiàn)溫度測試，溫度顯示，溫度門限設(shè)定，超過設(shè)定的門限值時自動啟動加熱裝置等功能。而且還要以單片機為主機，使溫度傳感器通過ADC0809與單片機相連接，再加上溫度控制部分和人機對話部分來共同實現(xiàn)溫度的監(jiān)測與控制。1.2.2用單片機實現(xiàn)其具體控制功能如下：（1）能夠連續(xù)測量水的溫度值，用十進制數(shù)碼管來顯示水的實際溫度。（2）能夠設(shè)定水的溫度值，設(shè)定范圍是25℃～45℃。（3）能夠?qū)崿F(xiàn)水溫的自動控制，如果設(shè)定水溫為30℃，則能使水溫保持恒定在30℃的溫度下運行。（4）用單片機8051控制，通過按鍵來控制水溫的設(shè)定值，數(shù)值采用數(shù)碼管顯示。1.3研究的關(guān)鍵此項設(shè)計的關(guān)鍵在于溫度傳感器的選擇，調(diào)節(jié)閥的選擇以及單片機個控制模塊的程序編輯。2系統(tǒng)分析課題的研究方案溫度控制系統(tǒng)是比較常見和典型的過程控制系統(tǒng)。溫度是工業(yè)生產(chǎn)過程中重要的被控參數(shù)之一，當(dāng)今計算機控制技術(shù)在這方面的應(yīng)用，已使溫度控制系統(tǒng)達到自動化、智能化，比過去單純采用電子線路進行PID調(diào)節(jié)的控制效果要好得多，可控性方面也有了很大的提高。溫度是一個非線性的對象，具有大慣性的特點，在低溫段慣性較大，在高溫段慣性較小。對于這種溫控對象，一般認為其具有以下的傳遞函數(shù)形式：（1-1）方案一（見圖1-1）圖1-1方案一的圖此方案是傳統(tǒng)的一位式模擬控制方案，選用模擬電路，用電位器設(shè)定值，反饋的溫度值和設(shè)定值比較后，決定加熱或不加熱。其特點是電路簡單，易于實現(xiàn)，但是系統(tǒng)所得結(jié)果的精度不高并且調(diào)節(jié)動作頻繁，系統(tǒng)靜態(tài)差大、不穩(wěn)定。系統(tǒng)受環(huán)境影響大，不能實現(xiàn)復(fù)雜的控制算法，不能用數(shù)碼管顯示，不能用鍵盤設(shè)定。方案二（見圖1-2）圖1-2方案二的圖此方案是傳統(tǒng)的二位式模擬控制方案，其基本思想與方案一相同，但由于采用上下限比較電路，所以控制精度有所提高。這種方法還是模擬控制方式，因此也不能實現(xiàn)復(fù)雜的控制算法使控制精度做得較高，而且不能用數(shù)碼管顯示，對鍵盤進行設(shè)定。方案三（見圖1-3）電源電源單片機MCS8051數(shù)碼管顯示電動調(diào)節(jié)閥溫度傳感器AD590報警鍵盤電爐圖1-3方案三的圖此方案采用8051單片機系統(tǒng)來實現(xiàn)。單片機軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實現(xiàn)各種控制算法和邏輯控制。單片機系統(tǒng)可以用數(shù)碼管來顯示水溫的實際值，能用鍵盤輸入設(shè)定值。本方案選用了MCS8051芯片，不需要外擴展存儲器，可使系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)更為簡單。結(jié)論：前兩種方案是傳統(tǒng)的模擬控制方式，而模擬控制系統(tǒng)難以實現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律，控制方案的修改也較為繁瑣。而方案三是采用以單片機為控制核心的控制系統(tǒng)，尤其對溫度控制，可達到模擬控制所達不到的效果，并且實現(xiàn)顯示和鍵盤設(shè)定功能，大大提高了系統(tǒng)的智能化。也使得系統(tǒng)所測得結(jié)果的精度大大提高。所以，經(jīng)過對三種方案的比較，本次畢業(yè)設(shè)計采用了方案三。2.1單片機簡介2.1.1單片機的由來及簡介單片機專業(yè)名稱—MicroControllerUnit(微控制器件)，它是由大名鼎鼎的INTEL公司發(fā)明的，最早的系列是MCS-48，后來有了MCS-51，現(xiàn)在還有MCS-96系列，我們經(jīng)常說的51系列單片機就是MCS-51，它是一種8位的單片機，而MCS-96系列則是一種16位的單片機，96系列根適合高速運行的場合。后來INTEL公司把它的核心技術(shù)轉(zhuǎn)讓給了世界上很多的小公司，所以世界上就有許多公司生產(chǎn)51系列兼容單片機，比如飛利浦的87LPC系列，偉邦的W78L系列，達拉斯的DS87系列，現(xiàn)代的GSM97系列等等，目前在我國比較流行的就是美國ATMEL公司的89C51，它是一種帶FlashROM的單片機。FlashROM是一種快速存儲式只讀存儲器，這種程序存儲器的特點就是既可以電擦寫，而且掉電后程序還能保存，編程壽命可以達到幾千至幾萬次，所以我們的實驗系統(tǒng)是可以反復(fù)燒寫的。單片機開發(fā)的整個過程，這個過程包括第一步—編輯源代碼，第二步—編譯源代碼，第三步—程序仿真，第四步—芯片燒寫（亦稱編程）。1970年微型計算機研制成功之后，隨之即出現(xiàn)了單片機（即單片微型計算機）—美國Intel公司1971年生產(chǎn)的4位單片機4004和1972年生產(chǎn)的雛形8位單片機8008，這也算是單片機的第一次公眾亮相。1976年Intel公司首先推出能稱為單片機的MCS-48系列單片微型計算機。它以體積小、功能全、價格低等特點，贏得了廣泛的應(yīng)用，同時一些與單片機有關(guān)公司都爭相推出各自的單片機。1978年下半年Motorola公司推出M6800系列單片機，Zilog公司相繼推出Z8單片機系列。1980年Intel公司在MCS-48系列基礎(chǔ)上又推出高性能的MCS-51系列單片機。這類單片機均帶有串行I/O口，定時器/計數(shù)器為16位，片內(nèi)存儲容量（RAM，ROM）都相應(yīng)增大，并有優(yōu)先級中斷處理功能，單片機的功能、尋址范圍都比早期的擴大了，它們是當(dāng)時單片機應(yīng)用的主流產(chǎn)品。1982年Mostek公司和Intel公司先后又推出了性能更高的16位單片機MK68200和MCS-96系列，NS公司和NEC公司也分別在原有8位單片機的基礎(chǔ)上推出了16位單片機HPC16040和μPD783××系列。1987年Intel公司又宣布了性能比8096高兩倍的CMOS型80C196，1988年推出帶EPROM的87C196單片機。由于16位單片機推出的時間較遲、價格昂貴、開發(fā)設(shè)備有限等多種原因，至今還未得到廣泛應(yīng)用。而8位單片機已能滿足大部分應(yīng)用的需要，因此，在推出16位單片機的同時，高性能的新型8位單片機也不斷問世?？v觀這短短的20年，經(jīng)歷了4次更新?lián)Q代，單片機正朝著集成化、多功能、多選擇、高速度、低功耗、擴大存儲容量和加強I/O功能及結(jié)構(gòu)兼容的方向發(fā)展。新一代的80C51系列單片機除了上述的結(jié)構(gòu)特性外，其最主要的技特點是向外部接口電路擴展，以實現(xiàn)微控制器（microcontroller）完善的控制功能為己任。這一系列單片機為外部提供了相當(dāng)完善的總線結(jié)構(gòu)，為系統(tǒng)的擴展和配置打下了良好的基礎(chǔ)。由于MSC-51系列單片機所具有的一系列優(yōu)越的特點，獲得廣泛使用指日可待。單片機選用美國Intel公司的MCS51系列單片機中的8051單片機。單片機的全稱是單片微型計算機（SingleChipMicrocomputer）。為了使用方便，它把組成計算機的主要功能部件：中央處理器（CPU）、數(shù)據(jù)存儲器（RAM）、程序存儲器（ROM、EPROM、E2PROM或FLASH）、定時/計數(shù)器和各種輸入/輸出接口電路等都集成在一塊半導(dǎo)體芯片上，構(gòu)成了一個完整的計算機系統(tǒng)。與通用的計算機不同，單片機的指令功能是按照工業(yè)控制的要求設(shè)計，因此它又被稱為微控制器（Microcontroller）。單片機有以下幾個方面的特點：1)集成度高單片機盡可能把實際應(yīng)用所需要的CPU、RAM、ROM、I/O口及定時器/計數(shù)器都集成在一塊芯片內(nèi)，使之成為名副其實的單片機。內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了各芯片之間的連接，大大提高了單片機的可靠性與抗干擾能力。與常規(guī)的計算機系統(tǒng)相比，具有體積小、集成度高的特點。2)存儲容量大采用了16位地址總線的8位單片機8051可尋址外部64KB數(shù)據(jù)存儲器和64KB程序存儲器。有的單片機為了提高速度和執(zhí)行效率，采用了RISC流水線和DSP的設(shè)計技術(shù)，使單片機的性能明顯優(yōu)于同類微處理器，單片機的尋址已突破64KB的限制，8位和16位單片機尋址可達1MB和16MB。3)外部擴展能力強在單片機內(nèi)部的各種功能部分不能滿足應(yīng)用需求時，均可在外部進行擴展(如擴展ROM、RAM、I/O口、定時/計數(shù)器，中斷系統(tǒng)等)，給應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計帶來極大的方便和靈活性。4)控制功能強采用面向控制的指令系統(tǒng)，能針對性地解決從簡單到復(fù)雜的各類控制任務(wù)。為滿足控制的需要，單片機有很強的邏輯控制能力，特別是具有很強的位處理能力。單片機的邏輯控制功能及運行速度均高于同一檔次的微型計算機?？梢苑奖愕貙崿F(xiàn)多機和分布式控制，使整個控制系統(tǒng)的效率和可靠性大為提高。5)低電壓、低功耗單片機大量應(yīng)用于便攜式產(chǎn)品和家用電器產(chǎn)品，低電壓和低功耗的特性尤為重要。采用CHMOS制造工藝，集HMOS的高速、高集成度和CMOS的低功耗技術(shù)于一體，使單片機的功耗進一步降低，適應(yīng)電壓范圍更寬(2.6～6V)。6)性能價格比高單片機另一個顯著特點是成本低，運用靈活，易于產(chǎn)品化，能方便地組成各種智能化的控制設(shè)備和儀器，做到機電一體化。因此世界上各大公司在提高單片機性能的同時，進一步降低價格，提高性能價格比是各公司競爭的主要策略。7)可靠性高抗干擾能力強，適用溫度范圍寬，在各種惡劣的環(huán)境下都能可靠地工作，這是其他類型計算機無法比擬的。二、MCS-51單片機的片外總線結(jié)構(gòu)綜合上面的描述可知，I/O口線都不能當(dāng)作用戶I/O口線。除8051/8751外真正可完全為用戶使用的I/O口線只有P1口，以及部分作為第一功能使用時的P3口。單片機的引腳除了電源、復(fù)位、時鐘接入，用戶I/O口外，其余管腳是為實現(xiàn)系統(tǒng)擴展而設(shè)置的。這些引腳構(gòu)成MCS-51單片機片外三總線結(jié)構(gòu)，即：①地址總線（AB）：地址總線寬為16位，因此，其外部存儲器直接尋址為64K字節(jié)，16位地址總線由P0口經(jīng)地址鎖存器提供8位地址（A0至A7）；P2口直接提供8位地址（A8至A15）。②數(shù)據(jù)總線（DB）：數(shù)據(jù)總線寬度為8位，由P0提供。③控制總線（CB）：由P3口的第二功能狀態(tài)和4根獨立控制線RESET、EA、ALE、PSEN組成。MCS51系列單片機是美國Intel公司于1980年推出的一種8位單片機。該系列的基本型產(chǎn)品是8051、8031和8751。這3種產(chǎn)品之間的區(qū)別只是在片內(nèi)程序存儲器方面。8051的片內(nèi)程序存儲器（ROM）是掩膜型的，即在制造芯片時已將應(yīng)用程序固化進去；8031片內(nèi)沒有程序存儲器；8751內(nèi)部包含有用作程序存儲器的4KB的EPROM。MCS－51系列單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖1.1所示。MCS－51單片機組成結(jié)構(gòu)中包含運算器、控制器、片內(nèi)存儲器、并行I/O口、串行I/O口、定時/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)、振蕩器等功能部件。圖中SP是堆棧指針寄存器，PC是程序計數(shù)器，PSW是程序狀態(tài)字寄存器，DPTR是數(shù)據(jù)指針寄存器。圖3.18051單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖MSC-51單片機中央處理器中央處理器是單片機內(nèi)部的核心部件，它決定了單片機的主要功能特性。中央處理器主要由運算部件和控制部件組成。下面我們把中央處理器功能模塊和有關(guān)的控制信號線聯(lián)系起來加以討論，并涉及相關(guān)的硬件設(shè)備（如振蕩電路和時鐘電路）。1、運算部件：它包括算術(shù)、邏輯部件ALU、布爾處理器、累加器ACC、寄存器B、暫存器TMP1和TMP2、程序狀態(tài)字寄存器PSW以及十進制調(diào)整電路等。運算部件的功能是實現(xiàn)數(shù)據(jù)的算術(shù)邏輯運算、位變址處理和數(shù)據(jù)傳送操作。MCS-51單片機的ALU功能十分強，它不僅可對8位變量進行邏輯“與”、“或”、“異或”、循環(huán)、求補、清零等基本操作，還可以進行加、減、乘、除等基本運算。為了乘除運算的需要，設(shè)置了B寄存器。在執(zhí)行乘法運算指令時，用來存放其中一個乘數(shù)和乘積的高8位數(shù)；在執(zhí)行除法運算指令時，B中存入除數(shù)及余數(shù)。MCS-51單片機的ALU還具有一般微機ALU，如Z80、MCS-48所不具備的功能，即布爾處理功能。單片機指令系統(tǒng)中的布爾指令集、存儲器中的位地址空間與CPU中的位操作構(gòu)成了片內(nèi)的布爾功能系統(tǒng)，它可對位（bit）變量進行布爾處理，如置位、清零、求補、測試轉(zhuǎn)移及邏輯“與”、“或”等操作。在實現(xiàn)位操作時，借用了程序狀態(tài)標志器（PSW）中的進位標志Cy作為位操作的“累加器”。運算部件中的累加器ACC是一個8位的累加器（ACC也可簡寫為A）。從功能上看，它與一般微機的累加器相比沒有什么特別之處，但需要說明的是ACC的進位標志Cy就是布爾處理器進行位操作的一個累加器。MCS-51單片機的程序狀態(tài)PSW，是一個8位寄存器，它包含了程序的狀態(tài)信息。2、控制部件控制部件是單片機的神經(jīng)中樞，它包括時鐘電路、復(fù)位電路、指令寄存器、譯碼以及信息傳送控制部件。它以主振頻率為基準發(fā)出CPU的時序，對指令進行譯碼，然后發(fā)出各種控制信號，完成一系列定時控制的微操作，用來控制單片機各部分的運行。其中有一些控制信號線能簡化應(yīng)用系統(tǒng)外圍控制邏輯，如控制地址鎖存的地址鎖存信號ALE，控制片外程序存儲器運行的片內(nèi)外存儲器選擇信號EA，以及片外取指信號PSEN。下面我們就來重點介紹一下本畢業(yè)論文討論的系統(tǒng)所用的MS-C51系列單片機。2.1.2引腳分析上是MCS-51的邏輯符號圖。在單片機的40條引腳中有2條專用于主電源的引腳，2條外接晶體的引腳，4條控制或與其它電源復(fù)用的引腳，32條輸入/輸出（I/O）引腳。Vcc（40腳）：+5V電源；(2)Vss（20腳）：接地。(3)XTAL1（19腳）：如果采用外接晶體振蕩器時，此引腳應(yīng)接地。(4)XTAL2（18腳）：接外部晶體的另一端。控制引腳提供控制信號，有的引腳還具有復(fù)用功能。(1)RST/VPD(9腳)：復(fù)位與備用電源。(2)ALE/PROG*（30腳）：第一功能ALE為地址鎖存允許，可驅(qū)動8個LS型TTL負載。PROG*為本引腳的第二功能。為編程脈沖輸入端。(3)PSEN*（29腳）：讀外部程序存儲器的選通信號?？梢则?qū)動8個LS型TTL負載。(4)EA*/VPP(EnableAddress/VoltagePulseofPrograming，31腳)EA*為內(nèi)外程序存儲器選擇控制端。EA*=1，訪問片內(nèi)程序存儲器，但在PC（程序計數(shù)器）值超過0FFFH（對于8051、8751）時，即超出片內(nèi)程序存儲器的4K字節(jié)地址范圍時，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲器內(nèi)的程序。EA*=0，單片機則只訪問外部程序存儲器。VPP為本引腳的第二功能。用于施加編程電壓（例如+21V或+12V）。對89C51，加在VPP腳的編程電壓為+12V或+5V。I/O口引腳(1)P0口：雙向8位三態(tài)I/O口，此口為地址總線（低8位）及數(shù)據(jù)總線分時復(fù)用口，可驅(qū)動8個LS型TTL負載。(2)P1口：8位準雙向I/O口，可驅(qū)動4個LS型TTL負載。(3)P2口：8位準雙向I/O口，與地址總線（高8位）復(fù)用，可驅(qū)動4個LS型TTL負載。(4)P3口：8位準雙向I/O口，雙功能復(fù)用口，可驅(qū)動4個LS型TTL負載。要特別注意準雙向口與雙向三態(tài)口的差別。當(dāng)3個準雙向I/O口作輸入口使用時，要向該口先寫“1”，另外準雙向I/O口無高阻的“浮空”狀態(tài)。2.2AD590溫度傳感器簡介AD590電流輸出型兩端溫度傳感器AD590是AD公司利用PN結(jié)構(gòu)正向電流與溫度的關(guān)系制成的電流輸出型兩端溫度傳感器.（熱敏器件）AD590是美國模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。它的主要特性如下：1、流過器件的電流（mA）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開爾文）度數(shù)，即：mA/K式中：—流過器件（AD590）的電流，單位為mA；T—熱力學(xué)溫度，單位為K。2、AD590的測溫范圍為-55℃～+150℃。3、AD590的電源電壓范圍為4V～30V。電源電壓可在4V~6V范圍變化，電流變化1mA，相當(dāng)于溫度變化1K。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會被損壞。4、輸出電阻為710MW。5、精度高。AD590共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，在-55℃～+150℃范圍內(nèi)，非線性誤差為±0.3℃。AD590溫度感測器是一種已經(jīng)IC化的溫度感測器,它會將溫度轉(zhuǎn)換為電流,在8051的各種課本中常看到它,相當(dāng)常用到。其規(guī)格如下：溫度每增加1℃,它會增加1μA輸出電流?？闪繙y范圍-55℃至150℃。供應(yīng)電壓范圍+4V至30V。AD590的接腳圖及零件符號如下圖所示：AD590的輸出電流值說明如下：其輸出電流是以絕對溫度零度(-273℃)為基準,每增加1℃,它會增加1μA輸出電流,因此在室溫25℃時,其輸出電流Io=(273+25)=298μA。Vo的值為Io乘上10K,以室溫25℃而言,輸出值為2.98V(10K×298μA)。

量測Vo時,不可分出任何電流,否則量測值會不準。電路分析AD590的輸出電流I=(273+T)μA(T為攝氏溫度),因此量測的電壓V為(273+T)μA×10K=(2.73+T/100)V。為了將電壓量測出來又需使輸出電流I不分流出來,我們使用電壓追隨器其輸出電壓V2等于輸入電壓V。由于一般電源供應(yīng)較多零件之后,電源是帶雜訊的,因此我們使用齊納二極體作為穩(wěn)壓零件,再利用可變電阻分壓,其輸出電壓V1需調(diào)整至2.73V。接下來我們使用差動放大器其輸出Vo為(100K/10K)×(V2-V1)=T/10V。如果現(xiàn)在為攝氏28度,輸出電壓為2.8V。

ad590典型應(yīng)用電路圖（a）是AD590的封裝形式，（b）是AD590用于測量熱力學(xué)溫度的基本應(yīng)用電路。因為流過AD590的電流與熱力學(xué)溫度成正比，當(dāng)電阻R（a）封裝形式（b）基本應(yīng)用電路AD590的封裝及基本應(yīng)用電路和電位器R12的電阻之和為1kΩ時，輸出電壓VO隨溫度的變化為1mV/K。但由于AD590的增益有偏差，電阻也有誤差，因此應(yīng)對電路進行調(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R2，使VO=273.2mV?；蛟谑覝叵?25℃)條件下調(diào)整電位器,使VO=273.2+25=298.2（mV）。但這樣調(diào)整可保證在0℃或25℃附近有較高精度。2AD590的工作原理

在被測溫度一定時，AD590相當(dāng)于一個恒流源，把它和5～30V的直流電源相連，并在輸出端串接一個1kΩ的恒值電阻，那么，此電阻上流過的電流將和被測溫度成正比，此時電阻兩端將會有1mV／K的電壓信號。其基本電路如圖3所示。圖3是利用ΔUBE特性的集成PN結(jié)傳感器的感溫部分核心電路。其中T1、T2起恒流作用，可用于使左右兩支路的集電極電流I1和I2相等；T3、T4是感溫用的晶體管，兩個管的材質(zhì)和工藝完全相同，但T3實質(zhì)上是由n個晶體管并聯(lián)而成，因而其結(jié)面積是T4的n倍。T3和T4的發(fā)射結(jié)電壓UBE3和UBE4經(jīng)反極性串聯(lián)后加在電阻R上，所以R上端電壓為ΔUBE。因此，電流I1為：

I1＝ΔUBE／R＝（KT／q）（lnn）／R

對于AD590，n＝8，這樣，電路的總電流將與熱力學(xué)溫度T成正比，將此電流引至負載電阻RL上便可得到與T成正比的輸出電壓。由于利用了恒流特性，所以輸出信號不受電源電壓和導(dǎo)線電阻的影響。圖3中的電阻R是在硅板上形成的薄膜電阻，該電阻已用激光修正了其電阻值，因而在基準溫度下可得到1μA／K的I值。圖4所示是AD590的內(nèi)部電路，圖中的T1～T4相當(dāng)于圖3中的T1、T2，而T9，T11相當(dāng)于圖3中的T3、T4。R5、R6是薄膜工藝制成的低溫度系數(shù)電阻，供出廠前調(diào)整之用。T7、T8，T10為對稱的Wilson電路，用來提高阻抗。T5、T12和T10為啟動電路，其中T5為恒定偏置二極管。

T6可用來防止電源反接時損壞電路，同時也可使左右兩支路對稱。R1，R2為發(fā)射極反饋電阻，可用于進一步提高阻抗。T1～T4是為熱效應(yīng)而設(shè)計的連接方式。而C1和R4則可用來防止寄生振蕩。該電路的設(shè)計使得T9，T10，T11三者的發(fā)射極電流相等，并同為整個電路總電流I的1／3。T9和T11的發(fā)射結(jié)面積比為8：1，T10和T11的發(fā)射結(jié)面積相等。

T9和T11的發(fā)射結(jié)電壓互相反極性串聯(lián)后加在電阻R5和R6上，因此可以寫出：

ΔUBE＝（R6－2R5）I／3

R6上只有T9的發(fā)射極電流，而R5上除了來自T10的發(fā)射極電流外，還有來自T11的發(fā)射極電流，所以R5上的壓降是R5的2／3。

根據(jù)上式不難看出，要想改變ΔUBE，可以在調(diào)整R5后再調(diào)整R6，而增大R5的效果和減小R6是一樣的，其結(jié)果都會使ΔUBE減小，不過，改變R5對ΔUBE的影響更為顯著，因為它前面的系數(shù)較大。實際上就是利用激光修正R5以進行粗調(diào)，修正R6以實現(xiàn)細調(diào)，最終使其在250℃之下使總電流I達到1μA／K。2.3ADC0809簡介ADC0809是位A/D轉(zhuǎn)換芯片，它是采用逐次逼近的方法完成A/D轉(zhuǎn)換的。ADC0809由單+5V電源供電；片內(nèi)帶有鎖存功能的8路模擬多路開關(guān)，可對8路0～5V的輸入模擬電壓分時進行轉(zhuǎn)換，完成一次轉(zhuǎn)換約需100μS；片內(nèi)具有多路開關(guān)的地址譯碼器和鎖存器、高阻抗斬波器、穩(wěn)定的比較器，256電阻T型網(wǎng)絡(luò)和樹狀電子開關(guān)以及逐次逼近寄存器。ADC0809是引腳雙列直插式封裝，引腳及其功能：1．D7～D0：8位數(shù)字量輸出引腳。2．IN0～IN7：8路模擬量輸入引腳。3．VCC：+5V工作電壓。4．GND：接地。5．REF（+）：參考電壓正端。6．REF（-）：參考電壓負端。7．START：A/D轉(zhuǎn)換啟動信號輸入端。8．A、B、C：地址輸入端。9．ALE：地址鎖存允許信號輸入端。10．EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出引腳，開始轉(zhuǎn)換時為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時為高電平。11．OE：輸出允許控制端，用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。12．CLK：時鐘信號輸入端，譯碼后可選通IN0～IN7八個通道中的一個進行轉(zhuǎn)換。表2-1A、B、C的輸入與被選通道的通道關(guān)系被選中的通道CBAIN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7000011110011001101010101AD0809的邏輯結(jié)構(gòu)ADC0809是8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器。它由一個8路模擬開關(guān)、一個地址鎖存譯碼器、一個A/D轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成（見圖1）。多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。AD0809的工作原理IN0－IN7：8條模擬量輸入通道ADC0809對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是0－5V，若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。地址輸入和控制線：4條ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)ALE線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將A，B，C；三條地址線的地址信號進行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。A，B和C為地址輸入線，用于選通IN0－IN7上的一路模擬量輸入。通道選擇表如上表所示。數(shù)字量輸出及控制線：11條ST為轉(zhuǎn)換啟動信號。當(dāng)ST上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時，開始進行A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST應(yīng)保持低電平。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。當(dāng)EOC為高電平時，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進行A/D轉(zhuǎn)換。OE為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE＝1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE＝0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。D7－D0為數(shù)字量輸出線。CLK為時鐘輸入信號線。因ADC0809的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為500KHZ，VREF（＋），VREF（－）為參考電壓輸入。3、ADC0809應(yīng)用說明（1）．ADC0809內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與AT89S51單片機直接相連。（2）．初始化時，使ST和OE信號全為低電平。（3）．送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到A，B，C端口上。（4）．在ST端給出一個至少有100ns寬的正脈沖信號。（5）．是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)EOC信號來判斷。（6）．當(dāng)EOC變?yōu)楦唠娖綍r，這時給OE為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機了。2.4蜂鳴器簡介蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計算機、打印機、復(fù)印機、報警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機、定時器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。；蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。蜂鳴器在電路中用字母“H”或“HA”（舊標準用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。蜂鳴器的結(jié)構(gòu)原理壓電式蜂鳴器壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二極管。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成。當(dāng)接通電源后（1.5~15V直流工作電壓）,多諧振蕩器起振,輸出1.5~2.5kHZ的音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發(fā)聲。壓電蜂鳴片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料制成。在陶瓷片的兩面鍍上銀電極，經(jīng)極化和老化處理后，再與黃銅片或不銹鋼片粘在一起。2．電磁式蜂鳴器電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場。振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動發(fā)聲。驅(qū)動方式由于自激蜂鳴器是直流電壓驅(qū)動的，不需要利用交流信號進行驅(qū)動，只需對驅(qū)動口輸出驅(qū)動電平并通過三極管放大驅(qū)動電流就能使蜂鳴器發(fā)出聲音，很簡單，這里就不對自激蜂鳴器進行說明了。這里只對必須用1/2duty的方波信號進行驅(qū)動的他激蜂鳴器進行說明。單片機驅(qū)動他激蜂鳴器的方式有兩種：一種是PWM輸出口直接驅(qū)動，另一種是利用I/O定時翻轉(zhuǎn)電平產(chǎn)生驅(qū)動波形對蜂鳴器進行驅(qū)動。蜂鳴器驅(qū)動電路由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，以致于單片機的I/O口是無法直接驅(qū)動的，所以要利用放大電路來驅(qū)動，一般使用三極管來放大電流就可以了。2.5電爐簡介2.6電動調(diào)節(jié)閥簡介2.7輔助器件2.7.1AD581AD581基準電壓電路（+10V）帶寬型三端基準電壓電路；輸出電壓10V；AD581L/581U輸出電壓初期誤差±5mV；0～70℃時AD581L溫度漂移5×10＾-6/℃,-55～+125℃時AD581U溫度漂移10×10＾-6/℃,長期穩(wěn)定性25×10^-6/1000小時；輸入電壓范圍12～40V；輸出電壓10mA；可用二端齊納二極管作為-10V基準電壓源；環(huán)境溫度小于25℃時功耗600mW。2.7.2LF355LF355高阻型運算放大器這類集成運算放大器的特點是差模輸入阻抗非常高,輸入偏置電流非常小,一般rid＞1GΩ~1TΩ,IB為幾皮安到幾十皮安。實現(xiàn)這些指標的主要措施是利用場效應(yīng)管高輸入阻抗的特點,用場效應(yīng)管組成運算放大器的差分輸入級。用FET作輸入級,不僅輸入阻抗高,輸入偏置電流低,而且具有高速、寬帶和低噪聲等優(yōu)點,但輸入失調(diào)電壓較大。輸入失調(diào)電壓1mV（LF155/355）、3mV（LF255）；溫度漂移3μV/℃（LF155/355）、5μV/℃（LF255）；偏置電流30pA增益帶寬GB=2.5MHz；轉(zhuǎn)換速率5V/μs；噪聲20nV/(Hz^1/2)(1kHZ)；消耗電流2mA?！?0V電源（LF155/255）、±30V電源（LF355）；共模輸入電壓±20V（LF155/255）、±16V（LF355）；輸入阻抗10＾12Ω共模抑制比100dB；電壓增益106dB。2.7.3MOC3041基本參數(shù)：類別：光耦合器隔離電壓:7500Vac輸出類型:過零檢測輸入電流:60mA輸出電壓:400V封裝類型:DIP針腳數(shù):6光電耦合器類型:三端雙向可控驅(qū)動器關(guān)態(tài)電壓:400V功耗:250mW外寬:8.51mm外部深度:6.35mm外部長度/高度:4.0mm封裝類型:6引腳DIL工作溫度范圍:-40°Cto+85°C正向電壓Vf最大:1.5V電壓,Vf典型值:1.25V觸發(fā)電流,If最大:15mA2.7.474072.7.574LS164移位寄存器74LS164的引腳如圖2-6所示：圖2-6移位寄存器74LS164引腳圖74LS164為串行輸入、并行輸出移位寄存器，其引腳功能如下：A、B——串行輸入端；Q0～Q7——并行輸出端；——清除端，低電平有效；CLK——時鐘脈沖輸入端，上升沿有效。多片74LS164串聯(lián)，能實現(xiàn)多位LED靜態(tài)顯示。每擴展一片164就可增加一位顯示。MR接+5V，不清除。74LS164是低功耗肖特基型TTL(LSTTL)器件。74LS164是8位邊沿觸發(fā)式移位寄存器，串行輸入數(shù)據(jù)，然后并行輸出。數(shù)據(jù)通過兩個輸入端（DSA或DSB）之一串行輸入；任一輸入端可以用作高電平使能端，控制另一輸入端的數(shù)據(jù)輸入。兩個輸入端或者連接在一起，或者把不用的輸入端接高電平，一定不要懸空。時鐘(CP)每次由低變高時，數(shù)據(jù)右移一位，輸入到Q0，Q0是兩個數(shù)據(jù)輸入端（DSA和DSB）的邏輯與，它將上升時鐘沿之前保持一個建立時間的長度。主復(fù)位(MR)輸入端上的一個低電平將使其它所有輸入端都無效，同時非同步地清除寄存器，強制所有的輸出為低電平。功能表（真值表）工作模式輸入輸出/M/RCPDSADSBQ0Q1至Q7復(fù)位（清除）LLXXLL至L移位H↑llLq0至q6H↑lhLq0至q6H↑hlLq0至q6H↑hHHq0至q6H=HIGH（高）電平h=先于低-至-高時鐘躍變一個建立時間(set-uptime)的HIGH（高）電平L=LOW（低）電平l=先于低-至-高時鐘躍變一個建立時間(set-uptime)的LOW（低）電平q=小寫字母代表先于低-至-高時鐘躍變一個建立時間的參考輸入(referencedinput)的狀態(tài)↑=低-至-高時鐘躍變2.8數(shù)碼顯示管LED圖2-7數(shù)碼顯示管LED引腳圖LED顯示器是單片機應(yīng)用系統(tǒng)中常見的輸出器件，而在單片機的應(yīng)用上也是被廣泛運用的。如果需要顯示的內(nèi)容只有數(shù)碼和某些字母，使用LED數(shù)碼管是一種較好的選擇。LED數(shù)碼管顯示清晰、成本低廉、配置靈活，與單片機接口簡單易行。LED數(shù)碼管作為顯示字段的數(shù)碼型顯示器件，它是由若干個發(fā)光二極管組成的。當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時，相應(yīng)的一個點或一個筆畫發(fā)亮，控制不同組合的二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符，常用的LED數(shù)碼管有7段和“米”字段之分。這種顯示器有共陽極和共陰極兩種。共陰極LED顯示器的發(fā)光二極管的陰極連在一起，通常此共陰極接地。當(dāng)某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮，相應(yīng)的段被顯示。同樣，共陽極LED顯示器的發(fā)光二極管的陽極接在一起，通常此共陽極接正電壓，當(dāng)某個發(fā)光二極管的陰極接低電平時，發(fā)光二極管被點亮，相應(yīng)的段被顯示。本次設(shè)計所用的LED數(shù)碼管顯示器為共陽極。LED數(shù)碼管的使用與發(fā)光二極管相同，根據(jù)材料不同正向壓降一般為1.5～2V，額定電流為10MA，最大電流為40MA。靜態(tài)顯示時取10MA為宜，動態(tài)掃描顯示可加大脈沖電流，但一般不超過40MA。3系統(tǒng)整體設(shè)計.3.1設(shè)計要求.3.2總體設(shè)計方案.3.2.1硬件電路總體設(shè)計.電源電源單片機MCS8051數(shù)碼管顯示電動調(diào)節(jié)閥溫度傳感器AD590報警鍵盤電爐3.2.2軟件電路總體設(shè)計.4系統(tǒng)硬件設(shè)計.4.1傳感器的選擇.4.2溫度調(diào)節(jié)器的選擇.4.3硬件電路設(shè)計4.3.1AD590外圍電路設(shè)計4.3.2電動單座調(diào)節(jié)閥的外圍電路設(shè)計4.3.3鍵盤及顯示的設(shè)計.模數(shù)轉(zhuǎn)換部分模數(shù)轉(zhuǎn)換是將模擬輸入信號轉(zhuǎn)換為N位二進制數(shù)字輸出信號的技術(shù)。采用數(shù)字信號處理能夠方便地實現(xiàn)各種先進的自適應(yīng)算法，完成模擬電路無法實現(xiàn)的功能，因此，越來越多的模擬信號處理正在被數(shù)字技術(shù)所取代。與之相應(yīng)的是，作為模擬系統(tǒng)和數(shù)字系統(tǒng)之間橋梁的模數(shù)轉(zhuǎn)換的應(yīng)用日趨廣泛。為了滿足市場的需求，各芯片制造公司不斷推出性能更加先進的新產(chǎn)品、新技術(shù)，令人目不暇接。3.3.1模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)本次設(shè)計還涉及到數(shù)模轉(zhuǎn)換技術(shù)，而模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)包括采樣、保持、量化和編碼四個過程。1．采樣就是將一個連續(xù)變化的模擬信號x(t)轉(zhuǎn)換成時間上離散的采樣信號x(n)。根據(jù)奈奎斯特采樣定理，對于采樣信號x(t)，如果采樣頻率fs大于或等于2fmax(fmax為x(t)最高頻率成分)，則可以無失真地重建恢復(fù)原始信號x(t)。實際上，由于模數(shù)轉(zhuǎn)換器器件的非線性失真、量化噪聲及接收機噪聲等因素的影響采樣速率一般取fs=2.5fmax。通常采樣脈沖的寬度tw是很短的，故采樣輸出是斷續(xù)的窄脈沖。2．要把一個采樣輸出信號數(shù)字化，需要將采樣輸出所得的瞬時模擬信號保持一段時間，這就是保持過程。3．量化是將連續(xù)幅度的抽樣信號轉(zhuǎn)換成離散時間、離散幅度的數(shù)字信號，量化的主要問題就是量化誤差。假設(shè)噪聲信號在量化電平中是均勻分布的，則量化噪聲均方值與量化間隔和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗值有關(guān)。4．編碼是將量化后的信號編碼成二進制代碼輸出。這些過程有些是合并進行的，例如，采樣和保持就利用一個電路連續(xù)完成，量化和編碼也是在轉(zhuǎn)換過程中同時實現(xiàn)的，且所用時間又是保持時間的一部分。3.3.2積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器稱雙斜率或多斜率數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，是應(yīng)用最為廣泛的轉(zhuǎn)換器類型。雙斜率轉(zhuǎn)換器包括兩個主要部分：一部分電路采樣并量化輸人電壓，產(chǎn)生一個時域間隔或脈沖序列，再由一個計數(shù)器將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸出。雙斜率轉(zhuǎn)換器由1個帶有輸人切換開關(guān)的模擬積分器、1個比較器和1個計數(shù)單元構(gòu)成。積分器對輸入電壓在固定的時間間隔內(nèi)積分，該時間間隔通常對應(yīng)于內(nèi)部計數(shù)單元的最大計數(shù)。時間到達后將計數(shù)器復(fù)位并將積分器輸入連接到反極性(負)參考電壓。在這個反極性信號作用下，積分器被“反向積分”直到輸出回到零，并使計數(shù)器終止，積分器復(fù)位。積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣速度和帶寬都非常低，但它們的精度可以做得很高，并且抑制高頻噪聲和固定的低頻干擾(如50Hz或60Hz)的能力，使其對于嘈雜的工業(yè)環(huán)境以及不要求高轉(zhuǎn)換速率的應(yīng)用非常有效。單片機時鐘和復(fù)位電路單片機的時鐘信號用來提供單片機片內(nèi)各種微操作的時間基準.復(fù)位操作則使單片機的片內(nèi)電路初始化，使單片機從一種確定的初態(tài)開始運行。1.時鐘電路： 8751單片機的時鐘信號通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。在引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器(簡稱晶振)或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。由于單片機內(nèi)部有一個高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。內(nèi)部振蕩方式的外部電路如圖所示,內(nèi)部振蕩方式信號比較穩(wěn)定，實用電路中使用較多。本設(shè)計采用內(nèi)部振蕩方式。圖中，電容器Col，C02起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，其電容值一般在5-30pF。晶振頻率的典型值為12MH2，采用6MHz的情況也比較多。內(nèi)部振蕩方式所得的時鐘復(fù)位操作則使單片機的片內(nèi)電路初始化，使單片機從一種確定的初態(tài)開始運行。2.復(fù)位電路當(dāng)MCS-5l系列單片機的復(fù)位引腳RST(全稱RESET)出現(xiàn)2個機器周期以上的高電平時，單片機就執(zhí)行復(fù)位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。根據(jù)應(yīng)用的要求，復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位和上電或開關(guān)復(fù)位。本設(shè)計采用電或開關(guān)復(fù)位。上電或開關(guān)復(fù)位要求電源接通后，單片機自動復(fù)位，并且在單片機運行期間，用開關(guān)操作也能使單片機復(fù)位。如圖所示，上電后，由于電容C3的充電作用，使RST持續(xù)一段時間的高電平。當(dāng)單片機已在運行當(dāng)中時，按下復(fù)位鍵后松開，也能使RST為一段時間的高電平，從而實現(xiàn)上電或開關(guān)復(fù)位的操作。根據(jù)經(jīng)驗，時鐘頻率選用6MHZ時，從取22uf，R8取200ΩR9取1KΩ。單片機鍵盤電路1.鍵輸入原理在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，除了復(fù)位按鍵有專門的復(fù)位電路及專一的復(fù)位功能外，其它按鍵都是以開關(guān)狀態(tài)來設(shè)置控制功能或輸入數(shù)據(jù)的。當(dāng)所設(shè)置的功能鍵或數(shù)字鍵按下時，計算機應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)完成該按鍵所設(shè)定的功能，鍵信息輸入是與軟件結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的過程。對于一組鍵或一個鍵盤，總有一個接口電路與CPU相連。CPU可以采用查詢或中斷方式了解有無將鍵輸入，并檢查是哪一個鍵按下，將該鍵號送入累加器