恒溫箱的控制設(shè)計(jì)（附電路圖及程序）

PAGE摘要溫度與生物的生活環(huán)境密切相關(guān)，不同的生物或物體對(duì)溫度的要求都不同。隨著智能控制技術(shù)不斷的發(fā)展，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)以及科學(xué)實(shí)驗(yàn)的許多場(chǎng)合，為了獲取生物或物體所需求的溫度，需要及時(shí)準(zhǔn)確的獲取溫度信息，同時(shí)完成對(duì)溫度的預(yù)期控制，這時(shí)候溫度檢測(cè)與控制系統(tǒng)就顯得尤其的重要。因此，溫度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究一直備受廣大科研者重視。本次課題設(shè)計(jì)了一個(gè)低成本，高精度的恒溫箱。該設(shè)計(jì)主要從硬件和軟件兩個(gè)方面出發(fā)：在硬件上，選擇AT89C52單片機(jī)為核心，采用了TL431組成2.5V的恒流源，并以Pt100溫度傳感器作為溫度檢測(cè)儀器，通過(guò)ICL7135模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集數(shù)據(jù)，用LED數(shù)碼管作為顯示器，構(gòu)成了一個(gè)恒溫箱；在軟件上，設(shè)計(jì)了溫度檢測(cè)算法，并在C語(yǔ)言編程環(huán)境下，編寫(xiě)了相應(yīng)的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)所設(shè)計(jì)的算法。最后通過(guò)ProteusISIS與Keil的聯(lián)合仿真，保證了算法的可行性。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)可以較好的檢測(cè)、控制并且保持溫度。但是由于溫度調(diào)節(jié)的遲滯性以及設(shè)計(jì)上的不足，該系統(tǒng)具有一定的局限性。溫度檢測(cè)；AT89C52單片機(jī)；恒溫箱；C語(yǔ)言編程

ABSTRACTTemperatureiscloselyrelatedtolifeandenvironment.Differentcreatureorobjecthavedifferentrequirementstotemperature.Withthedevelopmentoftheintelligent-control-technology,andinordertoarrivetothecreature'sorobject'stemperature-demand,weshouldtaketheinformationoftemperaturetimelyandaccuratly,andcontrolthetemperaturetotheexpecteddegree,inthemodernindustrialproductionandscientificexperimentmanyoccasions.Inthissituation,thetestingandcontrollingsystemfortemperatureisespeciallyimportant.Therefore,thedesignsfortemperaturedetectionsystemattractresearchers'attentions.Inthisdissertation,wedesignedaboxwithconstanttemperaturewhichhaslowcostaswellashighaccuracy.Wedesignedthesystemmainlyfromtwoaspects:hardwareandsoftwareHardware'sdesign:Atfirst,wechosedAT89C52SCMasthecoreofthesystem.AndthenweselectedTL431tocomposethe2.5VconstantandPt100temperaturesensorfortestingtemperature.Atlast,wecollectedatathrougntheICL7135ADCanddisplaydatathemontheLED.Allofthisconsistsofatheconstant-temperature-box;Software'sdesign:Inthispapar,wedesignedaalgorithmdetectetemperatureandimplementeditbasedontheCprogramminglanguage'senvironment.FinallywedidaseriesofsimulationexperimentthroughtheProteusISISandKeiltoensurethatthealgorithmisfeasible.Simulationresultsshowthatthesystemdesignedhadaverygoodeffectontemperature'sdetection,controllingandkeeping.Becauseoftheadjustmentandofthetemperatureandtheinsufficiencyofthedesign,thissystemhassomelimitations.Temperaturedetection;AT89C52SCM;Boxofconstanttemperature;Clanguageprogramming

目錄TOC\o"1-3"\h\u第一章緒論 11.1引言 11.1恒溫箱的發(fā)展與趨勢(shì) 11.2恒溫箱研究的作用與意義 21.4課題研究的內(nèi)容 31.4.1內(nèi)容安排 3第二章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 42.1恒溫箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 42.2AT89C52單片機(jī)選擇與簡(jiǎn)介 42.3A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換選擇與簡(jiǎn)介 62.4其它的外圍電路選擇 72.4.1.恒流源選擇與簡(jiǎn)介 72.4.2放大器的選擇與簡(jiǎn)介 82.4.3驅(qū)動(dòng)器的選擇 82.5溫度檢測(cè)儀器 92.5.1熱電阻溫度傳感器 92.5.2熱電偶傳感器 10第三章硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 123.1單片機(jī)的外圍電路 123.1.1復(fù)位電路 123.1.2時(shí)鐘電路 123.2外加的電路 133.3ICL7135的引腳連線(xiàn) 143.4.1ICL7135與單片機(jī)連線(xiàn) 153.5數(shù)碼管的顯示 173.6恒溫箱硬件電路的設(shè)計(jì) 19第四章軟件的設(shè)計(jì) 214.1按鍵程序設(shè)計(jì) 214.2數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì) 234.3主程序設(shè)計(jì) 24第五章系統(tǒng)測(cè)試 265.1硬件測(cè)試與Keil 265.2Keil與Protuse連接 265.3仿真 27總結(jié) 29附錄 30附錄一硬件設(shè)計(jì) 30附錄二軟件設(shè)計(jì) 31參考文獻(xiàn) 36致謝 37江西理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PAGE51第一章緒論1.1引言溫度控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域。如工業(yè)上食品加工；生活上用的空調(diào)；在醫(yī)學(xué)上藥品的恒溫儲(chǔ)藏箱等。在不同的領(lǐng)域中對(duì)溫度的要求及控制不同，所設(shè)計(jì)的恒溫箱的要求也就不一樣。可以確定恒溫箱的市場(chǎng)是相當(dāng)?shù)拇?，所以研究恒溫箱的控制技術(shù)也越來(lái)越多。這次設(shè)計(jì)主要是研究簡(jiǎn)單的低成本，高精度的檢測(cè)與控制的恒溫箱。在現(xiàn)代技術(shù)發(fā)達(dá)的時(shí)代，恒溫箱的控制系統(tǒng)從開(kāi)始的由人工調(diào)節(jié)達(dá)到需要的溫度的控制，到現(xiàn)在發(fā)展成采用單片機(jī)的自動(dòng)控制其溫度。現(xiàn)在單片機(jī)已是成為各類(lèi)產(chǎn)品控制技術(shù)的核心部件。本次設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心，選用了模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)溫度傳感器檢測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行采樣，選用數(shù)碼管為顯示器；用C語(yǔ)言編寫(xiě)相應(yīng)的程序做成一個(gè)自動(dòng)控制的恒溫箱。雖然恒溫箱的設(shè)計(jì)研究已經(jīng)有很長(zhǎng)的歷史，但是因?yàn)闇囟鹊恼{(diào)節(jié)有一定的遲滯性，也就是在正常情況下，溫度高于設(shè)置溫度時(shí)停止加熱，但是加熱裝置會(huì)因?yàn)閼T性繼續(xù)放出熱量，使得恒溫箱內(nèi)的溫度繼續(xù)升高。當(dāng)溫度低于設(shè)置溫度時(shí)則開(kāi)始加熱，此時(shí)加熱要等加熱裝置溫度達(dá)到恒溫箱的溫度才開(kāi)始升溫。因此恒溫箱的溫度會(huì)在在設(shè)置溫度的上下震蕩。因此恒溫箱中溫度不是保持不變的，而是一個(gè)溫度范圍。這也是恒溫箱設(shè)計(jì)一直存在的問(wèn)題。用溫度傳感器檢測(cè)溫度信號(hào)，并經(jīng)過(guò)模數(shù)換器后送給單片機(jī)處理，再傳給數(shù)碼管顯示。可用按鍵設(shè)定恒溫箱的溫度，再傳給單片機(jī)處理，由單片機(jī)控制電熱絲與顯示。通過(guò)仿真軟件對(duì)設(shè)計(jì)的硬件與軟件結(jié)合仿真。硬件仿真采用的是ProteusISIS7.7軟件；程序仿真采用的是KeiluV3軟件；把硬件仿真與軟件仿真結(jié)合即可測(cè)試其設(shè)計(jì)的效果。1.1恒溫箱的發(fā)展與趨勢(shì)溫度控制技術(shù)在現(xiàn)代信息技術(shù)中是三大基礎(chǔ)之一。恒溫箱不管是在生活上，還是在工業(yè)上都有著巨大的經(jīng)濟(jì)效益。恒溫箱自動(dòng)控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外都到研究與發(fā)展。恒溫箱的控制系統(tǒng)從開(kāi)始的由人工調(diào)節(jié)達(dá)到需要的溫度及控制，到現(xiàn)在發(fā)展到采用單片機(jī)的自動(dòng)控制其溫度。恒溫箱最基礎(chǔ)的器件是由溫度檢測(cè)系統(tǒng)，模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，單片機(jī)為核心，溫度顯示的組成。溫度檢測(cè)系統(tǒng)一般使用溫度傳感器。溫度傳感器從1821年由德國(guó)物理學(xué)家賽貝發(fā)明后到熱電偶傳感器。在由德國(guó)西門(mén)子發(fā)明了鉑電阻，后在半導(dǎo)體技術(shù)的支持下相繼開(kāi)發(fā)了半導(dǎo)體熱電偶傳感器、PN結(jié)溫度傳感器和集成溫度傳感器。20世紀(jì)90年代時(shí)又發(fā)明了智能溫度傳感器。這樣可控制的溫度范圍有所加大，溫度控制的精度也逐步提高。模數(shù)轉(zhuǎn)換器是現(xiàn)實(shí)中各種模擬信號(hào)通向數(shù)字化數(shù)字世界的橋梁。ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器有8位，12，14，16，24位等。ADC的位數(shù)越高分辨率也越高，位數(shù)越高，精度也越高。現(xiàn)在工業(yè)需要高精度的電器也越來(lái)越多。對(duì)不同的產(chǎn)品要求的精度不一樣，對(duì)ADC的選擇也不一樣。單片機(jī)是一種集成電路的芯片。從1976年起是單片機(jī)的開(kāi)始階段到1978年的單片機(jī)的完善階段。到了1982年后到1990年，8位的單片機(jī)得到鞏固發(fā)展，以及16位單片機(jī)推出。從1990到現(xiàn)在微控制器的全面發(fā)展階段。所以單片機(jī)深入了各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展與應(yīng)用。因此產(chǎn)品越來(lái)越智能化多樣化。顯示一般有數(shù)碼管和液晶顯示。國(guó)內(nèi)恒溫箱的現(xiàn)狀多為傳統(tǒng)式電子產(chǎn)品，而國(guó)外溫度控制技術(shù)發(fā)展較為成熟。溫度傳感器采用熱敏電阻或熱電阻，部分產(chǎn)品溫度設(shè)定和電熱絲開(kāi)關(guān)通過(guò)觸摸鍵和液晶顯示屏實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互界面，電熱絲開(kāi)關(guān)切換自動(dòng)完成，運(yùn)算放大電路和開(kāi)關(guān)電路實(shí)現(xiàn)雙位調(diào)節(jié)。這類(lèi)智能恒溫箱產(chǎn)品改善了人機(jī)交互界面，解決了“溫度設(shè)定分度值過(guò)粗”等問(wèn)題，但仍存在“控制精度不高”、“時(shí)間常數(shù)大”、“操作較復(fù)雜”等問(wèn)題。近年來(lái)，溫度控制器正朝著高精度、多功能、總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開(kāi)發(fā)虛擬溫度控制器和網(wǎng)絡(luò)溫度控制器、研制單片測(cè)溫控溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。以當(dāng)今控制技術(shù)的發(fā)展智能控制溫控器將會(huì)很快取代傳統(tǒng)式電子產(chǎn)品。1.2恒溫箱研究的作用與意義恒溫箱的應(yīng)用廣泛是毋庸自疑的。例如，在日常生活上，我們用的高溫烘箱；在工業(yè)生產(chǎn)上，有化工、建材、冶金、食品加工、機(jī)械制造，還有根據(jù)動(dòng)物生活習(xí)性的需求控制飼養(yǎng)棚的溫度來(lái)進(jìn)行孵卵或動(dòng)物培養(yǎng)等；在農(nóng)業(yè)上，可調(diào)節(jié)溫度來(lái)控制種子的發(fā)芽，植物的生長(zhǎng)等；在科學(xué)實(shí)驗(yàn)上，可調(diào)節(jié)恒溫環(huán)境用來(lái)培養(yǎng)細(xì)菌生長(zhǎng)等；在醫(yī)學(xué)上，可用于早產(chǎn)嬰兒保護(hù)箱等。由此科研者對(duì)恒溫箱的研究也一直持續(xù)不斷。對(duì)恒溫箱的作用研究也越來(lái)越多，使得用得到的范圍也更為廣闊。現(xiàn)在的時(shí)代是科技高速發(fā)展的信息時(shí)代，微型單片機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)的應(yīng)用更是空前廣泛。由于它具有體積小、性?xún)r(jià)比高、功能強(qiáng)等特點(diǎn)，所以廣泛應(yīng)用于電子儀表、節(jié)能裝置、家用電器、工業(yè)控制、機(jī)器人、軍事裝置等諸多領(lǐng)域。使產(chǎn)品小型化，智能化，既提高了產(chǎn)品的功能和質(zhì)量，又降低了成本，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。它迅猛的發(fā)展到了各個(gè)領(lǐng)域。這些技術(shù)的發(fā)展也使得恒溫箱的體積變小，更智能化，功能更齊全，質(zhì)量也更好。更何況成本還降低了。因此對(duì)恒溫箱的研究也是極有意義的。1.4課題研究的內(nèi)容本畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是：本次設(shè)計(jì)的以“AT89C52單片機(jī)”為核心，TLC7135模數(shù)轉(zhuǎn)換器和LED數(shù)碼管為主的硬件電路。用C語(yǔ)言編寫(xiě)程序?yàn)檐浖?。做成一個(gè)自動(dòng)控制的恒溫箱。其主要功能是實(shí)時(shí)測(cè)量箱內(nèi)的溫度，并及時(shí)的顯示。測(cè)量時(shí)，溫度測(cè)量?jī)x（溫度傳感器）的測(cè)量端放在恒溫箱內(nèi)部要測(cè)量的地方，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)箱內(nèi)的溫度。然后由溫度變化引起變化信息傳遞給信號(hào)處理器，在將處理好的信號(hào)遞給AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器。由模數(shù)轉(zhuǎn)換器傳給單片機(jī)，由單片機(jī)給溫度信息做出反應(yīng)。在控制面板上，可以用按鍵設(shè)置需要的溫度，如果溫度高于設(shè)置的溫度，則停止加熱，恒溫箱內(nèi)溫度下降。如果當(dāng)時(shí)的溫度低于設(shè)置的溫度則開(kāi)啟加熱裝置對(duì)恒溫箱進(jìn)行加熱，溫度開(kāi)始上升。這還有恒溫箱恒溫的安全燈。如果恒溫箱出了差錯(cuò)即是當(dāng)溫度測(cè)量?jī)x檢測(cè)到溫度低于設(shè)置溫度10℃下限時(shí)，則第一個(gè)燈會(huì)亮?；驕囟葴y(cè)量?jī)x檢測(cè)到溫度高于設(shè)置溫度101.4.1內(nèi)容安排本次設(shè)計(jì)共分成五章，每一章的內(nèi)容簡(jiǎn)單的述說(shuō)如下：第一章是緒論，簡(jiǎn)要介紹了恒溫箱的發(fā)展與研究的意義。第二章是系統(tǒng)總體的設(shè)計(jì)方案，簡(jiǎn)單介紹了選擇什么器件組成硬件以及介紹器件的功能和作用。第三章是硬件設(shè)計(jì)，主要介紹了器件的工作原理及相互之間的連接。第四章是軟件設(shè)計(jì)，主要簡(jiǎn)單介紹軟件流程圖與程序。第五章是系統(tǒng)的測(cè)試，主要簡(jiǎn)單介紹了系統(tǒng)仿真時(shí)用的軟件。第二章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案2.1恒溫箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案課題設(shè)計(jì)分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)：選擇AT89C52單片機(jī)，用TL431制成2.5V的恒流源，用Pt100熱敏電阻為溫度傳感器，通過(guò)ICL7135模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集數(shù)據(jù)，使用LED數(shù)碼管做顯示器等。軟件設(shè)計(jì)：用C語(yǔ)言編寫(xiě)計(jì)算檢測(cè)的數(shù)據(jù)及要顯示的數(shù)據(jù)程序，還要編寫(xiě)按鍵控制設(shè)定溫度的程序。硬件與軟件連接做成一個(gè)檢測(cè)與控制的恒溫箱。其主要功能是實(shí)時(shí)測(cè)量箱內(nèi)的溫度，并及時(shí)的顯示。測(cè)量時(shí)，溫度測(cè)量?jī)x（溫度傳感器）的測(cè)量端放在恒溫箱內(nèi)部要測(cè)量的地方，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)箱內(nèi)的溫度。然后由溫度變化引起變化信息傳遞給信號(hào)處理器，在將處理好的信號(hào)遞給AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器。由模數(shù)轉(zhuǎn)換器傳給單片機(jī)，由單片機(jī)給溫度信息做出反應(yīng)。在控制面板上，可以設(shè)置需要的溫度，如果溫度高于設(shè)置的溫度，則停止加熱，恒溫箱內(nèi)溫度就會(huì)下降。如果當(dāng)時(shí)的溫度低于設(shè)置的溫度則開(kāi)啟加熱裝置對(duì)恒溫箱進(jìn)行加熱，溫度開(kāi)始上升。此外還設(shè)定安全燈，如果恒溫箱出了差錯(cuò)即是當(dāng)溫度測(cè)量?jī)x檢測(cè)到溫度低于設(shè)置溫度10℃下限時(shí)，則第一個(gè)燈會(huì)亮?；驕囟葴y(cè)量?jī)x檢測(cè)到溫度高于設(shè)置溫度10ATAT89C52單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換器放大器溫度傳感器顯示繼電器報(bào)警燈熱電絲按鍵圖2-1恒溫箱的結(jié)構(gòu)框圖2.2AT89C52單片機(jī)選擇與簡(jiǎn)介本次設(shè)計(jì)選擇AT89C52作為單片機(jī)，AT89C52是美國(guó)的ATMEL公司生產(chǎn)的CMOS8位單片機(jī)有著低電壓，高性能的特性，片內(nèi)含有8kbytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器Flash和256bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，器件采用的是ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)的技術(shù)生產(chǎn)，還兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51系統(tǒng)指令，片內(nèi)置通用Flash存儲(chǔ)單元和8位中央處理器，AT89C52單片機(jī)的引腳如圖2-2所示、其封裝如圖2-3所示。 圖2-2AT89C52引腳圖 圖2 -3AT89C52的封圖AT89C52是8位通用微處理器，采用的是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的C51內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上都與通用的89C52一樣，其主要是用來(lái)會(huì)聚調(diào)整時(shí)的功能控制。其功能是對(duì)會(huì)聚主IC內(nèi)部寄存器、外部接口等功能部件及數(shù)據(jù)RAM的初始化，和會(huì)聚測(cè)試圖的控制，會(huì)聚調(diào)整的控制，紅外遙控信號(hào)IR接收的解碼及與主板CPU通信等。主要管腳及功能有：XTAL2（18腳）和XTAL1（19腳）是振蕩器輸入輸出的端口，并外接12MHz晶振。RST/Vpd（9腳）是復(fù)位的輸入端口，外接的電阻電容組成復(fù)位電路。VSS（20腳）和VCC（40腳）是供電的端口，分別接5V電源的正負(fù)端口。P0~P3是可編程通用的I/O腳，其功能用途由一般由軟件定義，10腳和11腳被定義為I2C總線(xiàn)控制的端口，13腳被定義為IR輸入端，12腳、27腳與28腳被定義為握手信號(hào)的功能端口，連接在主板CPU的相應(yīng)的功能端口，可用于當(dāng)前制式的檢測(cè)與會(huì)聚調(diào)整狀態(tài)進(jìn)入的控制功能。AT89C52的一些主要特性：1、兼容MCS51指令系統(tǒng)2、8k可反復(fù)擦寫(xiě)（大于1000次）FlashROM；3、32個(gè)雙向I/O口；4、256x8bit內(nèi)部RAM；5、3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷；6、鐘頻率0-24MHz；7、2個(gè)串行中斷，可編程UART串行通道；8、2個(gè)外部中斷源，共8個(gè)中斷源；9、2個(gè)讀寫(xiě)中斷口線(xiàn)，3級(jí)加密位；10、低功耗空閑和掉電模式，軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能。2.3A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換選擇與簡(jiǎn)介A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其種類(lèi)很多，如逐次逼近型，雙積分型，Σ-Δ型A/D轉(zhuǎn)換器等;其中的雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器適用于對(duì)信號(hào)轉(zhuǎn)換速率的要求不是很高而對(duì)轉(zhuǎn)換精度要求很高的情況。AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器還可分有8，12，14，16，24位等。AD的位數(shù)越高分辨率也越高，位數(shù)越高，精度也越高。相對(duì)的市場(chǎng)價(jià)格也更高。對(duì)從-200到800的溫度測(cè)量，有12位以上就足夠了，且要求的轉(zhuǎn)換速度不是很高。ICL7135具有精度高（相當(dāng)于14位雙積分型A/D轉(zhuǎn)換），價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn).其轉(zhuǎn)換速度與時(shí)鐘頻率相關(guān)。所以選擇ICL7135為這次設(shè)計(jì)的A/D轉(zhuǎn)換器。ICL7135是美國(guó)的Intersil公司是較流行的雙積分A/D轉(zhuǎn)換器，其具有4位半的精度（相當(dāng)于14位A/D的轉(zhuǎn)換器），自動(dòng)校零，自動(dòng)極性輸出，單基準(zhǔn)電壓，動(dòng)態(tài)字位掃描BCD碼輸出，ICL7135的引腳如圖2-4所示。ICL7135的封裝圖如圖2-5所示。ICL7135引腳功能及含義如下：與供電及電源相關(guān)的引腳有（7腳）。-V：為ICL7135負(fù)電源引入端，典型值-5V，極限值-9V;+V：為ICL7135正電源引入端，典型值+5V，極限值+6V;DGND：為數(shù)字地，是ICL7135正，負(fù)電源的低電平基準(zhǔn);REF：為參考電壓輸入口，REF的接地可為AGND引腳。AC：為模擬地，INHI：為模擬輸入正端;INLO：為模擬輸入負(fù)端，當(dāng)模擬信號(hào)輸入端用單端接地時(shí)，可直接與AC相連。與選通和數(shù)據(jù)輸出相關(guān)的引腳（共9腳）：B1～B8：B8是BCD碼輸出的最高位，其它的對(duì)應(yīng)BCD碼。D5：是萬(wàn)位選通端口;D4～D1：是千、百、十、個(gè)位的選通端口。 圖2-4ICL7135引腳圖圖2-5ICL7135封裝圖與控制和狀態(tài)相關(guān)的引腳（共12腳）如下：CLKIN：為時(shí)鐘信號(hào)輸入端。REFC+：為外接參考電容正端，典型值1μF。REFC-：外接參考電容負(fù)端。BUFFO：為緩沖放大器輸出端，典型外接積分電阻。INTO：為積分器輸出端，典型外接積分電容。AZIN：為自校零端。STOR：為數(shù)據(jù)輸出選通信號(hào)（負(fù)脈沖），寬度為時(shí)鐘脈沖寬度的一半，每次A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，該端輸出5個(gè)負(fù)脈沖，分別選通由高到低的BCD碼數(shù)據(jù)（5位），該端用于將轉(zhuǎn)換結(jié)果打到并行I/O接口。LOW：為欠量程信號(hào)輸出端，當(dāng)輸入信號(hào)小于量程范圍的10%時(shí)，該端輸出高電平。HIGH：為過(guò)量程信號(hào)輸出端，當(dāng)輸入信號(hào)超過(guò)計(jì)數(shù)范圍（20001）時(shí)，該端輸出為高電平。POL：為極性信號(hào)輸出，高電平表示極性為正。R/H：為自動(dòng)轉(zhuǎn)換/停頓控制輸入。BUSY：為忙信號(hào)輸出，高電平有效時(shí)正向積分開(kāi)始時(shí)自動(dòng)變高，反向積分結(jié)束時(shí)自動(dòng)變低。2.4其它的外圍電路選擇設(shè)計(jì)除了單片機(jī)與模數(shù)轉(zhuǎn)換外，還有很多必要的硬件，如恒流源作為電源、放大器放大信號(hào)、還有驅(qū)動(dòng)顯示器的驅(qū)動(dòng)器等。下面就簡(jiǎn)介這些外圍的硬件。2.4.1.恒流源選擇與簡(jiǎn)介為使信號(hào)穩(wěn)定的輸入到A/D轉(zhuǎn)換器中，需要一個(gè)穩(wěn)定的電源。恒流源電路就是要能夠提供一個(gè)穩(wěn)定的電流以保證其它電路穩(wěn)定工作的基礎(chǔ)。因此需要設(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)定的恒流源。對(duì)此設(shè)計(jì)選擇采用2.5V的恒流源選擇器件TL431。TL431是德州儀器公司（TI）生產(chǎn)的基準(zhǔn)源，它是一個(gè)有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源。它的輸出電壓可用兩個(gè)電阻設(shè)置任意的基準(zhǔn)源到從Vref（2.5V）到36V范圍內(nèi)的任何值。該器件的動(dòng)態(tài)阻抗典型值為0.2Ω，在很多的應(yīng)用中用它代替齊納二極管。TL431是一種并聯(lián)穩(wěn)壓集成電路。因其價(jià)格低、性能好，因此廣泛應(yīng)用在各種電源電路中。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖2-6所示，其封裝如圖2-7所示。 圖2.6TL431的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖2-7TL431的封裝圖TL431的主要參數(shù)：三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源的可編程輸出電壓為2.5V~36V；低動(dòng)態(tài)輸出阻抗的典型值為0.22Ω；電壓參考誤差范圍是±0.4%，溫度補(bǔ)償操作全額定工作溫度范圍；其溫度環(huán)境的典型值為25℃；等效全范圍的溫度系數(shù)的典型值是50ppm/℃；穩(wěn)壓值可從2.5~36V連續(xù)可調(diào)；參考電壓的原誤差為±1.0%；低動(dòng)態(tài)輸出電阻的典型值為0.22歐姆，輸出的電流為1.0~100毫安。全溫度范圍內(nèi)溫度特性平坦，其典型值為50ppm，輸出低電壓噪聲。最大輸入電壓為37V，最大工作電流150mA的內(nèi)基準(zhǔn)電壓為2.5V，輸出電壓范圍為2.5~36V。2.4.2放大器的選擇與簡(jiǎn)介電路加放大器，是有些輸入信號(hào)太小了，需要放大器放大幾倍。因此選擇低溫漂的OP07。OP07芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運(yùn)算放大器集成電路。由于OP07有非常低的輸入失調(diào)電壓（即對(duì)于OP07最大為25μV），所以O(shè)P07在很多應(yīng)用場(chǎng)合不需要額外的調(diào)零措施。OP07同時(shí)也具有輸入偏置電流低（OP07為±2nA）和開(kāi)環(huán)增益高（于OP07為300V/mV）的特點(diǎn)，這種低溫漂、低失調(diào)，高開(kāi)環(huán)增益的特性使得OP07特別適用于高增益測(cè)量設(shè)備和放大傳感器的微弱信號(hào)。OP07的管腳及封裝如圖2-8所示。圖2-8OP07管腳及封裝2.4.3驅(qū)動(dòng)器的選擇74LS164是CMOS的高速門(mén)電路，與低功耗肖特基型TTL器件的引腳兼容。74LS164是8位邊沿觸發(fā)式移位寄存器，是串行輸入數(shù)據(jù)，并行輸出。1腳DSA是數(shù)據(jù)輸入，2腳DSB也是數(shù)據(jù)輸入，Q0~Q7是輸出，GND是接地，CP是時(shí)鐘輸入（低電平到高電平邊沿觸發(fā)），是中央復(fù)位輸入（低電平有效），接正電源。數(shù)據(jù)通過(guò)兩個(gè)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(gè)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(shí)鐘（CP）每次由低變高時(shí)，數(shù)據(jù)右移一位，輸入到Q0，Q0是兩個(gè)數(shù)據(jù)輸入端（DSA和DSB）的邏輯與，它將在時(shí)鐘上升沿之前保持一個(gè)時(shí)間延時(shí)的長(zhǎng)度。主復(fù)位（）輸入端上的一個(gè)低電平將使其它所有輸入端都無(wú)效，同時(shí)非同步地清除寄存器，強(qiáng)制所有的輸出為低電平。所以選擇74LS164為顯示數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)器。其管腳及封裝如圖2-9所示。圖2-974LS164管腳及封裝圖2.5溫度檢測(cè)儀器測(cè)量溫度的檢測(cè)儀器一般是傳感器。經(jīng)常用的傳感器有熱電偶、PN結(jié)測(cè)溫、熱電阻等。一般選擇熱電偶傳感器和熱電阻傳感器。2.5.1熱電阻溫度傳感器熱電阻溫度傳感器是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的原理進(jìn)行測(cè)溫的一種傳感器溫度計(jì)。在目前較為廣泛應(yīng)用的熱電阻材料有鉑、銅等。鉑的使用范圍一般是-200~+850℃，銅的使用范圍一般是-50~150。我這次設(shè)計(jì)的是0~800，所以選用鉑作為的熱敏電阻傳感器。鉑熱電阻有Pt100，Pt250，Pt1000等。對(duì)應(yīng)于本次設(shè)計(jì)的要求，選擇Pt100作為熱電阻傳感器比較合適。Pt100溫度傳感器的主要技術(shù)參數(shù)如下：測(cè)量范圍：-200℃～+850℃；允許偏差值△℃：A級(jí)±（0.15＋0.002│t│），B級(jí)±（0.30＋0.005│t│）；熱響應(yīng)時(shí)間<30s；最小置入深度：熱電阻的最小置入深度≥200mm；允通電流≤5mA。Pt100是在0攝氏度的時(shí)其阻值為100歐姆，它的阻值會(huì)隨著溫度上升而成勻速增長(zhǎng)的。熱電阻的阻值變化Rt=R0(1+A*t+B*t*t)（2-1）Rt=R0[1+A*t+B*t*t+C(t-100)*t*t*t]（2-2）t表示攝氏溫度，R0是零攝氏度時(shí)的電阻值，A、B、C都是規(guī)定的系數(shù)，對(duì)于Pt100,R0就等于100?。Pt100溫度傳感器還具有抗振動(dòng)、穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高、耐高壓等優(yōu)點(diǎn)。所以這次設(shè)計(jì)可以選用Pt100。熱電阻是把溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻值變化的一種元件，通常需要把電阻信號(hào)通過(guò)引線(xiàn)傳遞到計(jì)算機(jī)控制裝置或者其它一次儀表上。工業(yè)用熱電阻安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，與控制室之間存在一定的距離，因此熱電阻的引線(xiàn)對(duì)測(cè)量結(jié)果會(huì)有較大的影響。目前熱電阻的引線(xiàn)主要有三種方式：二線(xiàn)制：在熱電阻的兩端各連接一根導(dǎo)線(xiàn)來(lái)引出電阻信號(hào)的方式叫二線(xiàn)制，這種引線(xiàn)方法很簡(jiǎn)單，但由于連接導(dǎo)線(xiàn)必然存在引線(xiàn)電阻r，r大小與導(dǎo)線(xiàn)的材質(zhì)和長(zhǎng)度的因素有關(guān)，因此這種引線(xiàn)方式只適用于測(cè)量精度較低的場(chǎng)合；三線(xiàn)制：在熱電阻的根部的一端連接一根引線(xiàn)，另一端連接兩根引線(xiàn)的方式稱(chēng)為三線(xiàn)制，這種方式通常與電橋配套使用，可以較好的消除引線(xiàn)電阻的影響，是工業(yè)過(guò)程控制中的最常用的；四線(xiàn)制：在熱電阻的根部?jī)啥烁鬟B接兩根導(dǎo)線(xiàn)的方式稱(chēng)為四線(xiàn)制，其中兩根引線(xiàn)為熱電阻提供恒定電流I，把R轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)U，再通過(guò)另兩根引線(xiàn)把U引至二次儀表?？梢?jiàn)這種引線(xiàn)方式可完全消除引線(xiàn)的電阻影響，主要用于高精度的溫度檢測(cè)。這次設(shè)計(jì)熱電阻采用三線(xiàn)制接法。采用三線(xiàn)制是為了消除連接導(dǎo)線(xiàn)電阻引起的測(cè)量誤差。這是因?yàn)闇y(cè)量熱電阻的電路一般是不平衡電橋。熱電阻作為電橋的一個(gè)橋臂電阻，其連接導(dǎo)線(xiàn)也成為橋臂電阻的一部分，這一部分電阻是未知的且隨環(huán)境溫度變化，造成測(cè)量誤差。采用三線(xiàn)制，將導(dǎo)線(xiàn)一根接到電橋的電源端，其余兩根分別接到熱電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上，這樣消除了導(dǎo)線(xiàn)線(xiàn)路電阻帶來(lái)的測(cè)量誤差。2.5.2熱電偶傳感器熱電偶是將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)閉合回路，如圖2-10所示。當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個(gè)執(zhí)著點(diǎn)1和2之間存在溫差時(shí)，兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),因而在回路中形成一個(gè)大小的電流,其兩一端溫度為T(mén)1，稱(chēng)為工作端或熱端，另一端溫度為T(mén)0，稱(chēng)為自由端(也稱(chēng)參考端)或冷端。圖2-10熱電偶原理圖熱電偶冷端的溫度補(bǔ)償是由于溫度傳感器熱電偶的材料一般都比較貴重（特別是采用貴金屬時(shí)），而測(cè)溫點(diǎn)到儀表的距離都很遠(yuǎn)，為了節(jié)省熱電偶材料，降低成本，通常采用補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)把溫度傳感器熱電偶的冷端（自由端）延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內(nèi)，連接到儀表端子上。必須指出，溫度傳感器熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)的作用只起延伸熱電極，使溫度傳感器熱電偶的冷端移動(dòng)到控制室的儀表端子上，它本身并不能消除冷端溫度變化對(duì)測(cè)溫的影響，不起補(bǔ)償作用。因此，還需采用其他修正方法來(lái)補(bǔ)償冷端溫度T0≠0℃時(shí)對(duì)測(cè)溫的影響。在使用溫度傳感器熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)時(shí)必須注意型號(hào)相配，極性不能接錯(cuò)，補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)與溫度傳感器熱電偶連接端的溫度不能超過(guò)100℃。熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測(cè)元件之一。其優(yōu)點(diǎn)有：

一：測(cè)量精度高，因溫度傳感器熱電偶直接與被測(cè)對(duì)象接觸，不受中間介質(zhì)的影響；二：測(cè)量范圍廣。常用的溫度傳感器熱電偶從-50~+1600℃均可邊續(xù)測(cè)量，某些特殊溫度傳感器熱電偶最低可測(cè)到-269℃（如金鐵鎳鉻），最高可達(dá)+2800℃（如鎢-錸）；三：構(gòu)造簡(jiǎn)單，使用方便。溫度傳感器熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開(kāi)頭的限制，外有保護(hù)套管，用起來(lái)非常方便。因此設(shè)計(jì)也可以用熱電偶傳感器作為溫度檢測(cè)系統(tǒng)。熱電偶具有測(cè)溫范圍廣、測(cè)量精度高、便于遠(yuǎn)距離、多點(diǎn)、集中檢測(cè)和自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)。但是其自由端需要溫度補(bǔ)償，而且在低溫常溫段其測(cè)量精度較低等缺點(diǎn)。鉑電阻的測(cè)量精度高，一般都是以鉑電阻作為標(biāo)準(zhǔn)溫度測(cè)量元件。標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻可以用一種嚴(yán)密、合理的方程來(lái)描述其電阻值與溫度的關(guān)系。鉑電阻的線(xiàn)性較好，只是在接近其范圍極限時(shí)呈非線(xiàn)性。所以設(shè)計(jì)中此兩種傳感器都可以用。-第三章硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)的外圍電路3.1.1復(fù)位電路單片機(jī)的RST復(fù)位輸入，當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。復(fù)位有按鍵復(fù)位和高電平復(fù)位，高電平復(fù)位是通過(guò)復(fù)位端經(jīng)電容（10~22uF）與+5V電源連接，電容C的電壓比較小，RST就為高電平。在電容C充電期間，RST引腳電位會(huì)逐漸減小，當(dāng)RST的電位小于一定值時(shí)，CPU就會(huì)脫離復(fù)位。只要能保證RST的高電平持續(xù)時(shí)間大于2個(gè)機(jī)器周期就可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位。其高電平復(fù)位電路圖如3-1（b）所示。按鍵復(fù)位是用電容C與電阻放電。RST的電位由R與單片機(jī)的內(nèi)部電阻的分壓決定的。按鍵復(fù)位電路如圖3-1（a）所示。 按鍵復(fù)位電路（b）高電平復(fù)位電路圖3-1復(fù)位電路3.1.2時(shí)鐘電路因?yàn)閱纹瑱C(jī)內(nèi)部帶有時(shí)鐘電路，只需要在片外通過(guò)XTAL1、XTAL2引腳接入定時(shí)控制單元（晶體振蕩和電容），即可構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。振蕩器的工作頻率一般在1.2~12MHz之間，當(dāng)然在一般情況下頻率越快越好，既要保證程序運(yùn)行速度也要保證控制的實(shí)時(shí)性。一般是采用石英晶振作定時(shí)外部時(shí)鐘源，在不需要高精度參考時(shí)鐘時(shí)也可以考慮用電感代替晶振，有時(shí)也可以用引入外部時(shí)鐘的脈沖信號(hào)。由內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生或由外直接輸入的送至內(nèi)部控制邏輯單元的時(shí)鐘信號(hào)的周期稱(chēng)為時(shí)鐘周期，其大小是時(shí)鐘信號(hào)頻率的倒數(shù)，時(shí)鐘信號(hào)頻率常用fosc表示。AT89C52的時(shí)鐘頻率為12MHz，即fosc=12MHz，則時(shí)鐘周期為1/12μS。接在晶振上的電容雖然沒(méi)有嚴(yán)格要求，但電容的大小會(huì)影響振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。因此，一般選擇在33pF左右，在此次設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路時(shí)，電容選用（30pF）。并且它們應(yīng)盡可能靠近芯片，以減小分布電容，保證振蕩器振蕩的穩(wěn)定性。如圖3-2所示圖3-2外部振蕩電路3.2外加的電路檢測(cè)溫度，用放大器與恒流源少誤差。用按鍵來(lái)控制需求的溫度，用數(shù)碼管來(lái)顯示檢測(cè)的溫度和設(shè)定的溫度。用警燈警示出現(xiàn)了問(wèn)題。放大器與濾波器的選擇是需要根據(jù)不同的要求選擇不同的。OP07的連線(xiàn)圖如圖3-3所示。OP07放大器放大倍數(shù)是根據(jù)。本設(shè)計(jì)恒流源是2.5v.測(cè)輸入的電壓是0到2.5V。如果需要到的測(cè)量電壓大于2.5V。則Rx為放大的倍數(shù)，如下公式3-1。（3-1） 圖3-3OP07連線(xiàn)圖 圖3-42.5V恒流源2.5V的恒流源使用TL431與電阻組成，如圖3-4所示。TL431可以是從2.5V到36V?？梢宰龀啥喾N恒流源如圖3-5所示。只要R3滿(mǎn)足如下公式3-2所示。（3-2）Vout為輸出的恒流源電壓，Vout是有R1和R2的電阻決定的。如下公式3-3所示。所以要2.5V的恒流源電壓就使R1=0，R2=1，則R2可以忽略。如上圖3-4所示。（3-3） 圖3-5恒流源 圖3-6ICL7135時(shí)序圖3.3ICL7135的引腳連線(xiàn)ICL7135是4位半的雙積分A/D轉(zhuǎn)換芯片，它可以轉(zhuǎn)換輸出±20000個(gè)數(shù)字量，由STB的選通來(lái)控制的BCD碼輸出，與微機(jī)接口十分方便。ICL7135具有高精度（14位A/D轉(zhuǎn)換），價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)。其轉(zhuǎn)換速度與時(shí)鐘頻率相關(guān)，每個(gè)轉(zhuǎn)換周期均有：自校準(zhǔn)（即調(diào)零），正向積分（被測(cè)模擬電壓積分），反向積分（基準(zhǔn)電壓積分）和過(guò)零檢測(cè)的四個(gè)階段組成，其中自校準(zhǔn)的時(shí)間為10001個(gè)脈沖，正向積分的時(shí)間為10000個(gè)脈沖，反向積分則是直至電壓到零時(shí)為止（最大不超過(guò)20001個(gè)脈沖）。故可以采用從正向積分開(kāi)始計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)，到反向積分為零時(shí)就停止計(jì)數(shù)。將計(jì)數(shù)的脈沖個(gè)數(shù)減10000，就得到對(duì)應(yīng)的模擬量。如圖3-6所示給出了ICL7135時(shí)序圖，由此圖可見(jiàn)，當(dāng)BUSY變高時(shí)就開(kāi)始正向積分，等到反向積分為零時(shí)BUSY變低，所以BUSY可以用于控制計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)和停止。電路如圖3-7所示是ICL7135的REF引腳的外圍電路圖。REF是參考電壓的輸入端。ACOM是模擬接地端，一般也是直接接地。參考電壓的選擇一般是按照輸入的電壓Vin比上基準(zhǔn)電壓Vref再乘以10000。這里的基準(zhǔn)電壓是1V。即參考電壓V如下公式3-4所示。（3-4）Vin即是熱敏電阻端輸入的電壓。為以防TL431自激燒壞電路，所以加入電容。在這個(gè)設(shè)計(jì)中加的是100n。ICL7135的BUF腳是緩沖放大器輸出端，典型外接積分電阻。INTO是積分器輸出端，典型外接積分電容。AZIN是自校零。如圖3-8所示是積分電路。積分電阻Rint的數(shù)值由輸入電壓Vin和積分放大器的輸出電流決定。積分放大器能忽略非線(xiàn)性度的提供I=20uA的電流。所以Rint=Vin/I。因?yàn)閂in最大為2.5V。Rint=125K?。積分電容應(yīng)該是最大的電壓比上積分電阻，這樣可使得積分放大器的輸出飽和不會(huì)太接近電源電壓。Cint=（1000*時(shí)鐘周期*20uA）/積分輸出電壓擺幅。一般標(biāo)準(zhǔn)的都用0.47uF。 圖3-7REF的外圍電路 圖3-8積分電路3.4.1ICL7135與單片機(jī)連線(xiàn)在ICL7135與單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行連接時(shí)，有兩種方法：一是并行采集方式：二是串聯(lián)采集方式。如果使用ICL7135的并行采集方式，有兩種接線(xiàn)的方法：一種是9線(xiàn)連接，還有一種是6線(xiàn)連接。如圖3.9所示是9線(xiàn)連接，ICL7135的D1~D5和Bl、B2、B4、B8、POL分別與單片機(jī)的P1.0～P1.4和P3.4、P3.5、P3.6、P3.7、P1.5相連。其中的POL端在雙極性時(shí)與P1.5相連，在單極性時(shí)，可不接。OVER端和UNDER端是在有過(guò)量程和欠量程情況下可接入單片機(jī)，其余情況可不接。R/H始終懸空或接高電平，則ICL7135按自動(dòng)轉(zhuǎn)換方式工作，若要控制轉(zhuǎn)換，可以將R/H端接入單片機(jī)一個(gè)I/O口加以控制。使得ICL7135轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)輸出可采用軟件編程的查詢(xún)法：先對(duì)萬(wàn)位（D5）、欠電壓UNDER）、過(guò)量程（OVER）、信號(hào)極性（POL）分別進(jìn)行處理（正、負(fù)極性符號(hào)位單獨(dú)存放，可使后面程序應(yīng)用BCD碼時(shí)更方便）。然后通過(guò)查詢(xún)等待依次將千位、百位、十位、個(gè)位的轉(zhuǎn)換結(jié)果存入RAM中[10]。因?yàn)閱纹瑱C(jī)的I/O接口有限，為使外設(shè)接線(xiàn)方便，可采用6線(xiàn)連接。六線(xiàn)連接如圖3-10所示。這樣連接可以使用的軟件編程方法為中斷查詢(xún)法。這種電路的硬件連接和軟件編程既可以節(jié)約單片機(jī)的I/O端口，又可以避免中斷過(guò)程中由于干擾使得某一次行未輸出低電平，而造成的數(shù)據(jù)順序的混亂和錯(cuò)誤，從而避免了讀數(shù)的錯(cuò)誤。 圖3-9九線(xiàn)連接 圖3-10六線(xiàn)連接還可以采用串行連接。ICL7135的串行接法是通過(guò)計(jì)脈沖數(shù)的方法來(lái)獲得測(cè)量轉(zhuǎn)換結(jié)果的。如果采用與單片機(jī)的串行連接，可以通過(guò)單片機(jī)的定時(shí)器來(lái)計(jì)脈沖數(shù)。由于，定時(shí)器所用的CLK頻率是系統(tǒng)晶振頻率的1/12。因此可利用AT89C52單片機(jī)的ALE信號(hào)作為ICL7135的脈沖（CLK）輸入。但要注意，在軟件設(shè)計(jì)編程中，若指令中不出現(xiàn)MOVX指令，ALE端產(chǎn)生的脈沖頻率是晶振的1/6。因此，便可找到定時(shí)器所使用的頻率與單片機(jī)晶振頻率的關(guān)系，及單片機(jī)系統(tǒng)晶振頻率與ICL7135所需的頻率輸入的關(guān)系。為了使定時(shí)器的計(jì)數(shù)脈沖和ICL7135工作所需的脈沖同步，將ICL7135的BUSY信號(hào)接至AT89C52的P3.2（INT0）引腳上，并且將定時(shí)器的選通控制信號(hào)GATE位置1。此時(shí)定時(shí)器是否工作將受BUSY信號(hào)的控制。當(dāng)ICL7135開(kāi)始工作時(shí)，即在積分波形開(kāi)始時(shí)，也就是ICL7135的BUSY信號(hào)跳高時(shí)，定時(shí)器才開(kāi)始工作，且定時(shí)器的TH、TL所記錄的數(shù)據(jù)與ICL7135的測(cè)量脈沖（從積分波形開(kāi)始到反積分波形結(jié)束這一區(qū)域內(nèi)的脈沖稱(chēng)為測(cè)量脈沖）存在一定的比例關(guān)系。定時(shí)器所記錄的數(shù)據(jù)和測(cè)量脈沖之間的某種比例關(guān)系。其比例關(guān)系如下公式所示：（3-5）（3-6）（3-7）（3-8）其中，F(xiàn)osc為系統(tǒng)晶振的的頻率；Ftime為定時(shí)器所用頻率；Fale為單片機(jī)ALE輸出的頻率；Freal為ICL7135的測(cè)量脈沖頻率；Ficl為ICL7135所用的輸入頻率，該頻率可通過(guò)Fale分頻得到。N為分頻比，該系統(tǒng)中N應(yīng)選為4。串行連接如圖3-11所示。因?yàn)?，F(xiàn)icl=125kHz，對(duì)50Hz工頻干擾有較大抑制能力，此時(shí)轉(zhuǎn)換速度為3次/s。由上面的公式比率關(guān)系可知，AT98C52的定時(shí)器所用的頻率是ICL7135的測(cè)量脈沖頻率的兩倍。因此，定時(shí)器所記錄的脈沖數(shù)也是ICL7135的測(cè)量脈沖的兩倍。分頻數(shù)可根據(jù)ICL7135的要求和單片機(jī)的時(shí)鐘頻率來(lái)選擇。在這里使用四分頻，還可使定時(shí)器在對(duì)測(cè)量脈沖計(jì)數(shù)時(shí)不會(huì)溢出。若使用4以上的分頻數(shù)，則需在軟件上作一下改進(jìn)。要得到測(cè)量脈沖的個(gè)數(shù)，只需將定時(shí)器所記錄的脈沖個(gè)數(shù)除以2即可。而要得到A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果所對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)則應(yīng)用測(cè)量脈沖的個(gè)數(shù)減去10001。這些轉(zhuǎn)換通?？赏ㄟ^(guò)軟件完成，因此非常簡(jiǎn)單。通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果所對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)可得到被測(cè)的模擬量。通過(guò)對(duì)串行方式的討論可以看出：其優(yōu)點(diǎn)是能節(jié)省系統(tǒng)的硬件資源與占用口線(xiàn)少，不用添加任何擴(kuò)展口線(xiàn)器件，且提高系統(tǒng)的抗干擾能力，從而使系統(tǒng)的成本得到降低。但是這次設(shè)計(jì)用的是C語(yǔ)言，不能要到MOVX與MOVC，所以單片機(jī)的ALE不能產(chǎn)生1MHZ的頻率。因此只能采用軟件編程生成頻率輸出。圖3-11串行連接圖3.5數(shù)碼管的顯示顯示器有數(shù)碼顯示管和液晶顯示器。由于這次設(shè)計(jì)的是個(gè)簡(jiǎn)單，且體積小的恒溫箱。所以選用數(shù)碼顯示管。LED數(shù)碼管8只發(fā)光二極管，分別記作a、b、c、d、e、f、g、dp，其中dp為小數(shù)點(diǎn)。如圖3-12（a），（b）所示。每一個(gè)二極管有一根電極引到外部引腳上的，而另外一只引腳就鏈接在一起同樣也引到外部。擴(kuò)展顯示器接口實(shí)質(zhì)上是輸出口的擴(kuò)展，要實(shí)現(xiàn)恒溫箱的5位LED顯示管的控制，需要擴(kuò)充1個(gè)8位輸出口，用來(lái)輸出8位段碼，這里用74LS164來(lái)做驅(qū)動(dòng)器輸出8為段碼。直接用單片機(jī)來(lái)輸出位碼。段碼決定每個(gè)數(shù)碼管上的哪幾個(gè)短橫點(diǎn)亮，且段碼輸出到每位數(shù)碼管上都是相同的，要哪個(gè)數(shù)碼管亮，必須使該位數(shù)碼管的相應(yīng)的位碼導(dǎo)通，而位碼可控制段一個(gè)數(shù)碼管的8個(gè)二極管的通斷。LED數(shù)碼管分共陽(yáng)極與共陰極兩種，共陽(yáng)極是數(shù)碼管里面的發(fā)光二極管的陽(yáng)極接在一起作為公共引腳，在正常使用時(shí)此引腳接電原正極。則發(fā)光二極管的陰極接低電平時(shí)。如圖3-13所示是共陰極是數(shù)碼管里面的發(fā)光二極管的陽(yáng)極接在一起作為公共引腳，在正常使用時(shí)此引腳接電原負(fù)極。則發(fā)光二極管的陰極接高電平時(shí)。如圖3-14所示。 （a）數(shù)碼管內(nèi)結(jié)構(gòu)圖 （b）數(shù)碼管外框圖圖3-12數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖 圖3-13共陽(yáng)極 圖3-14共陰極這次設(shè)計(jì)采樣了是共陰極的數(shù)碼管。外接電阻如圖3-15所示。圖3-15共陰極的接線(xiàn)圖3.6恒溫箱硬件電路的設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的硬件器件上面已經(jīng)介紹了。用TL431穩(wěn)壓管組成2.5V的恒流源接到溫度檢測(cè)的熱電阻。熱電阻由于溫度的變化使電阻也發(fā)生不同變化，則電流也產(chǎn)生變化。電流在經(jīng)過(guò)OP07放大器放大。放大后流過(guò)電阻和電容的濾波進(jìn)入ICL7135的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。ICL7135由時(shí)鐘頻率計(jì)算脈沖數(shù)，ICL7135由Busy起止輸出脈沖給單片機(jī)。單片機(jī)收到的脈沖即為這個(gè)輸入數(shù)的二進(jìn)制，單片機(jī)在把數(shù)據(jù)輸出給74LS164傳達(dá)給數(shù)碼顯示管。按鍵控制的連線(xiàn)是按鍵key1~key4分別接在單片機(jī)的P2.0~P2.3。按鍵的作用是按下key1后，表示要設(shè)定需要的溫度。在按下key2是對(duì)第小數(shù)位的設(shè)定數(shù)。按key3是加1，按key4是減1。再按下key2鍵是向高位移一位（即是到了個(gè)位），在設(shè)定值。按第三次key2是到第十位設(shè)定。第四次按key2鍵是百位設(shè)定。在按下key2是對(duì)溫度設(shè)定的正負(fù)號(hào)。剛開(kāi)始設(shè)定的是正號(hào)，按key3的次數(shù)為單數(shù)則為正號(hào)，是雙數(shù)為負(fù)號(hào)。按第五次key2鍵數(shù)顯示出設(shè)定的溫度。此后再按key2鍵就此循環(huán)。設(shè)定好了溫度后就按key1鍵。再把設(shè)定好的溫度給單片機(jī)。單片機(jī)會(huì)把檢測(cè)到的溫度跟設(shè)定的溫度對(duì)比。如果檢測(cè)到的溫度高于設(shè)定的溫度，就把繼電器斷開(kāi)。如果檢測(cè)到的溫度高于設(shè)定的溫度就會(huì)繼電器連接，電熱絲就會(huì)加熱。然后恒溫箱的溫度就會(huì)在設(shè)定值上下波動(dòng)。所以繼電器也需要接在單片機(jī)上，并且繼電器還要接電熱絲。用單片機(jī)的P2.6來(lái)接繼電器。當(dāng)然還設(shè)置了報(bào)警燈了，單片機(jī)的P2.4接LED1，P2.5接LED2。如果恒溫箱的溫度低于設(shè)定的溫度值20℃，則LED1亮。如果恒溫箱的溫度高過(guò)20 （a）AT89C52接線(xiàn)（b）ICL7135接線(xiàn)設(shè)計(jì)（c）數(shù)碼顯示設(shè)計(jì)（d）繼電器與警示燈的設(shè)計(jì)圖3-16硬件設(shè)計(jì)軟件的設(shè)計(jì)4.1按鍵程序設(shè)計(jì)這次設(shè)計(jì)用的是C語(yǔ)言編寫(xiě)的程序。C語(yǔ)言的可移植姓強(qiáng)，已成為世界上最廣泛幾種計(jì)算機(jī)的語(yǔ)言之一。因?yàn)橛肒eil軟件，所以與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。用C語(yǔ)言編寫(xiě)恒溫箱的智能控制程序如下。如圖4-1是按鍵設(shè)定需要的溫度。按鍵的作用是按下key1后，表示要設(shè)定需要的溫度。在按下key2是對(duì)第小數(shù)位的設(shè)定數(shù)。按key3是加1，按key4是減1。再按下key2鍵是向高位移一位（即是到了個(gè)位），在設(shè)定值。按第三次key2是到第十位設(shè)定。第四次按key2鍵是百位設(shè)定。在按下key2是對(duì)溫度設(shè)定的正負(fù)號(hào)。剛開(kāi)始設(shè)定的是正號(hào)，按key3的次數(shù)為單數(shù)則為正號(hào)，是雙數(shù)為負(fù)號(hào)。按第五次key2鍵數(shù)顯示出設(shè)定的溫度。此后再按key2鍵就此循環(huán)。顯示定的溫度顯示定的溫度且key2=0數(shù)碼燈向右移一位最右的數(shù)管燈亮按key1Y按key4

按key3YY顯示字減1顯示字加1按key2!=6N開(kāi)始Y按鍵判斷按key2圖4-1按鍵設(shè)定溫度其軟件程序用C語(yǔ)言寫(xiě)如下：/*按鍵控制*/ voidkey（） {while（key1==0）{ //key1鍵是開(kāi)始輸入需要的溫度Delay（20）;while（key2==0） //key2鍵是數(shù)碼管顯示移動(dòng)的按鈕 {j=0; w++; P1=weima[w]; SBUF=DSY_CODE[0]; //輸入數(shù)據(jù)時(shí)，開(kāi)始為0； Delay（5）; while（!key2）; if（w==6）w=0;//按六次key2后,在按就循環(huán) }if（key3==0&j!=9）//key3鍵是向上按鈕 { j++; if（w==4） SBUF=fuhao[j%2]; //選擇正負(fù)號(hào) elseSBUF=DSY_CODE[j]; while（!key3）;}if（key4==0&j!=0）//key4鍵是向下按鈕 {j--; SBUF=DSY_CODE[j]; while（!key4）;}//用來(lái)顯示輸入的數(shù)據(jù)/***************顯示設(shè)定的溫度************************/ switch（w） { case0:xinshi[0]=DSY_CODE[j];jdq[0]=shuzi[j];break; case1:xinshi[1]=DSY_CODE[j];jdq[1]=shuzi[j];break; case2:xinshi[2]=DSY_CODE[j];jdq[2]=shuzi[j];break; case3:xinshi[3]=DSY_CODE[j];jdq[3]=shuzi[j];break; case4:xinshi[4]=fuhao[j%2];break;case5:P1=0x7f;SBUF=xinshi[0];Delay（5）;P1=0xbf;SBUF=xinshi[1]|0x80;Delay（5）;P1=0xdf;SBUF=xinshi[2];Delay（5）;P1=0xef;SBUF=xinshi[3];Delay（5）;P1=0xf7;SBUF=xinshi[4];Delay（5）; break; } } }4.2數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)4.1節(jié)所示程序是子程序，使用按鍵設(shè)定需要的溫度，則檢測(cè)溫度及顯示溫度，還需要采集，顯示的軟件程序。如下是數(shù)據(jù)采集程序：voidADC_7135（）interruPt0{SData1=TH0;SData0=TL0; TL0=0x00; TH0=0x00;}在顯示的程序里加上下面的語(yǔ)句就是采集數(shù)據(jù)了。temp=SData1*256+SData0;V=（temp-10001）/20-200;//顯示0到800度得范圍運(yùn)用定時(shí)器計(jì)時(shí)，再把計(jì)入的時(shí)鐘脈沖給單片機(jī)，有單片機(jī)在處理顯示。數(shù)碼管顯示程序如下：/*****************顯示數(shù)據(jù)*****************/ P1=0xef; SBUF=DSY_CODE[V%1000/100];//顯示百位 Delay（5）; P1=0xdf; SBUF=DSY_CODE[V%100/10]; //顯示十位 Delay（5）; P1=0xbf; SBUF=DSY_CODE[V%10]|0x80;//顯示個(gè)位 Delay（5）; P1=0x7f; SBUF=DSY_CODE[V%1]; //到0.1的精度 Delay（5）;/****************警示燈的設(shè)置****************************/ h=requit-V; if（h<10） led1=1; elseled1=0; if（h>-10） led2=1; elseled2=0; }4.3主程序設(shè)計(jì)主程序流程圖如圖4-2所示。如果警示燈亮了則停止運(yùn)行。NNN電熱絲加熱t(yī)高于dKey1斷開(kāi)Y顯示溫度d開(kāi)始初始化檢測(cè)溫度數(shù)據(jù)采集Key1接通Nt>d+20輸入設(shè)定溫度tNLED2燈亮Y電熱絲斷開(kāi)d>t+20YYLED1燈亮結(jié)束結(jié)束圖4-2主程序流程圖第五章系統(tǒng)測(cè)試5.1硬件測(cè)試與KeilProteusISIS是英國(guó)Labenter公司開(kāi)發(fā)的實(shí)物仿真與電路分析軟件。它可以運(yùn)行于Window操作系統(tǒng)上，可以仿真各種模擬器件。Proteus軟件是一款強(qiáng)大的單片機(jī)仿真軟件。這次設(shè)計(jì)就用ProteusISIS7.7來(lái)仿真恒溫箱的硬件。如-5.1所示。圖5-1硬件仿真圖KeilSoftware公司生產(chǎn)的為51系列兼容單片用機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)，Keil提供了宏匯編、連接器、C語(yǔ)言編譯器、一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器和庫(kù)管理等在內(nèi)的完整開(kāi)發(fā)方案，它是通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（uVision）將這些功能組合在一起。運(yùn)行Keil軟件可以在WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。5.2Keil與Protuse連接為使硬件與軟件結(jié)合一起仿真檢測(cè)恒溫箱的設(shè)計(jì)效果。為使Keil與Proteus連接在一起仿真，開(kāi)始時(shí)必須在Proteus的安裝目錄下將VDM51.dll文件復(fù)制到Keil安裝的目錄/C51/BIN中然后在修改Keil安裝目錄下的TOOLS.INI文件。用記事本打開(kāi)Keil目錄下的TOOLS.INI文件，在[C51]欄目中加入TDRV9=BIN/VDM51.DLL（"ProteusVSMMonitor-51Driver"），其中“TDRV9”中的“9”要根據(jù)實(shí)際情況寫(xiě)，不能和原來(lái)的TOOLS.INI文件中的數(shù)重復(fù)。再打開(kāi)Proteus軟件，畫(huà)出相應(yīng)的電路原理圖。之后在Proteus中的debug菜單選中useremotedebugmonitor。在Keil中編寫(xiě)你的的程序。在進(jìn)入Keil的project菜單中的oPtionfortarget'工程名'。在debug選項(xiàng)中右欄上部的下拉菜選中ProteusVSMMonitor-51Driver。之后進(jìn)入seting，同臺(tái)機(jī)IP名為，端口號(hào)一定為8000。Proteus要加載入相應(yīng)的電路和hex文件時(shí)，鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊菜單"debug"，選中"useromotedebugermonitor"j即可。要比較注意的是：一定要把Keil的運(yùn)行工程和Proteus的文件放到同一個(gè)目錄下（這里所指的是Keil的工程即工程的目錄）。做好后就可以開(kāi)始調(diào)試了，Keil每調(diào)試一次，Proteus就會(huì)作出相應(yīng)的動(dòng)作.5.3仿真如圖5-2所示是熱敏電阻在檢測(cè)恒溫箱的溫度，在仿真時(shí)就用可變電阻代替。假設(shè)檢測(cè)到的是-50℃ 圖5-2熱敏電阻 圖5-3顯示-50℃我們?cè)O(shè)定的溫度是100℃。如圖5-4所示是用來(lái)設(shè)定溫度的開(kāi)關(guān)。如圖5-5所示是設(shè)定的溫度 圖5-4設(shè)定溫度的開(kāi)關(guān) 圖5-5設(shè)定溫度100因?yàn)樵O(shè)定的溫度比檢測(cè)的溫度低，所以繼電器加熱。如圖5-6所示檢測(cè)的溫度比設(shè)定的溫度小于20℃ 圖5-6電熱絲加熱 圖5-7LED1亮當(dāng)加熱后溫度高于100后如圖5.8所示。繼電器就會(huì)斷開(kāi)。燈也全滅了。如圖5.9所示。圖5-8達(dá)到設(shè)定的溫度圖5-9繼電器和燈滅總結(jié)經(jīng)過(guò)這幾個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多的東西，也發(fā)現(xiàn)了很多的問(wèn)題。我的畢業(yè)設(shè)計(jì)雖說(shuō)不是很難，但對(duì)我還是有一定的挑戰(zhàn)性的。剛開(kāi)始我連一些單片機(jī)的引腳的功能都不是很了解。我以前也不知道對(duì)著設(shè)計(jì)的一個(gè)產(chǎn)品，不僅要考慮其做出的精度與功能，還更要考慮它的成本問(wèn)題?，F(xiàn)在我不僅對(duì)AT89C52的單片機(jī)熟悉了，還明白了模數(shù)轉(zhuǎn)換的知識(shí)。也了解了C語(yǔ)言的博大精深與妙用。更深的明白了單片機(jī)在生活與社會(huì)中的應(yīng)用。還知道了設(shè)計(jì)產(chǎn)品的成本與價(jià)值的問(wèn)題。在做設(shè)計(jì)時(shí)最大的感慨大概也就是為什么我知道的專(zhuān)業(yè)知識(shí)這么少了。有時(shí)候一個(gè)很簡(jiǎn)單的問(wèn)題也需要想很久，有時(shí)候明明知道是學(xué)過(guò)的知識(shí)就是應(yīng)用不起來(lái)。我知道這都是對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的不精。對(duì)此，我還要很感謝指導(dǎo)老師梁老師，我不懂的問(wèn)題總是找他求解。他總是耐心的給我講解和找資料給我。讓我也能很快的明白過(guò)來(lái)。我開(kāi)始本想做實(shí)物的，可是因?yàn)闀r(shí)間不足，更應(yīng)該說(shuō)是因?yàn)槲业暮芏嘀R(shí)不夠，不能在這個(gè)時(shí)間里做出來(lái)，只能用仿真來(lái)看看效果。這次設(shè)計(jì)我知道了要想做出好的東西就應(yīng)該打開(kāi)知識(shí)面，不要只看著書(shū)本上的知識(shí)。書(shū)本的知識(shí)故然重要，但還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠做成一個(gè)低成本，高功效，高精度的成品。只有在實(shí)踐中才能找到進(jìn)步，我也明白了只有自己動(dòng)手才能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題。真正的學(xué)到東西。于這次設(shè)計(jì)也激發(fā)了我更想學(xué)習(xí)的動(dòng)力。附錄附錄一硬件設(shè)計(jì)附錄二軟件設(shè)計(jì)#include<reg52.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintDSY_CODE[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x40};intV,j,w,t,flag,s;intSData0,SData1;int requit;ucharweima[]={0x7f,0xbf,0xdf,0xef,0xf7,0x7f,0x7f};sbitbusy=P3^2;sbit clk=P3^4;sbitkey1=P2^0;sbitkey2=P2^1;sbitkey3=P2^2;sbitkey4=P2^3;sbitrelay=P2^6;sbitled1=P2^4;sbitled2=P2^5;ucharxinshi[]={0,0,0,0,0};ucharfuhao[]={0x00,0x40};uintshuzi[]={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9};uintjdq[]={0,0,0,0};voidDelay（uintms） //延時(shí){ ucharm; while（ms--） for（m=0;m<120;m++）;}/*初始化定時(shí)中斷*/voidInitadc（）{TMOD=0x0d; TH0=0x00; TL0=0x00; TR0=1; ET0=1; EX0=1; EA=1; IT0=1;} /*數(shù)碼管顯示*/voiddisplay（） { inth;inttemp; temp=SData1*256+SData0; V=（temp-10001）/20-200;//顯示0到800度得范圍 if（V>0）{ P1=0xf0; SBUF=0x46; //正負(fù)判斷 } else{ P1=0xf0; SBUF=0x40; Delay（5）; V=50-V; } P1=0xef; SBUF=DSY_CODE[V%1000/100]; Delay（5）; P1=0xdf; SBUF=DSY_CODE[V%100/10]; Delay（5）; P1=0xbf; SBUF=DSY_CODE[V%10]|0x80; Delay（5）; P1=0x7f; SBUF=DSY_CODE[V%1]; //到0.1的精度 Delay（5）; h=requit-V; if（h<20） led1=1; elseled1=0; if（h>-20） led2=1; elseled2=0; }/*按鍵控制*/ voidkey（）{ while（key1==0）{ //key1鍵是開(kāi)始輸入需要的溫度Delay（20）; while（key2==0） //key2鍵是左右移動(dòng)的按鈕 {j=0; w++; P1=weima[w]; SBUF=DSY_CODE[0]; //輸