畢業(yè)論文基于MCS51單片機的溫度檢測系統(tǒng)的設(shè)計

1、1 緒論當(dāng)今世界，隨著科技的發(fā)展，社會的進步，用軟件來控制硬件的產(chǎn)品也如雨后春筍般的出現(xiàn)，其中，單片機的應(yīng)用最為顯著，在開始進入主題之前，我們先來了解一下單片機的有關(guān)信息。1.1 單片機簡介 單片機的概念單片機也被稱為微控制器（Microcontroler），它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件單片機的特點。 單片機的特點單片機主要有如下特點：a）有優(yōu)異的性能價格比。b）集成度高、體積小、有很高的可靠性。單片機把各功能部件集成在一塊芯片上，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了

2、各芯片之間的連線，大大提高了單片機的可靠性與抗干擾能力。另外，其體積小，對于強磁場環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合在惡劣環(huán)境下工作。c）控制功能強。為了滿足工業(yè)控制的要求，一般單片機的指令系統(tǒng)中均有極豐富的轉(zhuǎn)移指令、I/O口的邏輯操作以及位處理功能。單片機的邏輯控制功能及運行速度均高于同一檔次的微機。d）低功耗、低電壓，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品。e）外部總線增加了I C（Inter-Integrated Circuit）及SPI（Serial Peripheral Interface）等串行總線方式，進一步縮小了體積，簡化了結(jié)構(gòu)。f）單片機的系統(tǒng)擴展和系統(tǒng)配置較典型、規(guī)范，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。 單

3、片機的應(yīng)用由于單片機具有顯著的優(yōu)點，它已成為科技領(lǐng)域的有力工具，人類生活的得力助手。它的應(yīng)用遍及各個領(lǐng)域，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：a) 單片機在智能儀表中的應(yīng)用單片機廣泛地用于各種儀器儀表，使儀器儀表智能化，并可以提高測量的自動化程度和精度，簡化儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，提高其性能價格比。b)單片機在機電一體化中的應(yīng)用機電一體化是機械工業(yè)發(fā)展的方向。機電一體化產(chǎn)品是指集成機械技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機技術(shù)于一體，具有智能化特征的機電產(chǎn)品，例如微機控制的車床、鉆床等。單片機作為產(chǎn)品中的控制器，能充分發(fā)揮它的體積小、可靠性高、功能強等優(yōu)點，可大大提高機器的自動化、智能化程度。c)單片機在實時控制

4、中的應(yīng)用單片機廣泛地用于各種實時控制系統(tǒng)中。例如，在工業(yè)測控、航空航天、尖端武器、機器人等各種實時控制系統(tǒng)中，都可以用單片機作為控制器。單片機的實時數(shù)據(jù)處理能力和控制功能，可使系統(tǒng)保持在最佳工作狀態(tài)，提高系統(tǒng)的工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量。d)單片機在分布式多機系統(tǒng)中的應(yīng)用在比較復(fù)雜的系統(tǒng)中，常采用分布式多機系統(tǒng)。多機系統(tǒng)一般由若干臺功能各異的單片機組成，各自完成特定的任務(wù)，它們通過串行通信相互聯(lián)系、協(xié)調(diào)工作。單片機在這種系統(tǒng)中往往作為一個終端機，安裝在系統(tǒng)的某些節(jié)點上，對現(xiàn)場信息進行實時的測量和控制。單片機的高可靠性和強抗干擾能力，使它可以置于惡劣環(huán)境的前端工作。e)單片機在人類生活中的應(yīng)用自從單片機

5、誕生以后，它就步入了人類生活，如洗衣機、電冰箱、電子玩具、收錄機等家用電器配上單片機后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人們喜愛。單片機將使人類生活更加方便、舒適、豐富多彩。   綜合所述，單片機已成為計算機發(fā)展和應(yīng)用的一個重要方面。另一方面，單片機應(yīng)用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計思想和設(shè)計方法。從前必需由模擬電路或數(shù)字電路實現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機通過軟件方法來實現(xiàn)了，這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。1.2 溫度檢測的發(fā)展過程在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開關(guān)量都

6、是常用的主要被控參數(shù)。其中，溫度是需要測量和控制的重要參數(shù)之一。例如：在冶金工業(yè)、化工生產(chǎn)、電力工程、造紙行業(yè)、機械制造和食品加工等諸多領(lǐng)域中，人們都需要對各類加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度進行檢測和控制。 采用MCS-51單片機來對溫度進行檢測，不僅具有控制方便、組態(tài)簡單和靈活性大等優(yōu)點，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。因此，單片機對溫度的控制問題是一個工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會遇到的問題。在溫度的采集上，我們用到了模擬信號轉(zhuǎn)換器，通常使用一個被稱為模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（A/D）的電子器件，被廣泛使用在電子信號處理中。它將線圈上的衰減振蕩模擬波形變化量高速轉(zhuǎn)

7、換成單位時間的電壓量數(shù)字信號以供MCU信息處理系統(tǒng)進行數(shù)字化處理，起到了將模擬信號數(shù)字化極為關(guān)鍵的橋梁作用。A/D轉(zhuǎn)換器的速度越快，即對模擬信號的采樣時間單位分得越細(xì)，圖形記錄就越真實。而對于波形振蕩周期非常之短的線圈來說，它的電壓隨時間變化的速度非常之快，因而將震蕩波形的模擬信號數(shù)字化變換時，要求使用變換速度非常高的A/D轉(zhuǎn)換器，否則就不能正確采集、真實顯示這個高速變化的波形。另外，在溫度測量中，熱電偶的應(yīng)用極為廣泛，它具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、測量范圍廣、精度高、慣性小和輸出信號便于遠(yuǎn)傳等許多優(yōu)點。由于熱電偶是一種有源傳感器，測量時不需外加電源，使用十分方便，所以常被用作測量爐子、管道內(nèi)的氣

8、體或液體的溫度及固體的表面溫度。此外，由于應(yīng)用場合和測溫環(huán)境的不同，在選擇熱電偶的分度號上是有所不同的，其原因是制作熱電偶的材料不同，決定了它的特性，從而直接導(dǎo)致了所測溫度環(huán)境的選擇。2 設(shè)計概述本章主要是介紹一下此設(shè)計的設(shè)計目的及設(shè)計思路等簡要內(nèi)容。2.1 設(shè)計目的本設(shè)計最終所要達到的目的有以下幾個方面：a)掌握單片機各部分的使用，可以依據(jù)要求進行小規(guī)模的編程；b)熟悉A/D轉(zhuǎn)換的過程，及其在實踐中的應(yīng)用；c)熟悉各種溫度傳感器的使用，能根據(jù)不同的電路選擇合適類型的傳感器。2.2 設(shè)計思路本系統(tǒng)用熱電偶為檢測溫度元件，通過溫度傳感器將被測溫度轉(zhuǎn)換為電量，經(jīng)過放大濾波電路處理，其中用到LM32

9、4四運放集成電路來實現(xiàn)。經(jīng)過放大濾波電路處理后，由模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，結(jié)合典型的A/D轉(zhuǎn)換電路，選擇ADC0809芯片做主打芯片，實現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換功能再與單片機相連，其中用AT89C51芯片代替8031系列芯片。通過8255可編程擴展芯片對溫度進行報警限制處理，然后再由LED數(shù)碼管進行跟蹤顯示。2.3 設(shè)計原則 硬件設(shè)計原則a）我們結(jié)合典型的A/D轉(zhuǎn)換電路，選擇ADC0809芯片做主打芯片，實現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換能；b）此設(shè)計利用A/D轉(zhuǎn)換芯片配以顯示電路用其所需要的外圍電路實現(xiàn)溫度顯示，具有編程靈活、便于顯示水溫功能的擴充（也可用于爐溫顯示）、精確度高等特點；c）硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)與軟件設(shè)計方案一

10、并考慮；d）整個系統(tǒng)相關(guān)器件力求性能匹配，與環(huán)境相適應(yīng)。 軟件系統(tǒng)原則a）我們的程序采用模塊化設(shè)計，軟件結(jié)構(gòu)清晰，簡潔；b）我們將設(shè)計的程序存儲區(qū)及數(shù)據(jù)存儲區(qū)盡量合理化規(guī)劃，便于設(shè)計功能的擴展；c）我們對各個功能程序與運行結(jié)果及運行要求都作了簡要說明，以便查詢。2.4 系統(tǒng)的組成為了更直觀的了解本設(shè)計，我將整個系統(tǒng)分為了三個設(shè)計模塊：LED顯示模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊以及數(shù)據(jù)采集模塊，以下就是各個模塊的功能簡介：a）LED模塊為系統(tǒng)提供采時，通過使用典型的LED數(shù)碼管，結(jié)合動態(tài)掃描程序?qū)崿F(xiàn)溫度的顯示功能；b）數(shù)據(jù)采集模塊利用小信號放大器實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集；c）A/D轉(zhuǎn)換模塊和其他外圍器件，實現(xiàn)與單片機的

11、正確連接以及編制轉(zhuǎn)換程序。3 溫度檢測系統(tǒng)的工作原理及電路圖本章主要是介紹了溫度檢測系統(tǒng)的工作原理及硬件電路圖。3.1 工作原理本課題是以MCU-51（89C51）系列單片機為核心外加各種功能模塊來實現(xiàn)的，其原理是：當(dāng)熱電偶感觸到一定溫度時（即它的測量范圍內(nèi)）就會將溫度值轉(zhuǎn)換成電壓值。由于轉(zhuǎn)換后的電壓值較小達不到觸發(fā)信號的要求值，固要在熱電偶轉(zhuǎn)換后的電壓值在送達到CPU前加一個放大電路，用來放大弱電信號。單片機的ALE腳向ADC0809的CLK發(fā)出電信號。經(jīng)放大后的電信號傳給ADC0809的IN0時（由它的位地址），ADC0809的START腳接受到單片機傳來的開始轉(zhuǎn)換信號后由ADC0809將

12、外界傳來的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。當(dāng)EOC變?yōu)楦唠娖绞潜砻鞔藭r轉(zhuǎn)換已完成。當(dāng)OE變高電平時允許輸出。鎖存器通過數(shù)據(jù)線輸出數(shù)據(jù)給單片機。單片機接收到來自ADC0809輸送來的數(shù)據(jù)后會將其存放在數(shù)據(jù)存儲器中，等待命令輸出到外部擴展電路8255。當(dāng)8255的WR為低電平時，8255接收CPU輸出的數(shù)據(jù)，數(shù)字量通過8255在數(shù)碼管上顯示。3.2 電路圖本設(shè)計的系統(tǒng)電路圖如下圖3.1所示：圖3.1 溫度控制系統(tǒng)電路圖4 硬件設(shè)計本章主要是介紹硬件幾部分的芯片選型。4.1 單片機的選用AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFalsh Programmable and Erasa

13、ble Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。AT89C51芯片結(jié)構(gòu)及特性： 與MCS-51 兼容兩個16位定時器/計數(shù)器4K字節(jié)可編程閃爍存儲器5個中斷源壽命：1000寫/擦循環(huán)可編程串行通道數(shù)據(jù)保留時間:10年低功耗的閑置和掉電模式靜態(tài)工作：0Hz-24Hz32可編程I/O線三級程序存儲器鎖定片內(nèi)振

14、蕩器和時鐘電路128*8位內(nèi)部RAM圖4.1芯片AT89C51的引腳分布管腳說明：VCC：供電電壓GND：接地P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的

15、緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們

16、被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：表4.1P3口特殊功能口管腳備選功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外部中斷0）P3.3/INT1（外部中斷1）P3.4T0（記時器0外部輸入）P3.5T1（記時器1外部輸入）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。   RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周

17、期的高電平時間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。    /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程

18、序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。   /EA/VDD：當(dāng)/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VDD）。   XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。    XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。振蕩器特性:XTAL1和XTAL2

19、分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。4.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 熱電偶的優(yōu)點熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測元件之一。其優(yōu)點是：a)測量精度高。因熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。b)測量范圍廣。常用的熱電偶從-50+1600均可邊續(xù)測量，某些特殊熱電偶最低可測到-269（如金鐵鎳鉻），最高可達+2800（如鎢-錸）。c)構(gòu)造簡單，使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成

20、，而且不受大小和開頭的限制，外有保護套管，用起來非常方便。4.2.2 熱電偶測溫基本原理將兩種不同材料的導(dǎo)體A和B串接成一個閉合回路，當(dāng)兩個接點電1 和2的溫度不同時，如果TT0 （如圖4.2熱電效應(yīng)），在回路中就會產(chǎn)生熱電動勢，并在回路中有一定大小的電流，此種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。該電動勢就是著名的“塞貝克溫差電動勢”，簡稱“熱電動勢”，記為EAB，導(dǎo)體A，B稱為熱電極。接點1通常是焊接在一起的，測量時將它置于測溫場所感受被測溫度，故稱為測量端(或工作端熱端）。接點2要求溫度恒定，稱為參考端（或冷端）。由兩種導(dǎo)體的組合并將溫度轉(zhuǎn)化為熱電動勢的傳感器叫做熱電偶。圖4.2 熱電效應(yīng)（T&g

21、t;T0）熱電動勢是由兩種導(dǎo)體的接觸電勢（珀爾貼電勢）和單一導(dǎo)體的溫差電勢（湯姆遜電勢）所組成。熱電動勢的大小與兩種導(dǎo)體材料的性質(zhì)及接點溫度有關(guān)。導(dǎo)體內(nèi)部的電子密度是不同的，當(dāng)兩種電子密度不同的導(dǎo)體A與B接觸時，接觸面上就會發(fā)生電子擴散，電子從電子密度高的導(dǎo)體流向密度低的導(dǎo)體。電子擴散的速率與兩導(dǎo)體的電子密度有關(guān)并和接觸區(qū)的溫度成正比。設(shè)導(dǎo)體A和B的自由電子密度為NA和NB，且NANB，電子擴散的結(jié)果使導(dǎo)體A失去電子而帶正電，導(dǎo)體B則獲得電子而帶負(fù)電，在接觸面形成電場。這個電場阻礙了電子的擴散，達到動平衡時，在接觸區(qū)形成一個穩(wěn)定的電位差，即接觸電勢，其大小為： 式 4-1式中k玻耳茲曼常數(shù)，k

22、=1.38×10-23J/K；e電子電荷量，e1.6×10-19 C；T接觸處的溫度，K；NA，NB分別為導(dǎo)體A和B的自由電子密度。因?qū)w兩端溫度不同而產(chǎn)生的電動勢稱為溫差電勢。由于溫度梯度的存在，改變了電子的能量分布，高溫端（T）電子將向低溫端（T0）擴散，致使高溫端因失去電子帶正電，低溫端因獲電子而帶負(fù)電。因而在同一導(dǎo)體兩端也產(chǎn)生電位差，并阻止電子從高溫端向低溫端擴散，于是電子擴散形成動平衡，此時所建立的電位差稱為溫差電勢即湯姆遜電勢，它與溫度的關(guān)系為： 式4-2式中為湯姆遜系數(shù)，表示溫差1所產(chǎn)生的電動勢值，其大小與材料性質(zhì)及兩端的溫度有關(guān)。導(dǎo)體A和B組成的熱電偶閉合電

23、路在兩個接點處有兩個接觸電勢eAB(T)與eAB(T0)，又因為TT0，在導(dǎo)體A和B中還各有一個溫差電勢。所以閉合回路總熱電動勢EAB(T,T0)應(yīng)為接觸電動勢和溫差電勢的代數(shù)和，即： 式4-3對于已選定的熱電偶，當(dāng)參考溫度恒定時，總熱電動勢就變成測量端溫度T的單值函數(shù)，即EAB(,T0)=f(T)。這就是熱電偶測量溫度的基本原理。在實際測溫時，必須在熱電偶閉合回路中引入連接導(dǎo)線和儀表。4.2.3 系統(tǒng)組成圖 4.3 熱電偶測溫回路組成 系統(tǒng)分析計算此電路是反相比例運算電路和同相運算放大電路，熱電偶傳輸來的弱電流信號經(jīng)過次電路的兩極放大，最終得到一個直流電壓值，輸入到A/D轉(zhuǎn)化器中。反相例運算

24、運算電路，輸入信號從反相輸入端輸入，同相輸入端通過電阻接地。放大倍數(shù) A=-R2/R1=-100K/10K=-10 其中負(fù)號表示輸出電壓與輸入電壓的相位相反，改變R1和R2的比值，即可改變其放大倍數(shù)。其中運放的同相輸入端接有電阻R3，參數(shù)選擇應(yīng)使兩輸入端外接直流通路等效電阻值平衡，即R3=R1/R2，靜態(tài)時，使輸入級偏置電流平衡并讓輸入級的偏置電流在運算放大器兩個輸入端的外接電阻上產(chǎn)生相等的壓降，以便消除放大器的偏置電流及其漂移的影響，故R2又稱平衡電阻。同相比例運算放大電路，輸入信號從相同輸入端輸入，而反相輸入端通過電阻接地，并引入負(fù)反饋。其放大倍數(shù)A=1+（RW1+R6）/R5其總的放大倍

25、數(shù)A=-R2/R1*（1+（RW1+R6）/R5）通過調(diào)節(jié)可調(diào)電阻，便可在輸出端VT獲得與絕對溫度成正比的電壓量。 芯片LM324的介紹由于熱電偶產(chǎn)生的電量過小，所以要經(jīng)過兩級放大。LM324四運放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價格低廉等優(yōu)點，因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中。LM324是四運放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝，外形如圖4.4所示。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨立。圖4.4 LM324外形圖 圖4.5 外部連接示意圖常用的幾種熱電偶適于制作熱電偶的材料有300多種，其中廣泛應(yīng)用的有4050種。國際電工委員會向世界各國推

26、薦8種熱電偶作為標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，我國標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶也有8種。分別是：鉑銠10-鉑(分度號為S)、鉑銠13-鉑(R)、鉑銠30-鉑銠6(B)、鎳鉻-鎳硅(K)、鎳鉻-康銅(E)、鐵-康銅(J)、銅-康銅(T)和鎳鉻硅-鎳硅(N)。下面介紹兩種常見材料的熱電偶的使用參數(shù)。鎳鉻-鎳硅(鎳鋁)熱電偶：鎳鉻為正極，鎳硅為負(fù)極，分度號為K。其特點是：使用溫度范圍寬（-501300），高溫下性能較穩(wěn)定，熱電動勢和溫度的關(guān)系近似線性，價格便宜，因此是目前用量最大的一種熱電偶。它適用于在氧化性和惰性氣氛中連續(xù)使用，短期使用溫度為1200，長期使用溫度為1000鎳鉻-康銅熱電偶：這種熱電偶分度號為“E”。它的正極是鎳

27、鉻合金，負(fù)極是銅鎳合金(銅55%，鎳45%)。測溫范圍為-200+1000。其特點是熱電動勢較其他常用熱電偶大。適宜在氧化性或惰性氣氛中工作。由于應(yīng)用場合和測溫環(huán)境的不同，在選擇熱電偶的分度號上是有所不同的，其原因是制作熱電偶的材料不同，決定了它的特性，從而直接導(dǎo)致了所測溫度環(huán)境的選擇。在此設(shè)計中，溫度顯示系統(tǒng)用在電阻爐爐溫的顯示中，所以我們選擇了鎳鉻-鎳硅(鎳鋁)熱電偶，分度號為K。4.3 A/D轉(zhuǎn)換器-ADC0809介紹A/D轉(zhuǎn)換器(Analog-Digital Converter)是一種能把輸入模擬電壓或電流變成與其成正比的數(shù)字量的電路芯片，即能把被控對象的各種模擬信息變成計算機可以識別

28、的數(shù)字信息。 A/D轉(zhuǎn)換接口技術(shù)的主要內(nèi)容是合理選擇A/D轉(zhuǎn)換器和其他外圍器件，實現(xiàn)與單片機的正確連接以及編制轉(zhuǎn)換程序。ADC0809是逐次逼近型8位單片A/D轉(zhuǎn)換芯片。片內(nèi)有8路模擬開關(guān)，可以輸入八個模擬量，單極性，量程為05伏，典型的轉(zhuǎn)換速度為100S，片內(nèi)帶有三態(tài)輸出緩沖器，可直接與CPU總線接口。其性能價格比有明顯的優(yōu)勢，是目前比較廣泛采用的芯片之一。4.3.1 ADC0809的工作過程ADC0809的工作過程是：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動 AD轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出

29、信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進行。直到AD轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示AD轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當(dāng)OE輸入高電平 時，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。4.3.2 ADC0809管腳結(jié)構(gòu)圖模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0809的管腳分布如下圖4.6所示：圖 4.6 ADC0809的管腳分布 引腳功能ADC0809共有28個引腳，各引腳功能如下：a）IN0IN7：8路模擬電壓輸入端。b）A，B，C：模擬輸入通道的地址選擇線。當(dāng)CBA=000時，選中IN0；CBA=001時，選中IN1依此類推，當(dāng)CBA=111時，選中IN7。c）ALE：地址鎖存允許信號輸入端。

30、該端接高電平時有效，僅當(dāng)該信號有效時，才能將地址信號鎖存，經(jīng)譯碼后選中一個通道。d）START：啟動轉(zhuǎn)換脈沖輸入端。該端所加信號的上升沿將所有內(nèi)部寄存器清0，下降沿開始進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。e）CLK：時鐘脈沖輸入端。f）D7D0：數(shù)據(jù)輸出端，D7為高位。g）OE：輸出允許端，高電平有效。該端為高電平時，打開三態(tài)輸出緩沖器，輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果。h）UREF(+)和UREF(-)：參考電壓正端和負(fù)端。4.3.4 ADC0809主要技術(shù)指標(biāo)和特性a）分辨率：8位；b）總的不可調(diào)誤差：±LSB；c）轉(zhuǎn)換時間：取決于芯片時鐘頻率，當(dāng)CLK=500KHz時，轉(zhuǎn)換時間為128us；d）單一電源：5V；e）模擬

31、輸入范圍：單極性0-5V，雙極性±5V，±10V；f）時鐘頻率范圍：10 KHz-1280 KHz；具有可控三態(tài)輸出緩沖器；啟動轉(zhuǎn)換控制為脈沖式（正脈沖），上升沿使所有內(nèi)部寄存器清零，下降沿使A/D轉(zhuǎn)換開始；使用時不需要進行零點和滿刻度調(diào)節(jié)。 使用說明當(dāng)通道選擇地址有效時，ALE信號一出現(xiàn)，地址馬上被鎖存，這時啟動信號START緊隨ALE之后（或與ALE信號同時）出現(xiàn)。START信號的上升沿使所有內(nèi)部寄存器清零，在上升沿之后的2us加8個時鐘周期內(nèi)（不定）EOC信號變低，以指示轉(zhuǎn)換操作正在進行中，直至轉(zhuǎn)換完成后EOC信號再變高。4.4 顯示系統(tǒng)設(shè)計4.4.1 8255A擴展

32、芯片的介紹8255A可編程并行輸入/輸出接口芯片是Intel公司生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)外圍接口電路。它采用NMOS工藝制造,用單一5V電源供電,具有40條引腳,采用雙列直插式封裝。它有A、B、C3個端口共24條I/O線，可以通過編程的方法來設(shè)定端口的各種I/O功能。由于它功能強,又能方便地與各種微機系統(tǒng)相接,而且在連接外部設(shè)備時,通常不需要再附加外部電路,所以得到了廣泛的應(yīng)用。4.4.2 8255A腳圖與引腳擴展芯片8255A的管腳主要有：a）數(shù)據(jù)線（8條）：D0D7為數(shù)據(jù)總線，用于傳送CPU和8255之間的數(shù)據(jù)、命令和狀態(tài)字?？刂凭€和尋址線（6條）：b）RESET：復(fù)位信號，輸入高電平有效。一般和單片機

33、的復(fù)位相連，復(fù)位后，8255所有內(nèi)部寄存器清0，所有口都為輸入方式。c）/RD和/WR：讀寫信號線，輸入，低電平有效。當(dāng)/RD為0時（/WR必為1），所選的8255處于讀狀態(tài)，8255送出信息到CPU。反之亦然。d）/CS：片選線，輸入，低電平有效。e）A0、A1：地址輸入線。當(dāng)/CS=0芯片被選中時，這兩位的4種組合00、01、10、11分別用于選擇A、B、C口和控制寄存器。f）I/O口線（24條）：PA0PA7、PB0PB7、PC0PC7為32條雙向三態(tài)I/O總線，分別和A、B、C口相對應(yīng)，用于8255和外設(shè)之間傳送數(shù)據(jù)。g）電源線（2條）：VCC為+5V，GND為地線。具體管腳分布如下圖

34、4.7所示：圖4.7 8255A的管腳分布4.4.3 8255與MCS51的接口8255和單片機的接口十分簡單，只需要一個8位的地址鎖存器即可。鎖存器用來 鎖存P0口輸出的低8位地址信息。圖4.8為8255擴展實例：圖4.8 8255與單片機的連接示意圖 LED顯示單元LED顯示器是單片機應(yīng)用系統(tǒng)中常用的輸出器件。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?？刂撇煌M合的二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符。 LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)LED數(shù)碼顯示器是1種由LED發(fā)光二極管組合顯示字符的顯示器件。它使用了8個LED發(fā)光二極管,其中7個用于顯示字符,1個用于顯示小數(shù)點,

35、故通常稱之為7段(也有稱作8段)發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器。下圖為LED的外觀圖：圖 4.9 LED的外觀圖LED數(shù)碼顯示器有兩種連接方法：a)共陽極接法。把發(fā)光二極管的陽極連在一起構(gòu)成公共陽極，使用時公共陽極接+5V,每個發(fā)光二極管的陰極通過電阻與輸入端相連，圖4.10所示。圖4.10 共陽極接法b)共陰極接法。把發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極，使用時公共陰極接地。每個發(fā)光二極管的陽極通過電阻與輸入端相連，圖4.11所示。圖4.11 共陰極接法5 程序流程圖及程序5.1 程序流程圖本設(shè)計的程序流程圖如下圖所示：圖5.1 程序流程圖5.2 程 序 本設(shè)計的程序如下：源程序：ORG 0000H

36、；初始化程序 AJMP START ORG 0003HLJMP CINT0ORG 0100HW1: MOV R1,A ；將R1-R3設(shè)定初值INC R1DJNZ R2,W1RETSTART:MOV R1,#78H ；存儲首地址放入R1 MOV R2,#03H ；設(shè)定R2初值 MOV A,#00H CALL W1 MOV A,#80 ；8255初始化 MOV DPTR,#0DFFFH MOVX DPTR,A CLR A MOV R2,#0F0H ；對R2重新賦值0F0HCALL DISPMAIN:MOV PSW,#00H ；清空PSW SETB EA；允許中斷 SETB EX0 SETB IT0

37、 MOV A,#00H；采樣 MOV DPTR,#9FF8H MOVX DPTR,AL2: JNB F0,L2ACALL TUNBCD LCALL DISINT0 SJMP MAINTUNBCD:MOV A,R0 ；將R0里的值賦給A MOV B,#51；在B中存入51 DIV AB ；A除B MOV 7AH,A；商放入7AH MOV A,B；余數(shù)存入A CLR F0；F0清零 SUBB A,#1AH；（A）-1AH MOV F0,C；進位存入F0 MOV A,#10；10存入A MUL AB；（A）*（B） MOV B,#51H DIV AB JB F0,LOOP2；F0若為1則跳轉(zhuǎn)，相反則

38、繼續(xù)執(zhí)行 ADD A,#5 ；（A）加5LOOP2:MOV 79H,A ；（A）存入79H MOV A,B CLR F0 ；F0清零 SUBB A,#1AH ；（A）-1AH MOV F0,C ；進位存入F0 MOV A,#10 ；10存入A MUL AB ；（A）*（B） MOV B,#51H DIV ABJB F0,LOOP3 ；F0若為1則跳轉(zhuǎn)，相反則繼續(xù)執(zhí)行 ADD A,#5 ；（A）加5LOOP3:MOV 78H,A ；（A）存入78H RETDISP:MOV DPTR,#TABLE ；表首地址存入DPTR MOVC A,A+DPTR ；取表值MOV DPTR,#0DFFCH ；通過

39、8255A口顯示MOVX DPTR,AMOV A,R2INC DPTR ；指向8255B口MOVX DPTR,A ；通過8255B口顯示CALL DELAY ；延時RETDISP1:MOV DPTR,#TABL ；表1首地址存入DPTR（帶小數(shù)點） MOVC A,A+DPTR ；取表值 MOV DPTR,#0DFFCH ；通過8255A口顯示 MOVX DPTR,A MOV A,R2INC DPTR ；指向8255B口 MOVX DPTR,A CALL DELAY ；延時RETDISINT0:MOV R2,#0FEH ；選擇數(shù)碼管輸出 CLR A CALL DISP MOV A,7AH MOV

40、 R2,#0FDH CALL DISP1 MOV A,79H MOV R2,#0FBHCALL DISPMOV A,78HMOV R2,#0F7HCALL DISRETDELAY:MOV R6,#10 ；延時子程序DELY2:MOV R7,#100DELY1:DJNZ R7,DELY1DJNZ R6,DELY2 RETCINT0:MOVX A,DPTR MOV R0,A SETB F0RETTABLE:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90HTABLE1:DB 040H,79H,024H,030H,19H,12H,02H,78H,00H,1

41、0HEND6 調(diào)試過程6.1 硬件調(diào)試本次課題的硬件部分多是由芯片和各種總線構(gòu)成的，其中也加入了一些模塊輸入單元，如果對硬件電路進行直接的焊接，或多或少的存在著損耗，因此這樣的電路板性能不是很穩(wěn)定，而學(xué)校沒有專用的設(shè)備去制PCB板，所以在硬件的制作上不能盡如人意。在硬件調(diào)試的過程中，器件之間型號不匹配的現(xiàn)象尤為突出，由于沒有實際的設(shè)計經(jīng)驗，我只能根據(jù)一些兒相關(guān)的數(shù)據(jù)進行選型，但在實際的生產(chǎn)中，這樣做是很冒風(fēng)險的，所以，我還要加強這方面的能力。6.2 軟件調(diào)試在編制程序的時候，在老師的指導(dǎo)和同學(xué)的幫助下，我把流程圖和程序編制了出來。我使用實驗室中的at89c51軟件對程序進行了測試，只有一些語句

42、的使用順序、端口地址的設(shè)置以及一些參量的排列上存在問題，最后都被一一改正了過來。結(jié) 論隨著科技的進步，對溫度的檢測也將越來越智能化，以后也將出現(xiàn)更多用單片機來實現(xiàn)特定功能的產(chǎn)品。由于時間的關(guān)系，本設(shè)計還不是特別的完美，還存在著一些問題沒有解決，只能留著在以后積累了經(jīng)驗以后再解決了。在本論文的成文過程中，我覺得自己學(xué)到了不少書本上沒有的東西。歸納起來，主要有以下幾點： 1、大學(xué)時間是在學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論知識，并未真正地去應(yīng)用和實踐，動手能力還很缺乏。但是經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計，我接觸到了很多平時沒有接觸到的儀器設(shè)備、元器件以及相關(guān)的使用調(diào)試經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)了自己很多不足之處。我體會到了所學(xué)理論知識的重要性：知識掌握得越多，設(shè)計得就更全面、更順利、更好。    2、了解進行一項設(shè)計所必不可少的幾個階段。畢業(yè)設(shè)計能夠從理論設(shè)計和工程實踐相結(jié)合、鞏固基礎(chǔ)知識與培養(yǎng)創(chuàng)新意識相結(jié)合、個人作用和集體協(xié)作相結(jié)合等方面全面的培養(yǎng)學(xué)生的全面素質(zhì)。我經(jīng)過這次系統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計，熟悉了對一項課題進行研究、設(shè)計和