【正文】 和 經(jīng)反極性串聯(lián)后加在電阻 R 上，所以 R 上端電壓為 。因此，電流 I 為（ ）： （ ） 對于 AD590， n = 8，這樣，電路的總電流將與熱力學(xué)溫度成正比，將此電流引至負(fù)載 電阻上便可得到與熱力學(xué)溫度 T 成正比的輸出電壓。由于利用了恒流特性，所以輸出信號不收電源電壓和導(dǎo)線電阻的影響。 8 基本應(yīng)用電路 圖 是 AD590 用于測量熱力學(xué)溫度的基本電路。因?yàn)榱鬟^ AD590 的電流與熱力學(xué)溫度成正比，當(dāng)電阻 R1 和電位器 R2 的電阻之和為 1KΩ時，輸出電壓 V0 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(jìn)行調(diào)整。調(diào)整方法為：吧 AD590 放入冰水混合物中，調(diào)整電位 R2,使 VO=?；蛟谑覝叵拢?25C0 ）條件下調(diào)整電位器，使 V0=+25=（ mV）。但這樣調(diào)整只可保證在 0C0 或 25C0 附近有較高的精度。 圖 AD590 基本應(yīng)用電路 攝氏溫度測量電路 如圖 所示，電位器 R2用于調(diào)整零點(diǎn)， R1 用于調(diào)整運(yùn)放 LF355 的增益。調(diào)整方法如下：在 0C0 調(diào)整 R2， 使輸出 V0=0，然后在 100C0 時調(diào)整 R1使V0=100mV。 如此反復(fù)調(diào)整多次，直到 0C0 時， V0=0mV， 100C0 時 V0=100mV。最后在室溫下進(jìn)行校檢。例如，若室溫 25C0 ，那么 V0應(yīng)為 25mV。冰水混合物是 0C0 環(huán)境，沸水為 100C0 環(huán)境 。 要使圖 中的輸出為 200mV/ C0 ，可通過增大反饋電阻（圖中反饋電阻由R5 與電位器 R1 串聯(lián)而成）來實(shí)現(xiàn)。另外，測量華氏溫度（符號為 F? )時，因華氏溫度等于熱力學(xué)溫度減去 再乘以 9/5，故若要求輸出為 1mV/F? ,則調(diào)整反饋電阻約為 180kΩ，使得溫度為 0C0 時， V0=；溫度為 100C0 時，V0=。 9 圖 用于測量攝氏溫度的電路 溫差測量電路及其應(yīng)用 圖 是利用兩個 AD590 測量兩點(diǎn)溫度差的電路。在反饋電阻中為電阻為100kΩ的情況下，是 1 和 2 AD590 處的溫度為 t1（ C0 ） 和 t2（ C0 ），則輸出電壓為 100（ t1t2） mV/C0 。圖中電位器 R2 用于調(diào)零。電位器 R4 用于調(diào)整運(yùn)放 LF355的增益。 由基爾霍夫電流定律： I1+I2=I1+I3+I4 由運(yùn)算放大器的特性知： I3=0 Vλ ≈ 0調(diào)節(jié)零電位器 R2 使： I4=0 可得 I=I1I2 設(shè) ： R1 =90kΩ 則有： V0=I(R3+R4)=(I1I2)(R3+R4)=(t1t2)100mV/C0 其中 t1t2為溫差，單位為 C0 。改變 （ R3+R4） 的值尅改變 V0 的大小。 圖 測量亮點(diǎn)溫度差的電路 10 AT89S51 單片機(jī) AT89S51 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi) 4K bytes 的可系統(tǒng)編程的 Flash 只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，建通標(biāo)準(zhǔn) 8051 指令系統(tǒng)及引腳。他集 Flash 程序存儲器即可在線可編程（ ISP）也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程及通用 8 位微處理器于單片機(jī)芯片中， ATMEL 公司的功能很強(qiáng)大，低價位 AT89S51 單片機(jī)可提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 圖 AT89S51 單片機(jī)。 主要性能參數(shù) 與 MCS— 51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 4K 字節(jié)在 系統(tǒng)編程 (ISP)Flash閃存儲器 1000 次摩擦寫周期 — 的工作電壓范圍 全靜態(tài)工作模式： 0HZ— 33MHZ 三級程序加密鎖 128 8 字節(jié)內(nèi)部 RAM32 個可編程 I/O 口線 2 個 16 位定時 /計數(shù)器 6 個中斷源 全雙工串行 UART 通道 低功耗空閑和掉電模式 中斷可從空閑和掉電模式 中斷可從空閑模喚醒系統(tǒng) 看門狗（ WDT） 及雙數(shù)據(jù)指針 掉電標(biāo)識和快 速編程特征 11 功能特性概述 AT89S51 提供一下標(biāo)準(zhǔn)功能： 4K字節(jié) Flash 閃存存儲器， 128字節(jié)內(nèi)部RAM， 32 個 I/O 口線，看門狗 (WDT),兩個數(shù)據(jù)指針，兩個 16位定時 /計數(shù)器，一個 5 向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時 ,AT89S51 可降至 0HZ 的靜態(tài)邏輯操作，并支付兩種軟件可選的節(jié)點(diǎn)工作模式?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時 /計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬 件復(fù)位。 主要引腳（ P0,P1,P2,P3）功能說明 P0 口 ： P0口是一組 8 位漏極開路雙向 I/O 口。作為輸出口用時，每位能驅(qū)動 8 個 TTL 邏輯門電路，對端口寫“ 1”可作為高阻抗輸入端口。 在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低 8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。 P1 口 ： P1 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯電路。對端口寫“ 1”，通過內(nèi)部的上拉電阻法端口拉到高電平，此時可作為輸出口。作輸入口。作輸入口 使用時，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。 P2 口 ： P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P2 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。對端口寫“ 1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作為輸入口，作輸入口使用時，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。 在訪問外部程序存儲器或 16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2口送出高8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2 口線上的內(nèi)容在整個訪問期間不改變。 Flash 編程 或校檢時， P2 亦接受高位地址和其它控制信號。 P3 口 ： P3是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口。 P3 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。對 P3 口寫入“ 1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時，被外部拉低的P3 口將用上拉電阻輸出電流。 P3口除了作為一般的 I/O 口線外，更重要的用途是他的第二功能，如表 。 12 表 P3口的第二功能表 端口引腳 第二功能 RXD （串行輸入口） TXD （串行輸出口） INT0 （ 外中斷 0） INT1 （外中斷 1） TO （定時 /計數(shù)器 0） T1 （定時 /計數(shù)器 1） WR （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） RD （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3 口還接受一些用于 Flash 閃存編程和程序校驗(yàn)的控制信號。 光電耦合 MOC3040 光耦合雙向可控硅驅(qū)動器是一種單片機(jī)輸出與雙向可控制硅之間較理想的接口器件，它是有輸入和輸出兩部分組成，輸入部分為砷化鎵發(fā)光二極管，該二極管在 5mA15mA 正向電流作用下可發(fā)出足夠強(qiáng)度 的紅外線，出發(fā)輸出部分。輸出部分為硅光敏雙向可控硅，在紅外線作用下可雙向?qū)?。該器件為六引腳雙列直插式封裝。 光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種“電 光 電”轉(zhuǎn)換器件。它是由發(fā)光源和受光器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組裝在同一封閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的一角為輸出端，常見的發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為光敏二極管、光敏三極管等等。光電耦合器的種類較多，常見的有光電二極管型、光電三極管型、光敏電阻型、光控晶閘型、光電達(dá)林頓型、集成電路型。在光電耦合器內(nèi)部，由 于發(fā)光管和受光器之間的耦合電容很?。?2pF 以內(nèi)）所以共模輸入電壓通過級間耦合電容對輸出電流的影響很小，因而共模抑制比很高。 光電耦合器可作為線性耦合器使用。在發(fā)光二極管上提供一個偏置電流，再把信號電壓通過電阻耦合到發(fā)光二極管上，這樣光電晶體管接受到得是在偏置電流上增、減變化的光信號，其輸入電流將隨輸入的信號電壓作線性變化。光電耦合器也可工作于開光狀態(tài)，傳輸脈沖信號。在輸入脈沖信號時，輸入信號和輸出信號之間存在一點(diǎn)的延遲時間，不同結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)耦合器輸入、輸出延遲時間相差很大。 13 第三章 硬件單元 本次 設(shè)計總體方案為：選用 89S51 單片機(jī)為中央處理器，通過溫度傳感器對空氣進(jìn)行溫度采集，將采集到的溫度信號傳輸給單片機(jī)，再由單片機(jī)控制顯示器，并比較采集溫度與設(shè)定溫度是否一致，然后驅(qū)動空調(diào)機(jī)的加熱或降溫循環(huán)對空氣進(jìn)行處理從而模擬實(shí)現(xiàn)空調(diào)溫度控制單元的工作情況。 總體方案結(jié)構(gòu)如 圖 。 圖 總體方案結(jié)構(gòu) 實(shí)現(xiàn)方案的技術(shù)路線為：用按鈕輸入標(biāo)準(zhǔn)溫度值，用 LED 實(shí)現(xiàn)顯示環(huán)境空氣溫度，用驅(qū)動電路控制壓縮機(jī)完成加熱和制冷調(diào)節(jié)，用 ISIS 軟件對設(shè)計進(jìn)行仿真，用匯編語言完成軟件編程 。 硬件各單元方案設(shè)計與選擇 溫度傳感部分 要求對溫度和溫度有關(guān)的參量進(jìn)行檢測，應(yīng)該考慮用熱電阻傳感器。按照熱電阻的性質(zhì)可以分為半導(dǎo)體熱電阻和金屬熱電阻兩大類，前者通常成為熱敏電阻，后者稱為熱電組。 采用集成溫度傳感器，如常用的 AD590 和 LM35。 AD590 是電流型溫度傳感器。這種器件以電流作為輸出量指示溫度，且是一個二端器件，實(shí)用非常方便，作為一種高阻電流源，他不需要嚴(yán)格考慮傳輸線上的電壓信號損失和噪聲干擾問題，因此特別適合作為遠(yuǎn)距離測量或控制用。另外， AD590 也特別適用于多點(diǎn) 溫度測 量系統(tǒng)，而不必考慮選擇開關(guān)或 CMOS 多路轉(zhuǎn)換開關(guān)所引起的附加電阻造成的誤 14 差。由于采用了一種獨(dú)特的電路結(jié)構(gòu)，并利用最新的薄膜電阻激光微調(diào)技術(shù)校準(zhǔn)，使得 AD590 具有很高的精度。并且應(yīng)用電路簡單，便于設(shè)計。 A/D 轉(zhuǎn)換 部分 模 /數(shù)轉(zhuǎn)化器是一種將連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)化成離散的數(shù)字量的一種電路或器件。模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號一般需要經(jīng)過采樣保持和量化編碼兩個過程。針對不同的采樣對象，有不同的 A/D 轉(zhuǎn)化器 (ADC)可供選擇，其中有通用的也有專用的。有些 ADC 還包括有其他功能，在選擇 ADC 器件時需要考慮多種 因素，除了關(guān)鍵參數(shù)、分辨率和轉(zhuǎn)換速度之外，還應(yīng)考慮其他因素，如靜態(tài)與動態(tài)精度、數(shù)據(jù)接口類型、控制接口與定時、采樣保持性能、基本要求、校準(zhǔn)能力、通道數(shù)量、功耗、實(shí)用環(huán)境要求、封裝形式以及與軟件有關(guān)的問題。 ADC 按功能分，可以分為直接轉(zhuǎn)換和非直接轉(zhuǎn)換兩大類，其中非直接轉(zhuǎn)換又有逐次分級轉(zhuǎn)換，積分式轉(zhuǎn)換等類型。 A/D 轉(zhuǎn)換器在實(shí)際應(yīng)用時，除了要設(shè)計適當(dāng)?shù)牟蓸?/保持電路、基準(zhǔn)電路和多路模擬開關(guān)等電路外，還應(yīng)根據(jù)實(shí)際選擇的具體芯片進(jìn)行輸入模擬信號極性轉(zhuǎn)換等設(shè)計。 采用逐次逼近式轉(zhuǎn)換器，對于這種轉(zhuǎn)換方式， 通常是用一個比較器輸入信號與作為基準(zhǔn)的 N位 DAC 輸出進(jìn)行比較，并執(zhí)行 N次 1 位轉(zhuǎn)換。這種方法類似于天平上用二進(jìn)制砝碼稱量物質(zhì)。采用逐次逼近寄存器，輸入信號僅與最高位（ MSB）比較，確定 DAC 的最高位 (DAC 滿量程的一半 )。確定后結(jié)果（ 0 或 1）被鎖存，同時加到 DAC 上，以決定 DAC 的輸出（ 0或 1/2）。 逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器，如 AD0809,其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速度快，精度也比較高，輸出為二進(jìn)制碼，直接接 I/O 口，軟件設(shè)計方便。 ADC0809 芯片內(nèi)包含 8 位模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器、 8 通道多路轉(zhuǎn)換器與微控制器兼容的控制邏輯。 8 通道 多路轉(zhuǎn)換器能直接連通 8 個單端輸入信號中的任何一個。由于 ADC0809 設(shè)計時考慮到若干種模/數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，所以該芯片非常適合于過程控制、微控制器輸入通道的結(jié)合口電路、智能儀器和機(jī)床控制等應(yīng)用場合，并且價格低廉，降低設(shè)計成本。 數(shù)字顯示部分 通常的 LED 顯示器有 7 段或或者 8 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)光二極管的陰極連接在一起，通常此公共陰極接地。當(dāng)某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二