【正文】 等特點(diǎn)在社會(huì)生活中達(dá)到廣泛應(yīng)用 。根據(jù)溫度控制的 特點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)采用 AT89C51 單片機(jī)。以 下對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)介紹。 AT89C51 單片機(jī)是美國(guó) Intel 公司的 8位高檔單片機(jī)系列。也是目前應(yīng)用最為廣泛的一種單片機(jī)系列。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化框圖如下所示。 AT89C51 系列單片機(jī)主要有 CPU、存儲(chǔ)器（包括 RAM 和 ROM）、 I\O接口電路及時(shí)鐘電路等部分組成。 中央處理器 CPU 中央處理器 CPU 是單片機(jī)的核心。是計(jì)算機(jī)的控制指揮中心。同一般微機(jī)的 CPU 類(lèi)似。 AT89C51 單片機(jī)內(nèi)部 CPU 包括控制器和運(yùn)算器兩部分。 AT89C51 單片機(jī)引腳功能 AT89C51 系列單片機(jī)的封裝形式有兩種：一種是雙列直插方式封裝；另一種是方形封裝。 AT89C51 單片機(jī) 40 個(gè)引腳及總線結(jié)構(gòu)圖如下所示。其 CMOS 工藝制造的低地功耗芯片也有采用方形封裝的。但為 44 個(gè)引腳，其中 4 個(gè)引腳是不使用的。由于 89C51 單片機(jī)是高性能的單片機(jī)。同時(shí)受到引腳數(shù)目的限制，所以有部分引腳具有第二功能。 如 主機(jī)溫 度 顯 示鍵盤(pán)聲 音 報(bào) 警A / D 轉(zhuǎn) 換 器 變 送 器 熱 電 阻光耦 驅(qū) 動(dòng) 器可 控 硅調(diào) 功 器電爐人 機(jī) 對(duì) 話(huà) 部 分溫 度 檢 測(cè) 部 分溫 度 控 制 部 分陜西國(guó)防學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)論文 ８ 圖 23 單片機(jī)引腳圖 。 主電源引腳兩根： VCC 接 +5V 電源正端 ； VSS 接 +5V 電源地端 。 XTAL1:接外部石英體和微調(diào)電源的一端。 XTAL2:接外部晶體和微調(diào)電容的另一端。 其中，對(duì)用外部時(shí)鐘時(shí)，對(duì)于 HMOS 單片機(jī) ,XTAL1 腳接地， XTAL2 腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端。對(duì) CHMOS 單片機(jī) XTAL1 腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端， XTAL2 腳空不接。 3. 引腳功能 I\O 引腳共 32 根。 ① PO 口： 統(tǒng)稱(chēng)為 PO 口是 8 位雙向 I/O 口線。 P0 口即可作為地址 /數(shù)據(jù)總線使用，又可作為通用的 I/O 口線。在不接片外存儲(chǔ)器與不擴(kuò)展 I/O 口時(shí)，可作為準(zhǔn)雙向輸入 /輸出口。在接有片外存儲(chǔ)器或擴(kuò)展 I/O 時(shí)， P0 口分時(shí)復(fù)用為低 8位地址總線和雙向數(shù)據(jù)總線。 ② P1 口： 統(tǒng)稱(chēng)為 P1 口。是 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口線。 P1 口作為通用的 I/O口使用。 ③ P2 口： 統(tǒng)稱(chēng)為 P2 口。是 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口線。 P2 口即可作為通用的 I/O 口使用。也可作為片外存儲(chǔ)器的高 8位地址線。與 P0口組成 16 位片外存儲(chǔ)器單元地址。 陜西國(guó)防學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)論文 ９ ④ P3 口： 統(tǒng)稱(chēng)為 P3 口。是 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口線。 P3 口除作為準(zhǔn)雙向口使用外。每個(gè)引腳還具有第二功能。 P3 口的每一個(gè)引腳均可獨(dú)立定義為第 一功能的輸入輸出或第二功能， P3口的第二功能如下表所示： P3 口的第二功能 RXD 串行口輸入 TXD 串行口輸出 0IM 外部中斷 0 輸入 1IM 外部中斷 1 輸入 T0 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0計(jì)數(shù)輸入 T1 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1 輸入 WR 片外 RAM 寫(xiě)選通信號(hào)（輸出） RD 片外 RAM 讀選通信號(hào)（輸出） 4．控制線 控制線共四根。 ① ALE/PROG 地址鎖存有效信號(hào)輸出率。 ② PSEN 片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端低電平有效。 ③ RST/VPD 復(fù)位信號(hào)備用電源輸入信號(hào)。 ④ EA/VPP 片外程序存儲(chǔ)器選用端。 AT89C51 單片機(jī)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) AT89C51 單片機(jī)的存儲(chǔ)器物理結(jié)構(gòu)上分為片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、片內(nèi)程序存儲(chǔ)器、片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和片外程序存儲(chǔ)器 4個(gè)存儲(chǔ)空間。 AT89C51 單片機(jī)的并行 I/O 端口 AT89C51 單片機(jī)有 4個(gè) 8位并行 I/O 端口（ P0、 P P P3）每個(gè)端口都各有 8 條I/O 口線，每條 I/O 口線都獨(dú)立地用作輸入輸出，在具有片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器的系統(tǒng)中， P2口送出高 8 位地址， P0 口分時(shí)送出低 8位地址和 8位數(shù)據(jù)。 各端口的功能不同，結(jié)構(gòu)上也有差異，但是每個(gè)端口的 8 位結(jié)構(gòu)是完全相同的。 如圖 24I/O 口位結(jié)構(gòu)圖 所示。 口。 P0 口是一個(gè)三態(tài)雙向口，可作為地址 /數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用口，也可作為通用I/O 接口。 口。 P1 口為準(zhǔn)雙向口，它在結(jié)構(gòu) 上與 P0 口的區(qū)別在與輸出驅(qū)動(dòng)部分。其輸出驅(qū)動(dòng)部分由場(chǎng)效應(yīng)管 V1 與內(nèi)部上拉電阻組成，當(dāng)某某位輸出高電平時(shí)，可以提供上拉陜西國(guó)防學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)論文 １０ 電流負(fù)載，不必像 P0口上那樣需要外接上拉電阻。 口。 P2 口也為準(zhǔn)雙向口。其具有通用 I/O 接口或高 8 位地址總線輸出兩種功能，所以其輸出驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)比 P1 口輸出驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)多了一個(gè)輸出模擬轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) MUX 和反相器 3. 口。 P3 口的輸出驅(qū)動(dòng)由與非門(mén) 3 和 V1 組成，比 P0、 P P2 口結(jié)構(gòu)多了一個(gè)緩沖器 口除了可為通用準(zhǔn)雙向 I/O 接口外，每一根線還具有第二功能。 AT89C51 單片機(jī)時(shí)鐘電路及時(shí)序 AT89C51 單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常有兩種方式產(chǎn)生：一種是內(nèi)部方式，一種是外部方式。 AT89C51 單片機(jī)指令字節(jié)數(shù)和機(jī)器周期數(shù)可分為六類(lèi)。即單字節(jié)單機(jī)器周期指令、單字節(jié)雙機(jī)器周期指令、單字節(jié)四機(jī)器周期指令，雙字節(jié)單機(jī)器指令、雙字節(jié)雙機(jī)器周期指令和三字節(jié)雙機(jī)器周期指令。 復(fù)位電路 復(fù)位是通過(guò)某種方式，使單片機(jī)內(nèi)各寄存器的值變?yōu)槌踔禒顟B(tài)的操作， AT89C51 單片機(jī)在時(shí)鐘電路工作以后，在 RST/VPD 端持續(xù)給出兩個(gè)機(jī)器周期的高電平就可以完成復(fù)位操作。復(fù)位分為上電復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式。 AT89C51 單片機(jī)的指令系統(tǒng) 控制計(jì)算機(jī)與操作的指令是一組二進(jìn)制編碼，稱(chēng)之為機(jī)器語(yǔ)言。計(jì)算機(jī)只能識(shí)別和執(zhí)行機(jī)器語(yǔ)言指令。 AT89C51 單片機(jī)指令與指令系統(tǒng)共有 111 條指令，從功能上可分成數(shù)據(jù)傳輸類(lèi)指令、算術(shù)運(yùn)算指令、邏輯運(yùn)算和移位指令、程序控制轉(zhuǎn)移類(lèi)指令和位操作指令五大類(lèi)。 傳感器電路設(shè)計(jì) 隨著新技術(shù)革命的到來(lái)，世界開(kāi)始進(jìn)入信息時(shí)代，在利用信息的過(guò)程中，首先要解決的就是獲取準(zhǔn)確可靠地信息。傳感器是獲取自然、生產(chǎn)、科研領(lǐng)域中信 息的主要途徑與手段。 傳感器概述 根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，傳感器的定義是：能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定得規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。 陜西國(guó)防學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)論文 １１ 傳感器一般由敏感元件，轉(zhuǎn)換元件和轉(zhuǎn)換電路三部分組成。其組成框圖如 27 所示。 圖 27 傳感器組成框圖 敏感元件，它是直接感受被測(cè)量并輸出與被測(cè)量成確定關(guān)系的某一種量的元件。 轉(zhuǎn)換元件，敏感元件的輸出就是它的輸入。它把輸入轉(zhuǎn)換成電路參量。轉(zhuǎn)換電路，上述電路參數(shù)接入轉(zhuǎn)換電路，便可轉(zhuǎn)換成電量輸出。 傳感器按其工作原理 可分為物理傳感器、化學(xué)傳感器和生物傳感器三大類(lèi)。 物理傳感器是利用某些變換元件的物理性質(zhì)，以及某些動(dòng)作功能材料的特殊物理性能制成的傳感器。 化學(xué)傳感器是利用電化反應(yīng)原理，把無(wú)機(jī)和有機(jī)化學(xué)物質(zhì)的成分。濃度等轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器。 生物傳感器是一種利用生物活性物質(zhì)的選擇性來(lái)識(shí)別和測(cè)定生物化學(xué)物質(zhì)的傳感器。 科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步的需要，推動(dòng)著傳感器技術(shù)的迅速發(fā)展。目前傳感器技術(shù)的發(fā)展方向主要有開(kāi)發(fā)新型傳感器，開(kāi)發(fā)新材料，采用新工藝，集成化多功能化與智能化等幾個(gè)方面。 傳感器的基本特性 根據(jù)被測(cè)量 的變化狀態(tài)，可以把傳感器的輸入量分為靜態(tài)量和動(dòng)態(tài)量?jī)深?lèi)。靜態(tài)量指?jìng)鞲衅鞯妮斎肓课怀绦驙顟B(tài)信號(hào)或變化及其緩慢的準(zhǔn)靜態(tài)信號(hào)；動(dòng)態(tài)量指?jìng)鞲衅鞯妮斎肓繛橹芷谛盘?hào)、瞬變信號(hào)或隨機(jī)信號(hào)等時(shí)間變化的信號(hào)。其中，傳感器的靜態(tài)特性是指?jìng)鞲衅髟诒粶y(cè)量處于穩(wěn)定狀態(tài)下的輸出輸入關(guān)系。傳感器的靜態(tài)特性是在靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)工作條件測(cè)定的。衡量傳感器靜態(tài)靜態(tài)特性的主要技術(shù)指標(biāo)有量程、線性度、遲滯、重復(fù)性，靈敏度、漂移等。傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指?jìng)鞲衅鲗?duì)隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。 1. 傳感器的技術(shù)性能指標(biāo)及改善性能途徑 （一）傳感器的技術(shù)性能指標(biāo) ① 傳感器的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo) A． 量程指標(biāo)：包括測(cè)量范圍、過(guò)載能力等。 B． 靈敏度指標(biāo)：包括靈敏度、分辨力、滿(mǎn)量程輸出、輸出輸入阻抗等。 C． 精度有關(guān)指標(biāo)：包括精度（誤差）、重復(fù)性、線性、滯后、靈敏度誤差、閥陜西國(guó)防學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)論文 １２ 值穩(wěn)定性、漂移等。 D． 動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)：包括固有頻率阻尼系數(shù)、時(shí)間常數(shù)、頻響范圍、頻率特性、臨界頻率、臨界速度、穩(wěn)定時(shí)間等。 ② 環(huán)境參數(shù)指標(biāo) A 溫度指標(biāo)包括工作溫度范圍、溫度誤差、溫度漂移、溫度系數(shù)、熱滯后等。 ：包括各向沖擊振動(dòng)的頻率、振幅、加速度、沖擊振動(dòng)引入的誤差等。 ：包括 抗潮濕、抗介質(zhì)腐蝕能力、抗電磁場(chǎng)干擾能力等 ③ 可靠性指標(biāo)： 包括工作壽命，平均故障時(shí)間，保險(xiǎn)期、疲勞性能、絕緣電阻耐壓弧性能等 ④ 其他指標(biāo) A 使用方面：包括供電方式（直流、交流、頻率及波形等）、電壓幅度與穩(wěn)定性功能、各項(xiàng)分布參數(shù)等 B 結(jié)構(gòu)方面：名手外形尺寸質(zhì)量、殼體材質(zhì)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等 ：包括安裝方式、饋成、電纜等 （二）改善傳感器性能的技術(shù)途經(jīng) A 差動(dòng)技術(shù) B 平均技術(shù) C 零示法和微差法 D 閉環(huán)技術(shù) E 屏蔽隔離子干擾抑制 F補(bǔ)償修正 技術(shù) G穩(wěn)定性處理。 根據(jù)本設(shè)計(jì)要求選用熱電式傳感器 將被測(cè)量變化轉(zhuǎn)換成熱生電動(dòng)勢(shì)的傳感器稱(chēng)熱電式傳感器、熱電式傳感器可將溫度及溫度相關(guān)的信號(hào)轉(zhuǎn)化為電量輸出、熱電式傳感器有熱電阻、熱敏電阻、熱電效方式等各種類(lèi)型 . 根據(jù)電烤箱的特點(diǎn)采用熱電阻傳感器 . 熱電阻利用金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度升高而增大的特性來(lái)來(lái)進(jìn)行了溫度測(cè)量的，常用測(cè)量范圍為 20。 C~+150。 C。隨著其技術(shù)的發(fā)展，其測(cè)溫范圍也不斷擴(kuò)大，低溫已可測(cè)量 1K~3K,高溫則可測(cè)量 1000。 C ~1300。 C 熱電阻力傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)有： A 測(cè)量精 度高，熱電阻材料的電阻溫度特性穩(wěn)定，重復(fù)性好， 不存在熱電偶參比端誤差問(wèn)題； B 測(cè)量范圍較寬，尤其在低溫方面 C 易于在自動(dòng)測(cè)量或遠(yuǎn)距離測(cè)量中使用 常用的熱電陰材料有鉑、銅、鎳、鐵等 陜西國(guó)防學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)論文 １３ 熱電阻的測(cè)量電路及應(yīng)用 熱電阻常用接入電橋使用引出線有兩、三線式和四線式幾種形式。采用兩淺式接法時(shí)（如圖 28 所示 Rt 的接法）引出的導(dǎo)線接于電橋的一個(gè)臂上，當(dāng)由于環(huán)境溫度或通以電流引起導(dǎo)成溫度變化時(shí)，將產(chǎn)生附加電阻、引起測(cè)量誤差，所以，當(dāng)熱電阻值較小時(shí)，常采用三線式、四線式接法，以消除接線電阻和引線電阻的影響 三線式接法是將兩條具有相同溫度特性的導(dǎo)成接于相鄰兩橋臂上，此時(shí)由于附加電阻引起的電阻變化是相同的，根據(jù)電橋的特性，電橋的輸出將互相抵消。 (a)二線式接法 (b)三線式接法 (d)四線式接法 圖 28 熱電阻傳感器的接線方式 四線式接法 R2=R3 為固定電阻， R1 可調(diào)，熱電阻 Rt,通過(guò)電阻為 r r r r4 的四根 導(dǎo)線和電橋連接， r r4 分別串聯(lián)在相鄰的兩橋臂內(nèi)， r r3 與電源去路串聯(lián)，將開(kāi)關(guān)接通，調(diào)節(jié) R1 使電橋平衡，則 R1+r1=Rt+r4 再將開(kāi)關(guān)接通 B，重新調(diào)整 R1，使電橋達(dá)到新的平衡，則 R1’ +r1=Rt+r1 兩式相加得： Rt= 2 39。11 RR? 四線式測(cè)量方法比較麻煩，一般用于精度要求較高的場(chǎng)合 . A/D 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809 的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)（如 圖 29） 如圖，多路開(kāi)關(guān)可達(dá)通訊員 89模擬通道，允許 8 路模擬量分時(shí)輸入，共用一個(gè) A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。地址鎖存與譯碼電路完成對(duì) A、 B、 C 三個(gè)地址供進(jìn)行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道選擇。 8位 A/D 轉(zhuǎn)換器是逐次逼近式，由控制時(shí)序電路，逐次逼近寄存器，樹(shù)狀開(kāi)關(guān)以及其 256R 電阻下型網(wǎng)絡(luò)等組成 陜西國(guó)防學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)論文 １４ 輸出鎖存器用于存放和輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量 的引腳及各引腳功能 圖 29 ADC0809 內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖 ADC0809 的引腳入各引腳雙引直插式封裝，其引腳排列見(jiàn)圖 210 所示 各引腳功能如下： ①、 INT— 2NO： 8 咱模擬量輸入引腳， ADC0809 對(duì)輸入模擬量的要求主要有二信號(hào)單極性，電壓范圍 0~