【正文】 比 8031還低，市場(chǎng)供應(yīng)也很充足。 單對(duì) AT89C51來說，在實(shí)際電路中可以直接互換 8051和 8751，替換 8031只是第 31腳有區(qū)別， 8031 因內(nèi)部沒有 ROM， 31 腳需接地（ GND），單片機(jī)在啟動(dòng)后就到外面程序存儲(chǔ)器讀取指令；而 8051/8751/89c51 因內(nèi)部有程序存儲(chǔ)器， 31 腳接高電平（ Vcc），單片機(jī)啟動(dòng)后直接在內(nèi)部讀取指令。也就是 51 芯片的 31 腳控制著單片機(jī)程序從內(nèi)部讀取還是從外部讀取， 31腳接電源，程序從內(nèi)部讀取， 31 腳接地，程序從外部讀取，其 他無須改動(dòng)。另外， AT89C51替換 8031后因不用外存儲(chǔ)器，不必安裝原電路的外存儲(chǔ)器和 373芯片。 由于內(nèi)部 RAM 的存在，可以減少 I/O 擴(kuò)展芯片、鎖存器及片外 RAM 等等，使整個(gè)設(shè)計(jì)顯得簡(jiǎn)單明了，所以我們選擇 AT89C51。 方案二、采用多路分時(shí)的模擬量輸入通道，如圖 22所示。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 5 這種結(jié)構(gòu)的模擬量通道特點(diǎn)為： （ 1） 對(duì) ADC、 S/H要求高。 （ 2） 處理速度慢。 （ 3） 硬件簡(jiǎn)單，成本低。 （ 4） 軟件比較復(fù)雜。 多路切換器C P U信 號(hào) 調(diào)整 電 路A / D 轉(zhuǎn)換 器采 樣 /保 持 器轉(zhuǎn)換 器采 樣保 持 器信 號(hào) 調(diào)整 電 路信 號(hào) 調(diào)整 電 路信 號(hào) 調(diào)整 電 路信 號(hào) 調(diào)整 電 路接 口 圖 22 多路分時(shí)的 模擬量輸入通道 綜合比較方案一與方案二，方案二更為適合于本設(shè)計(jì)系統(tǒng)對(duì)于模擬量輸入的要求，比較其框圖，方案二更具備硬件簡(jiǎn)單的突出優(yōu)點(diǎn)，所以選擇方案二作為信號(hào)的輸入通道。 第三章 單片機(jī)測(cè)溫與控制電路設(shè)計(jì) 一個(gè)實(shí)際的控制系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的軟硬件結(jié)合體，硬件是軟件運(yùn)行的平臺(tái)，硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞直接影響著整個(gè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的性能的優(yōu)越，硬件是看得見摸得著的各部分器件的總稱，本系統(tǒng)主要應(yīng)用 AD590,AT89C51,CD4051， ICL7135， MAX232,8155,MAX813L。單片機(jī)是 整個(gè)系統(tǒng)的核心，其他所有設(shè)備都要在他的控制和管理下進(jìn)行工作。 AD590 集成溫度傳感器 AD590 是美國(guó)模擬器件公司生產(chǎn)的集成兩端感溫電流源。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 6 一、主要特性 AD590 是電流型溫度傳感器，通過對(duì)電流的測(cè)量可得到所需要的溫度值。根據(jù)特性分擋，AD590 的后綴以 I， J， K， L， M 表示。 AD590L， AD590M 一般用于精密溫度測(cè)量電路，其電路外形如圖 32所示，它采用金屬殼 3腳封裝，其中 1腳為電源正端 V＋； 2腳為電流輸出端 I0；3腳為管殼，一般不用。集成溫度傳感器的電路符號(hào)如圖 32所示。 圖 32 AD590外形（圖 1）及電路符號(hào)（圖 2） 流過器件的電流（μ A）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開爾文）度數(shù)，即： I T/T=1μ A /K 式中： IT—— 流過器件（ AD590）的電流，單位μ A。 T—— 熱力學(xué)溫度，單位 K。 AD590的測(cè)溫范圍 55℃ +150℃。 AD590的電源電壓范圍為 4V30V。電源電壓可在 4V6V范圍變化，電流 IT變化 1μ A，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(huì)損壞。 輸出電阻為 710MΩ。 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)，非線形誤差177。 ℃。 AD590的工作原理 ： 在被測(cè)溫度一定時(shí)， AD590相當(dāng)于一個(gè)恒流源，把它和 5～ 30V的直流電源相連，并在輸出端串接一個(gè) 1kΩ 的恒值電阻，那么，此電阻上流過的電流將和被測(cè)溫度成 正比，此時(shí)電阻兩端將會(huì)有 1mV／ K的電壓信號(hào)。其基本電路如圖 33所示。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 7 圖 33 AD590內(nèi)部核心電路 圖 33是利用 ΔU BE特性的集成 PN結(jié)傳感器的感溫部分核心電路。其中 T 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； T T4是感溫用的晶體管，兩個(gè)管的材質(zhì)和工藝完全相同，但 T3實(shí)質(zhì)上是 由 n個(gè)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 ΔU BE。因此，電流 I1為： I1＝ ΔU BE／ R＝（ KT／ q）（ lnn）／ R 對(duì)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(fù)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(hào)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(zhǔn)溫度下可得到 1μA ／ K的 I值。 圖 34 AD590內(nèi)部電路 圖 34所示是 AD590的內(nèi)部電路，圖中的 T1～ T4相當(dāng)于圖 33中的 T T2，而 T9， T11 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 8 相當(dāng)于圖 33中的 T T4。 R 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。T T8， T10為對(duì)稱的 Wilson電路，用來提高阻抗。 T T12和 T10為啟動(dòng)電路，其中 T5為恒定偏置二極管。 T6可用來防止電源反接時(shí)損壞電路，同時(shí)也可使左右兩支路對(duì)稱。 R1， R2為發(fā)射極反饋電阻，可用于進(jìn)一步提高阻抗。 T1～ T4 是為熱效應(yīng)而設(shè)計(jì)的連接 防式。而 C1和 R4則可用來防止寄生振蕩。該電路的設(shè)計(jì)使得 T9， T10， T11三者的發(fā)射極電流相等，并同為整個(gè)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－ 2 R5） 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 ΔU BE，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(huì)使 ΔU BE減小，不過，改變 R5 對(duì) ΔU BE的影響更為顯著，因?yàn)樗懊娴南禂?shù)較大。實(shí)際上就是利用激光修正 R5 以進(jìn)行粗調(diào)，修正 R6 以實(shí)現(xiàn)細(xì)調(diào)，最終使其在250℃ 之下使總電流 I達(dá)到 1μA ／ K。 二、基本應(yīng)用電路 圖 38是 AD590用于測(cè)量熱力學(xué)溫度的基本應(yīng)用電路。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(shí)，輸出電壓 V0隨溫度的變化為 1mV/K。但由于 AD590的增益有偏差，電阻也有偏差，因此應(yīng)對(duì)電路進(jìn)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 V0=+25=（ mV）。但這樣調(diào)整只保證在 0℃或25℃附近有較高的精度。 圖 35 AD590應(yīng)用電路 三、 攝氏溫度測(cè)量電路 如圖 35所示，電位器 R2用于調(diào)整零點(diǎn)， R4用于調(diào)整運(yùn)放 LF355的增益。調(diào)整方法如下：在 0℃時(shí)調(diào)整 R2，使輸出 V0=0，然后在 100℃時(shí)調(diào)整 R4使 V0=100mV。如此反復(fù)調(diào)整多次，直至0℃時(shí)， V0=0mV， 100℃時(shí) V0=100mV為止。最后在室溫下進(jìn)行校驗(yàn)。例如，若室溫為 25℃，那 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 9 么 V0應(yīng)為 25mV。冰水混合物是 0℃環(huán)境，沸水為 100℃環(huán)境。 四 .多路檢測(cè)信號(hào)的實(shí)現(xiàn)。 例如設(shè)計(jì)系統(tǒng)為八路的溫度信號(hào)采集，而 MC14433僅 為一路輸入，故采用 CD4051組成多路分時(shí)的模擬量信號(hào)采集電路，其硬件接口如圖 36所示 圖 36八路分時(shí)的模擬量信號(hào)采集電路硬件接口 它具有如下特點(diǎn)： (1)外接線非常簡(jiǎn)單 (僅兩根 )，使用十分方便； (2)內(nèi)有穩(wěn)壓和恒流電路，故對(duì)外接電壓要求非常低 (可在 430V范圍內(nèi)，供電電壓任意波動(dòng) 5V所造成的誤差均小于 1℃ )； (3)非線性誤差較小 (AD590M為土 ％，誤差最大的 AD590I為 2％ )； (4)使用溫度范圍為一 50℃ 150℃。 (5)它具有良好的互換性。 (6)采用圖 ， 可以把 AD590輸出的電流信號(hào)方便地轉(zhuǎn)換 成電壓信號(hào)。通過對(duì) Rw調(diào)整均可使 AD590的輸出達(dá)到 1mV／℃， 應(yīng)用非常方便。 分析以上資料得出： （ 1）因?yàn)?AD590 這種二端式集成溫度傳感器的工作范圍是 55℃ 150℃完全符合預(yù)定的范圍 0℃ 50℃設(shè)計(jì)要求。此外，其工作電壓為 +4V+30V，是一般實(shí)際設(shè)計(jì)中完全可以達(dá)到的，因此選擇 AD590作為本實(shí)驗(yàn)的溫度采集器。 （ 2）由于 AD590 是一種恒流源形式的溫度傳感器，只需在其二端加上一定的工作電壓就會(huì)有輸出電壓隨溫度的變化而變化，其電流輸出為 1μ A /186。K，即被測(cè)溫度每變化 1℃其輸出電流變化 1μ A。 AD5590 是以熱力學(xué)溫度的絕對(duì)溫標(biāo)的零點(diǎn)作為零點(diǎn)輸出的，即當(dāng)被測(cè)溫度為絕對(duì)零度時(shí)，輸出電流為 0μ A。由此實(shí)現(xiàn)了把被測(cè)溫度轉(zhuǎn)化成了與之呈明確線性關(guān)系的電流量，為下一步進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換打下了基礎(chǔ)。 （ 3）此外， AD590這種電流型的半導(dǎo)體集成溫度傳感器，具有較強(qiáng)的抗干擾功能，適用于計(jì)算機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)距離進(jìn)行溫度測(cè)量和控制，且其電阻比較大，不需要精密電源對(duì)其供電，從 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 10 一定程度上節(jié)約了開銷，節(jié)省了制作成本，為大批量生產(chǎn)和推廣提供了有利條件和可能性。另外， AD590不需要溫度補(bǔ)償 以及專門的線性電路，既降低了設(shè)計(jì)成本又節(jié)省了設(shè)計(jì)者的時(shí)間，節(jié)約了被設(shè)計(jì)產(chǎn)品的空間，有利于大量推廣。 ／Ｖ轉(zhuǎn)換電路 圖 通常情況下，在接到一個(gè)具體的測(cè)控任務(wù)后，需根據(jù)被測(cè)控的對(duì)象選擇合適的傳感器 ，從而完成了非電物理量到電量的轉(zhuǎn)換。但是，經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換后的量，如電流、電壓等，往往信號(hào)幅度太小，很難直接進(jìn)行摸數(shù)轉(zhuǎn)換，因此，需對(duì)這模擬電信號(hào)進(jìn)行放大處理。本部分就具有此功能。 由于 AD590在絕對(duì)零度時(shí)輸出為 0μ A，且溫度每變化 1℃，輸出的電流相應(yīng)的變化 1μ A，則本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的溫度要求 為攝氏溫，由熱力學(xué)與攝氏溫度溫度的轉(zhuǎn)化公式： ?? （ ） 其中 T為熱力學(xué)溫標(biāo) t為攝氏溫標(biāo)。 由圖可知， A端輸出的電壓為 590 10A ADU I K?? （ ） 本實(shí)驗(yàn)采用了 4個(gè) AD590 實(shí)現(xiàn)了 4路溫度采集，此 4路溫度分別為人體溫度、冰墊 1的溫度、冰墊 2的溫度、水箱的溫度。因?yàn)槿梭w 溫度和水的溫度都在測(cè)定的溫度范圍內(nèi) , AD590會(huì)將測(cè)得的溫度轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)的電流輸出 ,這種電流是與絕對(duì)溫度而非攝氏溫度相對(duì)應(yīng)的 ,因此就需要一個(gè)轉(zhuǎn)化電路來實(shí)現(xiàn)電量與攝氏溫度的轉(zhuǎn)換 . 絕對(duì)溫度與攝氏溫度間的轉(zhuǎn)換 因?yàn)?AD590輸出的電流是與絕對(duì)溫度對(duì)應(yīng)的，而在現(xiàn)實(shí)生活中人們使用的是攝氏溫度 ，因此就必須設(shè)計(jì)一個(gè)轉(zhuǎn)換電路，實(shí)現(xiàn)絕對(duì)溫度與攝氏溫度的轉(zhuǎn)換。 (1)由于 AD590在絕對(duì)零度時(shí)輸出為 0μ A，且溫度每變化 1℃，輸出的電流相應(yīng)的變化 1μ A，則本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的溫度要求為攝氏溫，由熱力學(xué)與攝氏溫度溫度的轉(zhuǎn) 化公式： ?? () 其中 T為熱力學(xué)溫標(biāo) t為攝氏溫標(biāo)。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 11 由圖可知， A端輸出的電壓為 590 10A ADU I K?? () 圖 (2)由放大器性質(zhì)可知 , 74112LM ADUU UURR? ?? ?? () 又知 12II? , 12RR? , 所以有 741LM ADU U U U??? ? ? （ ） 又知 UU??? 所以有 7412AD LMU U U??? （ ） 由（ 1）中分析可知，正端的輸入電壓為 590 10A ADU I K?? 則有 5 9 0 7 4 12 1 0AD AD LMU I K U? ? ? （ ） 通過調(diào)節(jié)可使