【正文】 比 8031還低，市場供應(yīng)也很充足。 單對 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)在啟動后就到外面程序存儲器讀取指令；而 8051/8751/89c51 因內(nèi)部有程序存儲器， 31 腳接高電平（ Vcc），單片機(jī)啟動后直接在內(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。另外， AT89C51替換 8031后因不用外存儲器，不必安裝原電路的外存儲器和 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，使整個設(shè)計顯得簡單明了，所以我們選擇 AT89C51。 方案二、采用多路分時的模擬量輸入通道，如圖 22所示。 長春工業(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 ADC、 S/H要求高。 （ 2） 處理速度慢。 （ 3） 硬件簡單，成本低。 （ 4） 軟件比較復(fù)雜。 多路切換器C P U信 號 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 調(diào)整 電 路信 號 調(diào)整 電 路信 號 調(diào)整 電 路信 號 調(diào)整 電 路接 口 圖 22 多路分時的 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)計系統(tǒng)對于模擬量輸入的要求，比較其框圖，方案二更具備硬件簡單的突出優(yōu)點(diǎn)，所以選擇方案二作為信號的輸入通道。 第三章 單片機(jī)測溫與控制電路設(shè)計 一個實(shí)際的控制系統(tǒng)是一個復(fù)雜的軟硬件結(jié)合體，硬件是軟件運(yùn)行的平臺，硬件系統(tǒng)設(shè)計的好壞直接影響著整個計算機(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 是美國模擬器件公司生產(chǎn)的集成兩端感溫電流源。 長春工業(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，通過對電流的測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如圖 32所示。 圖 32 AD590外形（圖 1）及電路符號（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 ： 在被測溫度一定時， AD590相當(dāng)于一個恒流源，把它和 5～ 30V的直流電源相連，并在輸出端串接一個 1kΩ 的恒值電阻，那么，此電阻上流過的電流將和被測溫度成 正比，此時電阻兩端將會有 1mV／ K的電壓信號。其基本電路如圖 33所示。 長春工業(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，兩個管的材質(zhì)和工藝完全相同，但 T3實(shí)質(zhì)上是 由 n個晶體管并聯(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為對稱的 Wilson電路，用來提高阻抗。 T T12和 T10為啟動電路，其中 T5為恒定偏置二極管。 T6可用來防止電源反接時損壞電路，同時也可使左右兩支路對稱。 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)計使得 T9， T10， T11三者的發(fā)射極電流相等，并同為整個電路總電流 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)果都會使 ΔU BE減小，不過，改變 R5 對 ΔU BE的影響更為顯著，因為它前面的系數(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用于測量熱力學(xué)溫度的基本應(yīng)用電路。因為流過 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，電阻也有偏差，因此應(yīng)對電路進(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℃時調(diào)整 R2，使輸出 V0=0，然后在 100℃時調(diào)整 R4使 V0=100mV。如此反復(fù)調(diào)整多次，直至0℃時， V0=0mV， 100℃時 V0=100mV為止。最后在室溫下進(jìn)行校驗。例如，若室溫為 25℃，那 長春工業(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 .多路檢測信號的實(shí)現(xiàn)。 例如設(shè)計系統(tǒng)為八路的溫度信號采集，而 MC14433僅 為一路輸入，故采用 CD4051組成多路分時的模擬量信號采集電路，其硬件接口如圖 36所示 圖 36八路分時的模擬量信號采集電路硬件接口 它具有如下特點(diǎn)： (1)外接線非常簡單 (僅兩根 )，使用十分方便； (2)內(nèi)有穩(wěn)壓和恒流電路，故對外接電壓要求非常低 (可在 430V范圍內(nèi)，供電電壓任意波動 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輸出的電流信號方便地轉(zhuǎn)換 成電壓信號。通過對 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）因為 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)計要求。此外，其工作電壓為 +4V+30V，是一般實(shí)際設(shè)計中完全可以達(dá)到的，因此選擇 AD590作為本實(shí)驗的溫度采集器。 （ 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)溫度的絕對溫標(biāo)的零點(diǎn)作為零點(diǎn)輸出的，即當(dāng)被測溫度為絕對零度時，輸出電流為 0μ A。由此實(shí)現(xiàn)了把被測溫度轉(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，適用于計算機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)距離進(jìn)行溫度測量和控制，且其電阻比較大，不需要精密電源對其供電，從 長春工業(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)計成本又節(jié)省了設(shè)計者的時間，節(jié)約了被設(shè)計產(chǎn)品的空間，有利于大量推廣。 ／Ｖ轉(zhuǎn)換電路 圖 通常情況下，在接到一個具體的測控任務(wù)后，需根據(jù)被測控的對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，往往信號幅度太小，很難直接進(jìn)行摸數(shù)轉(zhuǎn)換，因此，需對這模擬電信號進(jìn)行放大處理。本部分就具有此功能。 由于 AD590在絕對零度時輸出為 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)驗設(shè)計的溫度要求 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)驗采用了 4個 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。因為人體 溫度和水的溫度都在測定的溫度范圍內(nèi) , AD590會將測得的溫度轉(zhuǎn)化成對應(yīng)的電流輸出 ,這種電流是與絕對溫度而非攝氏溫度相對應(yīng)的 ,因此就需要一個轉(zhuǎn)化電路來實(shí)現(xiàn)電量與攝氏溫度的轉(zhuǎn)換 . 絕對溫度與攝氏溫度間的轉(zhuǎn)換 因為 AD590輸出的電流是與絕對溫度對應(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)計一個轉(zhuǎn)換電路，實(shí)現(xiàn)絕對溫度與攝氏溫度的轉(zhuǎn)換。 (1)由于 AD590在絕對零度時輸出為 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)驗設(shè)計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