【正文】 湖南 鐵路科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè) （ 設(shè)計(jì) ）論文說明書 第 1頁(yè) 摘要 在工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開關(guān)量都是常用的主要被控參數(shù)。其中，溫度控制也越來越重要。在工業(yè)生產(chǎn)的很多領(lǐng)域中，人們都需要對(duì)各類加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度進(jìn)行檢測(cè)和控制。采用單片機(jī)對(duì)溫度進(jìn)行控制不僅具有控制方便、簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大的提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。因此，單片機(jī)對(duì)溫度的控制問題是一個(gè)工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到的控制問題 。 本設(shè)計(jì)是一個(gè)典型的智能電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)。以 AD590 為采集器、 89S51 為處中央理器、空調(diào)機(jī)相應(yīng)電路 ，結(jié)合相關(guān)的元器件（共陰極 LED 數(shù)碼顯示器、 BCD鎖存 /7段譯碼 / A/D 轉(zhuǎn)換器等）為執(zhí)行器來完成設(shè)計(jì)任務(wù)提出的溫度控制要求。該設(shè)計(jì)分總體方案設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)調(diào)試幾個(gè)部分，設(shè)計(jì)過程流暢，所設(shè)計(jì)的電路單元較為合理。該設(shè)計(jì)在硬件方案設(shè)計(jì)、單元電路設(shè)計(jì)、元器件選擇等方面較有特色。 【關(guān)鍵詞】 89C51 單片機(jī)， AD590 為采集器， LED 數(shù)碼顯示器， A/D 轉(zhuǎn)換器。第 2頁(yè) 目錄 摘要 ................................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 第一章 設(shè)計(jì)方案 ....................................................................... 4 設(shè)計(jì)任務(wù) ................................................................................. 4 設(shè)計(jì)總方案 .............................................................................. 4 第二章 硬件設(shè)計(jì) ......................................................................... 6 硬件各單元方案設(shè)計(jì)與選擇 ......................................................... 6 ......................................................................... 10 第三章 軟件設(shè)計(jì) ..................................................................... 15 程序流程圖 ........................................................................... 15 主程序清單 ........................................................................... 19 系統(tǒng)調(diào)試 .............................................................................. 25 第 四 章 設(shè)計(jì)主要芯片介紹 ..................................................... 27 89S51 .................................................................................. 27 ADC0809 ............................................................................... 29 AD590 .................................................................................. 32 總結(jié)與體會(huì) ................................................................................ 36 謝辭 ............................................................................................ 37 參考文獻(xiàn) .................................................................................... 38 第 3頁(yè) 第一章 設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì)方案任務(wù) 設(shè)計(jì)一個(gè)空調(diào)機(jī)的溫度控制單元。用單片機(jī)技術(shù)及相應(yīng)仿真平臺(tái)進(jìn)行開發(fā)，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對(duì)溫度進(jìn)行采集并作 A/D 轉(zhuǎn)換，再傳輸給單片機(jī)。以空調(diào)機(jī)為執(zhí)行器件，通過單片機(jī)程序來完成對(duì)室內(nèi)溫度的控制。 設(shè)計(jì)的主要要求如下： 1， 溫度設(shè)定范圍為 10~45 攝氏度，最小區(qū)分溫度為 1攝氏度，標(biāo)定溫度小于等于 1攝氏度。 2， 用二位十進(jìn)制數(shù)碼顯示當(dāng)前溫度。 3， 能根據(jù)設(shè)定的溫度實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加熱或降溫處理。 4， 設(shè)計(jì)出控制系統(tǒng)電路單元。 選 用 89S51 單片機(jī)為中央處理器，通過溫度傳感器對(duì)空氣進(jìn)行溫度采集，將采集到的溫度信號(hào)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，然后再驅(qū)動(dòng)空調(diào)機(jī)的加熱或降溫循環(huán)對(duì)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。 總方案結(jié)構(gòu)圖 1所示 湖南 鐵路科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè) （ 設(shè)計(jì) ）論文說明書 第 4頁(yè) 圖 1 空調(diào)溫度控制單元結(jié)構(gòu)圖 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)時(shí)顯示環(huán)境空氣溫度，用驅(qū)動(dòng)電路控制壓縮機(jī)完成加熱和制冷空調(diào)，用匯編語(yǔ)言完成軟件編程。 輸入部分 顯示部分 89S51 A/D 轉(zhuǎn)換器 驅(qū)動(dòng)控制 驅(qū)動(dòng)控制 溫度傳感器 （加熱） （制泠） 空氣 湖南 鐵路科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè) （ 設(shè)計(jì) ）論文說明書 第 5頁(yè) 第二章 硬件設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì)部分將尋找單元電路最合適的設(shè)計(jì)方案，再進(jìn)行單元電路設(shè)計(jì)，最后介紹所用到的特殊元器件。 溫度傳感部分 要求對(duì)溫度和與溫度有關(guān)的參量進(jìn)行檢測(cè)，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，前者通常稱為熱敏電阻，后者稱為熱電阻。 方案 1 采用熱敏電阻，這種電阻是利用對(duì)溫度敏感度的半導(dǎo)體材料制成，其阻值隨溫度變化有明顯的改變。負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器通常是由錳，鈷的氧化物燒制成半導(dǎo)體陶瓷制成。其特點(diǎn)是，在 工作溫度范圍內(nèi)電阻阻值隨溫度的升高而降低。課滿足40~90 攝氏度測(cè)量范圍，但熱敏電阻精度，重復(fù)性，可靠性比較差，不適用于檢測(cè)小于 1攝氏度的信號(hào)，而且線性度很差，不能直接用于 A/D 轉(zhuǎn)換，應(yīng)該用硬件或軟件對(duì)其進(jìn)行線性化補(bǔ)償。 方案 2 采用溫度傳感器鉑電阻 中很穩(wěn)定，它能用作工業(yè)測(cè)溫元件，且元件線性較好。在 0~100 攝氏度時(shí)，最大非線性偏差小于 。鉑熱電阻與溫度的關(guān)系式， Rt=R0(1+At+)；其中 Rt是溫度為 t攝氏度時(shí)的電阻； R0是溫度為 0攝氏度時(shí)的電阻； t為任意電阻值， A,B為溫度系數(shù)。但其成本太貴，不適合做普通設(shè)計(jì)。 方案 3 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。這種傳感器以電流作為輸出量至室溫度，其典型的電流溫度靈敏度是 1uA/端器件，使用非常方便，作為一種高阻電流源，它不需要要個(gè)考慮傳輸線上的電壓信號(hào)損失和噪聲干擾問題，因此特別適合作為遠(yuǎn)距離測(cè)量或控制用。另外， AD590也特別適合用于多點(diǎn)溫度測(cè)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差。應(yīng)用電路簡(jiǎn)單 ，便于設(shè)計(jì)。 方案選擇： 選擇方案 3 理由：電路簡(jiǎn)單穩(wěn)定可靠，無須調(diào)試，與 A/D 連接方便。 湖南 鐵路科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè) （ 設(shè)計(jì) ）論文說明書 第 6頁(yè) 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(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)一般需要經(jīng)過采樣保持和量化編碼兩個(gè)過程。針對(duì)不同的采樣對(duì)象，有不同的 A/D 轉(zhuǎn)換器（ ADC）可供選擇，其中有通用的也有專用的。有些 ADC 還包含其他功能，在選擇 ADC器件時(shí)要考慮多種因素，除了關(guān)鍵參數(shù)，分辨率和轉(zhuǎn)換速度以外，還應(yīng)考慮其他因素，如靜態(tài)與動(dòng)態(tài)精度，數(shù)據(jù)接口類型，控制接口與定時(shí)，采樣保持性能，基 本要求，校準(zhǔn)能力，通道數(shù)量，功耗，使用環(huán)境要求，封裝形式以及與軟件有關(guān)的問題。 ADC 按功能劃分，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(jí)轉(zhuǎn)換和積分式轉(zhuǎn)換等類型。 A/D 轉(zhuǎn)換器在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，除了要設(shè)計(jì)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)時(shí)機(jī)選擇的具體芯片進(jìn)行輸入模擬信號(hào)極性轉(zhuǎn)換等設(shè)計(jì)。 方案 1 采用分級(jí)式轉(zhuǎn)化器，這種轉(zhuǎn)換采用兩步或多步進(jìn)行分辨的閃爍是轉(zhuǎn)換，進(jìn)而快速的完成“模擬 數(shù)字”信號(hào)的轉(zhuǎn)換，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)較高的分辨率。 方案 2 采用雙積分型 A/D轉(zhuǎn)換器。雙積分 型 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換精度高，但是轉(zhuǎn)換速度不太快，若用于溫度測(cè)量，不能及時(shí)地反映當(dāng)前的溫度值，而且多數(shù)雙積分型 A/D 轉(zhuǎn)換器其輸出端都不是二進(jìn)制碼，而是直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的。所以，若直接將其輸出端接 I/O 接口會(huì)給軟件設(shè)計(jì)帶來激動(dòng)的不方便。 方案 3 采用逐次逼近式轉(zhuǎn)換器，對(duì)于這種轉(zhuǎn)換方式，通常是用一個(gè)比較輸入信號(hào)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的二進(jìn)制砝碼稱量物質(zhì)。采用逐次逼近寄存器，輸入信號(hào)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(shí)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 ADC080 AD574 等，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(jì)方便。 ADC0809 芯片內(nèi)包含 8 位湖南 鐵路科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè) （ 設(shè)計(jì) ）論文說明書 第 7頁(yè) 模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器、 8通道多路轉(zhuǎn)換器與微控制兼容的控制邏輯。 8 通道多路轉(zhuǎn)換器能直接連通 8 個(gè)單端輸入信號(hào)中任何一個(gè)。由于 ADC0809 設(shè)計(jì)時(shí)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(chǎng)合，并且價(jià)格低廉，降低設(shè)計(jì)成本。 方案選擇 :選擇方案 3 理由：用 ADC0809 采樣速度快，配合溫度傳感器應(yīng)用方便，價(jià)格低廉，降低設(shè)計(jì)成本。 數(shù)字顯示部分 通常的 LED 顯示器有段或 8段和“米”字段之分。這種顯示器有共陽(yáng)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，通常此公陰極接地。當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。同樣，共陽(yáng)極 LED 顯示器的工作原理也是一樣的。 方案 1 采用靜態(tài)顯示方式。在這種方式下，各位 LED顯示器共陽(yáng)極或共陰極連接在一起并接地或電源正，每位的段選線分別與一個(gè) 8位的 鎖存器輸出相連，各個(gè) LED 的顯示符一經(jīng)確定，相應(yīng)鎖存器的輸出將維持不變，直到顯示另一個(gè)字符為止，正因?yàn)槿绱?，靜態(tài)顯示器的亮度都較高。若用 I/O 口接口，這需要占用 位 I/O 口（ LED顯示器的個(gè)數(shù) N）。這樣的話，如果顯示器的個(gè)數(shù)較多，那使用的 I/O 接口就更多，因此在顯示位數(shù)較多的情況下，一般都不用靜態(tài)顯示。 方案 2 采用動(dòng)態(tài)顯示方式。當(dāng)多位 LED 顯示時(shí)，通常將所有位的段選線相應(yīng)的并聯(lián)在一起，由一個(gè) 8位 I/O口控制，形成段選線的多路復(fù)用。而各位的共陽(yáng)極或共陰極分別有相應(yīng)的 I/O 口控制，實(shí)現(xiàn)各位的分時(shí)選通。其中 段選線占用一個(gè) 8位 I/O，而位選線占用 N個(gè) I/O口