【文章內(nèi)容簡介】 感器將非電物理量轉(zhuǎn)換成電信號才能完成溫度測量和控制的任務。 測量電路 通常傳感器的輸出可能是電阻值、電容值或者電流值，這些信號不適宜進行直接測量，往往需要轉(zhuǎn)換成電壓信號，傳遞給后面的 A/D 轉(zhuǎn)換器，所以很多時候需要搭建簡單 的測量電路，使得傳感器輸出的參數(shù)變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化。 A/D 轉(zhuǎn)換器 無論是計算機，還是各種 MCU、或者 DSP 等處理器只能處理數(shù)字信號，即使經(jīng)過處理的信號仍然只是模擬物理量，還不能直接和這些處理器通信，而 A/D 轉(zhuǎn)換器就是實現(xiàn)從模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵器件。模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)是實現(xiàn)各種模擬信號通向數(shù)字世界的橋梁。 溫度測量信號的采集 LM135 系列的性能特點 在設(shè)計中我用的溫度采集電路是熱電偶冷端溫度補償電路，這個電路是由 LM335 構(gòu)成的 K 型熱電偶冷端溫度補償電路。下面介紹 LM335 的性能特點如下： （ 1） 它屬于電壓輸出式精密集成溫度傳感器，電壓溫度系數(shù)為 +10mV/K，輸出電壓與熱力學溫度成正比。 （ 2） 測溫精度高，測溫范圍寬 。 LM335 測溫范圍為 — 40～ +100℃ 。 （ 3）動態(tài)阻抗低。當工作電流為 ～ 5mA 時，其動態(tài)阻抗僅為 ～ ? （ 4）具有類似于穩(wěn)壓管的特性，使用時須經(jīng)過限流電阻接正電源，亦可由集成恒流源給它提供恒定的工作電流。 （ 5）價格低，易校準。利用一只 10K? 電位器即可校準 +25℃ 時的輸出電壓值。 熱電偶的工作原理 熱電偶的工作原理可以這樣解釋 ，當兩種不同的 導體或半導體 A 或 B 組成一個回路，其兩端相互連接時，只要兩端（一端溫度為 T，稱為工作端或者是熱端；另一端溫度為 0T ，稱為自由端，也稱參考端或者冷端）的溫度不同，則回路中就會有電流產(chǎn)生，回路中存在的電動勢稱為熱電動勢。熱電偶就是利用這一效應來工作的。 熱電偶冷端溫度補償電路 由 LM335 構(gòu)成的 K 型熱電偶 冷端溫度補償電路如圖 42 所示。利用 LM335 來測量空調(diào)控制器設(shè)計 7 熱電偶的冷端溫度 0T ， 1R 為限流電阻， 1RP 是校準溫度的電位器。 LM335 的輸出電壓經(jīng)過2R 和 6R 分壓之后，得到所需的補償電壓 BU ，其電壓溫度系數(shù)為式 （ 41） 。 6264221 0 / 1 0 / 4 1 /1 0 2 4 2 2RK m V K m V K V KR R K ?? ? ? ? ??? （ 41） 3412105U 4 AL M 30 8AD8L M 33 5D7L M 32 9BR P 2 KR 1010KR969 8 KR710 2 KR629 4 KR510KC 1310 0 PV C CV C CR0 KR P 110KR 10422R 1110KA D C 0K 型熱電偶 圖 42 K 型熱電偶冷端溫度補償電路 因 BU 接運算放大器 LM308A 的反相輸入端，故可視為 41 /K V K??? 。 K 型熱電偶產(chǎn)生的溫差熱電勢 e 則接到 LM308A 的同相輸入端。經(jīng) LM308A 放大之后就實現(xiàn)了熱電偶的冷端溫度補償。考慮到 LM335 的輸出電壓與熱力學溫度成正比，要想輸出與攝氏溫度成正比的電壓信號 OU ，還應扣除 LM335 在 0℃時的輸出電壓 1OU ?，F(xiàn)利用 LM329B 型 基準電壓源和精密多圈電位器 2RP ，得到 1OU ，也加至 LM308A 的反相輸入端，因此實際補償電壓就變成了 1B B OU U U??。最終可使輸出電壓 (10 /OU mV? ℃） t 。 鍵盤 輸入電路 鍵盤輸入電路如圖 43 所示 。 S B 10S B 21S B 32S B 43S B 54S B 65S B 76S B 87S B 98S B 109S A 1S A 2S A 3P A 0P A 1P A 2P A 3P A 4P A 5P B 1 P B 2 P B 3 P B 4 圖 43 鍵盤 輸入電路 鍵盤輸入用到了 8255， PB 和 PC 口是 8255 兩個八位輸出口 ， 8255 控制 端口 的 地址分別 為 8000H， 8001H， 8002H 和 8003H， 它們由地位地址 A0， A1 加以區(qū)別， A0， A1從地位地址鎖存器 74LS373 引出，外設(shè)芯片 8255 的接口配置與外部存儲器的接口配置方式相同，同樣占據(jù)數(shù)據(jù)總線和地址總線。 數(shù)碼顯示電路 數(shù)碼顯示 電路如圖 44 所示。 1G11A 122Y 431A 242Y 351A 362Y 271A 482Y 19GND102A 1111Y 4122A 2131Y 3142A 3151Y 2162A 4171Y 1182G19V C C20U574 L S 24 4a b c d e f gdpL E D 5LEDP C 0P C 1P C 2P C 3P C 4P C 5P C 6P C 712345678161514131211109R P 1R E S P A C K 4a b c d e f gdpL E D 1LEDa b c d e f gdpL E D 2LEDa b c d e f gdpL E D 3LEDa b c d e f gdpL E D 4LEDa b c d e f gdpL E D 6LED1R12R23R34R45R56R67R7GND8V C C9Q710Q611Q512Q413Q314Q215Q116U L N 20 03U7U L N 20 03P B 0P B 1P B 2P B 3P B 4P B 5V C CV C C 圖 44 數(shù)碼 顯示 電路 數(shù)碼管采用共陰極方式， PA 口是 8 位輸入口，用于讀入掃描鍵盤的位置。 8255 的片選地址 CS 是由高八位地址 (A8～ A15)通過 74LS138 譯碼產(chǎn)生的。 從 PA0～ PA3 查詢掃描行的輸入狀態(tài)，從 PA4～ PA7 查詢功能鍵的輸入狀態(tài)，判斷是否有數(shù)字鍵或功能鍵按下。 8255 芯片 簡介 8255 是 Intel 公司生產(chǎn)的可編程并行 I/O 接口芯片，有 3 個 8 位并行 I/O 口。具有 3 個通道 3 種工作方式的可編程并行接口芯片（ 40 引腳）。 其各口功能可由軟件選擇，使用靈活，通用 性強。 8255 可作為單片機與多種外設(shè)連接時的中間接口電路。 8255 作為主機與外設(shè)的連接芯片，必須提供與主機相連的 3 個總線接口，即數(shù)據(jù)線、地址線、控制線接口。同時必須具有與外設(shè)連接的接口 A、 B、 C 口。由于8255 可編程 ,所以必須具有邏輯控制部分，因而 8255 內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為 3 個部分：與 CPU連接部分、與外設(shè)連接部分、控制部分。 8255 的引腳功能如下： RESET： 復位輸入線，當該輸入端處于高電平時，所有內(nèi)部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有 I/O 口均被置成輸入方式。 空調(diào)控制器設(shè)計 9 CS： 芯片選擇信號線，當這個輸入引腳為 低電平時 ， 即 CS =0 時 ， 表示芯片被選中，允許 8255 與 CPU 進行通訊 ， CS =1 時 ， 8255 無法與 CPU 做數(shù)據(jù)傳輸 。 RD： 讀信號線，當這個輸入引腳為低電平時 ， 即 RD =0 且 CS =0 時 ， 允許 8255通過數(shù)據(jù)總線向 CPU 發(fā)送數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息，即 CPU 從 8255 讀取信息或數(shù)據(jù)。 WR： 寫入信號，當這個輸入引腳為低電平時 ， 即 WR =0 且 CS =0 時 ， 允許 CPU將數(shù)據(jù)或控制字寫入 8255。 5 系統(tǒng)軟件 軟件流程圖 圖 51 空調(diào)控制器的軟件流程圖 開始 系統(tǒng)初始化 開 A/D 轉(zhuǎn)換器中斷 初始化 A/D 轉(zhuǎn)換器 溫度采集 數(shù)碼管顯示 有鍵按下？ 溫度超出范圍？ 調(diào)用空調(diào)控制模塊 是否異常？ 調(diào)用報警 返回 Y N Y N Y 空調(diào)控制器設(shè)計 11 各部分程序設(shè)計 主程序 MAIN: MOV WDTCN,0DEH MOV WDTCN,0ADH MOV XBR2,40H LCALL PORT LCALL DIGITAL LCALL INT8255 MOV EIE2,10H MOV P3IF,00H MOV AMX0CF,00H MOV AMX0SL,00H MOV REF0CN,03H MOV ADC0CF,58H MOV ADC0CN,0C0H SETB EA ORL ADC0CN,10H LOP: LCALL LCD AJMP LOP 在主函數(shù)之前先設(shè)置 A/D 轉(zhuǎn)換器的 中斷入口， 然后再編寫主程序，在主函數(shù)最起初先禁止看門狗程序，然后使能交叉開關(guān)。然后依次調(diào)用 I/O 口初始化程序，要顯示的數(shù)的斷碼初始化程序，以及 8255 初始化程 序。然后是設(shè)置各端口為漏極開路，即低電平有效。接下來是 A/D 轉(zhuǎn)換器的初始化， 選擇 時鐘周期為 1MHz，系統(tǒng)時鐘是 12MHz，增益大小選擇 為 1，所以 ADC0CF 設(shè)為 58H，啟動方式為寫 BUSY=1，數(shù)據(jù)位右對齊，所以 ADC0CN設(shè)為 C0H。 由于 A/D 轉(zhuǎn)換器是采集外界溫度的，采集結(jié)束之后還要用數(shù)碼管顯示出來，所以在執(zhí)行完 A/D 中斷結(jié)束之后，返回來要接著條用顯示的程序。因為 A/D 轉(zhuǎn)換器采集外界的溫度是隨時更新的，因此， 在這里是循環(huán)調(diào)用的 I/O 口初始化 PORT: MOV EMI0CF,2CH MOV P74OUTt,3FH RET I/O 口是單片機的重要組成部分，所以在編寫程序時要對它進行初始化。讓 EMIF 工作在地址 /數(shù)據(jù)復用方式，只用外部存儲器， ALE 高 /低脈沖占 1 個 SYSCLK 周期，所以EMI0CF 設(shè)為 2CH； P7 為漏極開路方式， P P P6 為推拉方式，所以設(shè)置 P74OUT 為3FH。 8255 初始化 int8255: mov DPTR,8003H mov a,80H movx @DPTR,a ret 控制字設(shè)為 80H，即設(shè)置 PC 和 PB 口為輸出， PA 口為輸入。 8003H 為 8255 的控制寄存器地址。 溫度采集 ADC0: mov a,adc0l mov 33H,adc0l swap a anl a,0FH mov 30H,a mov a,adc0h mov 34H,adc0h swap a anl a,0F0H orl a,30H mov 31H,a lcall SC lcall COMPARE lcall lcd anl dc0, 0dfH orl adc0, 10H mov eie2,10H reti 把溫度轉(zhuǎn)換成易于單片機處理的數(shù)字信號，是通過 A/D 轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)的。 C8051F020有兩個 A/D 轉(zhuǎn)換器，分別是 ADC0 和 ADC1， ADC0 是 12 位的 A/D 轉(zhuǎn)換器，而 ADC1是 8 位 的 A/D 轉(zhuǎn)換器。 在此次設(shè)計中