【文章內(nèi)容簡介】 布線。 南京師范大學(xué)泰州學(xué)院電力工程學(xué)院 基于 STC89C52單片機(jī)的多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 圖 24 放置元件在編輯窗口 ③ 添加仿真程序如圖 214，元件放置好，按照原理圖開始連接。連接并檢查無誤后，選擇單片機(jī)編程軟件所生成的 HEX 文件添加到仿真軟件里，操作如圖 25，在單片機(jī)上右擊鼠標(biāo)，點(diǎn)擊 “編輯屬性 ”。 圖 25 編輯單片機(jī)屬性 南京師范大學(xué)泰州學(xué)院電力工程學(xué)院 基于 STC89C52單片機(jī)的多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 圖 26 添加 HEX 文件 在如圖 26 的 Program File 里添加 KEIL 所生成的 HEX 文件，點(diǎn)擊確定 ，完成了單片機(jī)所要執(zhí)行的程序，同時在 Clock Frequency 一欄選擇單片機(jī)晶振的頻率為 12MHz ④ 開始仿真，點(diǎn)擊如圖 21 的 仿真按鈕， Proteus 開始仿真。其結(jié)果如圖 27 所示，顯示通道 3 的溫度為 11℃ 。 圖 27 仿真結(jié)果 南京師范大學(xué)泰州學(xué)院電力工程學(xué)院 基于 STC89C52單片機(jī)的多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 第三章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 方案一：利用鎖存器，觸發(fā)器擴(kuò)展 P0 口 圖 31 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖一 方案二：利用 8255A 擴(kuò)展 I/O 口 圖 32 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖二 南京師范大學(xué)泰州學(xué)院電力工程學(xué)院 基于 STC89C52單片機(jī)的多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 方案原理說明 方案一如圖 31 所示 ，采用單片機(jī)的 P0 口連接 ADC0809， P1 口連接按鍵對單片機(jī)實(shí)時控制，用 D 數(shù)據(jù)鎖存器 74HC373 將 P0 口的低三位值傳送給 A/D 轉(zhuǎn)換器的地址選擇端口，同時用兩個 D 型觸發(fā)器 74HC273 將 P0 口輸出的值顯示在 LED 上。為了不影響相互之間的工作，選用邏輯器件或非門和或門來控制 P0 口選擇哪一個器件進(jìn)行讀寫操作。 其工作原理以 STC89C52 單片機(jī)作為主控芯片，利用熱敏電阻設(shè)計(jì)成測溫電路。熱敏電阻電壓信號經(jīng)放大電路進(jìn)行放大處理后滿足 A /D 轉(zhuǎn)換器的要求 ，然后在 A/D 轉(zhuǎn)換程序控制下經(jīng) A /D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。此信號送人單片機(jī)系統(tǒng)，將最后的測量結(jié)果送入 L E D 數(shù)字顯示模塊顯示溫度數(shù)據(jù)。通過按鍵設(shè)定溫度控 制范圍。 方案二如圖 32 所示 ，利用 8255A 擴(kuò)展單片機(jī)的 I/O 口，其工作原理大致與方案一相同，不同的是用 P2 口控制 ADC0809，測溫電路測得的電壓值送至 A/D 轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量送給 8255A 的 A 口， A 口有輸入鎖存功能。單片機(jī)指針轉(zhuǎn)向 A 口將數(shù)字量送入單片機(jī)片內(nèi) RAM。單片機(jī)的指針轉(zhuǎn)向 B 口和 C 口，將轉(zhuǎn)換后的值在 LED 顯示。 總體設(shè)計(jì)方案論證 方案一采用鎖存器和觸發(fā)器擴(kuò)展 I/O 口 ，通過邏輯器件選擇相應(yīng)的模塊， 是簡單易行的方法， 也是目前設(shè)計(jì)中主要考慮的方法 主要 存在以下 方面的缺點(diǎn)： ① 芯片種類多，更換復(fù)雜，且不易查找出錯芯片。 ② 由于芯片多所造成連線交叉，產(chǎn)生干擾信號。 ③ 邏輯器件增加程序的編譯難度。 ④ 器件多不易于模塊調(diào)試和出錯檢查。 方案二主要是解決方案一所存在的問題。既解決芯片問題又使得接線清晰。同時預(yù)留單片機(jī)的 I/O 口，可以擴(kuò)展系統(tǒng)的功能，方案二也是存在缺點(diǎn)的，如果系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能太簡單，就存在浪費(fèi) I/O 資源。不能發(fā)揮單片機(jī) 集成度高、功能強(qiáng)、速度快、體積小、功耗低、使用方 便、價格低廉等特點(diǎn) 。 通過以上方案論證，方案二是最佳選擇。 南京師范大學(xué)泰州學(xué)院電力工程學(xué)院 基于 STC89C52單片機(jī)的多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 第四章 硬件電路的設(shè)計(jì) 測溫電路的設(shè)計(jì) 熱敏電阻的選擇 熱敏電阻是利用半導(dǎo)體的阻值隨溫度變化這一特性而制成的，分為 NTC（負(fù)溫度系數(shù) Negative Temperature Coefficient）熱敏電阻、 PTC（正溫度系數(shù) Positive Temperature Coefficient）熱敏電阻兩大類 [10]。 PTC 熱敏電阻的電阻值隨著溫度的升高而增大。 PTC 熱敏電阻的制造材料是以BaTiO3 或 SrTiO3 或 PbTiO3 為主要成分的燒結(jié)體，并摻入微量的 Nb、 Ta、 Bi、 Sb、 Y、La 等氧化物進(jìn)行原子價控制而使之半導(dǎo)體化，常將這種半導(dǎo)體化的 BaTiO3 等材料簡稱為半導(dǎo)（體）瓷；同時還添加增大其正電阻溫度系數(shù)的 Mn、 Fe、 Cu、 Cr 氧化物，采用一般陶瓷工藝成形、高溫?zé)Y(jié)而使鈦酸鉑等及其固溶體半導(dǎo)化，從而得到正溫度特性的熱敏電阻材料。 PTC 熱敏電阻一般用于電冰箱壓縮機(jī)起動電路、彩色顯像管消磁電路、電動機(jī)過流過熱保護(hù)電路、限流電路及恒溫控制電路等 [10]。 NTC 熱敏電阻 是指電阻值隨溫度上升而減小，具有負(fù)溫度 系數(shù)的熱敏電阻現(xiàn)象和材料。該材料是利用錳、銅、硅、鈷、鐵、鎳、鋅等兩種或兩種以上的金屬氧化物進(jìn)行充分混合、成型、燒結(jié)等工藝而成的半導(dǎo)體陶瓷，可制成具有負(fù)溫度系數(shù)（ NTC）的熱敏電阻．其電阻率和材料常數(shù)隨材料成分比例、燒結(jié)氣氛、燒結(jié)溫度和結(jié)構(gòu)狀態(tài)不同而變化．現(xiàn)在還出現(xiàn)了以碳化硅、硒化錫、氮化鉭等為代表的非氧化物系 NTC 熱敏電阻材料． NTC 熱敏電阻一般用于各種電子產(chǎn)品中作微功率測量、溫度檢測、溫度補(bǔ)償、溫度控制等。所以選用 NTC 熱敏電阻是本設(shè)計(jì)的最佳溫度傳感元件 [10]。 NTC 熱敏電阻的 電阻值和溫度變化的關(guān)系 式為： ???????? ?? NTTBNT RR 11e x p (41) TR ：在溫度 T （ K ）時的 NTC 熱敏電阻阻值。 NR ：在額定溫度 TN （ K ）時的 NTC 熱敏電阻阻值。 T：規(guī)定溫度（ K ） [ K=+T ] 。 K：開爾文溫度 B： NTC 熱敏電阻的材料常數(shù)，又叫熱敏指數(shù)。 Exp： 以自然數(shù) e 為底的指數(shù)（ e = … ）。 關(guān)系式 (41)是經(jīng)驗(yàn)公式，只在額定溫度 TN 或額定電阻阻值 RN 的有限范圍內(nèi)才具有一定的精確度，因?yàn)椴牧铣?shù) B 本身也是溫度 T 的函數(shù)。 根據(jù)市場所供應(yīng)的熱敏電阻選用 LT502/3470A， ?? KR 525 , KB 3470? 工作溫度 50℃ ~125℃、穩(wěn)定性好、良好的耐熱循環(huán)能力、精確度達(dá)177。 ℃，適合制作高精度的溫度傳感器。南京師范大學(xué)泰州學(xué)院電力工程學(xué)院 基于 STC89C52單片機(jī)的多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 測溫電路的方案論證 方案一：恒壓式測溫系統(tǒng) 恒壓式測溫系統(tǒng)框圖如圖 41 所示，主要 由恒壓源、 NTC 熱敏電阻測溫電橋、差分放大電路 [1]。 圖 41 恒壓式測溫系統(tǒng)框圖 輸出端 V2的電壓為 : VRRTRTV22 ?? (42) 當(dāng) RT 發(fā)生 R? 變化時，輸出電壓 39。2V 為 : VRRRT RTV ????239。2 (43) 輸出端 V2的誤差 2V? : ? ?? ? VRRRTRRT RRTVVV ???? ????? ? 2239。222 (44) 若 ,2 RRRT ?? 則： VRRRRV ????? 242 (45) 當(dāng) RR? =5% 時，誤差 2V? =%. 差分放 大電路的電壓增益 VA 為： ?????? ????? 6 54721 0 21 RRRRVV VA V (46) 若 21 RR? , tRR?3 ( tR 是 RT 為 0度值 )， V=5v。 輸出電壓 0V VRTR RTRR RAV ttV ????????? ????? 210 (47) 南京師范大學(xué)泰州學(xué)院電力工程學(xué)院 基于 STC89C52單片機(jī)的多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 方案二：恒流式測溫系統(tǒng) 恒流式測溫系統(tǒng)框圖如圖 42 所示，主要由恒流源、 NTC 熱敏電阻 RT、取樣電阻R、 A/D 轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成。該測溫系統(tǒng)工作原理除前段從熱敏電阻取壓方式和 A/D 轉(zhuǎn)換器獲取的基準(zhǔn)電壓方式不同，其他工作的原理相同 [1]。 圖 42 恒流式測溫系統(tǒng)框圖 NTC 熱敏電阻輸出電壓 V? 為： RTIV ??? (48) 經(jīng)放大器輸出的電壓 0V 為： VARTIV ???0 (49) 取樣電阻的輸出電壓 refV 為： IRVref ? (410) A/D 轉(zhuǎn)換器輸 出數(shù)字量 Code 公式為： ? ?REFn VA INC ode /2 ?? (411) AIN 為輸入 A/D 轉(zhuǎn)換器電壓的模擬量。 將式（ 49）和（ 410）代入式（ 411）中得， RR T AIRIR TAC od e VNVN ???? 22 (412) 由式 412得知，由于采用了恒壓源 I和取樣電阻 R為 A/D轉(zhuǎn)換器提供參考電壓 refV ，與所測熱敏電阻電壓構(gòu)成了比值測量系統(tǒng)，這樣就消除了由于恒流飄逸給系統(tǒng)帶來的誤差，同時該系統(tǒng)選用了精密電阻 R作為取樣電阻，使整個系統(tǒng)的測量精度主要取決于 A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率。該系統(tǒng)精度達(dá) ℃ [1]。 方案論證： 兩種方案比較得知：恒流式測溫系統(tǒng)由于需要很溜源提供恒定電流且使用了精密電阻，較恒壓式測溫系統(tǒng)成本更高。測溫系統(tǒng)的要求溫度精度為177。 1℃ ,儀用放大器的輸入端采用同相放大器 ,輸入阻抗高 ,可以忽略內(nèi)阻的影響 ,其輸出端采用差分輸出 ,抑制共模信號 ,使得前向通路輸出更穩(wěn)定。所以選擇方案一是可行的 [1]。南京師范大學(xué)泰州學(xué)院電力工程學(xué)院 基于 STC89C52單片機(jī)的多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 A/D 轉(zhuǎn)化電路的設(shè)計(jì) 方案論證 A/D 轉(zhuǎn)換器的種類很多，就位數(shù)來說，可以分為 8 位、 10 位、 12 位和 16 位等。位數(shù)越高其分辨率就越高，價格也就越貴。 A/D 轉(zhuǎn)換器型號很多，而其轉(zhuǎn)換時間和轉(zhuǎn)換誤差也各不相同。 方案一： 采用 逐漸逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器： 它是一種速度快、精度較高、成本較低的直接式轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換時間在幾微秒到幾百微秒之間 ，常用最典型的為 ADC080 AD1674。 方案二：雙積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器： 它是一種間接式的 A/D 轉(zhuǎn)換器，優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)，精度比較高，缺點(diǎn)是數(shù)度很慢，適用于對轉(zhuǎn)換 數(shù)度要求不高的系統(tǒng) ，常用最典型的為 ADCEK8B、 ADCEK10B。 方案三： 采用 并行式 A/D 轉(zhuǎn)換器： 它又被稱為 flash（快速）型，它的轉(zhuǎn)換數(shù)度很高，但它采用了很多個比較器，而 n位的轉(zhuǎn)換就需要 2n1 個比較器，因此電路規(guī)模也極大，價格也很貴，只適用于視頻 A/D轉(zhuǎn)換器等數(shù)度特別高的領(lǐng)域 ，常用有 AD7846 等 。 雙積分型 AD 轉(zhuǎn)換器若與逐次逼近型 AD 轉(zhuǎn)換器相比較，因有積分器的存在，積分器的輸出只對輸入信號的平均值有所響應(yīng)，所以，它突出優(yōu)點(diǎn)是工作性能比較穩(wěn)定且抗干擾能力強(qiáng) ， 由于逐次漸進(jìn)式 A/D 轉(zhuǎn)換器 的轉(zhuǎn)換時間多數(shù)在 10μs~100μs，而雙積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器多數(shù)在 10ms 至數(shù)百毫秒之間，所以雙積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換時間要多。 鑒于上面三種方案，在價格、轉(zhuǎn)換速度等多種標(biāo)準(zhǔn)考慮下，本 次 設(shè)計(jì)選用的是逐漸逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器 —ADC0809。 ADC0809 是 TI 公司生產(chǎn)的 8 位逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括一個 8 位的逼近型的ADC 部分，并提供一個 8 通道的模擬多路開關(guān)和聯(lián)合尋址邏輯，為