【文章內容簡介】 741 ? V （ ） 由（ ）和（ ）式及 AD590 的溫度 —— 電流輸出性質可以得出以下結論：當 AD590在 0℃的溫度上測量時 ，放大器 LM324 的 AD端的輸出電壓為 0V；當 AD590在 50℃的溫度上測量時 ，放大器 LM324的 AD端的輸出電壓 為 5V，此溫度決定了測量的范圍以及輸出的精度。 對應于 4路 AD590有 4路減法放大，均使用以上原理，實現(xiàn)了絕對溫度與攝氏溫度間的轉換。 因為單片機在某一時刻只能處理一個 AD590 輸送過來的溫度信息，它對溫度的采集處理是一路一路進行的，而這 4 路溫度采集是同時間輸入的。因此，就必須尋找一個元件來解決這種信息沖突。多路開關恰恰可以解決這一矛盾。一方面，人體溫度和水溫的變化是一個緩慢的過程。若以秒為單位進行溫度信號的傳輸是完全符合要求的。另一方面，若不用多路開關，每個 AD590就需與一個 A/D轉換器 連接，即需要 4個 A/D轉換器。從價格上來看， A/D轉換器的價格要遠遠高于多路開關的價格。因此，在不影響設計結果的前提下，采用多路開關。 本設計是用 4路 AD590 測溫，因此就有 4路溫度 —— 電壓輸出信號，針對這一情況，選擇多路開關 CD4052。 長春工業(yè)大學畢業(yè)論文 12 圖 多路開關 CD4052 Ａ／Ｄ轉換電路 在單片機的實時控制和智能化儀表等應用系統(tǒng)中，常需要將檢測到的連續(xù)變化的模擬信號（如本設計中的溫度）被轉化成離散的數(shù)字量，然后再將處理過的數(shù)字量經(jīng) D/A 變換器換成模擬量輸出，實現(xiàn)對被控對象的 —— 過程或儀器、儀表、 機電設備裝置的控制。若輸入的是非電的模擬信號，還需經(jīng)過傳感器轉換成電信號（硬件中已闡述），實現(xiàn)這種功能的器件就是模數(shù)轉換器。 本設計中使用的是 4位半雙積分 A/D轉換器 ICL7135。 ICL7135是目前國內市場上廣泛流行的 4位半雙積分 A/D轉換器。 ICL7135具有 4位半的精度，（相當于 14位二進制數(shù)），自動校零，自動極性輸出，單基準電壓，動態(tài)字掃描 BCD碼輸出，自動量程控制信號輸出，抗干擾性能好、價格低，應用十分廣泛。 在本設計中，單片機是處理和設計的核心部分?，F(xiàn)就它的內部結構和在本設計 中的硬件連接作簡要介紹。 AT89C51的結構 AT89C51是一個低功耗高性能單片機， 40個引腳， 32個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時內含 2個外中斷口， 2個 16 位可編程定時計數(shù)器 ,2 個全雙工串行通信口， AT89C51 可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和 Flash存儲器結合在一起，特別是可反復擦寫的 Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。 89C51 是美國 ATMEL 公司生產的低電壓，高性能 CMOS8 位單片機。片內含 4K bytes 的可反復擦寫的只讀程序存儲器（ PEROM）和 128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 長春工業(yè)大學畢業(yè)論文 13 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)，片內置通用 8位中央處理器（ CPU）和 Flash存儲單元，功能強大 AT89C51單片機可為您提供許多高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領域。 主要性能參數(shù)： ? 與 MCS51產品指令系統(tǒng)兼容 ? 4K字節(jié)可重擦寫 Flash閃 ? 1000次擦寫中期 ? 全靜態(tài)操作： 0Hz—— 24MHz ? 三級加密程序存儲器 ? 128*8字節(jié)內部 RAM ? 32個可編程 I/O口線 ? 2個 16位定時 /計數(shù)器 ? 6個中斷源 ? 可編程串行 UART通道 89C51單片機采用 40引腳雙列直插封裝方式。如圖 .。其引腳功能可分為三部分： （ 1） I/O口線： P0,P1,P2,P3共四個八位口。 ? P0口 —— 8位準雙向口。在單片機外擴存儲器或 I/O接口時，作為地址總線低 8位 A7~A0和數(shù)據(jù)總線 D7~D0。 ? P1口 —— 8位準雙向并行口。 ? P2口 —— 8位準雙向口。作為地址總線高 8位 A15～ A8,與 P0口一起構成 16位地址總線。 ? P3口 —— 8位準雙向口。但每條引腳 都有第二功能。見引腳圖 。對于 51系列單片機來說， P3口大多作為第二功能使用。 （ 2） 控制口線共有 4根。 ? ALE/PROG—— 外部地址低 8位鎖存有效信號輸出線。在 CPU訪問片外存儲器時用來鎖存 P0 口輸出的低 8位地址，它是與地址鎖存器配合工作的一格控制信號。 ALE 在每個機器周期輸出兩個正脈沖，是振蕩器頻率的 1/6，可作為其它芯片的外部時鐘。 PROG是對片內 EPROM編程脈沖輸入端。 ? PSEN—— 片外 ROM讀選通信號輸出端。 ? EA/Vpp—— 片外 ROM選擇信號輸入端。 EA=0時， CPU從片外 ROM讀取指令；EA=1時， CPU從片內 ROM讀取指令。 Vpp是對于內有 EPROM來說的為編程電源，應接 +21V。 長春工業(yè)大學畢業(yè)論文 14 ? RST/Vpd—— 上電復位信號輸入端。當它保持兩個機器周期高電平是可以完成復位操作。 Vpd 為備用電源輸入端，當主電源發(fā)生故障時， Vpd 將為 ROM提供備用電源，保證信息不丟失。 （ 3）電源及時鐘 ? Vcc—— 芯片電源電壓， +5伏。 ? Vss—— 電源地線，工作時接地。 ? XTAL1， XTAL2—— 振蕩器反相放大器的及內部時鐘發(fā)生器的輸入、輸出端。 內部振蕩電路 外部震蕩電路 圖 3 . 3 89C51片內結構 如圖 . 長春工業(yè)大學畢業(yè)論文 15 圖 89C51內部結構框圖 89C51 單片機的管腳除了電源、復位、時鐘接入、用戶 I/O、部分 P3 口外，其余管腳都是為了擴展而設置的，這些管腳構成了三總線形式： （ 1） 16位地址總線：其尋址范圍是 216=64Kb，地址為 0000H~FFFFH。低 8位地址 A7~A0。由 P0口提供，高 8位地址 A15~A8由 P2口提供。由于 P0口還要作數(shù)據(jù)線使用 ，所以 P0口線輸出的低 8 位地址必須先用地址鎖存器鎖存，以防丟失。再進行數(shù)據(jù)線 D7~D0 的操作，利用鎖存器輸出的地址代替原 P0口輸出的地址。 P2口只作為地址線的高 8位使用，故不需要外加鎖存器。 （ 2） 8位數(shù)據(jù)總線：單片機片外數(shù)據(jù)總線 D7~D0由 P0口提供，用于 CPU與外部交換數(shù)據(jù)、指令、或命令等。應該連接到對外擴展的 ROM、 RAM和 I/O口等多個外圍芯片的數(shù)據(jù)線上。 （ 3）控制總線：包括片外系統(tǒng)擴展用控制線和片外信號對對單片機的控制線兩部分。 長春工業(yè)大學畢業(yè)論文 16 系統(tǒng)擴展用控制線有 WR、 RD、 PSEN。 ALE和 EA。片外對單片機的控制線有 INT0、 INT T0、T1和 RST?？刂凭€一旦有效，單片機相應部件必須做出相應的操作。 系統(tǒng)時鐘 89C51單片機的時鐘產生方法有兩種，一是內部方式，二是外部方式。本系統(tǒng)采用內部方式見圖 。外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容 C C2 接在放大器的反饋回路中構成并聯(lián)振蕩電路，對外電容 C C2雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用 30pF+/10pF，而如使用陶瓷諧振器建議選擇 40pF+/10F。 圖 微處理器 AT89C51 AT89C51本設計中的硬件連接 (1)引腳 、 、 、 、 與鍵盤的引腳 6 引腳相連，使用鍵盤上的 UP、 DOWN、 SET、 ENTER、 START就實現(xiàn)了鍵盤對單片機設定的溫度上下限的控制。 (2)引腳 ULN2021的 IN2引腳和 GAL16V8模塊的 08引腳連接，除了可以外接一個報警的警鈴外，使用 ULN2021和 GAL16V8模塊增加了單片機本身的驅動能力 。 (3)引腳 與 BUSY 與液晶顯示屏 LCD連接，通過 BUSY 引腳向外輸出高低電平來決定是否與液晶顯示屏 LCD選通。 (4)引腳 MAX813L相連接。 MAX813L是一種常用的看門狗電路，它保證了元器件本身的可靠性、系統(tǒng)本身各部分之間的相互耦合的穩(wěn)定性以及抗干擾性。 長春工業(yè)大學畢業(yè)論文 17 (5)引腳 INT0 與 4位半積分 A/D 轉換器 ICL7135的 BUSY 引腳連接，通過 BUSY 引腳向外輸出高低電平來決定是否與 A/D轉換器 ICL7135選通。 (6)引腳 T0 與 4位半積分 A/D 轉換器 ICL7135的 CLK 引腳連接，使二者在統(tǒng)一的時間脈沖下工作，達到時間上的一致。 (7)引腳 、 CD4052相連，因為單片機輸出的是二進制信號，因此兩位二進制就可以構成 4種輸出方式即 00， 01， 10， 11。這 4種方式對應者 4個 AD590，當單片機的 、 輸出不同的二進制碼時，多路開關就對不同的 AD590 的輸出信號進行選通達到了單片機與模擬信號輸入的一致。 (8)引腳 、 、 、 、 R1 R1 R1 R1 R1 R18與警燈 LED LED LED LED LED LED6相連，另一方面，它與 GAL16V8相連， GAL16V8是一個模擬的可編程模塊，它與 ULN2021的相連，起到了增強帶載能力的作用，為單片機更好的控制警燈和鬧鈴提供了條件。 (9)引腳 X X2外掛了一個的晶振，此晶振就決定了單片機的機器周期也就決定了振蕩周期。 以上為此實驗中單片機的引腳輸出的情況。 MAX813L看門狗電路 在系統(tǒng)設計時，要求單片機上電能可靠復位，防止程序跑飛導致系統(tǒng)死機；另外，單片機系統(tǒng) 在工作時，由于構成系統(tǒng)的元器件本身的可靠性、系統(tǒng)本身各部分之間的相互耦合因素等干擾等各種因素的影響，有可能出現(xiàn)死機現(xiàn)象導致單片機系統(tǒng)無法正常工作，為了克服這一現(xiàn)象，需外加個看門狗電路。 本設計采用 8腳 DIP封裝雙列直插式的看門狗 MAX813L。 MAX813L是一種體積小、功耗低、性價比高的帶看門狗和電源監(jiān)控功能的復位芯片；它使用簡單、方便。 在本設計中，單片機每隔一定時間就要對 MAX813L的兩個引腳進行檢測。當檢測到這兩個引腳出現(xiàn)異常時，就將正在運行的數(shù)據(jù)進行保存，以免復位后數(shù)據(jù)丟失。 MAX813L的典型應用電路： MAX813L的典型應用電路如圖 39所示。圖 38中單片機以 AT89C51為例， MAX813L的第①腳與第⑧腳相連。第⑦腳接單片機的復位腳 (AT89C51 的第⑨腳 )；第⑥腳與單片機的 相連。在軟件設計中， ，如果因某種原因單片機進入死循環(huán)，則 P 無脈沖輸出。于是 MAX813L的第⑧腳輸出低電平，該低電平加到第①腳，使 MAX813L產生復位輸出，使單片機有效復位，擺脫死循環(huán)的困境。另外，當電源電壓低于門限值 時， MAX813L也產生復位輸出，使單片機處于復位狀態(tài)，不執(zhí)行任何指令，直至電源電壓恢復正常，可有效防止因電源電壓較低時單片機產生錯誤的動作。 電源故障輸入 PFI 通過一個電阻分壓器監(jiān)測未穩(wěn)壓的直流電源。當 PFI 低于 時，電源故障輸出腳第⑤腳 PF0 變低，可引起 AT89C51 中斷，進行電源故障處理，或將重要數(shù)據(jù) 長春工業(yè)大學畢業(yè)論文 18 保存下來。把分壓器接到未穩(wěn)壓的直流電源是為了更早地對電源故障告警。 IM P813 LW D IPF OR ESETG N D被檢測的電源R 1R 2 + V 5Vc cPF IMRW D O手動V 1AT 89 C 51P 1 . 7INT 19 圖 39 MAX813L的典型應用電路 MAX813L是一體積小、功耗低、性價比高的帶看門狗和電源監(jiān)控功能的復位芯片；它使用簡單、方便，它所提供的復位信號為高電平，因而是應用于復位信號為高電平場合的單片機系統(tǒng)的理想芯片。 鍵盤的應用 在本設計中，需要一個平臺來人機對話。對單片機來說鍵盤是最簡單的輸入設備。所以選擇向鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令的方式，實現(xiàn)簡單的人機對話。通常鍵盤的閉合的識別有兩種方式：由專用硬件實現(xiàn)鍵盤上閉合鍵的識別是編碼鍵盤。由軟件實現(xiàn)的稱為非編碼鍵盤。非編碼鍵盤按照與主機連接方式的不同，分為獨立式和矩陣式。 獨立式 按鍵就是各按鍵相互獨立，每個按鍵接一個輸入線，一根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會影響其它輸入線上的工作狀態(tài)。因此，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)可以很容易判斷哪個按鍵被按下了。獨立式按鍵電路配置靈活，軟件結構簡單。但每個按鍵需要占用一根輸入口線，在按鍵數(shù)量較多時，輸入口浪