【文章內(nèi)容簡介】 格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學(xué)習(xí)使用單片機是了解計算機原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。 單片機也被稱為微控制器（ Microcontroller），是因為它最早被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機由芯片內(nèi)僅有 CPU 的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計理念是通過將大量外圍設(shè)備和CPU 集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。 INTEL 的 Z80 是最早按照這種思想設(shè)計出的處理器，從此以后，單片機和專用處理器的發(fā)展便分道揚鑣。、 本設(shè)計選用了 AT89C51 單片機，它是一種低功耗，低價格，高性能 8 位微處理器。 AT89C51 簡介 AT89C51 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 8k bytes 的可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲器和 256 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 8052產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲單元，功能強大的 AT89C51 單片機適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場合。 8051 單片機包含中央處理器、程序存儲器（ ROM）、數(shù)據(jù)存儲器 (RAM)、定時計數(shù)器、并行接口、串行接口、和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址 總線和控制總線等三大總線。 中央處理器 (CPU)是整個單片機的核心部件，是把為數(shù)據(jù)寬度的處理器能處理 8 位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼， CPU 負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個單片機的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等工作。 內(nèi)部有 128 個 8 位用戶存儲單元，他們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的 RAM 只有 128 個，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。 共有 4096 個八位 ROM，用于存放用戶程序、原 始數(shù)據(jù)或表格。 4．定時 /計數(shù)器 有兩個 16 位的可編程定時 /計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)產(chǎn)生的用語程序控制轉(zhuǎn)向。 引腳圖如 ： 8 圖 AT89C51 引腳圖 1．主要性能參數(shù) AT89C51 系列單片機主要性能參數(shù)如下： 8k 字節(jié)可重擦寫 Flash 閃速存儲器 1000 次擦寫周期 全靜態(tài)操作： 0Hz24MHz 三級加密程序存儲器 256 字節(jié)內(nèi)部 RAM 32 個可編程 I/O 口線 3 個 16 位定時 /計數(shù)器 8 個中斷源 可編程串行 UART 通道 低功耗空閑和掉電模式。 2．功能特性 8k 字節(jié) Flash 閃速存儲器， 256 字節(jié)內(nèi)部 RAM， 32 個 I/O 口線， 3 個 16 位定時 /計數(shù)器，一個 6 向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51 可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時 /計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。 3．并行口簡介 Vcc：電源電壓 GND：接地端 P0 口： P0 口是一組 8 位漏極開路 型雙向 I/O 口，也即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸 9 出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動 8 個 TTL 邏輯門電路，對端口 P0 寫“ 1”時，可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。 在 Flash 編程時， P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。 表 引腳 和 的第二功能 引腳號 功能特性 T2(定時 \計數(shù)器 2 外部計數(shù)脈沖輸入 ),時鐘輸出 T2EX（定 時 \計數(shù)器 2 捕獲 \重裝載觸發(fā)和方向控制 P1 口： P1 口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。對端口寫“ 1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流 (IIL)。 和 還可分別作為定時 /計數(shù)器 2 的外部計數(shù)輸入（ ）和輸入（ ），參見表 。 Flash 編程和程序校驗期間， P1 接收低 8 位地址。 P2 口： P2 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。對端口 P2 寫“ 1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流 (IIL)。 在訪問外部程序存儲器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVX @DPTR 指令）時， P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行 MOVX @RI 指令）時， P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。 Flash 編程或校驗 時， P2 亦接收高位地址和一些控制信號。 P3 口： P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。 P3 口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。對 P3 口寫入“ 1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流（ IIL）。 10 溫度傳感器的選擇及其電路設(shè)計 在實際的工作當(dāng)中，溫度檢測的方法一般用熱電偶、熱敏電阻以及集成溫度傳感器等測溫元件。熱點偶的工作原理：兩種不同成份的導(dǎo)體（稱為熱電偶絲材或熱電極）兩 端接合成回路，當(dāng)接合點的溫度不同時，在回路中就會產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，而這種電動勢稱為熱電勢。熱電偶就是利用這種原理進(jìn)行溫度測量的，其中，直接用作測量介質(zhì)溫度的一端叫做工作端（也稱為測量端），另一端叫做冷端（也稱為補償端）；冷端與顯示儀表或配套儀表連接，顯示儀表會指出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢。熱敏電阻工作原理： 熱敏電阻是對溫度敏感的半導(dǎo)體元件，主要特征是隨著外界環(huán)境溫度的變化，其阻值會相應(yīng)發(fā)生較大改變。電阻值對溫度的依賴關(guān)系稱為阻溫特性。熱敏電阻根據(jù)溫度系數(shù)分為兩類：正溫度系數(shù)熱敏電阻和負(fù)溫度系數(shù)熱 敏電阻。正溫度系數(shù)熱敏電阻簡稱 PTC（是Positive Temperature Coefficient 的縮寫），超過一定的溫度 (居里溫度 )時，它的電阻值隨著溫度的升高呈階躍性的增高。其原理是在陶瓷材料中引入微量稀土元素，如 La、 Nb 等，可使其電阻率下降到 10 ，成為良好的半導(dǎo)體陶瓷材料。這種材料具有很大的正電阻溫度系數(shù)，在居里溫度以上幾十度的溫度范圍內(nèi)，其電阻率可增大 4~10 個數(shù)量級，即產(chǎn)生所謂 PTC 效應(yīng)。 熱電偶和熱敏電阻的測量精度都比較高，成本比較低，而且測量的范圍也比較廣，但是它容易收 到測量場所及環(huán)境的限制，高溫和長期使用時由于環(huán)境的限制會使其性能下降，需要定期檢查與更換，給實際應(yīng)用帶來很大不便。而由 AD公司生產(chǎn)的 AD590 溫度傳感器，具有線性好、精度高、靈敏度高、體積小、使用方便、價格比較低，并具有長期穩(wěn)定性等優(yōu)點，因此得到廣泛應(yīng)用。所以本設(shè)計采用了 AD 公司生產(chǎn)的 AD590 集成溫度芯片。 溫度傳感器 AD590 簡介 AD590 是美國模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。集成溫度傳感器實質(zhì)上是一種半導(dǎo)體集成電路 . 集成溫度傳感器具有線性好、精度適中、靈敏度高、價格總體 上較低、體積小、使用方便等優(yōu)點，得到廣泛應(yīng)用。集成溫度傳感器的輸出形式分以為電壓輸出和電流輸出兩種。電壓輸出型的靈敏度一般為10mV/K，溫度 0℃時輸出為 0，溫度 25℃時輸出 。電流輸出型的靈敏度一般為 1mA/KAD590 正是基于這些特點，工作時它就是利用晶體管的 be 結(jié)壓降的不飽和值 VBE 與熱力學(xué)溫度 T 和通過發(fā)射極電流 I 的下述關(guān)系實現(xiàn)對溫度的檢測：它的主要特性如下： 流過器件的電流（ mA）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開爾文）度數(shù)， 即：式中： — 流過器件（ AD590）的電流，單位為 mA； T— 熱力學(xué)溫度，單位為 K。 AD590 的測溫范圍 55℃～ +150℃。 AD590 的電源電壓范圍為 4V～ 30V。電源電壓可在 4V~6V 范圍變化，電流 變化 1mA，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被損壞。 11 輸出電阻為 710MW。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)，非線性誤差為177。 ℃。 溫度測量電路 1．基本應(yīng)用電路 AD590 封裝圖簡介 圖 3. 3 AD590 封 裝圖 AD590 基本使用方法如下： 圖 3. 4 AD590 基本電路圖 AD590 的輸出電流值說明如下： 其輸出電流是以絕對溫度零度（ 273℃ ）為基準(zhǔn)，每增加 1℃ ，它會增加 1μA輸出電流，因此在室溫 25℃ 時，其輸出電流 Iout=（ 273+25） =298μA。 AD590產(chǎn)生的電流與絕對溫度成正比，它 可接收的工作電壓為 4V－ 30V，檢測的溫度范圍為－ 55℃－＋ 150℃，它有非常好的線性輸出性能，溫度每增加 1℃，其電流增加 1uA。 利用 AD590 溫度傳感器完成溫度的測量，把轉(zhuǎn)換的溫度值的模擬量送入ADC0809 的其中一個通道進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換的結(jié)果進(jìn)行溫度值變換之后送入數(shù)碼管顯示 12 2．溫度測量電路 要想克服簡單電路的缺陷，就要使得增益調(diào)整和補償調(diào)整相互獨立。本設(shè)計用了具有獨立調(diào)節(jié)功能的測溫電路。 AD590 的輸出電流 I=(273+T)uA(T 為攝氏溫度 )，因此測得的電壓為 U=(273+T)uAx10K=(273+T). 但由于 AD590 的增益有偏差，電阻也有誤差，因此應(yīng)對電路進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整方法為：把 AD590 放入冰水混合物中，調(diào)整電位器 R1，是輸出電壓 U=；或在室溫條件下通過調(diào)節(jié)電位器 R2，使輸出電壓 U=，調(diào)整電位器 R3，使 U=。這樣，可以保證電路有較高的精度。 溫度測量電路圖： 5K20K1K25K5K10K50KI N 0A2L M 35812VA1L F 35315V測溫電路AD590 R 19溫度傳感器C A PC A PD3D I O D E S C H O T T K Y15v15V15VC 13R 17R 18R 19R 20R 21R 22R 23D 1015V5VC13C14 圖 溫度測量電路 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809 簡介 單片機接受的是數(shù)字信號，而傳感器經(jīng)測量電路輸出的是模擬電壓信號，因此就需要把模擬 信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的元件 A/D 轉(zhuǎn)換器。 圖 ADC0809 芯片圖 13 1. ADC0809 內(nèi)部電路組成及轉(zhuǎn)換原理 ADC0809 是采樣頻率為 8 位的、以逐次逼近原理進(jìn)行模 — 數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部有一個 8 通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通 8路模擬輸入信號中的一個進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。 主要特性 （ 1） 8 路 8 位 A／ D 轉(zhuǎn)換器，即分辨率 8 位。 （ 2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫恕? （ 3）轉(zhuǎn)換時間為 100μ s （ 4）單個＋ 5V 電源供電 （ 5）模擬輸入電壓范圍 0～＋ 5V，不需零點和 滿刻度校準(zhǔn)。 （ 6）工作溫度范圍為 40～＋ 85 攝氏度 （ 7）低功耗，約 15mW。 內(nèi)部結(jié)構(gòu) ADC0809 是 CMOS 單片型逐次逼近式 A／ D 轉(zhuǎn)換器，它由 8 路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、 8 位開關(guān)樹型 D／ A 轉(zhuǎn)換器、逐次逼近 外部特性（引腳功能） ADC0809 芯片有 28 條引腳，采用雙列直插式封裝。下面說明各引腳功能。 IN0～ IN7： 8 路模擬量輸入端。 21～ 28： 8 位數(shù)字量輸出端。 ADDA、 ADDB、 ADDC： 3 位地址輸入線，用于選通 8 路模擬輸入中的一路 ALE：地址鎖存允許信 號，輸入，高電平有效。 START： A／ D 轉(zhuǎn)換啟動信號，輸入，高電平有效。 EOC： A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當(dāng) A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 OE