【正文】 系統(tǒng)用熱電偶為檢測(cè)溫度元件，通過(guò)溫度傳感器將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換為電量，經(jīng)過(guò)放大濾波電路處理，其中用到 LM324四運(yùn)放集成電路 來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò) 8255 可編程擴(kuò)展芯片對(duì)溫度進(jìn)行報(bào)警限制處理，然后再由 LED 數(shù)碼管進(jìn)行跟蹤顯示。 軟件系統(tǒng)原則 a） 我們的程序采用模塊化設(shè)計(jì)，軟件結(jié)構(gòu)清晰，簡(jiǎn)潔 ； b）我們將設(shè)計(jì)的程序存儲(chǔ)區(qū)及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)盡量合理化規(guī)劃，便于設(shè)計(jì)功能的擴(kuò)展； c）我們對(duì)各個(gè)功能程序與運(yùn)行結(jié)果及運(yùn)行要求都作了簡(jiǎn)要說(shuō)明，以便查詢 。 3 溫度 檢測(cè) 系統(tǒng)的工作原理及電路圖 本章主要是介紹了溫度 檢測(cè) 系統(tǒng)的工作原理及硬件電路圖。由于轉(zhuǎn)換后的電壓值較小達(dá)不到觸發(fā)信號(hào)的要求值，固要在熱電偶轉(zhuǎn)換后的電壓值在送達(dá)到 CPU前加一個(gè)放大電路，用來(lái)放大弱電信號(hào)。經(jīng)放大后的 電信號(hào)傳給 ADC0809的 IN0時(shí)（由它的位地址）， ADC0809的 START腳接受到單片機(jī)傳來(lái)的開(kāi)始轉(zhuǎn)換信號(hào)后由 ADC0809 將外界傳來(lái)的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。當(dāng) OE 變高電平時(shí)允許輸出。單片機(jī)接收到來(lái)自 ADC0809 輸送來(lái)的數(shù)據(jù)后會(huì)將其存放在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，等待命令輸出到外部擴(kuò)展電路 8255。 電路圖 本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)電路圖如下圖 ： 8+ 5V2 207 4 L S07P A0P A1P A27 4 L S06P A3P B7P B08 2 55R STCSD 7 D0RDWRA1A07 4 L S02I N7VTG ND+ 5VV R E F ( )I N1I N0V R E F ( + )E OCOEA LES TA RTD 7 D0A0A1A2A D DCA7C LKA DC 08 097 4 L S747 4 LS3 73GDCKR STP 2 .6I N T1RDP 2 .7WRP0A LE8 9C 51A D DBA D DA 圖 溫度控制系統(tǒng)電路圖 4 硬件設(shè)計(jì) 本章主要是介紹硬件幾部分的芯片選型。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。 2022 級(jí)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 6 頁(yè) 共 24 頁(yè) AT89C51芯片結(jié)構(gòu)及特性： 與 MCS51 兼容 兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 5個(gè)中斷源 壽命： 1000寫(xiě) /擦循環(huán) 可編程串行通道 數(shù)據(jù)保留時(shí)間 : 10 年 低功耗的閑置和掉電模式 靜態(tài)工作： 0Hz24Hz 32可編程 I/O線三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 128*8 位內(nèi)部 RAM P2. 4/AD 12P2. 5/AD 13P2. 6/AD 14P2. 7/AD 15PS ENAL E/ PROGEA /VDDP0 .7 /AD7P0 .6 /AD6P0 .5 /AD5P0 .4 /AD4P0 .3 /AD3P0 .2 /AD2P0 .1 /AD1P0 .0 /AD039VCC404567891011121314151617181920383736353433323130292827262524232221PD IP1P1 .023P1 .1P1 .2P1 .3P1 .4P1 .5P1 .6P1 .7RES ETRX D/ TX D/ INT 0/P3 .2INT 1/P3 .3T0/ T1/ WR/ RD/ XTA L2XTA L1V SS P2 .0 /AD8P2 .1 /AD9P2. 2/AD 10P2. 3/AD 11 圖 芯片 AT89C51的引腳分布 管腳說(shuō)明 ： VCC：供電電壓 GND：接地 P0 口 ： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開(kāi)路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門(mén)電流。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 P1 口 ： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出4TTL 門(mén)電流。在 FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)， P1口作為第八位地址接收。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。 P3 口 ： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL 門(mén)電流。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 RST：復(fù)位輸入。 ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè) ALE脈沖。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC指令是 ALE才起作用。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無(wú)效。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器 2022 級(jí)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 8 頁(yè) 共 24 頁(yè) 周期兩次 /PSEN有效。 /EA/VDD：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（ VDD）。 XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2應(yīng)不接。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 熱電偶的優(yōu)點(diǎn) 熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測(cè)元件 之一。因熱電偶直接與被測(cè)對(duì)象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。常用的熱電偶從 50～ +1600℃ 均可邊續(xù)測(cè)量，某些特殊熱電偶最低可測(cè)到 269℃ （如金鐵鎳鉻），最高可達(dá) +2800℃ （如鎢 錸）。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開(kāi)頭的限制，外有保護(hù)套管，用起來(lái)非常方便。該電動(dòng)勢(shì)就是著名的“塞貝克溫差電動(dòng)勢(shì) ” ， 簡(jiǎn)稱“熱電動(dòng)勢(shì) ” ， 記為 EAB， 導(dǎo)體 A， B 稱為熱電極。接點(diǎn) 2要求溫度恒定，稱為參考端（或冷端）。 2022 級(jí)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 9 頁(yè) 共 24 頁(yè) 圖 熱電效應(yīng)（ TT0） 熱電動(dòng)勢(shì)是由兩種導(dǎo)體的接觸電勢(shì)（珀?duì)栙N電勢(shì)）和單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)（湯姆遜電勢(shì)）所組成。 導(dǎo)體內(nèi)部的電子密度是不同的，當(dāng)兩種電子密度不同的導(dǎo)體 A與 B接觸時(shí)，接觸面上就會(huì)發(fā)生電子擴(kuò)散，電子從電子密度高的導(dǎo)體流向密度低的導(dǎo)體。設(shè)導(dǎo)體 A 和 B 的自由電子密度為 NA和 NB，且 NA＞ NB，電子擴(kuò)散的結(jié)果使導(dǎo)體 A失去電子而帶正電，導(dǎo)體 B 則獲得電 子而帶負(fù)電，在接觸面形成電場(chǎng)。 因?qū)w兩端溫度不同而產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱為溫差電勢(shì)。因而在同一導(dǎo)體兩端也產(chǎn)生電位差，并阻止電子從高溫端向低溫端擴(kuò)散，于是電子擴(kuò)散形成動(dòng) 平衡，此時(shí)所建立的電位差稱為溫差電勢(shì)即湯姆遜電勢(shì)，它與溫度的關(guān)系為： ?? TT dTe 0 ? 式 42 式中 σ 為湯姆遜系數(shù)，表示溫差 1℃所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)值，其大小與材料性質(zhì)及兩端的溫度有關(guān)。所以閉合回路總熱電動(dòng)勢(shì) EAB(T,T0)應(yīng)為接觸電動(dòng)勢(shì)和溫差電勢(shì)的代數(shù)和，即： ? ? ? ? ? ? ? ?dTTeTeTTE TT BAABABAB ? ???? 000 ??， 式 43 對(duì)于已選定的熱電偶，當(dāng)參考溫度恒定時(shí)，總熱電動(dòng)勢(shì)就變成測(cè)量端溫度 T的單值函數(shù)，即 EAB(Ｔ ,T0)=f(T)。 在實(shí)際測(cè)溫時(shí)，必須在熱電偶閉合回路中引入連接導(dǎo)線和儀表。 反相例運(yùn)算運(yùn)算電路，輸入信號(hào)從反相輸入端輸入，同相輸入端通過(guò)電阻接地。其中運(yùn)放的同相輸入端接有電阻 R3，參數(shù)選擇應(yīng)使兩輸入端外接直流通路等效電阻值平衡，即 R3=R1//R2，靜態(tài)時(shí)，使輸入級(jí)偏置電流平衡并讓輸入級(jí)的偏置電流在運(yùn)算放大器兩個(gè)輸入端的外接電阻上產(chǎn)生相等的壓降，以便消除放大器的偏置電流及其漂移的影響，故 R2又稱平衡電阻。其放大倍數(shù) A=1+（ RW1+R6） /R5 其總的放大倍數(shù) A=R2/R1*（ 1+（ RW1+R6）/R5） 通過(guò)調(diào)節(jié)可調(diào)電阻，便可在輸出端 VT獲得與絕對(duì)溫度成正比的電壓量。 LM324 四運(yùn)放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中。它的內(nèi)部包含 四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立 。 國(guó)際電工委員會(huì)向世界各國(guó)推薦 8種熱電偶作為標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶也有 8 種。下面介紹 兩 種常見(jiàn)材料的熱電偶的使用參數(shù)。其特點(diǎn)是：使用溫度范圍寬（ 50～ 1300℃），高溫下性能較穩(wěn)定，熱電動(dòng)勢(shì)和溫度的關(guān)系近似線性，價(jià)格便宜，因此是目前用量最大的一種熱電偶。它的正極是鎳鉻合金，負(fù)極是銅鎳合金 (銅 55%，鎳 45%)。其特點(diǎn)是熱電動(dòng)勢(shì)較其他常用熱電偶大 。 由于應(yīng)用場(chǎng)合和測(cè)溫環(huán)境的不同，在選擇熱電偶的分度號(hào)上是有所不同的，其原因是制作熱電偶的材料不同，決定了它的特性，從而直接導(dǎo)致了所測(cè)溫度環(huán)境的選擇。 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809 介紹 A/D 轉(zhuǎn)換器 (AnalogDigital Converter)是一種能把輸 入 模擬電壓或電流變成與其成正比的數(shù)字量的電路芯片，即能把被控對(duì)象的各種模擬信息變成計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字信 息。 ADC0809 是逐次逼近型 8 位單片 A/D 轉(zhuǎn)換芯片。其性能價(jià)格比有明顯的優(yōu)勢(shì)，是目前比較廣泛采用的芯片之一。此地址經(jīng)譯碼選通 8 路模擬 輸入之一到比較器。下降沿啟動(dòng) A／ D 轉(zhuǎn)換，之后 EOC 輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。當(dāng) OE 輸入高電平 時(shí)，輸出三態(tài)門(mén)打開(kāi)，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。 2022 級(jí)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 13 頁(yè) 共 24 頁(yè) b） A， B， C：模擬輸入通道的地址選擇線。 c） ALE：地址鎖存允許信號(hào)輸入端。 d） START：?jiǎn)?dòng)轉(zhuǎn)換脈沖輸入端。 e） CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。 g） OE：輸 出允許端，高電平有效。 h） UREF(+)和 UREF()：參考電壓正端和負(fù)端。 LSB； c）轉(zhuǎn)換時(shí)間：取決于芯片時(shí)鐘頻率，當(dāng) CLK=500KHz 時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間為 128us； d）單一電源： 5V； e）模擬輸入范圍：?jiǎn)螛O性 05V，雙極性177。 10V； f）時(shí)鐘頻率范圍： 10 KHz1280 KHz；具有可控三態(tài)輸出緩沖器；啟動(dòng)轉(zhuǎn)換控制為脈沖 式（正脈沖），上升沿使所有內(nèi)部寄存器清零，下降沿使 A/D轉(zhuǎn)換開(kāi)始；使用時(shí)不需要進(jìn)行零點(diǎn)和滿刻度調(diào)節(jié)。 START 信號(hào)的上升沿使所有內(nèi)部寄存器清零，在上升沿之后的 2us 加 8 個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)（不定） EOC 信號(hào)變低，以指示轉(zhuǎn)換操作正在進(jìn)行中，直至轉(zhuǎn)換完成后 EOC信號(hào)再變高。它采用 NMOS工藝制造 ,用單一＋ 5V電源供電 ,具有 40條引腳 ,采用雙列直插式封裝。由于它 2022 級(jí)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 14 頁(yè) 共 24 頁(yè) 功能強(qiáng) ,又能方便地與各種微機(jī)系統(tǒng)相接 ,而且在連接外部設(shè)備時(shí) ,通常不需要再附加外部電路 ,所以得到了廣泛的應(yīng)用。 控制線和尋址線（ 6條） ： b） RESET：復(fù)位信號(hào)，輸入高電平有效。 c） /RD 和 /WR：讀寫(xiě)信號(hào)線，輸入，低電平有效。反之亦然。 e） A0、 A1：地址輸入線。 f） I/O口線（ 24 條）： PA0～ PA PB0～ PB PC0～ PC7 為 32 條雙向三態(tài) I/O 總線，分別和 A、 B、 C 口相對(duì)應(yīng)，用于 8255和外設(shè)之間傳送數(shù)據(jù)。 具體管腳分布如下圖 ： 8255APC 7A0A1GNDCSRD1PA 321PB 7V CCD 0RESETWR40 PA 439PA 2PA 1PA 0PC 6PC 5PC 4PC 0PC 1PC 2PC 3PB 0PB 1PB 2234567891011121314151617181920PA 5PA 6PA 7D 1D 2D 3D 4D 5D 6D 7PB 6PB 5PB 4PB 32223242526272829303132333435363738