【正文】 按測溫方式分類有接觸式溫度傳感器和非接觸式溫度傳感器。溫度傳感器的從測量原理分為，體積熱膨脹，電阻變化，熱電效應(yīng)（熱電偶），壓電效應(yīng)頻率變化，光學反應(yīng)等溫度傳感器，它們各自有自己的優(yōu)缺點，利用體積熱膨脹的溫度傳感器，不需要用電。熱電效應(yīng)溫度傳感器，溫度范圍寬，測量精度高但需要冷端補償。利用光學變化改變溫度傳感器適合高溫非接觸測量。常用的溫度傳感器有熱電阻、熱敏電阻和熱電偶。與之相應(yīng)，根據(jù)波與物質(zhì)的相互作用規(guī)律，相繼開發(fā)了聲學溫度傳感器、紅外傳感器和微波傳感器。方案二：選擇熱電阻傳感器熱電阻在工業(yè)上廣泛應(yīng)用于測量200～+500℃范圍的溫度，℃左右，高溫端可測到1000℃。在560℃以下的溫度測量中，它的輸出信號比熱電偶容易測量。另外，熱電阻又有鉑電阻、銅電阻、鐵電阻和鎳電阻等，各有其特點，由于鉑電阻穩(wěn)定性好，性能可靠，所以本設(shè)計選用了常用的鉑電阻Pt100作為溫度傳感器。B. 溫度測量范圍40~+125℃。測量溫度是+25℃時，誤差范圍為177?！?。需要注意的是，該傳感芯片將溫度轉(zhuǎn)換為頻率是以絕對溫度(K)為前提，因此對頻率的計數(shù)結(jié)果應(yīng)減去273才能得到攝氏溫度，這當然可以在軟件編寫時方便地做運算處理。A/D轉(zhuǎn)換芯片的選擇：A/D轉(zhuǎn)換器把傳感器采集的模擬量輸入轉(zhuǎn)換成單片所能識別的數(shù)字量信號。雙積分A/D轉(zhuǎn)換器的精度高，抗干擾性好，價格便宜，但是速度較慢,逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的精度，價格，速度適中，并型A/D轉(zhuǎn)換器，速度快價格也昂貴，本設(shè)計綜合考慮采用逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809。啟動轉(zhuǎn)換的方式完全由A/D內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)而定。當確定使用A/D轉(zhuǎn)換器以后，按下列原則選擇A/D轉(zhuǎn)換器芯片。B) 根據(jù)信號對象的變化率及轉(zhuǎn)換精度要求，確定A/D轉(zhuǎn)換速度，以保證系統(tǒng)的實時性要求。D) 根據(jù)單片機接口特征，考慮如何選擇A/D轉(zhuǎn)換器的輸出狀態(tài)。由于各A/D轉(zhuǎn)換器的性能指標不一樣，速度相差很大，一般需要有數(shù)10uS以上的轉(zhuǎn)換時間，因此在單片機發(fā)出轉(zhuǎn)換命令后，需等待轉(zhuǎn)換結(jié)束方可讀取數(shù)據(jù)。INT7和INT6兩個輸入端分別接地和AD參考電源，是為了實現(xiàn)數(shù)字自動調(diào)零和抑制電源波動對轉(zhuǎn)換的影響，并可供微機儀表實現(xiàn)自校用。ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)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、逐次逼近寄存器、三態(tài)輸出鎖存器等其它一些電路組成。輸入輸出與TTL兼容?？衫肁T89C52提供的地址鎖存允許信號ALE經(jīng)D觸發(fā)器二分頻所得，ALE腳的頻率是AT89C52單片機時鐘頻率的。方案一：選擇MC14433 MC14433是3又1/2位BCD碼輸出、雙積分式的A/D轉(zhuǎn)換芯片，轉(zhuǎn)換速度約1～10次/s，需177。方案二：選擇ADC0809ADC0809是8位、逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換芯片，具有地址鎖存控制的8路模擬開關(guān)，應(yīng)用單一＋5V電源，其模擬量輸入電壓的范圍為0～5V，對應(yīng)的數(shù)字量輸出為00～FFH，轉(zhuǎn)換時間為100us，無需調(diào)零或調(diào)整滿量程。本系統(tǒng)的要求溫度控制誤差在177。(1/255)250℃＝177。 顯示電路在單片機系統(tǒng)中常用的顯示電路有LED顯示、LCD顯示。對于共陽極的數(shù)碼管，內(nèi)部每個發(fā)光二極管的陽極被連在一起，成為該各段的公共選通線，發(fā)光二極管的陰極則成為段選線。這兩種數(shù)碼管的驅(qū)動方式是不同的。從而該段被點亮。方案二：LCD顯示電路多采用1602液晶。它由若干個5X7或者5X11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用。液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。 按鍵輸入電路一般鍵盤電路有兩種：獨立式鍵盤和矩陣式鍵盤。因此，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)就可以很容易的判斷按鍵是否被按下了。但每個按鍵需占用一根輸入線，在按鍵數(shù)量較多時，輸入口浪費大，電路結(jié)構(gòu)顯得很繁雜，故此種按鍵適用于按鍵較少或操作速度較高的場合。行線通過上拉電阻接到VCC上。這一點是識別矩陣式是否被按下的關(guān)鍵所在。很明顯，在按鍵數(shù)量較多的場合，矩陣式鍵盤與獨立式鍵盤相比，要節(jié)省很多的I/O口。 開發(fā)環(huán)境及編程語言的選擇 硬件開發(fā)環(huán)境的選擇Protel是Protel公司在80年代末推出的EDA軟件，在電子行業(yè)的CAD軟件中，它當之無愧地排在眾多EDA軟件的前面，是電子設(shè)計者的首選軟件，它較早就在國內(nèi)開始使用，在國內(nèi)的普及率也最高，有些高校的電子專業(yè)還專門開設(shè)了課程來學習它，幾乎所有的電子公司都要用到它，許多大公司在招聘電子設(shè)計人才時在其條件欄上常會寫著要求會使用Protel。在國內(nèi)Protel軟件較易買到，有關(guān)Protel軟件和使用說明的書也有很多，這為它的普及提供了基礎(chǔ)。Altium Designer ，它是完全一體化電子產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)的一個新版本，也是業(yè)界第一款也是唯一一種完整的板級設(shè)計解決方案。這款高端版本Altium Designer ，Protel 2004在內(nèi)的先前一系列版本的功能和優(yōu)點以外，還增加了許多改進和很多高端功能。Designer ，在FPGA和板級設(shè)計中，同時支持原理圖輸入和HDL硬件描述輸入模式；同時支持基于VHDL的設(shè)計仿真，混合信號電路仿真、布局前/后信號完整性分析。Altium Designer ，可用于高速數(shù)字信號設(shè)計，提供大量新功能和改進，改善了對復(fù)雜多層板卡的管理和導(dǎo)航，可將器件放置在PCB板的正反兩面，處理高密度封裝技術(shù)，如高密度引腳數(shù)量的球型網(wǎng)格陣列(BGAs)。Board Insight 集成了“警示”顯示功能，可毫不費力地瀏覽和編輯設(shè)計中疊放的對象。Altium Designer ‘逃逸布線’引擎，嘗試將每個定義的焊盤通過布線剛好引到BGA邊界，這令對密集BGA類型封裝的布線變的非常簡單。Altium Designer ，簡化了復(fù)雜板卡的設(shè)計導(dǎo)航功能，設(shè)計師可以有效處理高速差分信號，尤其對大規(guī)?？删幊唐骷系拇罅縇VDS資源。經(jīng)比較，本設(shè)計采用Altium Designer 。機器匯編是通過匯編軟件將源程序變?yōu)闄C器碼，用于MCS—51單片機的匯編軟件有早期的A51，隨著單片機開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機的開發(fā)軟件業(yè)在不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語言到逐漸使用高級語言開發(fā)，單片機的開發(fā)軟件業(yè)在不斷發(fā)展。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分結(jié)合在一起。掌握這一軟件的使用對于使用51系列單片機的愛好者來說是十分必要的，如果使用的是C語言，則該軟件十分適用，即使使用的是匯編語言，其方便易用的集成環(huán)境、強大的軟件仿真調(diào)試工具也會令工作事半功倍。偉福的單片機軟件平臺內(nèi)部的編譯器不如Keil的好用，如果寫的程序行中存在錯誤，在編譯的過程中，Keil可以精確的指出語法錯誤所在的程序所在行數(shù)，而偉福就不能做到非常精確了，所以這次設(shè)計選擇方案一。單片機的C語言采用C51編譯器（簡稱C51）。方案二：選擇匯編語言當設(shè)計一個小的嵌入式系統(tǒng)時，一般我們都用匯編語言。如果硬件工程師要同時設(shè)計軟件和硬件，經(jīng)常會采用匯編語言來做程序。如果使用C51的話，可以很好的解決這些問題。此外，C51語言還有許多強大的功能，如提供豐富的庫函數(shù)供用戶直接調(diào)用，完整的編譯控制指令為程序調(diào)試提供必要的符號信息等等。9第3章 硬件電路設(shè)計第3章 硬件電路設(shè)計 單片機的選型 STC89C52單片機簡介目前，52系列單片機在工業(yè)檢測領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，因此我們可以在許多單片機應(yīng)用領(lǐng)域中，配接各種類型的語音接口，構(gòu)成具有合成語音輸出能力的綜合應(yīng)用系統(tǒng)，以增強人機對話的功能。每一個單片機包括：一個8位的微型處理器CPU；一個512K的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器RAM；4K片內(nèi)程序存儲器；四個8位并行的I/O接口P0P3，每個接口既可以輸入，也可以輸出；兩個定時器/記數(shù)器；五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)；一個全雙工UART的串行I/O口；片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接。以上各個部分通過內(nèi)部總線相連接。這樣，一個機器周期由12個振蕩周期組成。對于單周期指令，當指令操作碼讀人指令寄存器時，使從S1P2開始執(zhí)行指令。若為單字節(jié)指令，則在51期間仍進行讀，但所讀入的字節(jié)操作碼被忽略，且程序計數(shù)據(jù)也不加1。多數(shù)STC89C52指令周期為1—2個機器周期，只有乘法和除法指令需要兩個以上機器周期的指令，它們需4個機器周期。 STC89C52單片機引腳介紹STC89C52單片機的40個引腳中有2個專用于主電源引腳，2個外接晶振的引腳，4個控制或與其它電源復(fù)用的引腳，以及32條輸入輸出I/O引腳。 （1）電源引腳Vcc和VssVcc（40腳）：接+5V電源正端；Vss（20腳）：接地。在單片機內(nèi)部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構(gòu)成采用外部時鐘時，對于HMOS單片機，該引腳接地；對于CHOMS單片機，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。在單片機內(nèi)部，接至片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸出端。對于CHMOS芯片，該引腳懸空不接。 A．RST/VPD（9腳）：RST即為RESET，VPD為備用電源，所以該引腳為單片機的上電復(fù)位或掉電保護端。當VCC發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值或掉電時，該引腳可接上備用電源VPD（+5V）為內(nèi)部RAM供電，以保證RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。當從外部程序存儲器讀取指令或常數(shù)期間，每個機器周期PESN兩次有效，以通過數(shù)據(jù)總線口讀回指令或常數(shù)。 D．EA/Vpp（31腳）：EA為訪問外部程序儲器控制信號，低電平有效。若超出該范圍時，自動轉(zhuǎn)去執(zhí)行外部程序存儲器的程序。對于片內(nèi)含有EPROM的單片機，在EPROM編程期間，該引腳用于接21V的編程電源Vpp。當不接外部存儲器與不擴展I/O接口時，它可作為準雙向8位輸入/輸出接口。它分時提供8位雙向數(shù)據(jù)總線。B. P1口（1腳～8腳）：～，可作為準雙向I/O接口使用。對于EPROM編程和進行程序校驗時，P0口接收輸入的低8位地址。當接有外部程序存儲器或擴展I/O接口且尋址范圍超過256個字節(jié)時，P2口用于高8位地址總線送出高8位地址。D. P3口（10腳～17腳）：～。P3口的第2功能見下表。 單片機最小系統(tǒng)電路在溫度控制系統(tǒng)設(shè)計中，控制核心是STC89C52單片機，該單片機為52系列增強型8位單片機，它有32個I/O口，片內(nèi)含4K FLASH工藝的程序存儲器，便于用電的方式瞬間擦除和改寫，而且價格便宜，其外部晶振為12MHz，一個指令周期為1μS。該器件內(nèi)部集成頻率補償和固定頻率發(fā)生器，開關(guān)頻率為150KHz，與低頻開關(guān)調(diào)節(jié)器相比較，可以使用更小規(guī)格的濾波元件。4%的范圍內(nèi)，振蕩頻率誤差在177。 在該溫度控制系統(tǒng)中，其電源電路設(shè)計如下圖32所示。對于大多數(shù)金屬導(dǎo)體，其電阻值都具有隨溫度升高而增大的特性。熱電阻是中低溫區(qū)最常見的一種溫度傳感器。熱電阻的電阻變化范圍很小，如果直接用歐姆表測量其電阻值的變化將十分困難、且誤差很大，必須使用電橋電路,然后經(jīng)過放大電路，放大偏差值。Pt100是一種廣泛應(yīng)用的測溫元件，在范圍內(nèi)具有其他任何溫度傳感器無可比擬的優(yōu)勢，包括高精度、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強等。校正分為模擬電路校正和微處理器數(shù)字化校正，模擬校正有很多現(xiàn)成的電路，其精度不高且易受溫漂等干擾因素影響，數(shù)字化校正則需要在微處理系統(tǒng)中使用，將Pt電阻的電阻值和溫度對應(yīng)起來后存入EEPROM中，根據(jù)電路中實測的AD值以查表方式計算相應(yīng)溫度值，如下表32。（+ | t | ）,B級177。另外，Pt100溫度傳感器還具有抗振動、穩(wěn)定性好、準確度高、耐高壓等優(yōu)點。Pt100應(yīng)用領(lǐng)：寬范圍、高精度溫度測量領(lǐng)域。汽車空調(diào)、冰箱、冷柜、飲水機、咖啡機，烘干機以及中低溫干燥箱、恒溫箱等。圖33 溫度采集電路具體溫度采樣電路如圖33所示。Rx為傳感器熱電阻，由電橋?qū)崿F(xiàn)溫度到電壓的轉(zhuǎn)化，由運放IC3完成信號的放大，由IC4完成信號的調(diào)整。由于R1Rw2（如R1=100KΩ,Rw2=1KΩ）,同樣R2Rx（如R2=100KΩ,Rx=1KΩ），因而VOUT=K(R6/R4)Vref(Rw2Rx)/R2，在后級的A/D，滿刻度時，那么VOUT=5V。 A/D轉(zhuǎn)換電路ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以及微處理機兼容的控制邏輯的CMOS組件。（一）ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)見圖34。多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。從圖中可以看出，ADC0809是串口通信電路，這也是為什么ADC0809模塊傳送速率比較快，且正確率較高。ADC0809對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是0－5V，若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。表33 模擬量輸入通道選擇表CBA選擇的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7A，B和C為地址輸入線，用于選通IN0－IN7上的一路模擬量輸入。數(shù)字量輸出及控制線：11條ST為轉(zhuǎn)換啟動信號。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。OE為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。D7－D0為數(shù)字量輸出線。因ADC0809的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為500KHZ。ADC0809芯片的引腳圖見圖35 圖35 ADC0809引腳圖ADC0809的頻率要低于640KHz,單片機使用的是12MHz,從ALE端引出的信號頻率已經(jīng)六分頻了，所以還需要四分頻。一個D