DZ214單片機(jī)控制制冷機(jī)來(lái)達(dá)到控制溫度

DZ214單片機(jī)控制制冷機(jī)來(lái)達(dá)到控制溫度,DZ214,單片機(jī),控制,制冷機(jī),達(dá)到,溫度 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 第一章 緒論 1.1 選題背景 本設(shè)計(jì)是利用單片機(jī)控制制冷機(jī)來(lái)達(dá)到控制溫度的目的. 制冷機(jī)是我國(guó)目前各行業(yè)技術(shù)改造和進(jìn)行設(shè)備引進(jìn)所急需的配套設(shè)備，也是提高產(chǎn)品質(zhì)量，企業(yè)升級(jí)的重要設(shè)備。廣泛的應(yīng)用與汽車，機(jī)械，紡織，化工，儀器儀表，電子，醫(yī)療衛(wèi)生等行業(yè)。在工業(yè)上，壓縮空氣作為一種僅次于電力的第二大動(dòng)力源，以被廣大企業(yè)界所公認(rèn) 壓縮式制冷機(jī)：該種制冷機(jī)由電動(dòng)機(jī)提供機(jī)械能，通過(guò)壓縮機(jī)對(duì)制冷系統(tǒng)作功。制冷系統(tǒng)利用低沸點(diǎn)的制冷劑，蒸發(fā)時(shí)，吸收汽化熱的原理制成的。其優(yōu)點(diǎn)是壽命長(zhǎng)，使用方便，目前世界上91～95％的制冷機(jī)屬于這一類。 一般制冷機(jī)的絕大多數(shù)都是壓縮型。吸收型屬于少數(shù)。壓縮型的制冷機(jī)中的液體制冷劑在蒸發(fā)器中蒸發(fā)，變成制冷劑氣體。這氣體被活塞和氣缸組成的壓縮機(jī)壓縮后導(dǎo)入冷凝器中，在這里氣體再被冷凝器成為液體制冷劑。壓縮機(jī)中電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為往復(fù)運(yùn)動(dòng)，氣缸中的制冷劑被往復(fù)運(yùn)動(dòng)所壓縮。也就是說(shuō)壓縮機(jī)相當(dāng)于人體的心臟，起到了循環(huán)血液的作用如下圖就是一個(gè)封閉式壓縮機(jī)。 圖1.1 封閉式壓縮機(jī) 封閉型壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)是直接和壓縮部分相連接的。壓縮機(jī)全體成為一個(gè)整體裝起來(lái)，另外為了避免產(chǎn)生熱量，以致溫度上升，電動(dòng)機(jī)用制冷機(jī)油和制冷氣體進(jìn)行冷卻。 國(guó)外溴化鋰制冷機(jī)的發(fā)展過(guò)程 美國(guó)是溴化鋰制冷機(jī)的創(chuàng)始國(guó)，目前日本、前蘇聯(lián)等國(guó)的溴冷機(jī)也都有較大的發(fā)展。 美國(guó)開(kāi)利公司于1945年試制出第一臺(tái)制冷量為523KW（45×104kcal/h）的單效溴冷機(jī)，開(kāi)創(chuàng)了利用溴化鋰水溶液為工質(zhì)對(duì)做為吸收劑的吸收式制冷新領(lǐng)域。美國(guó)不僅創(chuàng)造了單效溴冷機(jī)，而且在世界上又率先研制出了雙效溴冷機(jī)。現(xiàn)已研制出了直燃型、熱水型和太陽(yáng)能型等新型溴冷機(jī)。同時(shí)還研制了冷溫水機(jī)組和吸收式熱泵等新機(jī)組。 日本一家汽車公司于1959年研制出制冷量為689KW（60×104kcal/h）的單效溴冷機(jī)，1962年茬原制造所又研制出雙效溴冷機(jī)。日本溴冷機(jī)無(wú)論在生產(chǎn)數(shù)量、性能指標(biāo)、應(yīng)用范圍和新技術(shù)、新產(chǎn)品研制等方面，均超過(guò)了美國(guó)，成為世界上溴冷機(jī)研究與生產(chǎn)領(lǐng)先的國(guó)家。特別是燃?xì)鈨尚厮畽C(jī)組的產(chǎn)量很大，約占世界上溴冷機(jī)生產(chǎn)總臺(tái)數(shù)的2/3；目前已致力于第三種吸收式熱泵和溴化鋰熱電并供機(jī)組的研制工作。 前蘇聯(lián)奔薩化工廠于1965年研制出2908KW（250×104kcal/h）溴冷機(jī)。目前溴冷機(jī)的應(yīng)用范圍已從化纖廠擴(kuò)展到其它紡織廠、橡膠廠釀酒廠、化工廠、冶金廠和核電站。 中國(guó)溴化鋰制冷機(jī)的發(fā)展過(guò)程 我國(guó)研制溴冷機(jī)起步于60年代初期，至今已有四十多年，其發(fā)展過(guò)程大體分為四個(gè)階段： 研制階段? 60年代初船舶總公司704所（原六機(jī)部704所）、一機(jī)部通用機(jī)械研究所與高等院校以及設(shè)備制造廠通力合作，試制了兩臺(tái)樣機(jī)。1966年上海第一冷凍機(jī)廠試制出了制冷量1160KW（100×104kcal/h）全鋼結(jié)構(gòu)的單效溴冷機(jī)，安裝于上海國(guó)棉十二廠。60年代末期，許多單位都著手研制單效溴冷機(jī)，這一研制工作持續(xù)到了70年代初期。 單效機(jī)生產(chǎn)應(yīng)用階段?? 70年代初先后有上海、青島、天津、北京和長(zhǎng)沙等地的棉紡廠為了適應(yīng)生產(chǎn)的需要，各自設(shè)計(jì)與制造了單效溴冷機(jī)。繼而更多地區(qū)也都自行設(shè)計(jì)制造單效溴冷機(jī)，尤以上海、天津兩地更為突出。以天津?yàn)槔?0年代初至80年代初，制造出3480KW（300×104kcal/h）大型溴冷機(jī)七臺(tái)，總制冷能力達(dá)到24360KW（2100×104kcal/h）。單效溴冷機(jī)在這一時(shí)期雖然有了較大發(fā)展，但仍有許多問(wèn)題尚待解決，如嚴(yán)重的腐蝕、冷量的衰減和機(jī)器的壽命等，限制了溴冷機(jī)的進(jìn)一步發(fā)展。 雙效機(jī)生產(chǎn)應(yīng)用階段? 80年代初期開(kāi)始研制雙效溴冷機(jī)，并于1982年由開(kāi)封通用機(jī)械廠生產(chǎn)出1744KW（150×104kcal/h）雙效溴冷機(jī)組。雙效機(jī)組的熱力系數(shù)可提高到1.1以上，而單效機(jī)組一般為0.6～0.7，雙效機(jī)組的蒸汽單耗比單效機(jī)減少約1/2，冷卻水量減少約1/3，是值得提倡的節(jié)能型制冷機(jī)組。86年我廠研制出省內(nèi)首臺(tái)雙效溴冷機(jī)1160KW（100×104kcal/h）并首家通過(guò)省級(jí)鑒定。 多種新型機(jī)研制應(yīng)用階段? 80年代末期國(guó)家計(jì)委提出，凡有蒸汽等熱源的地區(qū)要發(fā)展溴冷機(jī)；1991年我國(guó)在世界禁用氟里昂（CFC）生產(chǎn)與使用的“蒙特利爾議定書”上簽了字，這對(duì)進(jìn)一步發(fā)展溴冷機(jī)創(chuàng)造了良好條件。大專院校、科研院所和制造廠家共同協(xié)力，一方面在加緊改進(jìn)與提高雙效溴冷機(jī)的加工技術(shù)和性能水平，另一方面也竟相研制新型的多種溴冷機(jī)?，F(xiàn)已推出的和正在研制的有熱水型、直燃型、低壓型、降膜式溴冷機(jī)和吸收式熱泵等。 溴化鋰溶液的特性 在溴化鋰吸收式制冷機(jī)中，水作為制冷劑用來(lái)產(chǎn)生冷效應(yīng)，溴化鋰溶液作為吸收劑，用來(lái)吸收產(chǎn)生冷效應(yīng)后的冷劑蒸汽。因此，水和溴化鋰溶液組成制冷機(jī)中的工質(zhì)對(duì)。 溴化鋰水溶液是由固體的溴化鋰溶質(zhì)溶解在水溶劑中而成。常壓下，水的沸點(diǎn)是100℃，而溴化鋰的沸點(diǎn)為1265℃。供制冷機(jī)應(yīng)用的溴化鋰，一般以水溶液的形式供應(yīng)。性狀為無(wú)色透明液體；濃度不低于50％；水溶液PH值8以上。 20℃時(shí)溴化鋰溶解至飽和時(shí)量為111.2克，即溴化鋰的溶解度為111.2克。溶解度的大小與溶質(zhì)和溶劑的特性的關(guān)，還于溫度有關(guān)，一般隨溫度升高而增大，當(dāng)溫度降低時(shí)，溶解度減小，溶液中會(huì)有溴化鋰的晶體析出而形成結(jié)晶現(xiàn)象。這一點(diǎn)在溴冷機(jī)中是非常重要，運(yùn)行中必須注意結(jié)晶現(xiàn)象，否則常會(huì)由此影響制冷機(jī)的正常運(yùn)行。 溴化鋰溶液對(duì)普通金屬有腐蝕作用。尤其在有氧氣存在的情況下腐蝕更為嚴(yán)重。 溴化鋰制冷原理 溴化鋰吸收式制冷原理和蒸汽壓縮制冷原理有相同之處，都是利用液態(tài)制冷劑在低溫、低壓條件下，蒸發(fā)、汽化吸收載冷劑的熱負(fù)荷，產(chǎn)生制冷效應(yīng)。所不同的是，溴化鋰吸收式制冷是在利用“溴化鋰-水”組成的二元溶液為工質(zhì)對(duì)，完成制冷循環(huán)的。 在溴化鋰吸收式制冷機(jī)內(nèi)循環(huán)的二元工質(zhì)中，水是制冷劑。水在真空狀態(tài)下蒸發(fā)，具有較低的蒸發(fā)溫度（6℃），從而吸收載冷劑熱負(fù)荷，使之溫度降低。溴化鋰水溶液是吸收劑，在常溫和低溫下強(qiáng)烈地吸收水蒸氣，但在高溫下又能將其吸收的水分釋放出來(lái)。吸收與釋放周而復(fù)始制冷循環(huán)不斷。制冷過(guò)程中的熱能為蒸汽，也可叫動(dòng)力。 傳統(tǒng)的測(cè)控方法，由于從測(cè)量到顯示采用模擬方式，數(shù)據(jù)采集速度慢，不具備實(shí)時(shí)性，抗干擾能力差。精度測(cè)量完全依賴于硬件特性，因?yàn)椴痪邆滠浖€性化處理功能，傳感器的非線性嚴(yán)重影響測(cè)控精度。而采用線性化好的傳感器又增加了測(cè)控系統(tǒng)成本，因此，為保證安全生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，必須對(duì)傳統(tǒng)的測(cè)控方法加以改進(jìn)。 自單片機(jī)問(wèn)世以來(lái)，與其相關(guān)的測(cè)控儀器也應(yīng)運(yùn)而生，尤其是數(shù)字測(cè)控技術(shù)單片機(jī)的結(jié)合。單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展更是以高效率。高精度，多功能的優(yōu)勢(shì)逐漸取代傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的模擬測(cè)試手段。與傳統(tǒng)的測(cè)控技術(shù)相比，智能化測(cè)控系統(tǒng)具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： （1）具有高精度，高靈敏性和高可靠性等優(yōu)點(diǎn)。 （2）具有直觀，操作方便等功能。 （3）具有很強(qiáng)的抗干擾能力。 （4）可高速采集數(shù)據(jù)，具有實(shí)時(shí)性。 （5）具有數(shù)據(jù)智能化處理功能，一般具有自動(dòng)校零和自動(dòng)處理功能。 （6）具有自動(dòng)循環(huán)檢測(cè)和自動(dòng)診斷能力。 1.2 壓縮機(jī)的分類和工作原理 1.2.1 空氣壓縮機(jī)的分類 空氣機(jī)分為：1、速度式；2、容積式；容積式又分為回轉(zhuǎn)式和往復(fù)式；回轉(zhuǎn)式：（1）轉(zhuǎn)子式；（2）螺桿式；（3）滑片式。往復(fù)式：（1）活塞式；（2）膜式。 空氣壓縮機(jī)按工作原理可分為速度式和容積式兩大類。 速度式：是靠氣體在高速旋轉(zhuǎn)葉輪的作用，得到較大的動(dòng)能，隨后在擴(kuò)壓裝置中急劇降速，使氣體的動(dòng)能轉(zhuǎn)變成勢(shì)能，從而提高氣體壓力。速度式主要有離心式和軸流式兩種基本型式。 容積式：是通過(guò)直接壓縮氣體，使氣體容積縮小而達(dá)到提高氣體壓力的目的、容積式根據(jù)氣缸測(cè)活塞的特點(diǎn)又分為回轉(zhuǎn)式和往復(fù)式兩類。氧艙配制的空壓機(jī)多數(shù)采用容積式。 回轉(zhuǎn)式：活塞作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，活塞又稱為轉(zhuǎn)干，轉(zhuǎn)子數(shù)量不等，氣缸形狀不一?；剞D(zhuǎn)式包括有轉(zhuǎn)子式、螺桿式、滑片式等。 往復(fù)式：活塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，氣缸呈圓筒形。往復(fù)式包括有活塞式和膜式兩種，其中活塞式是目前應(yīng)用最廣泛的一種類型。氧艙用空壓機(jī)絕大多數(shù)采用活塞式。活塞式空壓機(jī)的分類、型號(hào)表示方法、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理介紹如下： 活塞式空壓機(jī)一般以排氣壓力、排氣量（容積流量）、結(jié)構(gòu)型式和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分類。 1．按排氣壓力高低分為： 低壓空壓機(jī)??? 排氣壓力≤1.0MPa 中壓空壓機(jī)??? 1.0MPa＜排氣壓力≤10MPa 高壓空壓機(jī)??? 10MPa＜排氣壓力≤100MPa 2．接排氣量大小分為： 小型空壓機(jī)??? 1m3／min＜排氣量≤10m3／min 中型空壓機(jī)??? 10m3／min＜排氣量≤100m3／min 大型空壓機(jī)??? 排氣量＞100m3／min 空壓機(jī)的排氣量指吸入狀態(tài)自由氣體流量。 一般規(guī)定：軸功率＜15KW、排氣壓力≤1.4MPa為微型空壓機(jī)。 3．按氣缸中心線與地面相對(duì)位置分為： 立式空壓機(jī)——?dú)飧字行木€與地面垂直布置。 角度式空壓機(jī)——?dú)飧字行木€與地面成一定角度（V型、W型、L型等）。 臥式空壓機(jī)——?dú)飧字行木€與地面平行，氣缸布置在曲軸一側(cè)。 對(duì)動(dòng)平衡式空壓機(jī)——?dú)飧字行木€與地面平行，氣缸對(duì)稱布置在曲軸兩側(cè)。 4按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分為： 單作用——?dú)怏w僅在活塞一側(cè)被壓縮。 雙作用——?dú)怏w在活塞兩側(cè)被壓縮。 水冷式——指氣缸帶有冷卻水夾套，通水冷卻。 風(fēng)冷式——?dú)飧淄獗砻骅T有散熱片，空氣冷卻。 固定式——空壓機(jī)組固定在地基上。 移動(dòng)式——空壓機(jī)組置于移動(dòng)裝置上便于搬移。 有油潤(rùn)滑——指氣缸內(nèi)注油潤(rùn)滑，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)潤(rùn)滑油循環(huán)潤(rùn)滑。 無(wú)油潤(rùn)滑——指氣缸內(nèi)不注油潤(rùn)滑，活塞和氣缸為干運(yùn)轉(zhuǎn)，但傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由潤(rùn)滑油循環(huán)潤(rùn)滑。 全無(wú)油潤(rùn)滑——?dú)飧變?nèi)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)均無(wú)油潤(rùn)滑。 1.2.2 空壓機(jī)的組成及工作原理 1．空壓機(jī)主要組成部分： 機(jī)體部分：包括機(jī)身（曲軸箱）、曲軸、連桿、十字頭等部件，其作用是傳遞動(dòng)力，連接基礎(chǔ)與氣缸部分，將電機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成十字頭的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。 壓縮部分：包括氣缸、活塞、氣閥、填料等部件，其作用是形成壓縮容積和防止氣體泄漏。 輔助部分：包括進(jìn)氣濾清器、油水分離器、冷卻器、安全閥、氣量調(diào)節(jié)裝置、各種指示監(jiān)控儀表及氣、水、油管路系統(tǒng)，其作用是確?？諌簷C(jī)安全可靠運(yùn)行。 2．空壓機(jī)的工作原理??? 空壓機(jī)的工作過(guò)程可分成膨脹、吸入、壓縮和排出四個(gè)階段。 ?????膨脹：當(dāng)活塞向下移動(dòng)時(shí)，氣缸的容積增大，壓力下降，原先存留在氣缸中的氣體（因余隙容積存在）不斷膨脹。 吸入：當(dāng)氣缸內(nèi)壓力降到稍小于進(jìn)氣管中的氣體壓力，進(jìn)氣管中的氣體便項(xiàng)開(kāi)吸氣閥片進(jìn)入氣缸內(nèi)，隨著活塞的繼續(xù)下移，氣體不斷進(jìn)入缸內(nèi)直至活塞下移到最低點(diǎn)（又稱內(nèi)止點(diǎn)）為止。 壓縮：當(dāng)活塞從內(nèi)止點(diǎn)向上移動(dòng)時(shí)，氣缸內(nèi)容積逐漸縮小，即開(kāi)始將氣缸內(nèi)氣體進(jìn)行壓縮。由于吸氣閥有止逆作用，放氣缸內(nèi)氣體不能倒流向進(jìn)氣管中，排氣管中的氣體壓力在此時(shí)仍高于缸內(nèi)氣體壓力，所以氣缸內(nèi)氣體也無(wú)法項(xiàng)開(kāi)排氣閥片，又由于排氣閥也有止逆作用，故排氣管中的氣體也不能進(jìn)入氣缸內(nèi)，當(dāng)活塞繼續(xù)上移時(shí)，氣缸內(nèi)容積進(jìn)一步縮小，使缸內(nèi)氣體壓力不斷升高。 排出：隨著活塞繼續(xù)上移，當(dāng)氣缸內(nèi)氣體壓力升高至稍大于排氣管中的氣體壓力時(shí)，缸內(nèi)氣體便項(xiàng)開(kāi)排氣閥片進(jìn)入排氣管中，并不斷排出，直至活塞移到最上端（又稱外止點(diǎn)）為止，然后活塞又開(kāi)始向下移動(dòng)，重復(fù)上述動(dòng)作?；钊跉飧變?nèi)連續(xù)不斷地往復(fù)運(yùn)動(dòng)，便氣缸循環(huán)地吸入和排出氣體，活塞的每一次來(lái)回稱為一個(gè)工作循環(huán)；活塞從內(nèi)止點(diǎn)移至外止點(diǎn)的距離叫做活塞行程。?? 1.3 制冷機(jī)溫度控制要求 本文主要設(shè)計(jì)了溫度控制環(huán)節(jié)，而溫度控制環(huán)節(jié)則要求設(shè)備完成后，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)給出一個(gè)更寬的范圍以滿足系統(tǒng)的要求。 制冷機(jī)溫度控制器的技術(shù)要求： 1 顯示屏： （1）四位顯示 （2）24小時(shí)時(shí)間和溫度顯示 （3）故障代碼顯示 2 功能鍵： （1） 啟動(dòng)/停止：在工作狀態(tài)啟動(dòng)或停止設(shè)備 （2） 排水測(cè)試：可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)排水 （3） 狀態(tài)選擇：每按此鍵一次，進(jìn)入一種工作狀態(tài)。每進(jìn)入一種工作狀態(tài)，相應(yīng)的指示燈亮，如此循環(huán)進(jìn)行。 （4） 上下限溫度調(diào)整：在設(shè)定選擇狀態(tài)下，設(shè)定工作參數(shù)。 3 工作狀態(tài)： （1） 連續(xù)：按下“啟動(dòng)/停止”鍵后，設(shè)備即開(kāi)始運(yùn)行。此狀態(tài)不受時(shí)間，溫度控制。正常情況下，只有再次按下此鍵，設(shè)備才能停止。此時(shí)，制冷機(jī)閥，除霜電磁閥，風(fēng)扇與壓縮機(jī)同步。加熱器與壓縮機(jī)同步。 （2） 時(shí)控：此工作狀態(tài)受設(shè)定時(shí)間控制，但于溫度設(shè)定無(wú)關(guān)。啟動(dòng)設(shè)備后，按制冷時(shí)間運(yùn)行。 （3） 溫控：此運(yùn)行狀態(tài)受溫度控制。如果此時(shí)氣體溫度未達(dá)到設(shè)定下限溫度，按下“啟動(dòng)/停止”鍵后，設(shè)備開(kāi)始運(yùn)行。當(dāng)氣體溫度達(dá)到設(shè)定下限溫度后，自動(dòng)停機(jī)。當(dāng)氣體溫度升至上限溫度后，設(shè)備自動(dòng)啟動(dòng)。此時(shí)的電磁閥，風(fēng)扇，加熱器的工作方式與連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)一致。 4 設(shè)定： （1） 設(shè)定以0.1度為單位，上限溫度最高為50度，下限溫度最低為-30度，只在溫控時(shí)有效。 （2） 制冷時(shí)間設(shè)定以小時(shí)為單位，最大24小時(shí)，最小0.1小時(shí)，只在時(shí)控時(shí)有效。 （3） 排水閥打開(kāi)時(shí)間設(shè)定以秒為單位最大180秒，最小0秒。排水閥關(guān)閉時(shí)間以分鐘為單位，最大24時(shí)，最小0.1分。 5故障顯示“ （1） 壓力超限時(shí)，顯示屏顯示 PE閃爍 （2） 過(guò)載保護(hù)時(shí)，顯示屏顯示CE 閃爍 （3） 溫度故障時(shí)，顯示屏顯示 TE閃爍 （4） 故障指示燈同時(shí)提示。 第二章 方案論證 圖 2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 在現(xiàn)今單片機(jī)所集成的部件越來(lái)越多，也就是說(shuō)，單片機(jī)的意義只是在于單片集成電路，而不在于其功能了。如果從功能上講它可以說(shuō)是萬(wàn)用機(jī)。因?yàn)槭瞧鋬?nèi)部集成了各種應(yīng)用電路。 AT89C51是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，4k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元。AT89C51可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開(kāi)發(fā)成本，所以此方案采用AT89C51八位單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。 人們通常將能把非電量轉(zhuǎn)換為電量的器件稱為傳感器，傳感器實(shí)質(zhì)上是一種功能，作用是將來(lái)自外界的各種信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。它是實(shí)現(xiàn)測(cè)試與自動(dòng)控制系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)。如果沒(méi)有傳感器對(duì)原始參數(shù)進(jìn)行精確可靠的測(cè)量，那么，無(wú)論是信號(hào)轉(zhuǎn)換或信息處理，或者最佳數(shù)據(jù)的顯示和控制都將無(wú)法實(shí)現(xiàn)。傳感器技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)的主要內(nèi)容之一，信息技術(shù)包括計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和傳感器技術(shù)。計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)發(fā)展極快，相當(dāng)成熟，對(duì)此運(yùn)用自如的工程技術(shù)人員也非常多，但精通而靈活使用傳感器技術(shù)的工作者卻很少，這是因?yàn)閭鞲衅鲬?yīng)用技術(shù)都需要使用模擬技術(shù)，而模擬技術(shù)有很多問(wèn)題難以解決。為了適應(yīng)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，世界眾多國(guó)家都把傳感器技術(shù)列為現(xiàn)代的關(guān)鍵技術(shù)之—。采用熱敏電阻，可滿足40攝氏度至90攝氏度測(cè)量范圍，但熱敏電阻精度、重復(fù)性、可靠性較差，對(duì)于檢測(cè)1攝氏度的信號(hào)是不適用的。而且使用熱敏電阻，需要用到十分復(fù)雜的算法，一定程度上增加了軟件實(shí)現(xiàn)的難度。所以我門用到了溫度傳感器AD590 AD590是美國(guó)模擬器件公司的電流輸出型溫度傳感器，供電電壓范圍為3~30V，輸出電流223μA（-50℃）~423μA（+150℃），靈敏度為1μA/℃。當(dāng)在電路中串接采樣電阻R時(shí)，R兩端的電壓可作為喻出電壓。注意R的阻值不能取得太大，以保證AD590兩端電壓不低于3V。AD590輸出電流信號(hào)傳輸距離可達(dá)到1km以上。作為一種高阻電流源，最高可達(dá)20MΩ，所以它不必考慮選擇開(kāi)關(guān)或CMOS多路轉(zhuǎn)換器所引入的附加電阻造成的誤差。適用于多點(diǎn)溫度測(cè)量和遠(yuǎn)距離溫度測(cè)量的控制。 Intel 8086/8088 系列的可編程外設(shè)接口電路簡(jiǎn)稱PPI，型號(hào)為8255，具有24條輸入/輸出引腳，可編程的通用并行輸入/輸出借口電路。它是一片使用單一+5V電源的40腳雙列直插式大規(guī)模集成電路。8255A的通用性強(qiáng)，使用靈活，通過(guò)它CPU可直接與外設(shè)相連接。8255A具有三個(gè)相互獨(dú)立的輸入/輸出通道：通道A，通道B，通道C， 因本設(shè)計(jì)中，外部相連接器件多借口多所以將AT89C51與8255A相連接可為外設(shè)提供3個(gè)8為I/O端口，容許采用同步，異步和中斷方式傳送I/O數(shù)據(jù)。 鍵盤采用3×3陣列，一共九個(gè)鍵，還有一個(gè)復(fù)位鍵直接與AT89C51芯片的RESET引腳相連，正好滿足十個(gè)鍵的要求。 AT89C51對(duì)LED的顯示，采用八段LED數(shù)碼顯示管，顯示接口采用74LS164八位移位寄存器，它的特點(diǎn)是串入并出，可以減少所用89C51的引腳，只需89C51的P3.0與P3.1兩個(gè)引腳串行輸出就可以，以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，節(jié)省部線空間，是本設(shè)計(jì)的最優(yōu)方案。 　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，單片微型計(jì)算機(jī)在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域和智能化產(chǎn)品中得到了廣泛的應(yīng)用。如何提高單片機(jī)產(chǎn)品的抗干擾能力是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)人員所面臨和必須解決的問(wèn)題。關(guān)于抗干擾的具體方法在很多書籍和文章中都有較為詳盡的論述。美國(guó)DALLAS公司生產(chǎn)的“看門狗(WATCHDOG)”集成電陸DS1232具有性能可靠、使用簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉的特點(diǎn)，應(yīng)用在單片機(jī)產(chǎn)品中能夠很好的提高硬件的抗干擾能力,在實(shí)際使用中收到了良好的效果。 第三章 單片機(jī) 3.1 AT89C51單片機(jī)簡(jiǎn)介 AT89C51是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能的CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（REROM）和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存儲(chǔ)計(jì)術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大AT89C51單片機(jī)可為你提供許多高性能比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域 圖3.1 AT89C51引腳圖 3.2 主要性能參數(shù) 與MCS- 51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 4k字節(jié)可重擦寫Flash閃存存儲(chǔ)器 1000次擦寫周期 全靜態(tài)操作：0Hz—24Hz 3級(jí)加密程序存儲(chǔ)器128×8字節(jié)內(nèi)部RAM 32個(gè)可編程I/O口線 2個(gè)16位定時(shí)/記數(shù)器 6個(gè)中斷源 可編程串行UART通道 低功耗空閑和掉電模式 3.3 主要功能特性概述 AT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 4k字節(jié)Flash閃存存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM。32個(gè)I/O口線，2個(gè)16位定時(shí)/記數(shù)器，1個(gè)5向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)。一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)震蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，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，但容許RAM，定時(shí)/記數(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，但震蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位 3.4 引腳功能說(shuō)明 VCC。電源電壓 GND。地 P0口：P0口是一組8位漏極開(kāi)路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門電路，對(duì)斷口寫“1”可作為高阻抗輸入端用。 在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。 在Flash編程時(shí)，P0口接受指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。 P1口：P1口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可做輸出口。作輸出口使用時(shí)。因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流IFlash編程和程序校驗(yàn)期間，P1接受低8位地址。 P2口：P2口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流I 在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX @DPTR指令）時(shí)，Ｐ２口送出高８位地址數(shù)據(jù)。在訪問(wèn)８位地址　的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行ＭＯＶＸ　@ＲＩ指令）時(shí)，Ｐ２口線上的內(nèi)容（也既特殊功能寄存器（ＳＦＲ）區(qū)中Ｒ２寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問(wèn)期間不改變。 Ｆlash編程或校驗(yàn)時(shí)，Ｐ２亦接受高位地址和其他的控制信號(hào)。 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(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）４個(gè)ＴＴＬ邏輯門電路。對(duì)Ｐ３口寫入“１”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時(shí)，被外部拉低的Ｐ３口將用上拉電阻輸出電流Ｉ Ｐ３口還接收一些用于Ｆlash閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。 ＲＳＴ：復(fù)位輸入。當(dāng)震蕩器工作時(shí)，ＲＳＴ引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 ：當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ＡＬＥ（地址鎖存應(yīng)許）輸出脈沖用于鎖存地址的的撕８位字節(jié)。即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器，ＡＬＥ仍以時(shí)鐘震蕩頻率的１／６輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可以對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ＡＬＥ脈沖。 對(duì)Ｆlash存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（）如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（ＳＦＲ）區(qū)中的８ＥＨ單元的Ｄ０位置位，可禁止ＡＬＥ操作。該位置位后，只有一條ＭＯＶＸ和ＭＯＶＣ指令ＡＬＥ才會(huì)被激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ＡＬＥ無(wú)效 ：程序儲(chǔ)存應(yīng)許（）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89C51由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次有效，即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，這兩個(gè)有效的信號(hào)不出現(xiàn)。 EA/VPP：外部訪問(wèn)容許。欲使CPU僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H-FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編輯，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。 如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。 Flash存儲(chǔ)器編輯時(shí)，該引腳加上+12V的程序容許電源Vpp，當(dāng)然這必須是該器件 使用12V編程電壓Vpp。 XTAL1：震蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2：震蕩器反相放大器的輸出端。 3.5 時(shí)鐘震蕩器 AT89C51中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部震蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激震蕩器，震蕩電路參見(jiàn)圖5。 外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容C1，C2在接放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)震蕩電路。對(duì)外接電容C1，C2雖然沒(méi)有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響震蕩頻率的高低，震蕩器工作的穩(wěn)定性，起振的難易程序及溫度溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用30Pf+10Pf，而如果使用陶瓷諧振器建議使用40F+10Pf。 用戶可以采用外部時(shí)鐘。在這種情況下，外部時(shí)鐘脈沖接到XTAL1端，即內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2則懸空，由于外部時(shí)鐘信號(hào)是通過(guò)一個(gè)2分頻觸發(fā)器作為內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)的，所以對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的占空比沒(méi)有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時(shí)間和最大的低電平持續(xù)時(shí)間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。 圖3.2 8255與單片機(jī)的接線圖 第四章 硬件電路設(shè)計(jì) 4.1 溫度測(cè)量環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì) 在本系統(tǒng)中，對(duì)溫度的要求為：顯示溫度精度為0.1℃，系統(tǒng)的溫度調(diào)整范圍為-30℃-50℃。為了實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的要求，在設(shè)計(jì)溫度測(cè)量環(huán)節(jié)采用以下器件。 1.溫度傳感器：AD590 2.電壓跟隨器：UA741 3.運(yùn)放器： 0P-07 本環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)思想如下： 圖4.1 溫度測(cè)量與A/D轉(zhuǎn)換電路連接圖 4.1.1 集成溫度傳感器AD590 對(duì)于溫度傳感器，我們選擇了單片集成的溫度傳感器AD590。常見(jiàn)的感溫元件有熱電偶、熱電阻和半導(dǎo)體等傳感器。熱電偶的價(jià)格便宜，但精度低，需要進(jìn)行冷端補(bǔ)償，電路的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜；熱電阻精度較高，但需要標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定電阻是陪才能使用；而半導(dǎo)體溫度傳感器線路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，精度較高，線性度好，價(jià)格適中。 AD590為單片集成兩端感溫電流源，所產(chǎn)生的電流經(jīng)過(guò)電阻網(wǎng)絡(luò)和多級(jí)運(yùn)算放大器，輸出范圍在0~0.6V的電壓（溫度范圍為0℃~60℃）。 AD590的特性為：流過(guò)器件的電流()等于期間所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開(kāi)爾文）度數(shù)，即： mA/K 式中： —流過(guò)器件（AD590）的電流，單位為mA； T—熱力學(xué)溫度，單位為K。 同時(shí)，AD590輸出呈現(xiàn)高阻抗，其本身保證在0℃（即熱力學(xué)溫度273.2K）時(shí)，輸出電流為273.2。所以當(dāng)R1和R2的阻值之和為1K時(shí)，在AD590的2腳，可以得到273.2mV的電壓，且輸出電壓隨溫度的變化為1mV/K。在AD590之后連接由運(yùn)算放大器OP07構(gòu)成的跟隨器，以提高輸出負(fù)載能力。要想得到輸出電壓在0℃~60℃時(shí)輸出為0~0.6V，必須對(duì)信號(hào)進(jìn)行降壓和放大?？紤]到精度的要求，我們先對(duì)跟隨器的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)一級(jí)反向放大，再經(jīng)過(guò)一級(jí)反向求和降壓，最后得到0~0.6V的電壓，且在整個(gè)溫度范圍內(nèi)保持良好的線性。計(jì)算過(guò)程如下：0℃~60℃時(shí) 調(diào)節(jié)電位器R7為10K 調(diào)節(jié)電位器R8，使為2.732V 調(diào)節(jié)電位器為10K 則： 故：范圍為0~0.6V，在ICL7135的量程范圍內(nèi) 但由于AD590的增益有偏差，同時(shí)電阻也有誤差，因此必須對(duì)電路進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整方法為： 為了獲取準(zhǔn)確的溫度值，分別在0℃（冰水混合物）、100℃（沸水）和36.5℃（人體溫度）進(jìn)行溫度定標(biāo)。具體步驟是：把AD590放于冰水混合物中，調(diào)節(jié)電位器R1，使得跟隨器輸出電壓為273.2mV。依次調(diào)節(jié)R7、R8，使得運(yùn)放U2、U3的輸出為-2.732V和2.732V。 將AD590放入沸水中，調(diào)節(jié)電位器R11，使得U4輸出為1V。 同理進(jìn)行36.5℃使得定標(biāo)。 4.1.2 電壓跟隨器-通用運(yùn)放UA741 在系統(tǒng)中為了使前置放大器的前級(jí)和后級(jí)滿足阻抗匹配關(guān)系，本系統(tǒng)采用了電壓跟隨器-通用運(yùn)放UA741。它接于溫度傳感器之后，為8腳DIP封裝。其引腳排列如圖 圖4.2 UA741引腳圖 UA741要求雙電源供電，即供電范圍在±（3V-18V），典型供電為±15V。最低不要低于±3V，但實(shí)際上為±3V使運(yùn)放不能正常工作，故一般不要低于±5V。10K歐姆電位器用與調(diào)整放大器的零點(diǎn)。 UA741可用于對(duì)速度要求不太高，精度也不太高的場(chǎng)合，一般可在8為A/D和D/A中做放大器。UA741的補(bǔ)償電容裝在封裝內(nèi)部，不許要對(duì)外接封裝電容。UA741在本系統(tǒng)中的應(yīng)用連接電路如下圖。其放大倍數(shù)為-1，它將溫度傳感器輸出的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為一穩(wěn)定的電壓信號(hào)，輸出給運(yùn)放0P-07。 圖4.3 UA741在本系統(tǒng)中的應(yīng)用電路連接 4.1.3運(yùn)算放大器0P-07 低失調(diào)運(yùn)放的輸入失調(diào)電壓溫漂aⅥ0S和輸入失調(diào)電流溫漂aⅡ0S都很小。實(shí)際上這類運(yùn)放的輸入電壓Ⅵ0S和輸入失調(diào)電流Ⅱ0S也很西歐啊，因而這類運(yùn)放的精度也比較高。所以也成為高精度運(yùn)放。0P-07采用超高工藝和齊納米微調(diào)技術(shù)，使其Ⅵ0S，Ⅱ0S，aⅥ0S，aⅡ0S都很小，單它的速度比UA741還低，廣泛應(yīng)用與穩(wěn)定積分，精度加法，比較，檢波和微弱信號(hào)精密放大器等。 0P-07要求雙電源供電，使用溫度范圍為0-70度。0P-07一般不需調(diào)零，如果要調(diào)零可采用圖中電位器調(diào)整，電位器電阻值可選200K歐姆。在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，0P-07連接圖如下： 圖4.4 在本系統(tǒng)0P-07的連接 4.1.4 A/D轉(zhuǎn)換器 ADC0809 ADC0809結(jié)構(gòu)原理和引腳功能 因A/D轉(zhuǎn)換器應(yīng)有范圍極廣，故其品種及類型非常多，根據(jù)A/D電路的工作原理可以分為下列幾大類型： （1）、雙積分A/D轉(zhuǎn)換器 一般具有精度高，抗干擾好，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，但轉(zhuǎn)換速度慢，廣泛用于數(shù)字儀表中。 （2）、逐次逼近比較型A/D轉(zhuǎn)換器 在精度、速度和價(jià)格上都適中。 （3）、并行A/D轉(zhuǎn)換器 這是一種用編碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)的高速轉(zhuǎn)換器。 本設(shè)計(jì)選用逐次逼近比較型A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809以實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換。 ADC0809結(jié)構(gòu)原理 ADC0809是采用CMOS工藝制造的8位8通道單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換器，每個(gè)通道均能轉(zhuǎn)換出8位數(shù)字量。它是逐次逼近比較型轉(zhuǎn)換器，包括一個(gè)高阻抗斬波比較器；一個(gè)帶有256個(gè)電阻分壓器的樹(shù)狀開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)；一個(gè)控制邏輯環(huán)節(jié)和8位逐次逼近數(shù)碼寄存器；最后輸出級(jí)有一個(gè)8位三位輸出鎖存口，其中內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-4所示： 圖4.5 ADC0809結(jié)構(gòu)原理 八個(gè)模擬量輸入受多路開(kāi)關(guān)地址寄存器控制，當(dāng)選中某路時(shí)，該路模擬信號(hào)VX進(jìn)入比較器與D/A輸出的VR比較，直至VR與VX相等或達(dá)到允許誤差為止，然后將對(duì)應(yīng)VX的數(shù)碼寄存器值送入三態(tài)鎖存器。當(dāng)OE有效時(shí)，便可輸出對(duì)應(yīng)的VX的八位數(shù)碼。即：IN0~IN7八路模擬量輸入端，在多路開(kāi)關(guān)控制下，任一瞬間只能有一路模擬量經(jīng)相應(yīng)通道輸入到A/D轉(zhuǎn)換器中的比較放大器。D7~D0為八位數(shù)碼輸出端，可直接接入微型機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)總線。A、B、C多路開(kāi)關(guān)地址選擇輸入端，其取值與A/D轉(zhuǎn)換通道的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表3-1。 多路開(kāi)關(guān)地址 被選中的 輸入通道 對(duì)應(yīng)通道 路口地址 C B A 0 0 0 IN0 00H 0 0 1 IN1 01H 0 1 0 IN2 02H 0 1 1 IN3 03H 1 0 0 IN4 04H 1 0 1 IN5 05H 1 1 0 IN6 06H 1 1 1 IN7 07H 表4.1 A、B、C與A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)應(yīng)關(guān)系 ADC0809引腳功能 ADC0809外形是有28腳的雙列直插式芯片，引腳如圖3-5所示： 圖4.6 ADC0809引腳功能 引腳功能如下： IN0-IN7 八位模擬量輸入端 ADDA、ADDB、ADDC 通道選輸入端 DB0~DB7 八位數(shù)字量輸出端 START 啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換信號(hào)輸入端，其上升沿用以清除ABC、內(nèi)部寄存器；其下降沿用以啟動(dòng)內(nèi)部控制邏輯，使之A/D轉(zhuǎn)換器工作。 CLOCK 轉(zhuǎn)換定時(shí)時(shí)鐘脈沖輸入端，它的頻率決定A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度，在此其頻率不能高于640KHZ，其對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換速度為10NS。 ALE 地址鎖存元件，該信號(hào)的上升沿可將地址選擇號(hào)A、B、C鎖入地址寄存器內(nèi)。 EOC 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，A/D轉(zhuǎn)換器開(kāi)始后EOC信號(hào)自動(dòng)變低電平，轉(zhuǎn)換結(jié)束即變高電平。 OE 允許輸出控制端，有效時(shí)能打開(kāi)三態(tài)門，將八位轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送到微型機(jī)的數(shù)據(jù)總線上。 VREF（+）、VREF（-） 參考電壓輸入端。它們以可以不與本機(jī)電源和地址相連，但VREF（-）不得為負(fù)值，VREF（+）不得高于Vcc，且1/2[VREF（+）+VREF（-）與1/2VCC之差不得大于0.1V。 VCC 芯片電源（+5V）輸入端。 CTND 芯片接地端。 4．2 可編程并行接口8255設(shè)計(jì) 4.2.1并行通信與接口 并行通信就是把一個(gè)字符的各位同時(shí)用幾根線進(jìn)行傳輸。傳輸速度快，信息率高。電纜要多，隨著傳輸距離的增加，電纜的開(kāi)銷會(huì)成為突出的問(wèn)題，所以，并行通信用在傳輸速率要求較高，而傳輸距離較短的場(chǎng)合。 Intel 8255A是一個(gè)通用的可編程的并行接口芯片，它有三個(gè)并行I/O口，又可通過(guò)編程設(shè)置多種工作方式，價(jià)格低廉，使用方便，可以直接與Intel系列的芯片連接使用，在中小系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。 4.2.2 8255A的編程結(jié)構(gòu) 8255A由以下幾部分組成：見(jiàn)圖 1．三個(gè)數(shù)據(jù)端口A，B，C 這三個(gè)端口均可看作是I/O口，但它們的結(jié)構(gòu)和功能也稍有不同。 A口：是一個(gè)獨(dú)立的8位I/O口，它的內(nèi)部有對(duì)數(shù)據(jù)輸入/輸出的鎖存功能。 B口：也是一個(gè)獨(dú)立的8位I/O口，僅對(duì)輸出數(shù)據(jù)的鎖存功能。 C口：可以看作是一個(gè)獨(dú)立的8位I/O口；也可以看作是兩個(gè)獨(dú)立的4位I/O口。也是僅對(duì)輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖存。 2．A組和B組的控制電路 這是兩組根據(jù)CPU命令控制8255A工作方式的電路，這些控制電路內(nèi)部設(shè)有控制寄存器，可以根據(jù)CPU送來(lái)的編程命令來(lái)控制8255A的工作方式，也可以根據(jù)編程命令來(lái)對(duì)C口的指定位進(jìn)行置/復(fù)位的操作。 A組控制電路用來(lái)控制A口及C口的高4位； B組控制電路用來(lái)控制B口及C口的低4位。 3．?dāng)?shù)據(jù)總線緩沖器 圖4.7 8255A的編程結(jié)構(gòu) 8位的雙向的三態(tài)緩沖器。作為8255A與系統(tǒng)總線連接的界面，輸入/輸出的數(shù)據(jù)，CPU的編程命令以及外設(shè)通過(guò)8255A傳送锝工作狀態(tài)等信息，都是通過(guò)它來(lái)傳輸?shù)摹? 4．讀/寫控制邏輯 讀/寫控制邏輯電路負(fù)責(zé)管理8255A的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程。它接收片選信號(hào)及系統(tǒng)讀信號(hào)、寫信號(hào)、復(fù)位信號(hào)RESET，還有來(lái)自系統(tǒng)地址總線的口地址選擇信號(hào)A0和A1。 4.2.3 8255A的引腳功能 引腳信號(hào)可以分為兩組：一組是面向CPU的信號(hào)，一組是面向外設(shè)的信號(hào)。 1．面向CPU的引腳信號(hào)及功能 D0-D7：8位，雙向，三態(tài)數(shù)據(jù)線，用來(lái)與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連； RESET：復(fù)位信號(hào)，高電平有效，輸入，用來(lái)清除8255A的內(nèi)部寄存器，并置A口，B口，C口均為輸入方式； ：片選，輸入，用來(lái)決定芯片是否被選中； ：讀信號(hào)，輸入，控制8255A將數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息送給CPU； ：寫信號(hào)，輸入，控制CPU將數(shù)據(jù)或控制信息送到8255A； A1，AO：內(nèi)部口地址的選擇，輸入。這兩個(gè)引腳上的信號(hào)組合決定對(duì)8255A內(nèi)部的哪一個(gè)口或寄存器進(jìn)行操作。8255A內(nèi)部共有4個(gè)端口：A口，B口，C口和控制口，兩個(gè)引腳的信號(hào)組合選中端口見(jiàn)下表。 ，，，A1，A0這幾個(gè)信號(hào)的組合決定了8255A的所有具體操作， 面向外設(shè)的引腳信號(hào)及功能 PA0~PA7：A組數(shù)據(jù)信號(hào)，用來(lái)連接外設(shè)； PB0~PB7：B組數(shù)據(jù)信號(hào)，用來(lái)連接外設(shè)； PC0~PC7：C組數(shù)據(jù)信號(hào)，用來(lái)連接外設(shè)或者作為控制信號(hào)。 面向外設(shè)的引腳信號(hào)及功能 PA0~PA7：A組數(shù)據(jù)信號(hào)，用來(lái)連接外設(shè)； PB0~PB7：B組數(shù)據(jù)信號(hào)，用來(lái)連接外設(shè)； PC0~PC7：C組數(shù)據(jù)信號(hào)，用來(lái)連接外設(shè)或者作為控制信號(hào)。 表 4.2 8255A的操作功能表 A1 A0 操 作 數(shù) 據(jù) 傳 送 方 式 0 0 1 0 0 讀 A 口 A口數(shù)據(jù) → 數(shù)據(jù)總線 0 0 1 0 1 讀 B 口 B口數(shù)據(jù) → 數(shù)據(jù)總線 0 0 1 1 0 讀 C 口 C口數(shù)據(jù) → 數(shù)據(jù)總線 0 1 0 0 0 寫 A 口 數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù) → A口 0 1 0 0 1 寫 B 口 數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù) → B口 0 1 0 1 0 寫 C 口 數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù) → C口 0 1 0 1 1 寫控制口 數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù) → 控制口 4.2.4 8255A的工作方式 8255A有三種工作方式，用戶可以通過(guò)編程來(lái)設(shè)置。 方式0――簡(jiǎn)單輸入/輸出――查詢方式；A，B，C三個(gè)端口均可。 方式1――選通輸入/輸出――中斷方式；A ，B，兩個(gè)端口均可。 方式2――雙向輸入/輸出――中斷方式。只有A端口才有。 工作方式的選擇可通過(guò)向控制端口寫入控制字來(lái)實(shí)現(xiàn)。 在不同的工作方式下，8255A三個(gè)輸入/輸出端口的排列示意圖如圖所示。 圖4.8 8255A三個(gè)輸入/輸出端口的排列示意圖 1．方式0： 為一種簡(jiǎn)單的輸入/輸出方式，沒(méi)有規(guī)定固定的應(yīng)答聯(lián)絡(luò)信號(hào)，可用A，B，C三個(gè)口的任一位充當(dāng)查詢信號(hào)，其余I/O口仍可作為獨(dú)立的端口和外設(shè)相連。 2．方式1 方式1是一種選通I/O方式，A口和B口仍作為兩個(gè)獨(dú)立的8位I/O數(shù)據(jù)通道，可單獨(dú)連接外設(shè)，通過(guò)編程分別設(shè)置它們?yōu)檩斎牖蜉敵?。而C口則要有6位(分成兩個(gè)3位)分別作為A口和B口的應(yīng)答聯(lián)絡(luò)線，其余2位仍可工作在方式0，可通過(guò)編程設(shè)置為輸入或輸出。 3．方式2 方式2為雙向選通I/O方式，只有A口才有此方式。這時(shí)，C口有5根線用作A口的應(yīng)答聯(lián)絡(luò)信號(hào)，其余3根線可用作方式0，也可用作B口方式1的應(yīng)答聯(lián)絡(luò)線。 方式2：就是方式1的輸入與輸出方式的組合，各應(yīng)答信號(hào)的功能也相同。而C口余下的PC0~PC2正好可以充當(dāng)B 口方式1的應(yīng)答線，若B口不用或工作于方式0，則這三條線也可工作于方式0。 方式2的應(yīng)用場(chǎng)合 方式2是一種雙向工作方式，如果一個(gè)并行外部設(shè)備既可以作為輸入設(shè) 備，又可以作為輸出設(shè)備，并且輸入輸出動(dòng)作不會(huì)同時(shí)進(jìn)行。 4．3 顯示電路設(shè)計(jì) 4.3.1 鍵盤部分設(shè)計(jì) 根據(jù)要求，我們之設(shè)計(jì)9個(gè)按鍵，用3×3矩陣式鍵盤與單片機(jī)的P2.0-P2.5六個(gè)I/O口相連接來(lái)實(shí)現(xiàn)。其功能為：?jiǎn)?dòng)，停止，排水測(cè)試，時(shí)間顯示，狀態(tài)選擇，設(shè)定選擇，上限溫度，下限溫度。 圖4.9 鍵盤顯示電路 4.3.2 顯示環(huán)節(jié)部分設(shè)計(jì) 本部分電路主要使用八段數(shù)碼管和移位寄存器芯片74LS164。單片機(jī)通過(guò)I2C總線將要顯示的數(shù)據(jù)信號(hào)傳送到移位寄存器芯片74LS164寄存，再由移位寄存器控制數(shù)碼管的顯示，從而實(shí)現(xiàn)移位寄存點(diǎn)亮數(shù)碼管顯示。由于單片機(jī)的時(shí)鐘頻率達(dá)到12M，移位寄存器的移位速度相當(dāng)快，所以我們根本看不到數(shù)據(jù)是一位一位傳輸?shù)?。從人類視覺(jué)的角度上看，就仿佛是全部數(shù)碼管同時(shí)顯示的一樣。 圖4.10 74LS164引腳 4.10 顯示電路設(shè)計(jì) 4．4 復(fù)位及看門狗電路設(shè)計(jì) 4.4.1 DS1232的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 1 引腳功能及內(nèi)部結(jié)構(gòu) 　　DS1232是由美國(guó)DALLAS公司生產(chǎn)的微處理器監(jiān)控電路，采用8腳DIP封裝，如圖所示。各引腳功能如下： 圖4.11 DS1232引腳 PBRST：按鈕復(fù)位輸入端; 　　TD：看門狗定時(shí)器延時(shí)設(shè)置端； 　　TOL：5％或10％電壓監(jiān)測(cè)選擇端； 　　GND：電源地； 　　RST：高電平有效復(fù)位輸出端； 　　RST：低電平有效復(fù)位輸出端； 　　ST：周期輸入端; 　　Vcc：電源。。 2 主要特點(diǎn) 　　DS1232具有如下特點(diǎn)： 　　具有8腳DIP封裝和16腳SOIC貼片封裝兩種形式，可以滿足不同設(shè)計(jì)要求; 　　在微處理器失控狀態(tài)下可以停止和重新啟動(dòng)微處理器; 　　微處理器掉電或電源電壓瞬變時(shí)可自動(dòng)復(fù)位微處理器; 　　精確的5％或10％電源供電監(jiān)視; ??? 不需要分立元件； 　　適應(yīng)溫度范圍寬，－40～＋85℃。 4.4.2. DS1232的功能 1 電源電壓監(jiān)視 　　DS1232能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)向微處理器供電的電源電壓，當(dāng)電源電壓VCC低于預(yù)置值時(shí)，DS1232的第5腳和第6腳輸出互補(bǔ)復(fù)位信號(hào)RST和RST。預(yù)置值通過(guò)第3腳(TOL)來(lái)設(shè)定；當(dāng)TOL接地時(shí)，RST 和RST信號(hào)在電源電壓跌落至4.75V以下時(shí)產(chǎn)生；當(dāng)TOL與VCC相連時(shí)，只有當(dāng)VCC跌落至4.5V以下時(shí)才產(chǎn)生 RST和RST信號(hào)。當(dāng)電源恢復(fù)正常后， RST和RST信號(hào)至少保持250ms，以保證微處理器的正常復(fù)位。 2 按鍵復(fù)位 　　在單片機(jī)產(chǎn)品中，最簡(jiǎn)單的按鍵復(fù)位電路是由電阻和電容構(gòu)成的，如果系統(tǒng)擴(kuò)展存在需要和微處理器同時(shí)復(fù)位的其他接口芯片，這種簡(jiǎn)單的阻容復(fù)位電路往往不能滿足整體復(fù)位的要求。DS1232提供了可直接連接復(fù)位按鍵的輸入端PBRST(第1腳)，在該引腳上輸入低電平信號(hào)，將在RST和RST端輸出至少250ms的復(fù)位信號(hào)， 3 看門狗定時(shí)器 　　在DS1232內(nèi)部集成有看門狗定時(shí)器，當(dāng)DS1232的ST端在設(shè)置的周期時(shí)間內(nèi)沒(méi)有有效信號(hào)到來(lái)時(shí)，DS1232的RST和RST端將產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)以強(qiáng)迫微處理器復(fù)位。這一功能對(duì)于防止由于干擾等原因造成的微處理器死機(jī)是非常有效的?？撮T狗定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間由DS1232的TD引腳確定， 　　看門狗定時(shí)器的周期輸入信號(hào)ST可以從微處理器的地址信號(hào)、數(shù)據(jù)信號(hào)或控制信號(hào)中獲得，不論哪種信號(hào)都必須能夠周期性的訪問(wèn)DS1232，對(duì)于MCS51系列單片機(jī)，推薦使用ALE信號(hào)。 4 DS1232典型應(yīng)用電路 　。 圖4.12 DS1232與MCS51系列單片機(jī)的接口電路 4.4.3 使用注意事項(xiàng) DS1232雖然具有與微處理器接口簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，但在使用中也應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： 　　(1)ST除了可以和MCS51單片機(jī)的ALE相連接外，也可以和其它信號(hào)線相連，但是必須保證在看門狗定時(shí)器計(jì)數(shù)溢出前復(fù)位看門狗定時(shí)器。 　　(2)DS1232內(nèi)部第6引腳沒(méi)有上拉電阻，如果單片機(jī)的其它外圍接口芯片需要用到低電平復(fù)位信號(hào)，那么，必須在該引腳上外接一個(gè)上拉電阻，如圖3中的R。 　　(3)如果用仿真器調(diào)試用戶目標(biāo)板，并且ST端與單片機(jī)的ALE相連，那么最好先不要插上DS1232芯片，因?yàn)樵诜抡嫫髋cPC機(jī)相連單步運(yùn)行程序時(shí)，單片機(jī)的ALE信號(hào)并不是連續(xù)供給的，容易造成非正常復(fù)位，影響調(diào)試工作的進(jìn)行。 4.5 時(shí)鐘芯片電路設(shè)計(jì) DS1307串行實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片是一種低功耗，全部采用BCD碼的時(shí)鐘/日歷芯片