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1、湖南铁路科技职业技术学院毕业（设计）论文说明书第 1 页摘要摘要在工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。其中，温度控制也越来越重要。在工业生产的很多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。采用单片机对温度进行控制不仅具有控制方便、简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大的提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的控制问题。本设计是一个典型的智能电子系统设计。以 AD590 为采集器、89S51 为处中央理器、空调机相应电路，结合相关的元器件（共阴极
2、LED 数码显示器、BCD-锁存/7 段译码/ A/D 转换器等）为执行器来完成设计任务提出的温度控制要求。该设计分总体方案设计、硬件设计、软件设计、系统调试几个部分，设计过程流畅，所设计的电路单元较为合理。该设计在硬件方案设计、单元电路设计、元器件选择等方面较有特色。【关键词关键词】89C51 单片机，AD590 为采集器，LED 数码显示器，A/D 转换器。第 2 页目录目录摘要摘要.1第一章第一章 设计方案设计方案.41.11.1 设计任务设计任务.41.21.2 设计总方案设计总方案.4第二章第二章 硬件设计硬件设计.62.12.1 硬件各单元方案设计与选择硬件各单元方案设计与选择.6
3、2.22.2 单元电路设计单元电路设计.10第三章第三章 软件设计软件设计.153.13.1 程序流程图程序流程图.153.23.2 主程序清单主程序清单.193.33.3 系统调试系统调试.25第第四四章章 设计主要芯片介绍设计主要芯片介绍.274.14.1 89S5189S51.274.24.2 ADC0809ADC0809.294.34.3 AD590AD590.32总结与体会总结与体会.36谢辞谢辞.37参考文献参考文献.38第 3 页第一章第一章 设计方案设计方案1.11.1 设计方案设计方案任务任务设计一个空调机的温度控制单元。用单片机技术及相应仿真平台进行开发，通 过数据采集系统
4、，对温度进行采集并作 A/D 转换，再传输给单片机。以空调机为执 行器件，通过单片机程序来完成对室内温度的控制。 设计的主要要求如下： 1，温度设定范围为-1045 摄氏度，最小区分温度为 1 摄氏度，标定温度小 于等于 1 摄氏度。 2，用二位十进制数码显示当前温度。 3，能根据设定的温度实现自动加热或降温处理。 4，设计出控制系统电路单元。1.21.2 设计总方案设计总方案选用 89S51 单片机为中央处理器，通过温度传感器对空气进行温度采集，将采 集到的温度信号传输给单片机，再由单片机控制显示器，并比较采集温度与设 定温度是否一致，然后再驱动空调机的加热或降温循环对空气进行处理，从而 模
5、拟实现空调温度控制单元的工作情况。 总方案结构图 1 所示湖南铁路科技职业技术学院毕业（设计）论文说明书第 4 页输入部 分显示部 分89S51A/D转换器驱动控制驱动控制温度传感器（加热）（制泠）空气图 1 空调温度控制单元结构图实现方案的技术路线为：用按钮输入标准温度值，用 LED 实时显示环境空气温 度，用驱动电路控制压缩机完成加热和制冷空调，用汇编语言完成软件编程。湖南铁路科技职业技术学院毕业（设计）论文说明书第 5 页第二章第二章 硬件设计硬件设计硬件设计部分将寻找单元电路最合适的设计方案，再进行单元电路设计，最后 介绍所用到的特殊元器件。2.12.1 硬件各单元方案设计与选择硬件各
6、单元方案设计与选择2.1.12.1.1 温度传感部分温度传感部分 要求对温度和与温度有关的参量进行检测，应该考虑用热电阻传感器。按照热 电阻的性质可以分为半导体热电阻和金属热电阻两大类，前者通常称为热敏电阻， 后者称为热电阻。 方案方案 1 1采用热敏电阻，这种电阻是利用对温度敏感度的半导体材料制成，其阻值随温 度变化有明显的改变。负温度系数热敏电阻器通常是由锰，钴的氧化物烧制成半导 体陶瓷制成。其特点是，在工作温度范围内电阻阻值随温度的升高而降低。课满足 4090 摄氏度测量范围，但热敏电阻精度，重复性，可靠性比较差，不适用于检测 小于 1 摄氏度的信号，而且线性度很差，不能直接用于 A/D
7、 转换，应该用硬件或软 件对其进行线性化补偿。 方案方案 2 2 采用温度传感器铂电阻 Pt1000.铂热电阻的物理化学性能在高温和氧化性介质 中很稳定，它能用作工业测温元件，且元件线性较好。在 0100 摄氏度时，最大非 线性偏差小于 0.5 摄氏度。铂热电阻与温度的关系式，Rt=R0(1+At+Bt.t)；其中 Rt 是温度为 t 摄氏度时的电阻；R0 是温度为 0 摄氏度时的电阻；t 为任意电阻值， A,B 为温度系数。但其成本太贵，不适合做普通设计。 方案方案 3 3 采用集成温度传感器，如常用的 AD590 和 LM35。AD590 是电流型温度传感器。 这种传感器以电流作为输出量至
8、室温度，其典型的电流温度灵敏度是 1uA/K.它是二 端器件，使用非常方便，作为一种高阻电流源，它不需要要个考虑传输线上的电压 信号损失和噪声干扰问题，因此特别适合作为远距离测量或控制用。另外，AD590 也特别适合用于多点温度测量系统，而不必考虑选择开关或 CMOS 多路转换开关所 引起的附加电阻造成的误差。应用电路简单，便于设计。 方案选择：方案选择：选择方案 3 理由：电路简单稳定可靠，无须调试，与 A/D 连接方便。湖南铁路科技职业技术学院毕业（设计）论文说明书第 6 页2.1.22.1.2 A/DA/D 转换部分转换部分模/数转化器是一种将连续的模拟量转化成离散的数字量的一种电路或器
9、件。模拟信号转换为数字信号一般需要经过采样保持和量化编码两个过程。针对不同的采样对象，有不同的 A/D 转换器（ADC）可供选择，其中有通用的也有专用的。有些 ADC 还包含其他功能，在选择 ADC 器件时要考虑多种因素，除了关键参数，分辨率和转换速度以外，还应考虑其他因素，如静态与动态精度，数据接口类型，控制接口与定时，采样保持性能，基本要求，校准能力，通道数量，功耗，使用环境要求，封装形式以及与软件有关的问题。ADC 按功能划分，可以分为直接转换和非直接转换两大类，其中非直接转换又有逐次分级转换和积分式转换等类型。A/D 转换器在实际应用时，除了要设计适当的采样/保持电路、基准电路和多路模
10、拟开关等电路外，还应根据时机选择的具体芯片进行输入模拟信号极性转换等设计。方案方案 1 1采用分级式转化器，这种转换采用两步或多步进行分辨的闪烁是转换，进而快速的完成“模拟-数字”信号的转换，同时可以实现较高的分辨率。方案方案 2 2采用双积分型 A/D 转换器。双积分型 A/D 转换器转换精度高，但是转换速度不太快，若用于温度测量，不能及时地反映当前的温度值，而且多数双积分型 A/D 转换器其输出端都不是二进制码，而是直接驱动数码管的。所以，若直接将其输出端接 I/O 接口会给软件设计带来激动的不方便。方案方案 3 3采用逐次逼近式转换器，对于这种转换方式，通常是用一个比较输入信号与作为基准
11、的 n 位 DAC 输出进行比较，并执行 n 次 1 位转换这种方法类似于天平上的二进制砝码称量物质。采用逐次逼近寄存器，输入信号仅与最高位（MSB）比较，确定 DAC 的最高位（DAC 满量程的一半） 。确定后结果（0 或 1）被锁存，同时加到DAC 上，以决定 DAC 的输出(0 或 1/2)。逐次逼近型 A/D 转换器，如 ADC0809、AD574 等，其特点是转换速度快精度也比较高，输出为二进制码，直接接 I/O 口，软件设计方便。ADC0809 芯片内包含 8 位湖南铁路科技职业技术学院毕业（设计）论文说明书第 7 页模/数转换器、8 通道多路转换器与微控制兼容的控制逻辑。8 通道多路转换器能直接连通 8 个单端输入信号中任何一个。由于 ADC0809 设计时考虑到若干种模/数转换技术的优点，所以该芯片非常适合于过程控制、微控制器输入通道的结合口电路、智能仪器和机床控制等应用场合，并且价格低廉，降低设计成本。方案选择方案选择: :选择方案 3 理由：用 ADC0809 采样速度快，配合温度传感器应用方便，价格低廉，降低设计成本。2.1.32.1.3 数字显示部分数字显示部分通常的 LED 显示器有段或 8 段和“米”字段之分。这种显示器有共阳极和
