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1、题 目: 基于AT89C51的温度控制器设计摘 要温度的检测与控制是工业生产过程中比较典型的应用之一，随着传感器在生产和生活中的广泛应用，利用新型单总线式数字温度传感器实现对温度的测试与控制得到更快的开发。随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活、工作、科研各个领域。数字式温度计以数字温度传感器作感温元件，它以单总线的连接方式，使电路大大的简化。传统的温度检测大多以热敏电阻为传感器，这类传感器可靠性差，测量温度准确率低且电路复杂。因此，本温度计摆脱了传统的温度测量方法，利用单片机对传感器进行控制，这样易于智能化控制。本次设计采用AT89C51单片机作为控制芯片，采用半导体集成温度传感
2、器AD590采集温度信号来控制外围电路。关键词：温度传感器；AT89C51单片机；AD590温度传感器ABSTRACT the temperature detection and control is the process of industrial production is one of the typical applications, with the sensor in the production and life of the more widely used, use of novel single bus digital temperature sensor to real
3、ize the temperature measurement and control get faster development, with the era of progress and development, single-chip technology has spread to our life, work, research, each field. A digital thermometer with digital temperature sensor as a temperature-sensing element, with single bus connection,
4、 so that the circuit is greatly simplified. The traditional temperature detection mostly by the thermistor as a sensor, the sensor reliability, accurate temperature measurement rate and low circuit complexity. Therefore, the thermometer out of traditional method of temperature measurement using MCU,
5、 sensor control. It is easy to intelligent control.Key words: temperature sensor; AT89C51 microcontroller; AD590 temperature sensor目 录1 系统总体方案设计12 系统硬件设计12.1 中央处理器12.1.1 AT89C51简介12.1.2特殊功能存储器22.1.3芯片擦除22.1.4复位电路的设计22.1.5时钟电路设计32.2 温度传感器AD59032.3 信号调理电路42.4 A/D转换52.5 LED显示72.6 控制电路93 系统软件设计103.1程序初始
6、化123.2主程序123.3 A/D转换子程序133.4 标度转换子程序143.5控制子程序143.6 键盘子程序14结论15参考文献16致 谢171 系统总体方案设计本次设计采用MCS-51单片机作为控制芯片，采用半导体集成温度传感器AD590采集温度信号。通过温度传感器将采集的温度信号转换成与之相对应的电信号，经过放大处理送入A/D转换器进行A/D转换，将模拟信号转换成数字信号送入到控制芯片进行数据处理。通过在芯片外围添加显示、控制等外围电路来实现对保温箱温度的实时检测和控制功能。本系统功能由硬件和软件两大部分协调完成，硬件部分主要完成传感器信号的采集处理，信息的显示等。软件主要完成对采集
7、的温度信号进行处理及显示控制等功能。系统结构框图如图1所示：保温箱AD590热源交流电源调理电源路单片机最小系统A/D控制单片机显示设定继电器直流电源图1 系统结构框图2 系统硬件设计2.1 中央处理器MCS-51系列单片机是8位增强型，其主要的技术特征是为单片机配置了完善的外部并行总线和具有多级识别功能的串行通讯接口（UART），规范了功能单元的SFR控制模式及适应控制器特点的布尔处理系统和指令系统。属于这类单片机的芯片有许多种，如8051、8031、80C51等等。由于单片机具有较高的性能比，国内MCS-51系列单片机应用最广，易于开发、使用灵活、而且体积小、易于开发、抗干扰能力强，可以工
8、作于各种恶劣的条件下，工作稳定等特点。本设计本着实用性和适用性的要求，选择AT89C51单片机作为中央处理器。2.1.1 AT89C51简介AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的具有低电压，高性能CMOS 的8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。如图2为AT89C51的内部结构框图。图2 AT89C51的内部结构框图2.1.2 特殊功能存储
9、器在单片机内高128B RAM中，由有21个特殊功能寄存器（AFR），它们离散的分布在80H-FFH的RAM空间中，访问特殊功能寄存器只允许使用直接寻址方式。2.1.3 芯片擦除整个EPROM阵列电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦除操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯
10、片功能，直到下一个硬件复位为止。2.1.4 复位电路的设计复位使单片机处于起始状态，并从该起始状态开始运行。AT89C51的RST引脚为复位端，该引脚连续保持2个机器周期（24个时钟振动周期）以上高电平，则可使单片机复位。内部复位电路在每一个机器周期的S5P2期间采样斯密特触发器的输出端，该触发器可抑制RST引脚的噪声干扰，并在复位期间不产生ALE信号，内部RAM处于不断电状态。其中的数据信息不会丢失，也即复位后，只影响SFR中的内容，内部RAM中的数据不受影响。外部复位有上电复位和按键电平复位。由于单片机运行过程中，其本身的干扰或外界干扰会导致出错，此时我们可按复位键重新开始运行。为了便于本
11、设计运行调试，复位电路采用按键复位方式。按键复位电路如图3所示。图3 复位电路2.1.5 时钟电路设计时钟电路是单片机的心脏，它控制着单片机的工作节奏。MCS-51单片机允许的时钟频率是因型号而异的，其典型值为12MHZ。AT89C51内部有一个反相振荡放大器，XTAL1和 XTAL2分别是该反向振荡放大器的输入端和输出端。该反向放大器可配置为片内振荡器，石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。本设计采用的晶振频率为12MHZ。其时钟电路如图4所示。51系列单片机还可使用外部时钟。在使用外部时钟时，外部时钟必须从XTAL1输入，而XTAL2悬空。图4 时钟电路2.2 温度传感器AD590温度传感器的应用范
12、围很广，它不仅用于日常生活中，而且也大量应用于自动化和过程检测控制系统。温度传感器的种类很多，根据现场使用条件，选择恰当的传感器类型才能保证测量的准确可靠，并且同时达到增加使用寿命和降低成本的目的。AD590温度传感器不但实现了温度转化为线性电量测量，而且精度高、互换性好。AD590测量热力学温度、摄氏温度、两点温度差、多点最低温度、多点平均温度的具体电路，广泛应用于不同的温度控制场合。由于AD590精度高、价格低、不需辅助电源、线性好，常用于测温和热电偶的冷端补偿。本设计采用AD590作为温度传感器，它只需要一个电源即可实现温度到电流的线性变换，然后再终端使用一只取样电阻，即可实现电流到电压
13、的转换。它使用方便，并且具有较高的精度。图5为AD590的封装形式和基本应用电路。图5 AD590封装形式和应用电路AD590集成温度传感器是将温敏电阻晶体管与相应的辅助电路集成在同一块芯片上，能直接给出正比于绝对温度的理想线形输出，温敏晶体管在管子的集电极电流恒定时，其基极发射极电压与温度成线形关系，由于生产厂家生产时采用激光微调来校正集成电路内的薄膜电阻，使其在摄氏零度（对应绝对温度为273.2K），输出电流微273.2uA，灵敏度微1uA/K。当其感受的温度升高或者降低时，则其电流就以1uA/K的速率增大或减小，从而将被测电流转换为电压，则可以用电压来表示其温度大小。为克服温敏晶体管vb
14、电压产生时的离散性，采用了特殊的差分电路。集成温度传感器具有电压型和电流型两种。因此，它不容易受接触电阻、引线电阻、电压噪音的干扰，具有很好的线性特性。AD590温度传感器作为一个恒流源，在本设计的温度检测电路中在AD590的输出端接一取样电阻可将输出电流信号变化转换为电压信号变化。由于AD590温度传感器温度每变化1其输出电流变化1mA。所以在接上10K的取样电阻的情况下，温度每变化10，输出电压就将变化0.1V。2.3 信号调理电路经过温度传感器采集输出的电压信号一般来说是非常微弱的，因此，在送往单片机处理之前应对该信号进行放大。本系统所采用的A/D转换器为ADC0809，由于ADC080
15、9的输入信号应在05V之间，因此，经过放大电路放大的信号进入A/D转换器的电压信号应控制在05V之间，根据此原则可设计合适的放大倍数。信号调理电路主要由运算放大器0P07等组成。为了使温度检测电路的输出电压能够适合于A/D转换器的参考电压，利用超低温漂移高精度运算放大器0P07将温度电压信号进行放大到05V的范围之内,便于A/D进行转换,以提高温度采集电路的可靠性。本设计中，信号调理电路部分由集成运放OP07分别构成一个电压跟随器，电压比较器和一个同相输入放大器用于对AD590输出的小电压信号进行放大处理9。信号调理电路如图6所示图6 温度检测电路在该放大电路中，电压跟随器起阻抗匹配的作用。反馈电阻为零时，放大倍数为1，电压跟随器的输入电压等于输出电压电压比较器用于对输出电压小信号电压进行调零，在上述电路图中的电压比较器部分由于R2=R4，R3=R5 可得电压比较器的输出电压 根据电压跟随器的输出电压调节电位计R9就改变电压比较器的输入电压。使得当温度为温度测量下限时电压比较器的输出电压为零。起放大作用的是同相输入放大器OP07。其放大倍数： 因此放大器的输出
