1、1 1緒論緒論當(dāng)今世界，隨著科技的發(fā)展，社會的進(jìn)步，用軟件來控制硬件的產(chǎn)品也如雨后春筍般的出現(xiàn)，其中，單片機(jī)的應(yīng)用最為顯著，在開始進(jìn)入主題之前，我們先來了解一下單片機(jī)的有關(guān)信息。1.11.1單片機(jī)簡介單片機(jī)簡介單片機(jī)的概念單片機(jī)也被稱為微控制器（Microcontroler） ，它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機(jī)系統(tǒng)集成到一個芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件單片機(jī)的特點(diǎn)。單片機(jī)的特點(diǎn)單片機(jī)主要有如下特點(diǎn)：a）有優(yōu)異的性能價格比。b）集成度高、體積小、有很高的可靠性。單片機(jī)把各功能部件集成在一塊芯片上，內(nèi)部采

2、用總線結(jié)構(gòu)，減少了各芯片之間的連線，大大提高了單片機(jī)的可靠性與抗干擾能力。另外，其體積小，對于強(qiáng)磁場環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合在惡劣環(huán)境下工作。c）控制功能強(qiáng)。為了滿足工業(yè)控制的要求，一般單片機(jī)的指令系統(tǒng)中均有極豐富的轉(zhuǎn)移指令、I/O 口的邏輯操作以及位處理功能。單片機(jī)的邏輯控制功能及運(yùn)行速度均高于同一檔次的微機(jī)。d）低功耗、低電壓，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品。e）外部總線增加了 I C（Inter-Integrated Circuit）及 SPI（SerialPeripheral Interface）等串行總線方式，進(jìn)一步縮小了體積，簡化了結(jié)構(gòu)。f）單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展和系統(tǒng)配置較典型、規(guī)范，容易構(gòu)成各

3、種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。單片機(jī)的應(yīng)用由于單片機(jī)具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，它已成為科技領(lǐng)域的有力工具，人類生活的得力助手。它的應(yīng)用遍及各個領(lǐng)域，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：a)單片機(jī)在智能儀表中的應(yīng)用單片機(jī)廣泛地用于各種儀器儀表，使儀器儀表智能化，并可以提高測量的自動化程度和精度，簡化儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，提高其性能價格比。b)單片機(jī)在機(jī)電一體化中的應(yīng)用機(jī)電一體化是機(jī)械工業(yè)發(fā)展的方向。機(jī)電一體化產(chǎn)品是指集成機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)于一體，具有智能化特征的機(jī)電產(chǎn)品，例如微機(jī)控制的車床、鉆床等。單片機(jī)作為產(chǎn)品中的控制器，能充分發(fā)揮它的體積小、可靠性高、功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可大大提高機(jī)器的自動化、智能化程度。c)單片機(jī)在

4、實(shí)時控制中的應(yīng)用單片機(jī)廣泛地用于各種實(shí)時控制系統(tǒng)中。例如，在工業(yè)測控、航空航天、尖端武器、機(jī)器人等各種實(shí)時控制系統(tǒng)中，都可以用單片機(jī)作為控制器。單片機(jī)的實(shí)時數(shù)據(jù)處理能力和控制功能，可使系統(tǒng)保持在最佳工作狀態(tài)，提高系統(tǒng)的工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量。d)單片機(jī)在分布式多機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用在比較復(fù)雜的系統(tǒng)中，常采用分布式多機(jī)系統(tǒng)。多機(jī)系統(tǒng)一般由若干臺功能各異的單片機(jī)組成，各自完成特定的任務(wù)，它們通過串行通信相互聯(lián)系、協(xié)調(diào)工作。單片機(jī)在這種系統(tǒng)中往往作為一個終端機(jī)，安裝在系統(tǒng)的某些節(jié)點(diǎn)上，對現(xiàn)場信息進(jìn)行實(shí)時的測量和控制。單片機(jī)的高可靠性和強(qiáng)抗干擾能力，使它可以置于惡劣環(huán)境的前端工作。e)單片機(jī)在人類生活中的應(yīng)用自

5、從單片機(jī)誕生以后，它就步入了人類生活，如洗衣機(jī)、電冰箱、電子玩具、收錄機(jī)等家用電器配上單片機(jī)后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人們喜愛。單片機(jī)將使人類生活更加方便、舒適、豐富多彩。綜合所述，單片機(jī)已成為計算機(jī)發(fā)展和應(yīng)用的一個重要方面。另一方面，單片機(jī)應(yīng)用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計思想和設(shè)計方法。從前必需由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機(jī)通過軟件方法來實(shí)現(xiàn)了，這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。1.21.2溫度檢測的發(fā)展過程溫度檢測的發(fā)展過程在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開關(guān)量都是常用

6、的主要被控參數(shù)。其中，溫度是需要測量和控制的重要參數(shù)之一。例如：在冶金工業(yè)、化工生產(chǎn)、電力工程、造紙行業(yè)、機(jī)械制造和食品加工等諸多領(lǐng)域中，人們都需要對各類加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐和鍋爐中的溫度進(jìn)行檢測和控制。采用 MCS-51 單片機(jī)來對溫度進(jìn)行檢測，不僅具有控制方便、組態(tài)簡單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。因此，單片機(jī)對溫度的控制問題是一個工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會遇到的問題。在溫度的采集上，我們用到了模擬信號轉(zhuǎn)換器，通常使用一個被稱為模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（A/D）的電子器件，被廣泛使用在電子信號處理中。它將線圈上的衰減振蕩模擬波形變化量高速轉(zhuǎn)換成

7、單位時間的電壓量數(shù)字信號以供 MCU 信息處理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字化處理，起到了將模擬信號數(shù)字化極為關(guān)鍵的橋梁作用。A/D轉(zhuǎn)換器的速度越快，即對模擬信號的采樣時間單位分得越細(xì)，圖形記錄就越真實(shí)。而對于波形振蕩周期非常之短的線圈來說，它的電壓隨時間變化的速度非常之快，因而將震蕩波形的模擬信號數(shù)字化變換時，要求使用變換速度非常高的 A/D 轉(zhuǎn)換器，否則就不能正確采集、真實(shí)顯示這個高速變化的波形。另外，在溫度測量中，熱電偶的應(yīng)用極為廣泛，它具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、測量范圍廣、精度高、慣性小和輸出信號便于遠(yuǎn)傳等許多優(yōu)點(diǎn)。由于熱電偶是一種有源傳感器，測量時不需外加電源，使用十分方便，所以常被用作測量爐子、管道內(nèi)

8、的氣體或液體的溫度及固體的表面溫度。此外，由于應(yīng)用場合和測溫環(huán)境的不同，在選擇熱電偶的分度號上是有所不同的，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)致了所測溫度環(huán)境的選擇。2 2設(shè)計設(shè)計概述概述本章主要是介紹一下此設(shè)計的設(shè)計目的及設(shè)計思路等簡要內(nèi)容。2.12.1設(shè)計目的設(shè)計目的本設(shè)計最終所要達(dá)到的目的有以下幾個方面：a)掌握單片機(jī)各部分的使用，可以依據(jù)要求進(jìn)行小規(guī)模的編程；b)熟悉 A/D 轉(zhuǎn)換的過程，及其在實(shí)踐中的應(yīng)用；c)熟悉各種溫度傳感器的使用，能根據(jù)不同的電路選擇合適類型的傳感器。2.22.2設(shè)計思路設(shè)計思路本系統(tǒng)用熱電偶為檢測溫度元件，通過溫度傳感器將被測溫度轉(zhuǎn)換為電

9、量，經(jīng)過放大濾波電路處理，其中用到 LM324 四運(yùn)放集成電路來實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過放大濾波電路處理后，由模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，結(jié)合典型的 A/D 轉(zhuǎn)換電路，選擇 ADC0809 芯片做主打芯片，實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換功能再與單片機(jī)相連，其中用 AT89C51 芯片代替 8031 系列芯片。通過 8255 可編程擴(kuò)展芯片對溫度進(jìn)行報警限制處理，然后再由 LED 數(shù)碼管進(jìn)行跟蹤顯示。2.32.3設(shè)計原則設(shè)計原則硬件設(shè)計原則a）我們結(jié)合典型的 A/D 轉(zhuǎn)換電路，選擇 ADC0809 芯片做主打芯片，實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換能；b）此設(shè)計利用 A/D 轉(zhuǎn)換芯片配以顯示電路用其所需要的外圍電路實(shí)現(xiàn)溫度顯示，具有編程靈活、便

10、于顯示水溫功能的擴(kuò)充（也可用于爐溫顯示） 、精確度高等特點(diǎn)；c）硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)與軟件設(shè)計方案一并考慮；d）整個系統(tǒng)相關(guān)器件力求性能匹配，與環(huán)境相適應(yīng)。軟件系統(tǒng)原則a）我們的程序采用模塊化設(shè)計，軟件結(jié)構(gòu)清晰，簡潔；b）我們將設(shè)計的程序存儲區(qū)及數(shù)據(jù)存儲區(qū)盡量合理化規(guī)劃，便于設(shè)計功能的擴(kuò)展；c）我們對各個功能程序與運(yùn)行結(jié)果及運(yùn)行要求都作了簡要說明，以便查詢。2.42.4系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成為了更直觀的了解本設(shè)計，我將整個系統(tǒng)分為了三個設(shè)計模塊：LED 顯示模塊、A/D 轉(zhuǎn)換模塊以及數(shù)據(jù)采集模塊，以下就是各個模塊的功能簡介：a）LED 模塊為系統(tǒng)提供采時，通過使用典型的 LED 數(shù)碼管，結(jié)合動態(tài)掃描程

11、序?qū)崿F(xiàn)溫度的顯示功能；b）數(shù)據(jù)采集模塊利用小信號放大器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集；c）A/D 轉(zhuǎn)換模塊和其他外圍器件，實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)的正確連接以及編制轉(zhuǎn)換程序。3 3溫度檢測系統(tǒng)的工作原理及電路圖溫度檢測系統(tǒng)的工作原理及電路圖本章主要是介紹了溫度檢測系統(tǒng)的工作原理及硬件電路圖。3.13.1工作原理工作原理本課題是以 MCU-51（89C51）系列單片機(jī)為核心外加各種功能模塊來實(shí)現(xiàn)的，其原理是：當(dāng)熱電偶感觸到一定溫度時（即它的測量范圍內(nèi)）就會將溫度值轉(zhuǎn)換成電壓值。由于轉(zhuǎn)換后的電壓值較小達(dá)不到觸發(fā)信號的要求值，固要在熱電偶轉(zhuǎn)換后的電壓值在送達(dá)到 CPU 前加一個放大電路，用來放大弱電信號。單片機(jī)的 ALE 腳向 ADC0809 的 CLK 發(fā)出電信號。經(jīng)放大后的電信號傳給ADC0809 的 IN0 時（由它的位地址） ，ADC0809 的 START 腳接受到單片機(jī)傳來的開始轉(zhuǎn)換信號后由 ADC0809 將外界傳來的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。當(dāng) EOC 變?yōu)楦唠娖绞潜砻鞔藭r轉(zhuǎn)