1、摘 要本課題設(shè)計(jì)了一個(gè)多測量點(diǎn)、寬量程的智能溫度測量應(yīng)用系統(tǒng)。該系統(tǒng)運(yùn)用了性能價(jià)格比較好的K型熱電偶作為溫度傳感器，信號調(diào)理電路采用多路開關(guān)CD4051和AD595芯片為核心，為提高測量的分辨率，模擬、數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換采用8位分辨率、7位精度的8位的A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809，儀器的CPU芯片采用目前最大眾的、低價(jià)位的但技術(shù)成熟的8031，儀器的鍵盤/顯示器采用8155擴(kuò)展8031的I/O接口連接，接口電路簡單、適用。為了提高系統(tǒng)的硬件成本，能對8路的溫度差分信號進(jìn)行切換，所以我們采用的8位的A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809，它是內(nèi)部帶8路模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)的轉(zhuǎn)換器，并可以進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，節(jié)省了硬件的資源。為

2、了提高系統(tǒng)的抗干擾性能，溫度的檢測采用了硬件抗干擾和軟件抗干擾的方法，硬件采用了看門狗電路抗干擾，軟件采用了指令冗余技術(shù)，它們使系統(tǒng)的性能得到了改善。在設(shè)計(jì)中，對產(chǎn)生誤差的因素也進(jìn)行了一些理論上的分析，證明這種設(shè)計(jì)方案是可行的。由本課題構(gòu)成的多路溫度監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜、量程寬、有較高的可靠性、安全性及實(shí)用性。關(guān)鍵詞：溫度傳感器 單片機(jī) 熱電偶AbstractThis paper has designed an intelligent temperature measurement system with many measuring points. The system makes u

3、se of the hot electric resistance , has high ratio of performance to price. The electric circuit to adjust and manage signal adopts the enlarger CD4051 and AD595 used in instrument as its core. In order to improve the measure precision, imitating, the conversion of the numerical signal adopts 8 A/ D

4、s of 8 resolution,7 accuracies conversion machine ADC0809, instrument of the CPU chip the adoption is most mass currently, low price ，but technique mature of 8031, instrument of keyboard/ display adopt 8155 expand 8031 of I/ O connect a peoples conjunction, connect a peoples electric circuit simple，

5、apply. At the same time, for overcome two limit, three the circuit electric resistance error margin that limit to bring, the Pt100 connects the line to adopt four lines system methods outward; For the sake of the hardware cost of the exaltation system, the ability carries on cut over to 8-road bit t

6、emperature bad cent signals of the roads, so 8 A/ Ds that we adopt conversion machine ADC0809, it is the conversion machine that the inner part takes the 8 roads emulation conversion switch, and can carry on the mold number conversion, saving the resources of the hardware. For the sake of the anti-

7、interference function of the exaltation system, the examination of the temperature adopted the method of the hardware anti- interference and the software anti- interference, the hardware adopted the watchdog electric circuit anti-interference, the software adopted the instruction redundancy techniqu

8、e, and they make the function of the system get the improvement. In the design, the factors introducing errors are analyzed theoretically. The analysis results prove this design project to be viable. The many roads temperature monitor system constituted in this paper has some advantages, such as, si

9、mple structure, low price, and wide measure range. The system has higher dependability, safety and good performance. Key words: temperature sensor, singlechip,目 錄1 緒論1 1.1課題的意義1 1.2國內(nèi)外現(xiàn)狀分析2 1.3系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)3 1.4主要工作任務(wù)32 監(jiān)測系統(tǒng)原理及設(shè)計(jì)要求4 2.1系統(tǒng)綜述4 2.2系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案選擇4 2.3系統(tǒng)的工作原理53 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)7 3.1溫度傳感器的選擇7 3.1.1溫度傳感器的分類

10、7 3.1.2常用溫度傳感器的介紹8 3.1.3溫度傳感器的選擇12 3.2信號調(diào)理電路的設(shè)計(jì)12 3.2.1采樣變送電路的設(shè)計(jì)12 3.2.2溫度傳感器在現(xiàn)場的安裝技術(shù)13 3.3芯片的選擇14 3.4 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇及其接口設(shè)計(jì)17 3.4.1 ADC0809簡介18 3.4.2 ADC0809的工作原理21 3.4.3 ADC0809與8031的接口23 3.5鍵盤/顯示接口電路的設(shè)計(jì)25 3.5.1 8155簡介26 3.5.2 8155擴(kuò)展I/O口的鍵盤/顯示接口電路設(shè)計(jì)30 3.6報(bào)警電路的設(shè)計(jì)314 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)33 4.1主程序的設(shè)計(jì)33 4.2其它子程序的設(shè)計(jì)344.2

11、.1 A/D轉(zhuǎn)換程序344.2.2判斷鍵號的程序355 系統(tǒng)的抗干擾分析37 5.1系統(tǒng)硬件抗干擾分析38 5.2系統(tǒng)軟件抗干擾分析396 結(jié)論42致謝43參考文獻(xiàn)44二類優(yōu)質(zhì)#1 緒論1.1 課題的意義 隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)的迅速發(fā)展，工業(yè)測控領(lǐng)域采用先進(jìn)的技術(shù)對現(xiàn)場的工業(yè)生產(chǎn)參數(shù)進(jìn)行檢測，監(jiān)測是實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化的重要標(biāo)志。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在工業(yè)生產(chǎn)中被監(jiān)測最多的參數(shù)應(yīng)該是壓力、流量、溫度三大參數(shù)。無論在石油、化工、煤炭、水利等行業(yè)，還是電力、機(jī)械、航空、國防等部門，都離不開對這些參數(shù)的監(jiān)測。當(dāng)然除此之外，還有諸如液位、扭矩、密度、濃度、速度、位移、距離、電參數(shù)等眾多物理參數(shù)的監(jiān)測

12、，但用的最多的恐怕還是溫度的監(jiān)測，可以說溫度的測量是一個(gè)“永恒”的話題。 溫度測量的領(lǐng)域十分廣泛，其實(shí)，不僅在工業(yè)領(lǐng)域，而且在民用領(lǐng)域、軍用領(lǐng)域，溫度的測量隨處可見。在工業(yè)領(lǐng)域，電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行關(guān)系到整個(gè)工業(yè)的發(fā)展和人民生活的穩(wěn)定，其中一個(gè)重要的方面是電氣設(shè)備自身的安全運(yùn)行，由于絕大多數(shù)的電氣設(shè)備采用封閉式結(jié)構(gòu)，散熱效果差，熱積累大，并長期處于高電壓、大電流和滿負(fù)荷運(yùn)行，其結(jié)果造成熱量集結(jié)加劇，溫升直接危害電器設(shè)備的絕緣，這就要求對電氣設(shè)備的溫度狀況進(jìn)行測量控制。如發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)組隨著電壓增高和容量增大，解決定子鐵心和繞組溫升的問題就日益突出。對全封閉的高壓開關(guān)電器，也存在對其開關(guān)觸頭溫度的

13、監(jiān)測問題，電機(jī)的軸溫，膠帶滾筒的表面溫度，工業(yè)冷卻循環(huán)水溫，加熱設(shè)備的爐溫，啤酒的麥芽發(fā)酵溫度，各種化工原料在化學(xué)反應(yīng)時(shí)控制的溫度等等。在民用領(lǐng)域，超市的食品架內(nèi)溫度，人們生活空間環(huán)境的溫度，空調(diào)的控制溫度，人體繁榮體溫檢測，冰箱、冰柜的溫度測量等等。當(dāng)然，不同的場合，對測溫范圍的要求不一致，即使相同的測溫范圍，測量不同的對象，其測量精度也不盡相同，這些都是顯而易見的。譬如，人體的體溫測量，測量的溫度應(yīng)該要求比較高，達(dá)到0.1左右，但是在測量電氣設(shè)備如電機(jī)的軸溫時(shí)，可能測量的允許誤差達(dá)1以上。當(dāng)然，我們做任何一件物品，都是在滿足要求的前提下，越簡單越好，成本越低越好，作為工業(yè)、民用、軍用等領(lǐng)域

14、的測量，這個(gè)原則也不例外，但是作為人類對客觀事物的認(rèn)識，從測量的角度，從誤差的概念，從真值的理解來看，我們應(yīng)該在一定的條件下盡可能的將測量的精度提高。電氣設(shè)備溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測已經(jīng)成為電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備安全運(yùn)行急需解決的實(shí)際問題。目前國外采用紅外熱輻射等技術(shù)對電氣設(shè)備做遙感式在線測溫，但是其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴，并無法直接解決電氣設(shè)備內(nèi)部溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測問題。本文的立足點(diǎn)是，運(yùn)用比較常規(guī)的溫度傳感器以及廉價(jià)的電子元件構(gòu)成低成本、高性能的智能系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有較高的可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)性，運(yùn)用在工業(yè)領(lǐng)域，具有重要的實(shí)際工程價(jià)值。1.2 國內(nèi)外現(xiàn)狀分析溫度是一般工業(yè)領(lǐng)域最容易碰到的檢測參數(shù)，如環(huán)境溫度的檢測

15、，工業(yè)工藝溫度參數(shù)的檢測，設(shè)備的溫度保護(hù)檢測等，而市場上專用的、通用的各類溫控儀產(chǎn)品也比較豐富。國內(nèi)外的溫度檢測儀器的發(fā)展水平主要體現(xiàn)在儀器的智能化水平、測量的文的范圍、測量的精度以及儀器的功耗等技術(shù)指標(biāo)上，目前國內(nèi)的溫度測量，在精度上很少有高于0.1的。在同一個(gè)行業(yè)，各個(gè)企業(yè)之間的現(xiàn)代化水平的差異也十分大，盡管目前的計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展水平都十分迅猛，但仍然有一部分企業(yè)對溫度的測量技術(shù)，還停留在用水銀溫度計(jì)作為測量工具。近年來，信息化一詞在自動(dòng)化領(lǐng)域內(nèi)十分叫響，它在一定程度上推動(dòng)了自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，我們的許多廠礦企業(yè)、運(yùn)用計(jì)算機(jī)的水平不再體現(xiàn)在辦公室的管理上，而且深入到生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，

16、各種可能導(dǎo)致安全隱患的各個(gè)環(huán)節(jié)在可能的條件均運(yùn)用了先進(jìn)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控。例如：煤礦計(jì)算機(jī)調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)、膠帶輸送機(jī)的計(jì)算機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)、各種現(xiàn)場的電機(jī)溫度保護(hù)系統(tǒng)、各種煤窯的溫度控制系統(tǒng)以及化工行業(yè)的溫度工藝參數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)等，無不有溫度系數(shù)的檢測。1.3 系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)根據(jù)現(xiàn)場的條件和要求，設(shè)計(jì)的本產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo)為：（1）測溫范圍：50600（2）測量精度：1C（3）測量路數(shù)：8路（4）各路可設(shè)置上、下限報(bào)警值，當(dāng)各路溫度超限時(shí)，送出各保護(hù)觸點(diǎn)信號（5）電源工作范圍：AC85265V1.4 主要工作任務(wù)在對各類溫度傳感器原理介紹的基礎(chǔ)上，根據(jù)本課題實(shí)際的任務(wù)要求，完成溫度傳感器的選型，系統(tǒng)芯

17、片的選擇，并設(shè)計(jì)A/D轉(zhuǎn)換電路，信號調(diào)理電路。鍵盤顯示接口電路，報(bào)警電路。系統(tǒng)按所設(shè)定的定時(shí)間隔順序讀取各個(gè)測溫點(diǎn)的溫度值，讀過的溫度數(shù)據(jù)經(jīng)處理后將其存盤，同時(shí)將其與設(shè)定的溫度限制比較，如發(fā)現(xiàn)越限，則發(fā)出報(bào)警信號，以便工作人員檢查并處理，如未超限，則系統(tǒng)在間隔時(shí)間內(nèi)按順序顯示各測量溫點(diǎn)溫度值。 2 監(jiān)測系統(tǒng)原理及設(shè)計(jì)要求2.1 系統(tǒng)綜述根據(jù)第一章的本課題設(shè)計(jì)要求的性能指標(biāo)，本系統(tǒng)不僅要滿足一定精度的溫度測量的基本功能，而且由于測量的路數(shù)為8路，同時(shí)考慮系統(tǒng)的最低成本，因此還存在多路信號的切換，還要考慮系統(tǒng)的溫度超限報(bào)警的功能，溫度顯示的功能，作為工業(yè)現(xiàn)場用的監(jiān)測類儀器，系統(tǒng)的工作可靠性指標(biāo)也是

18、系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)值得考慮的一個(gè)因素。2.2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案選擇根據(jù)目前構(gòu)成的各種溫度監(jiān)測裝置，結(jié)合本課題的設(shè)計(jì)任務(wù)要求能基本實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)的方案大概由以下幾種：（1） 純模擬式這種方案所有的電路均采用模擬電路構(gòu)成，包括溫度信號的采樣、放大電路，報(bào)警電壓的電位調(diào)節(jié)設(shè)置，模擬比較器的選用以及驅(qū)動(dòng)超限報(bào)警電路，模擬的電磁結(jié)構(gòu)的指針式顯示電路等，盡管這種電路也能起到溫度的實(shí)時(shí)測量與報(bào)警，但是不能獲得溫度的歷史數(shù)據(jù)，顯示方式也不夠直觀，在抗干擾性能上由于電路沒有足夠的判斷能力可能會(huì)增加誤報(bào)警從而引起誤動(dòng)作，而且在價(jià)格上也無優(yōu)勢可言，由上述原理構(gòu)成的這類儀表被稱之為第一代儀表，目前設(shè)計(jì)的儀表中極少使用這類結(jié)構(gòu)。

19、（2） 數(shù)字式這種方案在信號的采樣、放大電路、報(bào)警設(shè)置以及報(bào)警電路等環(huán)節(jié)與第一種方案沒有什么區(qū)別，只是在放大電路后采用了A/D轉(zhuǎn)換電路，它將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行數(shù)碼顯示，它最大的好處是顯示直觀，這是模擬式產(chǎn)品向智能式產(chǎn)品的中間過渡型產(chǎn)品，屬于第二代儀表，在上個(gè)世紀(jì)80年代的設(shè)計(jì)中大都屬于本種結(jié)構(gòu)的方案，在工業(yè)現(xiàn)場看到的大都是未被替換的產(chǎn)品，在目前的設(shè)計(jì)中，也不采用這種方案。（3） 智能式這是目前監(jiān)控類儀器首選的方案，利用目前成熟的計(jì)算機(jī)技術(shù)，依靠計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的處理能力，對數(shù)據(jù)前向通道采集到的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷、處理、存儲(chǔ)，并可采用十分簡單的方法通過顯示驅(qū)動(dòng)芯片將顯示信息送出進(jìn)行

20、數(shù)碼顯示，對溫度的報(bào)警處理可以按照各路測溫點(diǎn)的不同情況分別設(shè)置不同的報(bào)警值。系統(tǒng)將會(huì)對各路監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行溫度巡回監(jiān)測。當(dāng)然，由于國外歐美國家微電子技術(shù)的發(fā)展，在不少的測試領(lǐng)域，將一個(gè)系統(tǒng)的所有電路，包括CPU都集成在一塊芯片上，構(gòu)成一個(gè)集成的系統(tǒng)，這也是目前儀表發(fā)展的方向。本課題考慮到國內(nèi)目前的現(xiàn)狀，構(gòu)成器件的來源以及微電子技術(shù)的發(fā)展，所以決定采用智能式的方案來進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。2.3 系統(tǒng)的工作原理 根據(jù)上述的方案選擇和本課題的設(shè)計(jì)目標(biāo)，加上目前智能儀表的一般特點(diǎn)，本系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)框圖如下圖21所示： 從上圖看系統(tǒng)主要包括構(gòu)成智能測量系統(tǒng)核心的微處理器，檢測溫度的敏感元件溫度傳感器采用的是熱電偶式

21、溫度傳感器。信號的切換是本系統(tǒng)多路要求而設(shè)置的，放大電路是提高計(jì)算機(jī)識別信號的最常用的方法，在信號的前向通道的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，采用一個(gè)價(jià)格合適、性能較好的A/D轉(zhuǎn)換器作為模擬信號與計(jì)算機(jī)之間的接口器件，作為智能檢測，鍵盤與顯示器是最常規(guī)的人機(jī)接口，在本系統(tǒng)，鍵盤的作用主要是用來設(shè)定現(xiàn)場各路測溫點(diǎn)的高低溫度報(bào)警值，顯示器正常測量時(shí)巡回顯示各路溫度的實(shí)時(shí)測量值，當(dāng)溫度超限時(shí)，僅巡回顯示報(bào)警的路數(shù)及其對應(yīng)的溫度值，并在鍵盤設(shè)置參數(shù)時(shí)作為簡單的輸出裝置配合用戶對參數(shù)的設(shè)定。報(bào)警輸出驅(qū)動(dòng)電路作用是為用戶提供一個(gè)溫度超限時(shí)的保護(hù)觸點(diǎn)。3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)一個(gè)典型的智能檢測系統(tǒng)，包括被測量信息的獲取、放大、變換

22、接收、處理以及傳輸?shù)拳h(huán)節(jié)，在本多路溫度測量系統(tǒng)中，則包括溫度傳感器的選型，信號調(diào)理電路的設(shè)計(jì)，A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)、芯片的選擇鍵盤顯示接口電路的設(shè)計(jì)以及報(bào)警電路的設(shè)計(jì)。3.1 溫度傳感器的選擇溫度傳感器從使用的角度大致可分為接觸式和非接觸式兩大類。前者是讓溫度傳感器直接與待測物體接觸，來敏感被測物體溫度的變化，而后者是使溫度傳感器與待測物體離開一定的距離。檢測從待測物體放射出的紅外線，從而達(dá)到測溫的目的。這里我們首先介紹一下溫度傳感器的分類，常用的溫度傳感器，然后對所選用的文德傳感器作簡要介紹。3.1.1 溫度傳感器的分類溫度傳感器的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個(gè)階段：傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器（含敏感元

23、件）；模擬集成溫度傳感器/控制器；智能溫度傳感器（即數(shù)字溫度傳感器）。（1）分立式溫度傳感器傳統(tǒng)的熱電偶、熱電阻、熱敏電阻及半導(dǎo)體溫度傳感器，均屬于分立式溫度傳感器，傳感器本身就是一個(gè)完整的、獨(dú)立的感溫元件。此類傳感器通常要溫度變送器，以獲得標(biāo)準(zhǔn)的模擬量（電壓或電流）輸出信號。使用時(shí)還需配上二次儀表，才能完成溫度測量及控制功能。其主要缺點(diǎn)是外圍電路比較復(fù)雜、測量精度較低、分辨力不高、需進(jìn)行溫度校準(zhǔn)（例如非線性校準(zhǔn)、溫度補(bǔ)償、傳感器標(biāo)定等），另外它們的體積較大、使用也不方便。（2）模擬集成溫度傳感器集成傳感器是采用硅半導(dǎo)體集成工藝而制成的，因此亦稱硅傳感器或單片集成傳感器。模擬集成溫度傳感器是在

24、20世紀(jì)80年代問世的，它是將溫度傳感器集成在一個(gè)芯片上、可完成溫度測量及模擬信號輸出功能的專用IC，它屬于最簡單的一種集成溫度傳感器。模擬集成溫度傳感器的主要特點(diǎn)是功能單一（僅測量溫度）、測溫誤差小、價(jià)格低響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)。體積小、微功耗，適合遠(yuǎn)距離測溫、控溫，不需要進(jìn)行非線性校準(zhǔn)，外圍電路簡單，是目前國內(nèi)外應(yīng)用最為普遍的一種集成傳感器。（3）模擬集成溫度控制器模擬集成溫度控制器主要包括溫控開關(guān)、可編程控制器。（4）智能溫度傳感器智能溫度傳感器（亦稱數(shù)字溫度傳感器）是在20世紀(jì)90年代中期問世的。智能溫度傳感器是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化測試技術(shù)的結(jié)晶，它也是集成溫度傳感器領(lǐng)域中最

25、具活力和發(fā)展前途的一種新產(chǎn)品。智能溫度傳感器內(nèi)部都包含溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器（或寄存器）和接口電路。具有三個(gè)顯著特點(diǎn)：第一；能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器；第二；能以最簡方式構(gòu)成高性能、多功能的智能化溫度測控系統(tǒng)；第三；它是在硬件的基礎(chǔ)上通過軟件來實(shí)現(xiàn)測試功能的。3.1.2 常用溫度傳感器介紹在接觸式和非接觸式兩大類溫度傳感器中，相比運(yùn)用較多的式接觸式傳感器，非接觸式傳感器一般在比較特殊的場合才使用。這里介紹接觸式溫度傳感器。目前在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究工作中得到廣泛使用的接觸式溫度傳感器主要有熱電式傳感器，它是利用轉(zhuǎn)換元件電磁參數(shù)隨溫度變化的特性，對溫度和與溫度有關(guān)

26、的參量進(jìn)行檢測的裝置，其中將溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻變化的稱熱電阻傳感器，金屬熱電阻式傳感器簡稱熱電阻，半導(dǎo)體熱電阻式傳感器簡稱熱敏電阻，將溫度變化轉(zhuǎn)換為電動(dòng)勢變化的稱為熱電偶傳感器。熱電阻傳感器按熱電阻的性質(zhì)分，可分為金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱電阻兩大類。前者通常稱為熱電阻，后者稱為熱敏電阻。測量溫度所用的熱電阻材料必須具有以下特點(diǎn)：大電阻溫度系數(shù)，以便提高熱電阻靈敏度；大電阻率，以便在相同靈敏度下減少電阻尺寸；小熱容量，以提高熱電阻的響應(yīng)速度；在整個(gè)測溫范圍內(nèi)，具有穩(wěn)定的物理化學(xué)性能，以保證測量準(zhǔn)確性；電阻與溫度的關(guān)系必須有線性或接近線性，以便于實(shí)現(xiàn)高精度測量；良好的工藝性，以便于降低成本、批量生產(chǎn)。

27、根據(jù)對材料的特性要求及金屬材料的性能，目前最廣泛使用的熱電阻材料是銅和鉑。另外隨著低溫和超低溫測量技術(shù)的發(fā)展，已開始使用銦、錳、碳等作為熱電阻材料。工業(yè)用熱電阻式溫度傳感器主要由感溫元件、連接用的內(nèi)引線、保護(hù)管、絕緣管、接線盒等組成。熱電偶傳感器是目前接觸式測溫中應(yīng)用十分廣泛的熱電偶傳感器，在工業(yè)用溫度傳感器中占有極其重要的地位。它具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、測溫范圍寬、熱慣性小、準(zhǔn)確度高、輸出信號便于遠(yuǎn)傳等優(yōu)點(diǎn)。國際電工委員會(huì)（IEC）推薦了八種類型的熱電偶作為標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，常用的熱電偶有銅康銅熱電偶、鎳鉻康銅熱電偶、鎳鉻鎳硅熱電偶、鉑銠鉑熱電偶、鉑銠30鉑銠熱電偶，各種不同材料的熱電偶適合不同

28、的測溫范圍場合。熱電偶使用溫度與線徑有關(guān)，線徑越粗使用溫度越高。熱電偶按其本身結(jié)構(gòu)劃分為普通熱電偶、鎧裝熱電偶、薄膜熱電偶、表面熱電偶、浸入式熱電偶等。熱電偶的使用誤差主要來自于分度誤差、延伸導(dǎo)線誤差、動(dòng)態(tài)誤差以及使用的儀表誤差等。每一種熱電偶都有一個(gè)代號和分度號，以便選擇和配備二次儀表。下面再簡單介紹一下非接觸式溫度傳感器，非接觸式溫度傳感器主要式被測物體通過熱輻射能量來反應(yīng)物體溫度的高低，這種測溫方法可避免與高溫被測物體接觸，測溫不破壞溫度場，測溫范圍寬，精度高，反應(yīng)速度快，既可測量近距離小目標(biāo)的溫度，又可測量遠(yuǎn)距離大面積目標(biāo)的溫度。目前運(yùn)用受限的主要原因一是價(jià)格相對較貴，二是非接觸式溫度

29、傳感器的輸出同樣存在非線性的問題，而且其輸出受與被測量物體距離、環(huán)境溫度等其它因素的影響。3.1.3 溫度傳感器的選擇本系統(tǒng)關(guān)鍵問題之一是溫度傳感器的確定，目前國際上新型傳感器正從模擬式向數(shù)字式、由集成化向智能化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。但是智能溫度傳感器的測溫范圍達(dá)不到工業(yè)現(xiàn)場的要求。因?yàn)楸緶y量系統(tǒng)要求測量的范圍為50600，測量的精度為1，綜合價(jià)格及后續(xù)電路決定采用K型熱電偶作為本系統(tǒng)的溫度傳感器。K型熱電偶適應(yīng)氧化環(huán)境及線性度好，適應(yīng)熱加工工業(yè)環(huán)境，考慮到在實(shí)際的熱電偶測量中必須進(jìn)行基礎(chǔ)結(jié)點(diǎn)溫度補(bǔ)償和熱電勢放大等工作，否則會(huì)造成很大的誤差，我們就采用AD595芯片來解決這些問題。 3.2 信號

30、調(diào)理電路的設(shè)計(jì)信號調(diào)理電路的作用是將溫度傳感器采集的微弱的溫度信號放大整形，并將其轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的穩(wěn)定模擬電壓信號（05V），作為本系統(tǒng)，由于溫度傳感器是K型熱電偶，因此調(diào)理電路完成的是怎樣將與溫度有關(guān)的電阻信號變換為能被A/D轉(zhuǎn)換器接受的電壓信號。3.2.1 信號調(diào)理電路的設(shè)計(jì) 圖31 信號調(diào)理電路 八個(gè)通道的K分度號熱電偶將溫度信號轉(zhuǎn)換成mV級電壓信號輸入給采集儀。信號調(diào)理電路包括多路切換電路和熱電偶信號調(diào)理專用電路AD595。在實(shí)際的熱電偶測溫中，必須進(jìn)行冷端補(bǔ)償、調(diào)零、電壓放大和線性化等比較繁瑣的工作，否則會(huì)造成很大的誤差。AD595是AD公司針對上述問題設(shè)計(jì)的專用芯片，內(nèi)部具有放大、冷端

31、補(bǔ)償、冰點(diǎn)基準(zhǔn)、溫差電偶故障報(bào)警等電路。被測溫度與AD595輸出電壓的關(guān)系是10mV/，芯片在+5V+30V范圍內(nèi)都可正常工作。隨所測溫度量程增大，電源電壓應(yīng)相應(yīng)提高。圖31是模擬開關(guān)電路CD4051與AD595組成的信號調(diào)理電路。需注意的是，AD595的第1腳要求接熱電偶正極且接地，模擬開關(guān)切換的是各熱電偶的負(fù)極。 AD595的7腳是負(fù)電源端，由于不測0以下的溫度，不用負(fù)壓供電，所以7腳可接地。AD595的12、13腳是熱偶故障報(bào)警電路的輸出端，13腳接地后，集電極開路的12腳接上拉電阻。熱偶正常時(shí)輸出高電平，斷偶故障時(shí)輸出低電平。將這個(gè)邏輯電平引入單片機(jī)，用于對14腳熱偶電壓的正確判斷。3

32、.3 芯片的選擇用微型計(jì)算機(jī)滲透到測試領(lǐng)域并得到充分的發(fā)揮，是現(xiàn)代測試技術(shù)的發(fā)展趨勢，也是目前作為智能儀表的設(shè)計(jì)的一般方法，目前市場上的單片機(jī)從數(shù)據(jù)總線寬度來分主要有8位機(jī)、16位機(jī)、32位機(jī)，其中的32位單片機(jī)近年來在信號分析與處理、語言處理、數(shù)字圖像處理等數(shù)字信號處理運(yùn)用領(lǐng)域得到廣泛的運(yùn)用，但在工業(yè)測控現(xiàn)場，占主導(dǎo)地位的還是8位機(jī)和16位機(jī)，對本課題涉及的溫度測量，運(yùn)用單片機(jī)的主要目的是構(gòu)成一個(gè)具有一定判斷、運(yùn)算能力以及具有存儲(chǔ)、顯示、通信等功能的智能測量儀表，它所處理的信息量和復(fù)雜程度由于是溫度，所以用8位機(jī)就可以了。目前，生產(chǎn)單片機(jī)的廠商有很多，尤其是近年來微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速

33、發(fā)展，比較著名的企業(yè)有Intel、Philps、Microchip、Motorla、Zilog、Atmel等半導(dǎo)體企業(yè)。在上述著名的半導(dǎo)體企業(yè)產(chǎn)品中，尤其在工業(yè)測控場合，運(yùn)用較多的是Intel公司的MCS-51系列單片機(jī)。MCS-51系列單片機(jī)是8位增強(qiáng)型，其主要的技術(shù)特征是為單片機(jī)配置了完善的外部并行總線和具有多級識別功能的串行通訊接口（UART），規(guī)范了功能單元的SFR控制模式及適應(yīng)性控制器特點(diǎn)的布爾處理系統(tǒng)和指令系統(tǒng)。由于單片機(jī)具有較高的性能比，國內(nèi)尤以MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用最為廣泛，易于開發(fā)、使用靈活、而且體積小、抗干擾能力強(qiáng)，種類眾多的支持芯片、較為豐富的軟件資源，可以工作于各種

34、惡劣的條件下，工作穩(wěn)定等特點(diǎn)。主要是考慮到本系統(tǒng)的需要以及本人對芯片的熟悉程度，因此選擇MCS-51系列的8031單片機(jī)作為本系統(tǒng)的CPU。下面簡單介紹一下8031的特性：MCS-51單片機(jī)8031采用40引腳的雙列直插封裝（DIP）形式，如圖32所示：8031片內(nèi)無程序存儲(chǔ)器，只有128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，與常見的微機(jī)的配置方式不同，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器是分開的，各有自己的尋址系統(tǒng)，控制信號和功能。片內(nèi)RAM和ROM最多可以擴(kuò)展64K字節(jié)數(shù)據(jù)和程序存儲(chǔ)器空間。8031是高性能八位單片機(jī)，體積小、功能強(qiáng)、硬件電路簡單、編程容易、應(yīng)用方便，選用8031單片機(jī)完全可以達(dá)到溫度檢測系統(tǒng)的技術(shù)要求。

35、圖32 8031引腳圖（1）程序存儲(chǔ)器8031是片內(nèi)不帶ROM程序存儲(chǔ)器的單片機(jī)，需在外部擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器。在選擇外部程序存儲(chǔ)器電路時(shí)，考慮以下兩個(gè)方面：（a）溫度監(jiān)測系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序的容量；(b)電路的讀取速度和8031的PSEN 信號匹配。采用12MHZ主振的8031單片機(jī)的PSEN信號寬230ns， EOROM2764芯片的讀出時(shí)間為200ns，系統(tǒng)中應(yīng)用程序需容量小，所以擴(kuò)展一片 EPROM2764芯片(8KB)作為程序存儲(chǔ)器。8031單片機(jī)的引腳EA（程序存儲(chǔ)器選擇信號輸入線）接地，使CPU在取指令周期只能從外部程序存儲(chǔ)器中讀取指令字節(jié)。引腳PSEN是8031對外部程序存儲(chǔ)器的

36、選通信號輸出線僅當(dāng)CPU訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)PSEN才被激活輸出負(fù)脈沖。P0口（8031的準(zhǔn)雙向I/O口）轉(zhuǎn)為輸入狀態(tài)，接收外部程序存儲(chǔ)器的指令字節(jié)。74LS373鎖存器構(gòu)成外部程序存儲(chǔ)器的接口邏輯電路。（2） 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)現(xiàn)場的原始數(shù)據(jù)、運(yùn)算結(jié)果等，所以外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器應(yīng)能隨機(jī)讀寫。電氣設(shè)備溫度監(jiān)測過程中所需數(shù)據(jù)少，而且8031內(nèi)部已有128個(gè)字節(jié)的RAM所以只需擴(kuò)展一片靜態(tài)RAM6116芯片（2K8），靜態(tài)RAM6116地址高八位A8A15接8031的P2口（8031的準(zhǔn)雙向I/O口），低八位地址A0A7接地址鎖存器（74LS373）輸出端，讀寫控制信號分別接8031的RD、

37、WE。8031的管腳定義：一個(gè)8位CPU一個(gè)片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路128字節(jié)RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器可尋址64K外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和64K外部程序存儲(chǔ)空間的控制電路32條可編程的I/O線（四個(gè)8位并行I/O端口）一個(gè)可編程全雙工串行口具有五個(gè)中斷源，兩個(gè)優(yōu)先級嵌套中斷結(jié)構(gòu)時(shí)鐘頻率：1.2MHZ12MHZ3.4 CD4051多路開關(guān)由于計(jì)算機(jī)在任一時(shí)刻只能接收一路模擬量信號的采集輸入，當(dāng)有多路模擬量信號時(shí)需通過模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)，按一定順序選取其中一路進(jìn)行采集。一般多路轉(zhuǎn)換開關(guān)（AMUX）有2n個(gè)輸入端，N個(gè)控制選擇端，一個(gè)控制端。對N個(gè)控制選擇端（即地址）進(jìn)行譯碼，選中某一個(gè)開關(guān)閉合。AU

38、MX的一般性能要求是開關(guān)通導(dǎo)電阻小，斷開電阻無窮大，轉(zhuǎn)換速度快等。 CD4051是微機(jī)控制系統(tǒng)中廣泛使用的模擬開關(guān)直流供電電源為VDD5V15V，輸入電壓UIN0VDD，它所能傳送的數(shù)字信號電位變化范圍為315V模擬信號峰峰值為15V，當(dāng)VEE接負(fù)電源時(shí)，正負(fù)模擬電壓均可通過。接通電阻小，一般小于80，斷開電阻高，在VDDVEE10V時(shí)，通過泄漏電流的典型值為10nA（典型）。IN/OUT 模擬多路轉(zhuǎn)換器的作用是用來接通或斷開模擬信號。在實(shí)際系統(tǒng) 的應(yīng)用中，對其要求是：接通時(shí)，接觸電阻小，以減少開關(guān)壓降，精密傳送信號；斷開時(shí)，截至電阻極大，可靠的斷開與其它電路的聯(lián)系；動(dòng)作速度快、驅(qū)動(dòng)功率??；使

39、用壽命長。CD4051的引腳圖如下圖33 所示： IN/OUT 4 1 16 6 2 15 2 OUT/IN 3 14 1 IN/OUTIN/OUT 7 4 CD4051 13 0 5 5 12 3 INH 6 11 A VEE 7 10 B VSS 8 9 C 圖33 CD4051引腳圖3.5 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇及其接口設(shè)計(jì)在本溫度監(jiān)測系統(tǒng)中，采集到的溫度信號經(jīng)過調(diào)理電路放大整形后轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的穩(wěn)定的模擬電壓信號，但是系統(tǒng)的智能核心8031單片機(jī)不能識別模擬的電壓信號，它只能處理數(shù)字的信號，所以要通過A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。A/D轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用范圍極廣，品種及類型很多。根據(jù)A/D電

40、路的工作原理可分為以下幾大類型：雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器，一般具有精度高、抗干擾性好、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；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；并行A/D轉(zhuǎn)換器，就是一種采用編碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)的高速A/D轉(zhuǎn)換器。A/D轉(zhuǎn)換器的重要技術(shù)參數(shù)有分辨率、量程、轉(zhuǎn)換精度、轉(zhuǎn)換時(shí)間、工作溫度范圍。但是最主要的兩個(gè)技術(shù)指標(biāo)恐怕是轉(zhuǎn)換的工作溫度范圍以及轉(zhuǎn)換的精度。因?yàn)锳/D轉(zhuǎn)換器位數(shù)的確定與整個(gè)測量控制系統(tǒng)所要測量控制的范圍和精度有關(guān)。實(shí)際選取的A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)應(yīng)該與其他環(huán)節(jié)所能達(dá)到的精度相適應(yīng)，只要不低于它們就可以了。對于A/D轉(zhuǎn)換器位數(shù)的另外一點(diǎn)考慮是如果微處理機(jī)是

41、8位的，則采用8位以下的A/D轉(zhuǎn)換器，其接口電路最為簡單，因?yàn)榻^大多數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)輸出都有TTL電平，而且數(shù)據(jù)輸出寄存器具有可控三態(tài)輸出功能，可直接掛在數(shù)據(jù)總線上，當(dāng)采用8位以上的A/D轉(zhuǎn)換器時(shí)，就要加緩沖器接口，數(shù)據(jù)要分兩次讀出。因?yàn)闇囟缺O(jiān)測系統(tǒng)采用的微處理機(jī)是8位的8031單片機(jī)，考慮到為使接口電路盡量簡單，所以選擇8位的A/D轉(zhuǎn)換器，再考慮到本系統(tǒng)測量的路數(shù)是8路。而8位的A/D轉(zhuǎn)換器中ADC0809的內(nèi)部除了A/D轉(zhuǎn)換電路外，還有一個(gè)8路模擬開關(guān)，其作用可根據(jù)地址譯碼信號來選擇8路模擬輸入，是8路模擬輸入共用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。無論在與CPU接口的簡化、匹配，還是價(jià)格因素上

42、，ADC0809都有很明顯的優(yōu)勢。因此本系統(tǒng)中，選用該芯片作為A/D轉(zhuǎn)換器件，下面對改器件作簡單的介紹。3.5.1 ADC0809簡介ADC0809是采用CMOS工藝制造的雙列直插式單片8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，分辨率8位，精度7位，其內(nèi)部有一個(gè)8位“三態(tài)輸出鎖存器”可以鎖存A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量，故它本身既可以看作一種輸入設(shè)備，也可以認(rèn)為式并行I/O接口芯片。所以ADC0809可以和微機(jī)直接接口，也可以通過像8155這樣的其他接口芯片連接。大多數(shù)情況下，8031 是和ADC0809直接相連的。1）ADC0809的主要特點(diǎn)8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換器每個(gè)通道的轉(zhuǎn)換時(shí)間大約100110s8個(gè)模擬輸入通

43、道最大可調(diào)節(jié)誤差LSB啟動(dòng)信號為脈沖啟動(dòng)方式工作溫度范圍為4085功耗為15mw輸入電壓范圍為05V單一5V電源供電片內(nèi)系統(tǒng)時(shí)鐘 2）ADC0809的引腳功能ADC0809 的引腳圖如下圖34所示： 圖34 ADC0809管腳圖ADC0809的引腳功能介紹如下：IN0IN7：路輸入通道的模擬量輸入端。A、B、C：位地址輸入，個(gè)地址輸入端的不同組合選擇八路模擬量輸入。ALE：地址鎖存啟動(dòng)信號，在ALE的上升沿，將地址選擇信號A、B、C上的通道地址鎖存到內(nèi)部的地址鎖存器。START：啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器控制信號，輸入，上升沿有效。當(dāng)START為正脈沖，便立即啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器，同時(shí)使EOC變?yōu)榈碗娖?。E

44、OC： A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，高電平有效，當(dāng)EOC上升為高電平時(shí)，表明內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換已完成。OE：輸出允許控制端，高電平有效。該端由低電平變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，打開三態(tài)輸出緩沖器，輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果。UREF(+)和UREF(-)：參考電壓正端和負(fù)端。CLK:時(shí)鐘輸入信號，0809的時(shí)鐘頻率范圍在101200kHz，典型值為640kHz。Vcc：芯片的工作電壓。3.5.2 ADC0809的工作原理要正確的運(yùn)用ADC0809，就必須簡單了解ADC0809的數(shù)據(jù)輸入格式和工作時(shí)序。ADC0809的原理框圖如下圖35所示： 圖35 ADC0809的原理框圖1）據(jù)輸入格式ADDA、ADDB和ADDC為ADC0809的

45、8位模擬開關(guān)的3位地址選通輸入端，用于選擇IN0IN7上哪一路模擬電壓送給比較器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，其對應(yīng)關(guān)系如表32所示：表32 地址碼與輸入通道的對應(yīng)關(guān)系地址碼對應(yīng)的輸入通道CBA000INT0001INT1010INT2011INT3100INT4101INT5110INT6111INT72）ADC0809的工作時(shí)序ADC0809所需時(shí)鐘信號可以由8031的ALE信號提供。8031的ALE信號通常使每個(gè)機(jī)器周期出現(xiàn)兩次，故它的頻率是單片機(jī)時(shí)鐘頻率的1/6。本系統(tǒng)8031主頻是6MHZ，使8031的ALE上信號經(jīng)過2分頻后接到ADC0809的CLOCK輸入端，就可獲得500KHZ的 A/D轉(zhuǎn)換

46、脈沖，當(dāng)然ALE上脈沖會(huì)在MOVEX指令的每個(gè)機(jī)器周期少出現(xiàn)一次，但通常情況下影響不大。ADC0809的時(shí)序圖為：t:最小起動(dòng)脈寬，典型值為100ns，最大值為200ns；t:最小ALE脈寬，典型值為100ns，最大值為200ns；t:模擬開關(guān)延時(shí)，典型值為1s，最大值為2.5s；t:轉(zhuǎn)換時(shí)間，當(dāng)f=640KHZ時(shí)，典型值為100s，最大值為116s；t:轉(zhuǎn)換結(jié)束延時(shí)，最大位8個(gè)時(shí)鐘周期加2s；圖36 ADC0809時(shí)序圖3.5.3 ADC0809與8031的接口本系統(tǒng)雖然是多路系統(tǒng)，但是由于采用的是公共的放大器，因此溫度信號的切換已經(jīng)在前面，所以本系統(tǒng)中進(jìn)入ADC0809的信號實(shí)際上只有一路

47、。ADC0809與8031的硬件接口由三種方式：查詢方式、中斷方式和等待延時(shí)方式。因?yàn)椴樵兎绞降某绦蛟O(shè)計(jì)簡單且實(shí)時(shí)性較強(qiáng)，所以在本系統(tǒng)中，我們采用查詢方式。在查詢方式下ADC0809與8031的硬件接口如圖37所示： 圖37 查詢方式下ADC0809與8031的接口如上圖，8031通過地址線P2.5和讀寫控制線RD、WR來控制轉(zhuǎn)換器的模擬輸入通道地址鎖存、啟動(dòng)和輸出允許。當(dāng)P2.50和WR0時(shí)，8031可使ALE和START變?yōu)楦唠娖蕉鴨?dòng)ADC0809工作；當(dāng)P2.50和RD0時(shí)，8031可以從ADC0809接收A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。這就是說：ADC0809可以視為8031的一個(gè)外部RAM單

48、元，地址為03F8H(由很大的地址重疊范圍，由0000 0011 1111 1000B確定)，因此，8031執(zhí)行如下程序可以啟動(dòng)ADC0809工作。 MOV DPTR, #03F08 MOV DPTR,A當(dāng)P1.0=EOC=1時(shí)，表明A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，再執(zhí)行一條外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器輸入指令，讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。查詢方式的程序?qū)?huì)程序設(shè)計(jì)部分介紹。3.6 鍵盤/顯示接口電路設(shè)計(jì)鍵盤與顯示器作為常用的現(xiàn)場人機(jī)接口，尤其是作為現(xiàn)場工作的智能儀表，是不可缺少的，作為溫度監(jiān)測也不例外。在溫度監(jiān)測系統(tǒng)中，我們不僅要用顯示器件向用戶提供實(shí)時(shí)測量的各路溫度值，而且不同的現(xiàn)場有不同的溫度報(bào)警參數(shù)，因此還需要現(xiàn)場調(diào)整這一

49、類參數(shù)的鍵盤，同時(shí)在調(diào)整鍵盤的同時(shí)，顯示器的作用是配合鍵盤顯示當(dāng)前設(shè)定的現(xiàn)場參數(shù)。顯示器是最常用的輸出設(shè)備。特別是發(fā)光二極管顯示器（LED）和液晶顯示器（LCD）,它們是最常用的顯示器件，因?yàn)樗鼈兌季哂薪Y(jié)構(gòu)簡單、耗電少、價(jià)格低廉、接口簡單、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于智能儀表場合，尤其是單片機(jī)系統(tǒng)中大量應(yīng)用?？紤]到一般工業(yè)現(xiàn)場的工作特點(diǎn)（工作溫度、光線等），在本設(shè)計(jì)中我們選用LED數(shù)碼管顯示。LED顯示塊是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件，常使用七段LED。LED數(shù)碼顯示器有兩種結(jié)構(gòu)：將所有發(fā)光二極管的陽極連在一起，稱為共陽極法；而將所有的發(fā)光二極管的陰極連在一起，稱為共陰極發(fā)法。點(diǎn)亮LED顯示器有

50、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種方法。所謂靜態(tài)顯示，就是顯示某一字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管得導(dǎo)通或截止，這種方法，每一顯示位都需要8位的輸出口控制，占用的硬件多，一般用于顯示位數(shù)較少的場合。而動(dòng)態(tài)顯示就是一位一位地輪流點(diǎn)亮顯示器，對每一位顯示器而言，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次，利用人的視覺感達(dá)到顯示的目的。顯示器的亮度跟導(dǎo)通的電流有關(guān)，也和點(diǎn)亮的時(shí)間與間隔的比例有關(guān)。在設(shè)計(jì)中，考慮到動(dòng)態(tài)顯示器的硬件成本低，所以采用動(dòng)態(tài)顯示。8031單片機(jī)在智能儀表設(shè)計(jì)中得到廣泛應(yīng)用的原因之一是它帶有串并行I/O口，從而可以簡化儀器儀表的硬件接口設(shè)計(jì)。但是，有些工業(yè)儀表要求的I/O口數(shù)目較多，8031自身所帶的I/O端口往往難以滿足實(shí)際

51、要求，因此還需要增加I/O芯片來擴(kuò)展I/O端口。外部擴(kuò)展I/O口的芯片有很多，比如8155、8255、8279等。8155是一種通用行很強(qiáng)的并行I/O擴(kuò)展芯片，它與8031單片機(jī)可以直接連接，不需要任何外加邏輯，可以直接為系統(tǒng)增加256個(gè)字節(jié)片外RAM，22位I/O口線及一個(gè)14位定時(shí)器。考慮本人對8155的熟悉程度，所以采用了此芯片對8031的外部I/O口進(jìn)行擴(kuò)展。在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，為了節(jié)省I/O口線，把鍵盤和顯示電路做在一起，構(gòu)成鍵盤、顯示電路。LED顯示器采用共陰極，段選碼由8155的PB口提供，位選碼由PA口提供。鍵盤的列輸入由PA口提供，行輸入由PC0PC3提供。 顯示的位數(shù)一共四位，

52、鍵盤采用行掃描法，一共是44=16個(gè)鍵。下面對選用的8155芯片作簡單的介紹。3.6.1 8155簡介8155芯片內(nèi)具有256個(gè)字節(jié)的RAM，兩個(gè)8位、一個(gè)六個(gè)的可編程并行I/O接口和一個(gè)14位的計(jì)數(shù)器，與MCS51單片機(jī)接口簡單，是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中廣泛使用的芯片。1）8155的結(jié)構(gòu) 按照器件的功能，8155可由下列三部分組成：(1)隨機(jī)存儲(chǔ)器部分：容量為2568位的靜態(tài)RAM。(2)I/O接口部分： A.端口A：可編程序8位I/O端口PA; B.端口B：可編程序8位I/O端口PB； C.端口C: 可編程序6位I/O端口PC; D.命令寄存器。8位寄存器，值允許寫入； E.狀態(tài)寄存器。8位寄存

53、器，值允許讀出；(3)計(jì)數(shù)器/計(jì)時(shí)器部分：兩個(gè)14位的二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器/計(jì)時(shí)器。2）8155的引腳功能8155的引腳圖如圖38所示：8155的引腳功能如下：8155具有40個(gè)引腳，采用雙列直插式封裝，其功能定義：1. AD07 (三態(tài))AD07 是地址數(shù)據(jù)總線，可以直接與8031 的P0 口相連接。在允許地址鎖存信號ALE 的后沿(即下降沿)，將8 位地址鎖存在內(nèi)部地址寄存器中。該地址可作為存儲(chǔ)器部分的低8 位地址，也可是I/O 接口的通道地址，這將由輸入的：IO/信號的狀態(tài)來決定。 圖38 8155的引腳圖在AD07 引腳上出現(xiàn)的數(shù)據(jù)信息是讀出還是寫入8155，由系統(tǒng)控制信號或來決定。2.

54、RESET這是由8031 提供的復(fù)位信號，作為總清器件使用。RESET 信號的脈沖寬度一般為600ns。當(dāng)器件被總清后，各轉(zhuǎn)接口被置成輸入工作方式。3. 允許地址鎖存信號。該控制信號由8031 發(fā)出，在該信號的后沿，將AD07 上的低8 位地址、片選信號以及IO/信號鎖存在片內(nèi)的鎖存器內(nèi)。4.這是低電平有效的片選信號。當(dāng)8155 的引腳=0 時(shí)，器件才允許被啟用，否則為禁止使用。5. IO/這是一個(gè)IO 轉(zhuǎn)接口或存儲(chǔ)器的選擇信號。當(dāng)IO/=1 時(shí)，選擇IO 電路、當(dāng)IO/=0時(shí)，選擇存儲(chǔ)器件：在片選信號有效的情況下(即=0)，該引腳上輸入一個(gè)低電平信號（=0）時(shí)，將D07 線上的數(shù)據(jù)寫入RAM 某一單元內(nèi)（當(dāng)IO/=0 時(shí)），或?qū)懭肽骋籌/O 端口電路（當(dāng)IO/=1時(shí)）7.（讀）在片選信號有效的情況下(即=0)，如果該引腳上輸入一個(gè)低電平信號（=0）時(shí)，8155RAM某單元的內(nèi)容讀至數(shù)據(jù)總線。若輸入一個(gè)高電平（ =1），則將某一I/O 轉(zhuǎn)接電路的內(nèi)容讀至數(shù)據(jù)總線。8. PA07：一組8 根通用的I/O 端口線，其數(shù)據(jù)輸入或輸出的方向由可編程序的命令奇存器的內(nèi)容決定。9. PB0 7：一組8 位的通用I/O 端口，