多點(diǎn)溫度巡回檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)論文

1、目 錄 1 引言 .1 1.1 本設(shè)計(jì)的意義 .1 1.2 國內(nèi)外現(xiàn)狀分析 .1 1.3 論文的主要內(nèi)容 .2 2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) .2 3 硬件部分設(shè)計(jì) .3 3.1 at89c51 介紹.3 3.1.1 主要性能 .3 3.1.2 引腳功能說明 .4 3.2 傳感器模塊部分設(shè)計(jì) .4 3.2.1 ad590 主要特性.5 3.2.2 與 adc0809 接口 .6 3.3 數(shù)模轉(zhuǎn)換部分硬件設(shè)計(jì) .6 3.3.1 adc0809 介紹.7 3.3.2 adc0809 各管腳功能.7 3.3.3 硬件連接電路 .8 3.4 led 顯示電路的設(shè)計(jì).9 3.4.1 led 數(shù)碼管.9 3.4.

2、2 led 數(shù)碼管編碼方式.10 3.4.3 led 數(shù)碼管顯示方式和典型應(yīng)用電路.11 3.5 報(bào)警電路的設(shè)計(jì) .12 3.6 整體電路圖 .13 4 軟件部分設(shè)計(jì) .14 4.1 a/d 轉(zhuǎn)換程序流程圖.14 4.2 顯示程序流程圖 .14 4.3 報(bào)警程序流程圖 .15 4.4 主程序流程圖 .15 結(jié)束語 .18 參考文獻(xiàn) .19 附錄 .20 致謝 .23 1 引言 1.1 本設(shè)計(jì)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、

3、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，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

4、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。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā) 展，程序控制也逐漸成為了工業(yè)生產(chǎn)中的主要角色，各種各樣的檢測系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。 基于單片機(jī)的溫度檢測系統(tǒng)具有以

5、前溫度檢測所無法具有的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)橄到y(tǒng)為程序控 制，所以實(shí)現(xiàn)形式非常靈活，而且可以實(shí)現(xiàn)很多新功能，而且對于日益復(fù)雜化的工業(yè) 生產(chǎn)，對于多點(diǎn)溫度檢測的需求也很大程度上提高了。單片機(jī)系統(tǒng)具有體積小，功耗 小的特點(diǎn)，而且可以對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行軟件處理，所以用單片機(jī)進(jìn)行多路溫度檢測， 具有非常實(shí)際的意義。 1.2 國內(nèi)外現(xiàn)狀分析 隨著世界進(jìn)入信息化時(shí)代，自動(dòng)化、信息化成為世界各國發(fā)展重要方向之一。傳 感器作為自動(dòng)化和信息系統(tǒng)的前端器件，是制造業(yè)自動(dòng)化和信息化的基礎(chǔ)；現(xiàn)代傳感 器技術(shù)集約了多種學(xué)科的尖端成果、是國際上發(fā)展最迅速的高新技術(shù)之一；是傳統(tǒng)產(chǎn) 業(yè)技術(shù)改造和升級的“功效倍增器”，成為衡量一個(gè)國家科技發(fā)

6、展的重要指標(biāo)。單片 機(jī)是完全按嵌入式系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)的單芯片形態(tài)的嵌入式系統(tǒng)，它廣泛應(yīng)用在中、小型 工控領(lǐng)域，是電子系統(tǒng)智能化的最重要的工具。溫度傳感器也從傳統(tǒng)類型向集成化、 微型化、多功能發(fā)展，且隨著材料行業(yè)對傳感器敏感材料進(jìn)一步的開發(fā)，傳感器新敏 感材料不斷推出，高新材料已廣泛用于新型傳感器制造研發(fā)中，如光纖傳感器，光纖 傳感器等等，我國與國外先進(jìn)國家相比，還處于落后狀態(tài)。本設(shè)計(jì)主要涉及到微控制 器和溫度傳感器的應(yīng)用。二者的發(fā)展直接影響著溫度檢測方面的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。 1.3 論文的主要內(nèi)容 本文首先介紹了本設(shè)計(jì)的現(xiàn)實(shí)意義，然后分析了在國內(nèi)外的現(xiàn)狀。從整體方案上 給出介紹，即先介紹系統(tǒng)整體方案，給

7、出系統(tǒng)方框圖，按模塊化劃分，逐個(gè)模塊介紹， 然后總體說明。第三部分是硬件部分設(shè)計(jì)，系統(tǒng)詳細(xì)的介紹設(shè)計(jì)中的主控單元-單 片機(jī)及各個(gè)模塊，包括傳感器模塊的設(shè)計(jì)，數(shù)模轉(zhuǎn)換部分硬件設(shè)計(jì)，顯示部分電路設(shè) 計(jì)，報(bào)警電路的設(shè)計(jì)等等，最后給出整個(gè)系統(tǒng)的電路原理圖。第四部分是軟件部分的 設(shè)計(jì)，其中涵蓋了，主程序流程圖、a/d 轉(zhuǎn)換程序流程圖、顯示程序流程圖、報(bào)警程序 流程圖等及相關(guān)流程圖的文字說明。 2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 溫度采集a/d轉(zhuǎn)換 單片機(jī)送顯示 告警 超 出范圍 圖 1 設(shè)計(jì)框圖 如圖 1 所示，本設(shè)計(jì)共有五部分組成：溫度采集，a/d 轉(zhuǎn)換，單片機(jī)，顯示電路， 告警電路等，其中溫度采集主要由 ad59

8、0 組成，把熱力學(xué)溫度信號轉(zhuǎn)換成電流信號， 然后放大，經(jīng)電阻分壓獲得電壓信號，送入 a/d 轉(zhuǎn)換電路即 adc0809 后得到 8 位的數(shù) 字溫度信號，送入單片機(jī)，由單片機(jī)的 txd,rxd 串行（高位在前，地位在后）送入顯 示電路顯示，并且判斷是否超出設(shè)定范圍，若超出設(shè)定范圍，由單片機(jī)啟動(dòng)告警電路， 告警。 本設(shè)計(jì)是模擬溫度的顯示，溫度經(jīng)過 ad590 轉(zhuǎn)換為電流信號，經(jīng)放大器放大后通 過電阻轉(zhuǎn)換成電壓信號，進(jìn)入 adc0809 進(jìn)行 a/d 轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,送入單片機(jī)后輸出到靜 態(tài)顯示部分，顯示其溫度值。在該設(shè)計(jì)中，顯示部分采用 74ls164 串聯(lián)組成驅(qū)動(dòng) led 部分，這樣既達(dá)到顯示的目

9、的又節(jié)省了 i/o 口，使設(shè)計(jì)簡單明了。 由于本設(shè)計(jì)的對單 片機(jī)可靠性要求不高，本著簡單實(shí)用出發(fā)，復(fù)位電路設(shè)計(jì)為上電復(fù)位 。 adc0809 進(jìn)行 a/d 轉(zhuǎn)換后，輸出的是并行 8 位數(shù)據(jù)，直接送入單片機(jī)節(jié)省硬件設(shè)施 且使編程簡單，為實(shí)現(xiàn)多路巡回檢測，通過 p0.0p0.2 控制 74ls373 來達(dá)到設(shè)計(jì)目的。 其中溫度范圍的計(jì)算原理：首先把 a/d 轉(zhuǎn)換中電位器順時(shí)針旋到底，即模擬信號 的輸入不衰減，選取兩個(gè)溫度狀態(tài) t1t2，分別測量出其模擬輸出電壓 v1v2；根據(jù) adc0809 的輸入范圍在 0 到 5 伏，即可計(jì)算出溫度極限。 0 伏時(shí)對應(yīng)的溫度 tl：t1-（v1-0） （t2-

10、t1）/（v2-v1） 5 伏時(shí)對應(yīng)的溫度 th：t1-（v1-5） （t2-t1）/（v2-v1） 本設(shè)計(jì)中近似計(jì)算 th為 150，tl為-50。 程序中溫度的計(jì)算原理：首先用溫度范圍除以 0 到 256（即每個(gè)十六進(jìn)制數(shù)的溫度 增長率） ，然后乘以模擬轉(zhuǎn)換的數(shù)字量，即得到升高的溫度，再和最低溫度相加，就可 以得到實(shí)際的溫度值。其公式為：tl+ax（th-tl）/256 tl：顯示的最低溫度 th：顯示的最高溫度 ax：模擬電壓所轉(zhuǎn)換的數(shù)字量 在 a/d 轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)?zāi)K中模擬信號輸入端的電位器可調(diào)節(jié)電壓輸入，用以模擬低溫 狀態(tài)下的溫度顯示，當(dāng)電位器順時(shí)針旋到底時(shí)，輸入信號不衰減，顯示溫度與室

11、溫相 對應(yīng)，用做數(shù)字顯示溫度表。 3 硬件部分設(shè)計(jì) 3.1 at89c51 介紹 at89c51 是一種低功耗/低電壓、高性能的 8 位單片機(jī)。片內(nèi)帶有一個(gè) 4kb 的 flash 可編程、可擦除只讀存儲器（eprom） 。它采用了 cmos 工藝和 atmel 公司的高密 度非易失性存儲器（nuram）技術(shù)，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與 msc-51 兼容。片 內(nèi)的 flash 存儲器允許在系統(tǒng)內(nèi)改編程序或用常規(guī)的非易失性存儲器編程器來編程。 因此 at89c51/lv51 是一種功能強(qiáng)、靈活性高，且價(jià)格合理的單片機(jī)，可方便地應(yīng)用在 各種控制領(lǐng)域。 3.1.1 主要性能 4kb 可改編程序

12、flash 存儲器（可經(jīng)受 1000 次的寫入擦除） 全靜態(tài)工作：0hz24mhz 3 級程序存儲器保密 1288 字節(jié)內(nèi)部 ram 32 條可編程 i/o 線 2 個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 6 個(gè)中斷源 可編程串行通道 片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器 3.1.2 引腳功能說明 圖 2 是 at89c51 的引腳結(jié)構(gòu)圖，下面分別簡單的介紹這些引腳的功能。 (1) 主電源引腳 vcc：電源端。 1 gnd：接地端。 2 (2) 外接晶體引腳 xtal1 和 xtal2 (3) 控制或與其他電源復(fù)用引腳 rst，ale/prog，/ea /vpp 圖 2 at89c51 的引腳結(jié)構(gòu) ale/prog：當(dāng)訪問外部

13、存儲器時(shí)，ale（地址鎖存允許）的輸出用于鎖存地址的 1 低位字節(jié)。 在對 flash 存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（/prog） 。 /psen：程序存儲允許（/psen）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號。 2 /ea/vpp：外部訪問允許端。 3 當(dāng)/ea 端保持高電平（接 vcc 端）時(shí)，cpu 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的程序。 在 flash 存儲器編程期間，該引腳也用于施加 12v 的編程允許電源 vpp（如果選用 12v 編程） 。 (4) 輸入/輸出引腳 p0. .0p0. .7，p1. .0p1. .7，p2. .0p2. .7 和 p3. .0p3. .7。其中 p

14、3 端口還用于一些復(fù)用功能。 3.2 傳感器模塊部分設(shè)計(jì) ad590 是美國模擬器件公司的電流輸出型溫度傳感器，供電電壓范圍為 330v， 輸出電流 223a（-50c）423a(+150c),靈敏度為 1a/c。當(dāng)在電路中串接采 樣電阻 r 時(shí)，r 兩端的電壓可作為輸出電壓。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) 20m，所以它不必考慮選擇開關(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)溫度測量和遠(yuǎn)距離溫度測量的控制。 3.2.1 ad590 主要特性 (

15、1) 流過器件的電流（ma）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開爾文）度數(shù)，即： ir/t= ma/k 式中： ir-流過器件（ad590）的電流，單位為 ma；t-熱力學(xué)溫度， 單位為 k。 (2) ad590 的測溫范圍為-55c+150c。 (3) ad590 的電源電壓范圍為 4v30v。 電源電壓可在 4v6v 范圍變化，電流 變化 1ma，相當(dāng)于溫度變化 1k。ad590 可以 承受 44v 正向電壓和 20v 反向電壓，因而器件反接也不會被損壞。 (4) 輸出電阻為 710mw。 (5) 精度高。 ad590 共有 i、j、k、l、m 五檔，其中 m 檔精度最高，在-55c+150c

16、 范圍內(nèi)， 非線性誤差為0.3c。 ad590 的封裝形式和基本應(yīng)用電路如圖 3： a)封裝形式 b)基本應(yīng)用電路 圖 3 ad590 的封裝及基本應(yīng)用電路 在本設(shè)計(jì)中，使用 ad590 對溫度進(jìn)行采集，即通道 ad590 把攝氏溫度信號轉(zhuǎn)換成 電流信號，經(jīng)電阻分壓，最總轉(zhuǎn)換成電壓信號，送到 adc0809。其電路如圖 4 所示。 圖 4 溫度采集電路圖 其中，r1 用來調(diào)節(jié)運(yùn)放的輸入電壓，經(jīng)運(yùn)放發(fā)大后達(dá)到 adc0809 的轉(zhuǎn)換電壓。 3.2.2 與 adc0809 接口 ad590 作為溫度采集器件，把熱力學(xué)溫度轉(zhuǎn)換成電流信號，送入運(yùn)算放大器放大， 然后經(jīng)電阻轉(zhuǎn)換成電壓信號，送入 adc0

17、809.圖 5 中給出一路溫度采集電路與 adc0809 的方式。要實(shí)現(xiàn)多路溫度的采集，只需在 adc0809 的輸入端連接多路溫度采集電路即 可。 圖 5 adc0809 與 ad590 的接口電路 3.3 數(shù)模轉(zhuǎn)換部分硬件設(shè)計(jì) 將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的電路，稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器（簡稱 a/d 轉(zhuǎn)換器或 adc,analog to digital converter） ；將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號的電路稱為數(shù)模轉(zhuǎn) 換器（簡稱 d/a 轉(zhuǎn)換器或 dac,digital to analog converter） ；a/d 轉(zhuǎn)換器和 d/a 轉(zhuǎn) 換器已成為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中不可缺少的接口電路。 為確保系統(tǒng)處理

18、結(jié)果的精確度，a/d 轉(zhuǎn)換器和 d/a 轉(zhuǎn)換器必須具有足夠的轉(zhuǎn)換精度； 如果要實(shí)現(xiàn)快速變化信號的實(shí)時(shí)控制與檢測，a/d 與 d/a 轉(zhuǎn)換器還要求具有較高的轉(zhuǎn)換 速度。轉(zhuǎn)換精度與轉(zhuǎn)換速度是衡量 a/d 與 d/a 轉(zhuǎn)換器的重要技術(shù)指標(biāo)。 隨著集成技術(shù) 的發(fā)展，現(xiàn)已研制和生產(chǎn)出許多單片的和混合集成型的 a/d 和 d/a 轉(zhuǎn)換器，它們具有 愈來愈先進(jìn)的技術(shù)指標(biāo)。這里采用 adc0809 芯片來進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。 3.3.1 adc0809 介紹 adc0809 是 8 位 cmos 逐次逼近式 a/d 轉(zhuǎn)換器。內(nèi)部有 8 路模擬量輸入和 8 位數(shù)字 量輸出的 a/d 轉(zhuǎn)換器，它是美國國家半導(dǎo)體公司的產(chǎn)

19、品，是目前國內(nèi)最廣泛的 8 位通 用的 a/d 轉(zhuǎn)換的芯片。其結(jié)構(gòu)圖如圖 6 所示。 外部時(shí)鐘輸入端，時(shí)鐘頻率高，a/d 轉(zhuǎn)換速度快。允許范圍為 101280khz，典型 值為 640khz，此時(shí)，a/d 轉(zhuǎn)換時(shí)間為 10us。通常由 mcs-51 型單片機(jī) ale 端直接或分頻 后與其相連。當(dāng) mcs-51 型單片機(jī)無讀寫外，ram 操作時(shí)，ale 信號固定為 cpu 時(shí)鐘頻 率的 1/6，若單片機(jī)外接的晶振為 6mhz，則 1/6 為 1mhz，a/d 轉(zhuǎn)換時(shí)間為 64us。 3.3.2 adc0809 各管腳功能 adc0809 采用雙列直插式封裝，共有 28 條引腳，如圖 7 所示。

20、圖 6 adc0809 結(jié)構(gòu)圖 (1) in0-in7:in0in7 為 8 路模擬電壓輸入線，用于輸入被轉(zhuǎn)換的模擬電壓 (2) adda，addb，addc: 三位地址輸入端。八路模擬信號轉(zhuǎn)換選擇同由 a，b，c 決定。a 為低位，c 為高位。 (3) clock：時(shí)鐘信號。最高允許值為 640khz。 (4) d0-d7：數(shù)字量輸出端，a/d 轉(zhuǎn)換的結(jié)果由這幾個(gè)端口輸出。 圖 7 adc0809 引腳圖 (5) oe：a/d 轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出允許控制端，當(dāng) oe 端為高電平時(shí)，允許將 a/d 轉(zhuǎn)換結(jié) 果從 d0d7 端輸出。 (6) ale: 地址鎖存允許信號。八路模擬通道地址由 a，b，c

21、輸入在 adc0809 的 ale 信號有效時(shí)，將該八路地址鎖存。 (7) start: 啟動(dòng) a/d 轉(zhuǎn)換信號。當(dāng) start 端輸入一個(gè)正脈沖時(shí)，立即啟動(dòng) adc0809 進(jìn)行 a/d 轉(zhuǎn)換。 (8) eoc: a/d 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，是芯片的輸出信號。轉(zhuǎn)換開始后，eoc 信號變低； 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，eoc 返回高電平。這個(gè)信號可以作為 a/d 轉(zhuǎn)換器的狀態(tài)信號來查詢，也可 以直接用作中斷請求信號。 (9) vref+，vref-:正負(fù)基準(zhǔn)電壓輸入端。 (10) vcc，gnd :正電源電壓端和地端。 3.3.3 硬件連接電路 adc0809 與 89c51 連接可采用查詢方式，也可以采用中斷方

22、式。圖 8 所示 為中斷 方式連接電路圖。由于 adc0809 片內(nèi)有三態(tài)輸出鎖存器，因此，可直接與 89c51 接口。 這里將 adc0809 作為一個(gè)外部擴(kuò)展并行 i/o 口，采用線選法尋址。由 p2.0 和/wr 聯(lián)合控制啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號端（start）和 ale 端，低三位地址線加到 adc0809 的 adda、addb 和 addc 端，所以，選中 adc0809 的 in0 通道的地址為 0fefbh。 啟動(dòng) adc0809 的工作過程是：先送通道號地址到 adda、addb 和 addc；由 ale 信號 鎖存通道號地址后，讓 start 有效；啟動(dòng) a/d 轉(zhuǎn)換，即執(zhí)行“movx

23、 dptr,a” 。 指令產(chǎn)生/wr 信號，使 ale 和 start 有效；鎖存通道號并啟動(dòng) a/d 轉(zhuǎn)換。a/d 轉(zhuǎn)換 完畢，eoc 端發(fā)出一正脈沖，申請中斷。在中端服務(wù)程序中， “mov a,dptr”指令產(chǎn)生 /rd 信號，使 oe 端有效，打開輸出鎖存器三態(tài)門，8 位數(shù)據(jù)便讀入到 cpu 中。 adc0809 的時(shí)鐘取自 89c51 的 ale 經(jīng)二分頻后的信號。當(dāng) a/d 轉(zhuǎn)換完畢，89c51 讀 取轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量時(shí)，須使用“movx a,dptr”指令。這樣就完成了 adc0809 與 89c51 的連接及工作過程。 圖 8 adc0809 與單片機(jī)的連接圖 3.4 led 顯示

24、電路的設(shè)計(jì) 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，如果需要顯示的內(nèi)容只有數(shù)碼和某些字母，使用 led 數(shù)碼 管是一種較好的選擇。led 數(shù)碼管顯示清晰、成本低廉、配置靈活，與單片機(jī)接口簡單 易行。 3.4.13.4.1 ledled 數(shù)碼管數(shù)碼管 led 數(shù)碼管是由發(fā)光二極管作為顯示字段的數(shù)碼型顯示器件。圖 9 中 a 為 0.5inled 數(shù)碼管的外形和引腳圖，其中七只發(fā)光二極管分別對應(yīng) ag 筆段構(gòu)成“ ” 字形另一只發(fā)光二極管 dp 作為小數(shù)點(diǎn)。因此這種 led 顯示器稱為七段數(shù)碼管或八段數(shù) 數(shù)碼。led 數(shù)碼管按電路中的連接方式可以分為共陰型和共型兩大類，如圖 9 中 b、c 所示。共陽型是將各段發(fā)光二

25、極管的正極連在一起，作為公共端 com，公共端 com 接高 電平，ag、dp 各筆段通過限流電阻接控制端。某筆段控制端低電平時(shí)，該筆段發(fā)光， 高電平時(shí)不發(fā)光?？刂颇硯锥喂P段發(fā)光，就能顯示出某個(gè)數(shù)碼或字符。共陰型是將各 數(shù)碼發(fā)光二極管的負(fù)極連在一起，作為公共端 com 接地，某筆段通過限流電阻接高電 平時(shí)發(fā)光。 led 數(shù)碼管按其外形尺寸有多種形式，使用較多的是 0.5in 和 0.8in；按顯示顏色 也有多種形式，主要有紅色和綠色；按亮度強(qiáng)弱可分為高亮和普亮，指通過同樣的電 流顯示亮度不一樣，這是因發(fā)光二極管的材料不一樣而引起的。 led 數(shù)碼管的使用與發(fā)光二極管相同，根據(jù)其材料不同正向壓降

26、一般為 1.52v 額 定電流為 10ma，最大電流為 40ma。靜態(tài)顯示時(shí)取 10ma 為宜，動(dòng)態(tài)掃描顯示可加大， 可脈沖電流，但一般不超過 40ma。 a)外形和引腳 b)共陰極結(jié)構(gòu) c)共陽極結(jié)構(gòu) 圖 9 數(shù)碼管及其結(jié)構(gòu) 3.4.23.4.2 ledled 數(shù)碼管編碼方式數(shù)碼管編碼方式 當(dāng) led 數(shù)碼管與單片機(jī)相聯(lián)時(shí)，一般將 led 數(shù)碼管的各筆段引腳 a、b、g、dp 按某一順序接到 mcs51 型單片機(jī)某一個(gè)并行 i/o 口 d0、d1、d7，當(dāng)該 i/o 口輸 出某一特定數(shù)據(jù)時(shí)，就能使 led 數(shù)碼管顯示出某個(gè)字符。例如要使共陽極 led 數(shù)碼管 顯示“0” ，則 a、b、c、d

27、、e、f 各筆段引腳為低電平，g 和 dp 為高電平。 led 數(shù)碼管編碼方式有多種，按小數(shù)點(diǎn)計(jì)否可分為七段碼和八段碼；按共陰共陽可 分為共陰字段碼和共陽字段碼，不計(jì)小數(shù)點(diǎn)的共陰字段碼與共陽字段碼互為反碼；按 a、b、g、dp 編碼順序是高位在前，還是低位在前，又可分為順序字段碼和逆序字 段碼。甚至在某些特殊情況下將 a、b、g、dp 順序打亂編碼。表 1 為共陰和共陽 led 數(shù)碼管幾種八段編碼表。這里采用共陰極數(shù)碼管的編碼方式。 表 1 共陰和共陽 led 數(shù)碼管幾種八段編碼 共陰順序小數(shù)點(diǎn)暗共陰逆序小數(shù)點(diǎn)暗 dp g f e d c b a 16 進(jìn) 制 a b c d e f g dp

28、 16 進(jìn) 制 共陽 順序 小數(shù) 點(diǎn)亮 共陽 順序 小數(shù) 點(diǎn)暗 0 0 0 1 1 1 1 1 1 3fh1 1 1 1 1 1 0 0fch40hc0 h 1 0 0 0 0 0 1 1 0 06h0 1 1 0 0 0 0 0 60h79hf9 h 2 0 1 0 1 1 0 1 1 5bh1 1 0 1 1 0 1 0dah24ha4 h 3 0 1 0 0 1 1 1 1 4fh1 1 1 1 0 0 1 0f2h30hb0 h 4 0 1 1 0 0 1 1 0 66h0 1 1 0 0 1 1 066h19 h99 h 5 0 1 1 0 1 1 0 1 6dh1 0 1 1 0

29、1 1 0b6h12 h92 h 6 0 1 1 1 1 1 0 1 7dh1 0 1 1 1 1 1 0beh02 h82 h 7 0 0 0 0 0 1 1 1 07h1 1 1 0 0 0 0 0e0h78 hf8 h 8 0 1 1 1 1 1 1 1 7fh1 1 1 1 1 1 1 0feh00 h80 h 9 0 1 1 0 1 1 1 1 6fh1 1 1 1 0 1 1 0f6h10 h90 h 3.4.33.4.3 ledled 數(shù)碼管顯示方式和典型應(yīng)用電路數(shù)碼管顯示方式和典型應(yīng)用電路 led 數(shù)碼管顯示電路在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中可分為靜態(tài)顯示方式和動(dòng)態(tài)顯示方式。在 本設(shè)計(jì)中，

30、使用的是靜態(tài)顯示方式，這里主要介紹靜態(tài)顯示方式及其電路連接。靜態(tài) 顯示在本設(shè)計(jì)中如圖 10 所示。 一般情況，在靜態(tài)顯示方式下，每一位顯示器的字段需要一個(gè) 8 位 i/o 口控制， 而且該 i/o 口須有鎖存功能，n 位顯示器就需要 n 個(gè) 8 位 i/o 口，公共端可直接接 +5v（共陽）或接地（共陰） 。顯示時(shí)，每一位字段碼分別從 i/o 控制口輸出，保持不 變直至 cpu 刷新顯示為止。也就是各字段的亮滅狀態(tài)不變。此種情況下，靜態(tài)顯示方 式編程較簡單，但占用 i/o 口線多，即軟件簡單、硬件成本高，一般適用顯示位數(shù)較 少的場合。但是，利用 74ls164 串入并處的特點(diǎn)設(shè)計(jì)的靜態(tài)顯示，可

31、以輕而易舉的解 決靜態(tài)顯示占用 i/o 口多的問題，同時(shí)，編程也沒動(dòng)態(tài)顯示那么復(fù)雜！ 圖 10 顯示電路圖 圖 10 是該應(yīng)用的典型電路圖，也是在本設(shè)計(jì)中要用到的顯示電路，圖中 clock 為 74ls164 提供其工作的脈沖信號，serial num 是從單片機(jī)輸出的要顯示的串行數(shù)據(jù)。 3.5 報(bào)警電路的設(shè)計(jì) 告警在設(shè)計(jì)電路中，被廣泛的應(yīng)用，簡單實(shí)用。當(dāng)溫度、壓力、轉(zhuǎn)速等等超出了 設(shè)置的限度，有可能對設(shè)備、人或其他造成危害；所以，當(dāng)檢測到溫度、壓力、轉(zhuǎn)速 等大于期望的范圍時(shí)，由相關(guān)電路觸發(fā)三極管的基極，使三極管導(dǎo)通，繼電器吸合， 指示燈亮，同時(shí)蜂鳴器響，發(fā)出告警信號。其電路如圖 11 所示。

32、 圖 11 告警電路 在本設(shè)計(jì)中，告警電路與單片機(jī)的連接如圖 12 所示 ，單片機(jī)把接收來的數(shù)字溫度 信號與所設(shè)置的溫度信號比較，一旦發(fā)現(xiàn)超出了設(shè)定的范圍，由單片機(jī)的 p3.4 引腳置 高電平，驅(qū)動(dòng)三極管（9013） ，使繼電器吸合，二極管亮，同時(shí)，蜂鳴器響，發(fā)出告警 信號。該報(bào)警電路設(shè)計(jì)簡單，成本低。 圖 12 報(bào)警電路與單片機(jī)接口 3.6 整體電路圖 圖 13 系統(tǒng)電路圖 系統(tǒng)電路圖由前面介紹的各個(gè)模塊硬件的綜合。配以軟件，即可實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)的功 能。圖 13 所示為該設(shè)計(jì)的系統(tǒng)電路圖。 4 軟件部分設(shè)計(jì) 4.1 a/d 轉(zhuǎn)換程序流程圖 開始 初始化 溫度采樣 啟動(dòng)a/d a/d轉(zhuǎn)換 送單片機(jī)

33、 是否轉(zhuǎn)化完 n y 通道選擇 圖 14 數(shù)模轉(zhuǎn)換部分流程 數(shù)模轉(zhuǎn)換由 adc0809 來完成，啟動(dòng)系統(tǒng)后，首先對其進(jìn)行初始化，然后由單片機(jī) 的 p0 口送出通道地址，74ls373 鎖存同時(shí)送給 adc0809 的 adda、addb、addc 來選通采 集溫度的通道號；接著單片機(jī)發(fā)出啟動(dòng) a/d 轉(zhuǎn)換信號，開始轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完畢，adc0809 的 eoc 發(fā)出轉(zhuǎn)換完成信號，告訴單片機(jī)，單片機(jī)進(jìn)入中斷系統(tǒng)。循環(huán)往復(fù)。其流程圖 如圖 14 所示。 4.2 顯示程序流程圖 當(dāng)數(shù)字信號送到單片機(jī)后，計(jì)算偏移量，查表，然后執(zhí)行串行傳送指令，把數(shù)字 溫度信號一位一位的發(fā)送到串入并出的 74ls164,驅(qū)

34、動(dòng) led 顯示采樣的溫度。其流程圖 如圖 15 所示。 開始 送數(shù)據(jù) 顯示 24位是否送完 y n 圖 15 顯示子程序流程圖 4.3 報(bào)警程序流程圖 adc0809 把模擬溫度信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送到單片機(jī)的存儲后，程序中報(bào)警子程 序把數(shù)字溫度信號（即當(dāng)前溫度信號）與設(shè)定的溫度信號進(jìn)行比較，當(dāng)當(dāng)前溫度超出 了設(shè)定的范圍，啟動(dòng)報(bào)警電路,即由單片機(jī)的 p3.4 輸出高電平，使晶體管工作，從而 使繼電器吸合，報(bào)警指示燈亮，蜂鳴器響。其流程圖如圖 16 所示。 開始 當(dāng)前數(shù)字 溫度 告警 與設(shè)定值 比較 是否超出范圍 y 圖 16 報(bào)警子程序流程圖 4.4 主程序流程圖 在本設(shè)計(jì)中，單片機(jī)處于主導(dǎo)地

35、位，由它控制著整個(gè)系統(tǒng)的有序的工作。系統(tǒng)正 常運(yùn)行之前，單片機(jī)要先把程序初始化，使各個(gè)模塊處于待工作狀態(tài)，準(zhǔn)備相關(guān)工作。 然后，單片機(jī)的 p0 口送出通道地址，對 adc0809 初始化，74ls373 鎖存通道號，單片 n 機(jī)發(fā)出啟動(dòng) a/d 轉(zhuǎn)換信號，開始模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束后得到 8 位數(shù)字溫度信號，此時(shí)， adc0809 向單片機(jī)發(fā)出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。由單片機(jī)把數(shù)字溫度信號接收到設(shè)置的存儲處。 開始 初始化 送通道地址 鎖存通道地址 溫度采樣 啟動(dòng)a/d 是否轉(zhuǎn)換完成 送存儲地址 與設(shè)定值比較 計(jì)算偏移量 告警 是否超出范圍 查表 譯碼送發(fā)送緩存 串行數(shù)據(jù)發(fā)送 是否發(fā)送完？ 顯示 y n n

36、 y a/d轉(zhuǎn)換 n y 圖 17 主程序流程圖 接著，由報(bào)警程序?qū)崿F(xiàn)當(dāng)前溫度值與預(yù)先設(shè)置的溫度值進(jìn)行比較，當(dāng)超出了設(shè)定范圍， 啟動(dòng)報(bào)警電路，告警；否者，根據(jù)當(dāng)前溫度值計(jì)算出其偏移量，查表，獲得與之相對 應(yīng)的譯碼值；最后，由 p3.3 口在 p3.4 提供移位脈沖下把譯碼值一位一位的送到 74ls164 中，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的 led 顯示。單片循環(huán)發(fā)出通道號，巡回得到相關(guān)通道的溫度信 號，然后顯示出來。這樣就完成了整個(gè)流程。其流程圖如圖 17 所示。 結(jié)束語 在本設(shè)計(jì)中，主要是對多點(diǎn)溫度進(jìn)行檢測，而且在單片機(jī)作為主控單元下，進(jìn)行 一些智能操作，如溫度顯示、巡回檢測、超量程告警等等。研究內(nèi)容主要分為數(shù)

37、據(jù)采 集、模數(shù)轉(zhuǎn)換、單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、軟件編程幾個(gè)方面。針對這幾個(gè)方面，將研究模塊 化，在邏輯上按先后順序?qū)γ總€(gè)模塊進(jìn)行分別的研究，并對每一個(gè)模塊進(jìn)行獨(dú)立的測 試，在測試達(dá)到要求之后，再將所有模塊有機(jī)的整合為一個(gè)整體，然后進(jìn)行整體調(diào)整 測試。最總完成整個(gè)設(shè)計(jì)方案。 該設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的 pid 調(diào)節(jié)相比，用軟件取代了部分硬件，節(jié)約了硬件資源，減小 了連線的復(fù)雜程度，提高了系統(tǒng)的性能；顯示部分采用數(shù)據(jù)的串行傳輸連接且為靜態(tài) 顯示，這樣既減少了硬件間的連線，節(jié)約了 i/o 口，又減少了軟件的編程難度；數(shù)碼 管的靜態(tài)顯示方式與比動(dòng)態(tài)顯示，亮度高；同時(shí)，在該系統(tǒng)中設(shè)置了超量程報(bào)警電路， 當(dāng)檢測到當(dāng)前溫度 超出

38、了設(shè)定的范圍后，報(bào)警電路就會被啟動(dòng)，減低不必要的損失。 但是，在本設(shè)計(jì)中，設(shè)定的溫度值一旦確定，要想修改，就要重新編程下載，較為麻 煩；顯示部分采用數(shù)據(jù)串行傳輸，速度相對來說比較慢；ad590 溫度采集模塊采集到 的溫度信號為模擬溫度信號，輸入單片機(jī)前要進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，需增加數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊， 添加硬件間的連線。 在設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，遇到很多問題，如初始階段設(shè)計(jì)思路不清晰；adc0809 與單片 機(jī)硬件聯(lián)系結(jié)束后，進(jìn)行軟件測試時(shí)，無法使二者協(xié)同工作；溫度超出設(shè)置值時(shí)，報(bào) 警電路不報(bào)警；在編程過程中，求數(shù)據(jù)偏移量時(shí)，不清楚如何下手；溫度采集模塊采 集到的溫度信號為電壓信號，不清楚如何設(shè)置才能和 adc08

39、09 配合使得轉(zhuǎn)換的結(jié)果更 準(zhǔn)確等等，最后在老師的指導(dǎo)和同學(xué)的幫助下，都一一得以解決。 為進(jìn)一步提高系統(tǒng)的性能，可以增加相應(yīng)的鍵盤模塊，配合相應(yīng)的軟件，完成隨 時(shí)對溫度設(shè)定范圍的修改；同時(shí)，把溫度采集模塊（ad590）和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 （adc0809）用 ds18b20 或其它的相關(guān)芯片代替，這樣既達(dá)到了減少硬件間的連線， 又提高了性能的穩(wěn)定性和減小了調(diào)試的麻煩；除此之外，還可以增加顯示部分的數(shù)碼 管，用來顯示設(shè)定的溫度范圍；增加相應(yīng)的指示模塊用來顯示當(dāng)前溫度采集的通道。 參考文獻(xiàn) 1 李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)(第三版)m.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2005 2 張靖，劉少強(qiáng).檢測技術(shù)

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41、制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) m 計(jì)算機(jī)測量與控制學(xué)報(bào) 2004 vol(12) 11 胡漢才 單片機(jī)原理及其接口技術(shù)m 北京：清華大學(xué)出版社 1996 12 何立民 mcs-51 系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)配置與接口技術(shù) m 北京航空航天大學(xué)出版社 1990 13 高鵬 ，安濤， 寇懷成 protel99 入門與提高m 北京：人民郵電出版社 2000 14 張靖，劉少強(qiáng).檢測技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)m 北京：中國電力出版社 2002 15 賴壽宏 微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)m 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2004 16 劉祖潤，胡俊達(dá) 畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo) m 機(jī)械工業(yè)出版社 1996 17 topswitch flyback transformer construction guide 1996 18 gao you tang ,zhu qing hui,electronic technology fundamentals m 西安：西安地圖 出版社 2003 附錄 源程序： lowtemp equ -50 ; a/d 0 hightemp equ 150 ； a/d 255 adport equ 0fefbh ；a/d 端口地址 ledbuf equ 30h ；置存儲區(qū)首址 temp equ 40h ；置緩沖區(qū)首址 curtemp equ 60h ； din bit 0b0h ；置