基于單片機(jī)的溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要在工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開關(guān)量都是常用的主要被控參數(shù)。其中，溫度測(cè)量越來越重要。在工業(yè)生產(chǎn)的很多領(lǐng)域中，人們都需要對(duì)各類加熱爐、熱處理爐、反響爐和鍋爐中的溫度進(jìn)行檢測(cè)。采用單片機(jī)對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)不僅具有控制方便、簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高溫度檢測(cè)的性能指標(biāo)，從而能夠提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。單片機(jī)是一種集CPU、RAM、ROM、I/O接口和中斷系統(tǒng)等局部于一體的器件，只需要外加電源和晶振就可實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字信息的處理和檢測(cè)。因此，單片機(jī)廣泛用于現(xiàn)代工業(yè)檢測(cè)中。本設(shè)計(jì)側(cè)重介紹單片機(jī)溫度檢測(cè)系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計(jì)的內(nèi)容。采用電流型溫度傳感器AD590來構(gòu)架溫度采集系統(tǒng)，主控芯片采用AT89S51單片機(jī)。系統(tǒng)把采集到的溫度值的模擬量通過ADC0809的一個(gè)通道輸入ADC0809進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后通過軟件程序控制單片機(jī)將轉(zhuǎn)換的結(jié)果進(jìn)行數(shù)值變換后送入數(shù)碼管進(jìn)行顯示。系統(tǒng)設(shè)計(jì)還包含溫度報(bào)警系統(tǒng)。如果系統(tǒng)測(cè)得溫度超過設(shè)定的溫度值范圍，報(bào)警系統(tǒng)開始工作。報(bào)警系統(tǒng)由一個(gè)自激震蕩蜂鳴器、三極管(NPN)和發(fā)光二極管組成。關(guān)鍵詞：MCS-51；AT89S51；A/D轉(zhuǎn)換；溫度檢測(cè)ABSTRACTInindustrialproduction,current,voltage,temperature,pressure,flow,flowrateandswitchesareoftenusedascontrolledparameters.Thetemperaturemeasurementsareincreasinglyimportant.Inmanyareasoftheindustrialproduction,peopleneedtodetectthetemperatureofthevarioustypesoffurnace,heattreatmentfurnaceandboiler.Itisnotonlyconvenient,simpleandflexibleusingtheSingleChipMicrocomputer(SCM)todetectthetemperature,butalsoitcanimprovetheperformanceindexoftemperaturedetection,thusitcanimproveproductqualityandquantity.TheSCMisakindofintegrateddevicewhichismadeupofCPU,RAM,ROM,I/Ointerfaceandinterruptsystem.Itcanachievedigitalinformationprocessingandtestingonlywiththepowerandthecrystal.Therefore,theSCMiswidelyusedinmodernindustrialdetection.Inthepaper,itfocusesonthecontentofthehardwareandsoftwareofTheSCMtemperaturedetectionsystem.WeusetheAD590toformtemperatureacquisitionsystem,anduseAT89S51ascontrollerchip.TheanalogtemperatureiscarriedintotheADC0809forA/DconverterthroughonechanneloftheADC0809inthesystem.FinallytheconversionresultsaredisplayedthroughLED.Whenitisoutofthemaximumortheminimumofthetemperaturewehavesetinadvance,thealarmsystemworks.Thealarmsystemismadeupofself-concussionbuzzer,thetransistor(NPN)andLEDcomponents.Keywords：MCS-51;AT89S51;A/Dtransformation;Temperatureexamination目錄TOC\o"1-4"\h\z\u摘要IAbstractII第1章緒論11.1課題的意義和背景11.2溫度測(cè)量的開展現(xiàn)狀11.3設(shè)計(jì)任務(wù)及要求21.4設(shè)計(jì)思路2第2章系統(tǒng)硬件原理及組成32.1主控芯片AT89S5132.1.1主要特性32.1.2管腳說明42.1.3振蕩器特性62.1.4芯片擦除62.2高精度運(yùn)算放大器OP0762.3集成溫度傳感器82.3.1AD590簡(jiǎn)介8AD590的工作原理92.4A/D轉(zhuǎn)換器概述122.4.1A/D轉(zhuǎn)換原理122.4.2ADC0809簡(jiǎn)介132.4.3ADC0809引腳與單片機(jī)連接152.5系統(tǒng)電路圖152.5.1溫度采集系統(tǒng)電路152.5.2A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)電路172.5.3顯示系統(tǒng)電路172.5.4報(bào)警系統(tǒng)電路18第3章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)213.1溫度測(cè)量系統(tǒng)程序流程213.2溫度采集程序系統(tǒng)223.3A/D轉(zhuǎn)換程序系統(tǒng)233.4報(bào)警系統(tǒng)24第4章實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析26結(jié)論31參考文獻(xiàn)32附錄1(系統(tǒng)程序清單)33附錄2(畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)物圖)38致謝39第1章緒論1.1課題的意義和背景單片機(jī)在日用電子產(chǎn)品中的應(yīng)用越來越廣泛，溫度那么是人們?nèi)粘Ｉ钪谐３Ｐ枰獪y(cè)量的一個(gè)量[1]。從身旁的衣食住行的任何一方面來看，可知溫度與我們的生活中有著密切的關(guān)系。溫度是廣泛支配物理現(xiàn)象和化學(xué)反響和生命活動(dòng)等現(xiàn)象的根本參數(shù)。為了了解和控制溫度，它的測(cè)量從宇宙科學(xué)到日常生活現(xiàn)象以及科學(xué)研究，如各種產(chǎn)業(yè)、氣象、醫(yī)療、環(huán)境、器械、汽車等極其廣泛的范圍內(nèi)都得到廣泛的應(yīng)用。特別是在產(chǎn)業(yè)中，溫度的測(cè)量和控制那么是更加的頻繁。不必說生產(chǎn)管理和質(zhì)量管理，僅是從平安、節(jié)能等目的來說，它也占有極為重要的位置[2]。伴隨著技術(shù)的高度化和多樣化，對(duì)溫度測(cè)量的需求也要求高度化和多樣化。因此，對(duì)于溫度測(cè)量提出了在各種領(lǐng)域中各種溫度范圍、測(cè)量環(huán)境、響應(yīng)速度、精確度等多樣化及高度化的測(cè)量要求[3]。1.2溫度測(cè)量的開展現(xiàn)狀溫度傳感器種類繁多，目前國(guó)內(nèi)熱電阻與熱電偶占1/3，絕大局部采用接觸式溫度測(cè)量[4]。近年來測(cè)量又有了新開展，比方采用輻射及光纖測(cè)量。而在新型測(cè)量元件與傳感器方面有：半導(dǎo)體集成電路溫度計(jì)、石英溫度計(jì)、超聲波溫度計(jì)、激光溫度計(jì)、微波溫度計(jì)[5]。我國(guó)采用SiC、Al2O3管插入熱電偶測(cè)量的相應(yīng)位置。再用光電和輻射形成輻射溫度測(cè)量。如WFT-202(高溫輻射非接觸式輻射測(cè)溫儀表)，它是根據(jù)物體的熱輻射效應(yīng)原理來測(cè)量物體外表的溫度[6]。它應(yīng)用于冶金、機(jī)械、硅酸鹽及化學(xué)工業(yè)部門等連續(xù)測(cè)量各種熔爐、高溫窯、鹽浴池等場(chǎng)合的溫度，以及其他不適合用熱電偶測(cè)量溫度的場(chǎng)合。WFT-202芯片的主要技術(shù)指標(biāo)：(1)感溫器的正常工作環(huán)境溫度：10～80℃(2)名義距離系數(shù)：L/D=20〔在L=1000mm時(shí)〕，式中L為被測(cè)物體感溫器物鏡間的工作距離，D為被測(cè)物體的有效直徑；(3)感溫器的示值穩(wěn)定時(shí)間：<4秒；(4)感溫器的工作距離：500～2000mm。在國(guó)外，如美國(guó)采用熒光余輝的時(shí)間技術(shù)制作了光纖溫度計(jì)，使用溫度范圍為-70～350℃；加拿大采用紫外光激光鼓勵(lì)的熒光余輝的技術(shù)制作溫度計(jì)，可以在線測(cè)量大型發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子的外表溫度[7]。1.3設(shè)計(jì)任務(wù)及要求〔1〕任務(wù)：檢測(cè)并顯示所處環(huán)境的溫度，系統(tǒng)中還需帶有上下限溫度報(bào)警；〔2〕要求：設(shè)計(jì)要求測(cè)溫范圍在0℃~100℃，誤差在±0.5℃以內(nèi)，用三位七段1.4設(shè)計(jì)思路在此設(shè)計(jì)中采用電流型溫度傳感器AD590來構(gòu)架溫度采集系統(tǒng)，主控芯片采用AT89S51單片機(jī)。系統(tǒng)把采集到的溫度值的模擬量由ADC0809的一個(gè)通道送入ADC0809進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后將轉(zhuǎn)換的結(jié)果進(jìn)行數(shù)值變換后送入數(shù)碼管進(jìn)行顯示。在設(shè)計(jì)中還設(shè)置溫度上下限報(bào)警值，因此系統(tǒng)還包含溫度報(bào)警系統(tǒng)。如果系統(tǒng)測(cè)得的溫度超過設(shè)定的溫度值范圍，報(bào)警系統(tǒng)開始工作，提醒人們溫度值超過系統(tǒng)設(shè)置的范圍。圖1-1所示為系統(tǒng)框圖：圖1-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖第2章系統(tǒng)硬件原理及組成系統(tǒng)主要硬件電路包括：1、主控單元電路：采用AT89S51單片機(jī)為主控單元；2、信號(hào)采集處理電路：包括A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809、AD590溫度傳感器、集成運(yùn)算放大器OP07；3、顯示局部電路：七段并行數(shù)碼顯示管；4、附屬電路：包括晶振電路、重啟電路、參考電壓電路、報(bào)警電路以及差分放大電路。2.1主控芯片AT89S51采用51系列單片機(jī)芯片AT89S51為主控單元。AT89S系列單片機(jī)是ATMEL公司開始研制生產(chǎn)的，優(yōu)越的性能價(jià)格比使其成為頗受歡送的單片機(jī)[8]。AT89S系列與MCS-51系列單片機(jī)相比有兩大優(yōu)勢(shì)：1、片內(nèi)程序存儲(chǔ)器采用閃存存儲(chǔ)器，使程序的寫入更加方便；2、提供了更小尺寸的芯片,使整個(gè)硬件電路的體積更小。AT89S系列單片機(jī)有4種型號(hào)：AT89S51、AT89S52、AT89S53、AT89S8252、AT89S8253、90S8515，其中AT89S8253是ATMEL公司AT89S系列的新成員。它以較小的體積，良好的性能價(jià)格比受青睞，在家電產(chǎn)品、工業(yè)控制、計(jì)算機(jī)產(chǎn)品、醫(yī)療器械、汽車工業(yè)等應(yīng)用方面成為用戶降低本錢的首選器件[8]。AT89S51芯片的封裝形式如圖2-1所示：

AT89S51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器〔EPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory〕的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89S51是一種高效微控制器。AT89S單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。2.1.1主要特性圖2-1AT89S51封裝圖與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容4k字節(jié)在系統(tǒng)編程〔ISP〕Flash閃速存儲(chǔ)器1000次擦寫周期4.0-5.5V的工作電壓范圍全靜態(tài)工作模式：0Hz-33MHz三級(jí)程序加密鎖128*8位內(nèi)部RAM32個(gè)可編程I/O口線兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器5個(gè)中斷源全雙工串行UART通道低功耗的閑置和掉電模式中斷可從空閑模式喚醒系統(tǒng)看門狗〔WDT〕及雙數(shù)據(jù)指針掉電標(biāo)識(shí)和快速編程特性片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路2.1.2管腳說明VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門電路。當(dāng)對(duì)管腳寫“1”時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址的低8位和數(shù)據(jù)總線復(fù)用。在FIASH編程時(shí)，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，此時(shí)P0外部須接上拉電阻P1口：P1口是一個(gè)帶內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯門電路。P1口管腳寫入1后，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可用作輸入口，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉電阻的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低八位地址。P2口：P2口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯門電路，當(dāng)P2口被寫入“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，此時(shí)可作為輸入口。作為輸入口時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉電阻的緣故。當(dāng)P2口訪問外部程序存儲(chǔ)器或外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口線上的內(nèi)容，在整個(gè)訪問期間不改變。P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯門電路。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉電阻拉為高電平，并可作為輸入端口。作輸入端時(shí)，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流〔ILL〕這是由于上拉電阻P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能可作為AT89S51的一些特殊功能口：P3.0(RXD)〔串行輸入口〕P3.1(TXD)〔串行輸出口〕P3.2()〔外部中斷0〕P3.3()〔外部中斷1〕P3.4(T0)〔定時(shí)器0〕P3.5(T1)〔定時(shí)器1〕P3.6()〔外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通〕P3.7()〔外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通〕P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE()：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許管腳的輸出電平用于鎖存地址的低8位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。即使不訪問外部存儲(chǔ)器，ALE端仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出正脈沖信號(hào)，因此它可用作對(duì)外部輸出脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址單元上置0。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令時(shí)ALE才起作用。另外，該引腳會(huì)被略微拉高，單片機(jī)在執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE無效。：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指令期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的信號(hào)將不出現(xiàn)。(VPP)：當(dāng)保持低電平時(shí)，那么在此期間訪問外部程序存儲(chǔ)器〔0000H-FFFFH〕，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)端保持高電平時(shí)，此期間訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電壓VPP。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：反向振蕩放大器的輸出端。2.1.3振蕩器特性XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石英振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。由于輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的上下電平要求的寬度。2.1.4芯片擦除整個(gè)EPROM陣列和三個(gè)被鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms來完成。在芯片擦寫操作中，代碼陣列全被寫“1〞且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89S51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。2.2高精度運(yùn)算放大器OP071．圖2-2為高精度運(yùn)算放大器OP07引腳圖：圖2-2放大器OP07引腳圖2．OP07是高精度運(yùn)算放大器，其特點(diǎn)為：1〕低的輸入噪聲電壓幅度：0.35μVP-P(0.1Hz～10Hz)；2〕極低的輸入失調(diào)電壓：10μV；3〕極低的輸入失調(diào)電壓溫漂：0.2μV/℃；4〕具有長(zhǎng)期的穩(wěn)定性：0.2μV/MO；5〕低的輸入偏置電流：±1uA；6〕高的共模抑制比：126dB；7〕寬的共模輸入電壓范圍：±14V；8〕寬的電源電壓范圍：±3V～±22V；9〕可替代725、108A、741、AD510等電路。3．各引腳功能如下：1〕5腳NC為空，無需接線；2〕1、8腳可懸空也可以是用于調(diào)零的,即抵消偏移電壓〔或叫失調(diào)電壓〕.由于OP07的偏移電壓本身已經(jīng)很低〔典型60uV最大150uV〕,所以可以不接，如果要接，要求必須是高精度電位器〔22圈的精密電位器〕。如果接了，接不好反而容易引起毫伏級(jí)的誤差；3〕2、3腳為信號(hào)輸入引腳；4〕6腳為運(yùn)放的輸出引腳；5〕4、7腳分別為正、負(fù)電源引腳。4．圖2-3為OP07使用圖：圖2-3引腳使用圖2.3集成溫度傳感器2.3.1AD590簡(jiǎn)介集成溫度傳感器實(shí)質(zhì)上是一種半導(dǎo)體集成電路，它是利用晶體管的b-e結(jié)壓降的不飽和值V與熱力學(xué)溫度T以及通過發(fā)射極電流I的下述關(guān)系實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的檢測(cè)：〔2-1〕式中K—波爾茲常數(shù)q—電子電荷絕對(duì)值集成溫度傳感器因具有線性好、精度適中、靈敏度高、體積小、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，從而得到廣泛應(yīng)用。集成溫度傳感器的輸出形式分為電壓輸出和電流輸出兩種。電壓輸出型的靈敏度一般為10mV/K，溫度0℃時(shí)輸出為2.73V。電流輸出型的靈敏度一般為1mA/KAD590是美國(guó)模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。它的主要特性如下：1．流過器件的電流〔uA〕等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度〔開爾文〕度數(shù)，即：，〔uA/K〕〔2-2〕式中—流過器件〔AD590〕的電流，單位為uAT—熱力學(xué)溫度，單位為K2．AD590的測(cè)溫范圍為-55℃～+1503．AD590的電源電壓范圍為4V～30V。電流變化1uA，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(huì)被損壞[9]；4．輸出電阻為710MΩ。圖2-4為AD590的管腳圖及元件符號(hào)：其中，1〕1引腳接電源端；2〕2引腳經(jīng)連接可調(diào)電阻后接地；3〕3引腳可以接地，也可以直接懸空。圖2-4AD590管腳圖及元件符號(hào)AD590輸出電流是以絕對(duì)溫度零度〔-273℃〕為基準(zhǔn),每增加1℃,它會(huì)增加1μA輸出電流，因此在室溫25℃時(shí),圖2-5AD590根本應(yīng)用電路：圖2-5根本應(yīng)用電路使用時(shí)Uo的值為Io乘上10K,以室溫25℃而言,輸出值為10K×298μA=2.98V；測(cè)量Uo時(shí),不可分出任何電流,2.3.2AD590的工作原理在被測(cè)溫度一定時(shí)，AD590相當(dāng)于一個(gè)恒流源，把它和5～30V的直流電源相連，并在輸出端串接一個(gè)1kΩ的恒值電阻，那么，此電阻上流過的電流將和被測(cè)溫度成正比，此時(shí)電阻兩端將會(huì)有1mV/K的電壓信號(hào)。其根本電路如圖2-6所示。圖2-6感溫局部的核心電路圖2-6是利用ΔUBE特性的集成PN結(jié)傳感器的感溫局部核心電路。其中T1、T2起恒流作用，可用于使左右兩支路的集電極電流I1和I2相等；T3、T4是感溫用的晶體管，兩個(gè)管的材質(zhì)和工藝完全相同，但T3實(shí)質(zhì)上是由n個(gè)晶體管并聯(lián)而成，因而其結(jié)面積是T4的n倍。T3和T4的發(fā)射結(jié)電壓UBE3和UBE4經(jīng)反極性串聯(lián)后加在電阻R上，所以R上端電壓為ΔUBE。因此，電流I1為：I1＝ΔUBE／R。對(duì)于AD590，n＝8，這樣，電路的總電流將與熱力學(xué)溫度T成正比，將此電流引至負(fù)載電阻R2上便可得到與T成正比的輸出電壓。由于利用了恒流特性，所以輸出信號(hào)不受電源電壓和導(dǎo)線電阻的影響。圖2-6中的電阻R是在硅板上形成的薄膜電阻，該電阻已用激光修正了其電阻值，因而在基準(zhǔn)溫度下可得到1μA／K的I值。圖2-7所示是AD590的內(nèi)部電路，圖中的T1～T4相當(dāng)于圖2-6中的T1、T2，而T9，T11相當(dāng)于圖2-6中的T3、T4。R5、R6是薄膜工藝制成的低溫度系數(shù)電阻，供出廠前調(diào)整之用。T7、T8，T10為對(duì)稱的Wilson電路，用來提高阻抗。T5、T12和T10為啟動(dòng)電路，其中T5為恒定偏置二極管。圖2-7AD590內(nèi)部電路T6可用來防止電源反接時(shí)損壞電路，同時(shí)也可使左右兩支路對(duì)稱。R1，R2為發(fā)射極反響電阻，可用于進(jìn)一步提高阻抗。T1～T4是為熱效應(yīng)而設(shè)計(jì)的連接方式。而C1和R4那么可用來防止寄生振蕩。該電路的設(shè)計(jì)使得T9、T10、T11三者的發(fā)射極電流相等，并同為整個(gè)電路總電流I的1/3。T9和T11的發(fā)射結(jié)面積比為8：1，T10和T11的發(fā)射結(jié)面積相等。T9和T11的發(fā)射結(jié)電壓互相反極性串聯(lián)后加在電阻R5和R6上，因此可以寫出：〔2-3〕R6上只有T9的發(fā)射極電流，而R5上除了來自T10的發(fā)射極電流外，還有來自T11的發(fā)射極電流，所以R5上的壓降是整個(gè)壓降的2／3。根據(jù)上式不難看出，要想改變?chǔ)BE，可以在調(diào)整R5后再調(diào)整R6，而增大R5的效果和減小R6是一樣的，其結(jié)果都會(huì)使ΔUBE減小，不過，改變R5對(duì)ΔUBE的影響更為顯著，因?yàn)樗懊娴南禂?shù)較大。實(shí)際上就是利用激光修正R5以進(jìn)行粗調(diào)，修正R6以實(shí)現(xiàn)細(xì)調(diào)，最終使其在25℃之下使總電流I到達(dá)1μA／K2.4A/D轉(zhuǎn)換器概述2.4.1A/D轉(zhuǎn)換原理在計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)測(cè)控和智能儀表等應(yīng)用中，須將傳感器檢測(cè)到的連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字量，以便計(jì)算機(jī)處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)這些量的實(shí)時(shí)測(cè)量和控制。實(shí)現(xiàn)模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)換的設(shè)備稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱A/D轉(zhuǎn)換器。A/D轉(zhuǎn)換是把模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)化成為與其大小成正比的數(shù)字量信號(hào)。A/D轉(zhuǎn)換電路的種類很多，根據(jù)轉(zhuǎn)換原理，目前常用的A/D轉(zhuǎn)換電路主要分成逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器、雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器、計(jì)數(shù)式A/D轉(zhuǎn)換器和并行式A/D轉(zhuǎn)換器。目前最常用的是逐次逼近式和雙積分式，因此以逐次逼近式作為本設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)換原理[10]。逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器是目前種類繁多，應(yīng)用最廣的A/D轉(zhuǎn)換器。圖2-8是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器的電路原理圖，它由存放器、D/A轉(zhuǎn)換器、比擬器和控制邏輯等局部組成。逐次逼近式轉(zhuǎn)換的根本原理是用一個(gè)計(jì)量單位使連續(xù)量整量化〔簡(jiǎn)稱量化〕，即用計(jì)量單位與連續(xù)量比擬。把連續(xù)量變?yōu)橛?jì)量單位的整數(shù)倍，略去小于計(jì)量單位的連續(xù)量局部。這樣所得到的整數(shù)量即數(shù)字量。顯然，計(jì)量單位越小，量化的誤差也越小。圖2-8逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器原理圖當(dāng)模擬量Uin送入比擬器后，啟動(dòng)信號(hào)〔START〕通過控制邏輯電路啟動(dòng)A/D開始轉(zhuǎn)換，首先，置移位存放器最高位〔D7〕為“1”，其余位清0，移位存放器的內(nèi)容經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后得到整個(gè)量程一半的模擬電壓U1，與輸入電壓Uin比擬。在Uin大于等于U1時(shí)，那么保存D7=1;在Uin小于U1時(shí)，那么D7位清0。然后，控制邏輯電路使移位存放器下一位D6置“1”，與上次的結(jié)果一起經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后與Uin比擬，重復(fù)上述過程，直至判別出D0位取1還是取0為止，此時(shí)，控制邏輯電路發(fā)出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)EOC。這樣經(jīng)過8次比擬后，8位移位存放器的內(nèi)容就是轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量數(shù)據(jù)，經(jīng)輸出鎖存器讀出。整個(gè)轉(zhuǎn)換過程就是這樣一個(gè)逐次逼近的過程。常用的逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器有ADC0809、逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn)：這種轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換時(shí)間固定，他取決于位數(shù)和時(shí)鐘周期，適用于變化過程較快的控制系統(tǒng)。轉(zhuǎn)換精度主要取決于D/A轉(zhuǎn)換器和比擬器的精度，可達(dá)0.01%。轉(zhuǎn)換結(jié)果也可以串行輸出。這種轉(zhuǎn)換器的性能適應(yīng)大局部的應(yīng)用場(chǎng)合，是應(yīng)用廣泛的一種A/D轉(zhuǎn)換器[10]。2.4.2ADC0809簡(jiǎn)介ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以及與微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口[11]。〔1〕ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)由圖2-9可知，ADC0809由一個(gè)8路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)?！?〕引腳說明〔封裝圖如圖2-10〕圖2-9ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖2-10ADC0809引腳圖IN0－IN7：8條模擬量輸入通，ADC0809對(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是0－5V，假設(shè)信號(hào)太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如假設(shè)模擬量變化太快，那么需在輸入前增加采樣保持電路。地址輸入和控制線：ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)ALE線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將A、B和C三條地址線的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A、B和C為地址輸入線，用于選通IN0－IN7上的一路模擬量輸入。通道地址表如下表2-11所示。表2-11通道地址表CBA選擇的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7數(shù)字量輸出及控制線：ST為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。當(dāng)ST出現(xiàn)上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部存放器清零；下跳沿時(shí)，開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST應(yīng)保持低電平。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。當(dāng)EOC為高電平時(shí)，說明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否那么，說明正在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。OE為輸出允許信號(hào)，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE＝1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE＝0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。D7－D0為數(shù)字量輸出線。CLK為時(shí)鐘輸入信號(hào)線。因ADC0809的內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)必須由外界提供，通常使用頻率為500KHZ。VREF〔＋〕、VREF〔－〕為參考電壓輸入。2.4.3ADC0809引腳與單片機(jī)連接〔1〕ADC0809內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與AT89S51單片機(jī)直接相連?！?〕初始化時(shí)，使ST和OE信號(hào)全為低電平?！?〕送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到A，B，C端口上?！?〕在ST端給出一個(gè)至少有100ns寬的正脈沖信號(hào)?！?〕是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)EOC信號(hào)來判斷?！?〕當(dāng)EOC變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，這時(shí)給OE為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)。2.5系統(tǒng)電路圖2.5.1溫度采集系統(tǒng)電路1．溫度實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)電路如圖2-12所示：圖2-12溫度采集電路圖1〕AD590的輸出電流I=〔273+T〕μA〔T為攝氏溫度〕，因此測(cè)量的電壓Ui為〔273+T〕μA×10K=〔2.73+T/100〕V。為了將電壓測(cè)量出來又務(wù)須使輸出電流不分流出來，我們使用電壓跟隨器其輸出電壓U12等于輸入電壓Ui。2〕由于一般電源供給較多器件之后，電源是帶雜波的，因此我們使用齊納二極管作為穩(wěn)壓元件，再利用可變電阻分壓,其輸出電壓U11需調(diào)整至2.73V。3〕接下來我們使用差動(dòng)放大器其輸出U0為〔20K/5K〕×〔V2-V1〕=T/5，如果現(xiàn)在為攝氏28℃，輸出電壓為1.40V，輸出電壓接A/D轉(zhuǎn)換器，那么A/D轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)字量就和攝氏溫度成線性2．加減運(yùn)算電路的選擇：如圖2-13所示為一級(jí)差分放大電路：電路只有兩個(gè)輸入，且參數(shù)對(duì)稱，那么經(jīng)運(yùn)算放大器后的電壓輸出值如式〔2-4〕：〔2-4〕圖2-13差分比例運(yùn)算電路電路實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸入差模信號(hào)的比例運(yùn)算。但是在使用單個(gè)集成運(yùn)放構(gòu)成加減運(yùn)算電路時(shí)存在兩個(gè)缺點(diǎn):一是電阻的選取和調(diào)整不方便；二是對(duì)于每個(gè)信號(hào)源，輸入電阻均較小。因此，必要時(shí)可采用兩級(jí)電路圖2-14所示為二級(jí)差分電路實(shí)現(xiàn)差分比例運(yùn)算[12]。第一級(jí)電路為同相比例運(yùn)算電路，因而輸出電壓如式〔2-5〕所示：〔2-5〕利用疊加原理，第二級(jí)電路的輸出電壓如式〔2-6〕：〔2-6〕假設(shè)R1=Rf2,R3=Rf1，那么輸出電壓如式〔2-7〕：〔2-7〕圖2-14兩級(jí)差分放大器從電路的組成可以看出，無論對(duì)于U11，還是U12，均可以認(rèn)為輸入電阻為無窮大。2.5.2A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)電路該局部電路是這個(gè)設(shè)計(jì)的核心部件如圖2-15所示，包括A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809，主控芯片AT89S51單片機(jī)，負(fù)責(zé)把前局部溫度采集電路采集到的溫度模擬量數(shù)值進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，根據(jù)具體情況AT89S51做出相應(yīng)中斷、報(bào)警、顯示等指令操作。2.5.3顯示系統(tǒng)電路如圖2-16所示，該局部電路采用了三位七段LED數(shù)碼管〔共陰極〕顯示，P0端口采用上拉電阻增加電流值以驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管來負(fù)責(zé)顯示系統(tǒng)測(cè)得的溫度值。圖2-15主電路圖圖2-16顯示電路2.5.4報(bào)警系統(tǒng)電路系統(tǒng)設(shè)置了上下限溫度值報(bào)警系統(tǒng)，電路如圖2-17所示，如果測(cè)量的溫度超過系統(tǒng)設(shè)置的溫度值的范圍，那么報(bào)警系統(tǒng)開始發(fā)出提示，為了雙重保險(xiǎn)，我們?cè)陔娐分羞M(jìn)行發(fā)光和蜂鳴報(bào)警，這樣可以通過視覺和聽覺兩種方式發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)報(bào)警。圖2-17報(bào)警電路圖系統(tǒng)板上硬件連線〔1〕通過“單片機(jī)系統(tǒng)板〞區(qū)域中的雙向I/O口P0端口的P0.0－P0.6用排線連接到“動(dòng)態(tài)數(shù)碼顯示〞區(qū)域中的a、b、c、d、e、f、g端口上把數(shù)字溫度信號(hào)值送入數(shù)碼管，作為數(shù)碼管的筆段驅(qū)動(dòng)；〔2〕通過排線把“單片機(jī)系統(tǒng)板〞區(qū)域中的P2端口的三個(gè)選通信號(hào)引腳P2.1－P2.3連接到“動(dòng)態(tài)數(shù)碼顯示〞區(qū)域中的S1、S2、S3端口上，將控制信號(hào)送給數(shù)碼管作為數(shù)碼管的位段選擇，以控制數(shù)碼管變亮或者熄滅；〔3〕把“單片機(jī)系統(tǒng)板〞區(qū)域中的P0端口的P1.0－P1.7用8芯排線連接到“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊〞區(qū)域中的D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7端口上，用以傳送A/D轉(zhuǎn)換完畢的數(shù)據(jù)輸入到單片機(jī)上為完成系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換以及顯示工作做好準(zhǔn)備；〔4〕用導(dǎo)線把“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊〞區(qū)域中的VREF端子用導(dǎo)線連接到“電源模塊〞區(qū)域中的VCC端子上，給A/D轉(zhuǎn)換芯片提供參考電壓；〔5〕把“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊〞區(qū)域中的A2、A1、A0端子用導(dǎo)線連接到地，當(dāng)ALE線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將A、B、C三條地址線的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)入轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A、B和C為地址輸入線，用于選通IN0－IN7上的一路模擬量輸入；〔6〕把“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊〞區(qū)域中的ST、ALE端子用導(dǎo)線連接到“單片機(jī)系統(tǒng)〞區(qū)域中的P2.5端子上，ST為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。當(dāng)ST為上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部存放器清零；下跳沿時(shí)，開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST應(yīng)保持低電平；〔7〕把“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊〞區(qū)域中的OE端子用導(dǎo)線連接到“單片機(jī)系統(tǒng)〞區(qū)域中的P2.7端子上，OE為輸出允許信號(hào)，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；〔8〕把“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊〞區(qū)域中的EOC端子用導(dǎo)線連接到“單片機(jī)系統(tǒng)〞區(qū)域中的P2.6端子上，EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。當(dāng)EOC為高電平時(shí)，說明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否那么，說明正在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；〔9〕把“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊〞區(qū)域中的CLK端子用導(dǎo)線連接到單片機(jī)的P2.4端子上，作為A/D轉(zhuǎn)換芯片的工作時(shí)鐘信號(hào)；第3章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1溫度測(cè)量系統(tǒng)程序流程當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)開始工作時(shí)，單片機(jī)對(duì)系統(tǒng)各存放器、標(biāo)志位進(jìn)行初始化。接著由電流型溫度傳感器AD590來采集當(dāng)前環(huán)境的溫度，測(cè)量系統(tǒng)把采集到的溫度值的模擬量信號(hào)通過A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809的一個(gè)通道送入ADC0809進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，單片機(jī)根據(jù)ADC0809的EOC引腳的上下電平信號(hào)〔0或者1〕來判斷A/D轉(zhuǎn)換是否已經(jīng)結(jié)束，或者還是正在進(jìn)行。當(dāng)EOC=1即高電平時(shí)，說明A/D轉(zhuǎn)換已經(jīng)結(jié)束，如果EOC=0即低電平時(shí)說明正在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。最后單片機(jī)根據(jù)OE引腳信號(hào)值來判定是否開始接收A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。OE引腳信號(hào)為輸出允許信號(hào)，它用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的溫度值的數(shù)字信號(hào)。當(dāng)OE=1時(shí)，允許輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；如果OE=0時(shí)，輸出呈現(xiàn)高阻態(tài)，此時(shí)不允許向單片機(jī)輸出數(shù)據(jù)。最后系統(tǒng)還要將得到的溫度數(shù)值與系統(tǒng)設(shè)置的上下限溫度報(bào)警值進(jìn)行比擬，通過比擬來判定所測(cè)的溫度值是否超出了系統(tǒng)設(shè)置溫度范圍。如果超出系統(tǒng)設(shè)置的溫度值的范圍，那么系統(tǒng)進(jìn)入中斷報(bào)警程序。然后將已經(jīng)完成的溫度測(cè)量值進(jìn)行數(shù)值變換后送入數(shù)碼管進(jìn)行顯示。系統(tǒng)主流程圖如圖3-1所示：圖3-1系統(tǒng)主流程圖3.2溫度采集程序系統(tǒng)首先系統(tǒng)進(jìn)行初始化后，AD590開始采集溫度，AD590可以直接把采集到的溫度進(jìn)行溫度/電流轉(zhuǎn)換，根據(jù)定時(shí)器來采集一定時(shí)間內(nèi)的溫度值，并且在自身能夠做出對(duì)當(dāng)前溫度的接收檢驗(yàn)，存儲(chǔ)并為進(jìn)行下一步A/D轉(zhuǎn)換做好準(zhǔn)備工作，流程圖如3-2所示：圖3-2溫度采集程序框圖3.3A/D轉(zhuǎn)換程序系統(tǒng)首先系統(tǒng)開始初始化后，把片內(nèi)的RAM指針以及A/D轉(zhuǎn)換采樣計(jì)數(shù)器置初始值，選擇ADC0809的IN0通道，讓前局部采集來的溫度值的模擬量值通過該通道進(jìn)入芯片內(nèi)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，通過ST上下電平值來啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)在系統(tǒng)設(shè)置的時(shí)間范圍內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后把數(shù)據(jù)值存入片內(nèi)RAM存放器，并且判定轉(zhuǎn)換是否結(jié)束，如果已經(jīng)結(jié)束，那么停止轉(zhuǎn)換工作，并通過EOC給單片機(jī)發(fā)出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，否那么繼續(xù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，如圖3-3所示：圖3-33.4報(bào)警系統(tǒng)本設(shè)計(jì)設(shè)置溫度上下限報(bào)警值，如果系統(tǒng)所測(cè)得的溫度值不在所設(shè)置的溫度范圍內(nèi)，該報(bào)警系統(tǒng)開始工作，進(jìn)行蜂鳴、發(fā)光報(bào)警。報(bào)警系統(tǒng)由一個(gè)三極管、發(fā)光二極管、蜂鳴器組成。流程圖如3-4所示：圖3-4報(bào)警電路流程圖第4章實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析1．在理論中AD590產(chǎn)生的電流與絕對(duì)溫度成正比，它可接收的工作電壓為4V～30V，檢測(cè)的溫度范圍為-55℃～+150℃，它有非常好的線性輸出性能，溫度每增加1℃，其電流增加1uA[1AD590溫度與電流的關(guān)系如表4-1所示：表4-1AD590溫度與電流關(guān)系攝氏溫度AD590電流經(jīng)10KΩ電壓0273.2uA2.732V10283.2uA2.832V20293.2uA2.932V30303.2uA3.302V40313.2uA3.132V50323.2uA3.232V60333.2uA3.332V100373.2uA3.732V2．設(shè)計(jì)中為了能符合ADC0809的對(duì)輸入電壓模擬量的要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是0~5V，再根據(jù)電流型溫度傳感器AD590的溫度/電流〔電壓〕特定的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表4-1所示，因此將AD590采集到的溫度值模擬量經(jīng)過差分放大器后放大5倍在送入ADC0809進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。利用仿真軟件proteus對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真可以得到電壓與溫度關(guān)系如表4-2所示：表4-2仿真數(shù)據(jù)關(guān)系表電壓值〔V〕溫度值〔℃〕0.240.480.5100.6120.7140.8161.5301.8362.2442.999603.099623.199643.399683.599723.999804.199844.299864.399884.699944.749964.849984.9491003．根據(jù)表4-2的數(shù)據(jù)我們可以繪制如圖4-3所示的溫度/電壓線性圖：圖4-3溫度與電壓的線性圖如圖〔4-3〕所示經(jīng)過最小二乘法擬合得到的公式：y=20.139x-0.2003，再將實(shí)驗(yàn)各點(diǎn)數(shù)據(jù)代入公式可以得到一系列的溫度值，最后與仿真得到的溫度值進(jìn)行比擬可以得出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的最大偏差值，如表4-4所示表4-4電壓/溫度偏差電壓值x〔V〕溫度值Y〔℃〕=Y-y0.243.82750.17250.487.85530.14470.5109.86920.13080.61211.88310.11690.71413.8970.1030.81615.91090.08911.53030.0082-0.00821.83636.0499-0.04992.24444.1055-0.10552.9996060.19656-0.196563.0996262.21046-0.210463.1996464.22436-0.224363.3996868.25216-0.252163.5997272.27996-0.279963.9998080.33556-0.335564.0998282.34946-0.349464.1998484.36336-0.363364.2998686.37726-0.377264.3998888.39116-0.391164.4999090.40506-0.405064.5499291.412010.5879894.6499493.425910.5740894.7499695.439810.5601894.8499897.453710.5462894.94910099.467610.532389根據(jù)表4-4可得最大偏差為||=0.587989，由此可得設(shè)計(jì)的最大誤差為：由上面數(shù)據(jù)以及圖表可以得到以下結(jié)論：本設(shè)計(jì)中在誤差允許的范圍內(nèi)電壓與溫度輸出成線性關(guān)系。4．利用設(shè)計(jì)的溫度傳感器通過檢測(cè)一天不同時(shí)刻的溫度變化與現(xiàn)有溫度計(jì)測(cè)量值進(jìn)行比擬，進(jìn)一步驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性。下表為所測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，如表4-5：表4-5溫度檢測(cè)比照表時(shí)刻溫度計(jì)測(cè)得的溫度(℃)本設(shè)計(jì)檢測(cè)的溫度值(℃)7：0016167：3015.6168：0016.8178：3017179：0017.6189：30181810：0018.11810：30191911：00202011：3020.82112：0021.22112：3021.82213：0022.72313：30242414：00252514：30262615：0024.82515：30242416：0023.12316：3022.12217：0021.22117：302020圖4-6所示為設(shè)計(jì)的溫度傳感器測(cè)量值與溫度計(jì)測(cè)量值的比照?qǐng)D：1212曲線1--溫度傳感器檢測(cè)值，曲線2--溫度計(jì)測(cè)量值。圖4-6溫度曲線比照?qǐng)D從圖中可以看出溫度傳感器檢測(cè)的溫度值的變化曲線與溫度計(jì)檢測(cè)值的變化曲線根本上保持一致。在誤差允許的范圍內(nèi)，該溫度傳感器精度到達(dá)用來實(shí)時(shí)檢測(cè)環(huán)境溫度的要求。結(jié)論本設(shè)計(jì)利用AT89S51作為主控芯片，由電流型溫度傳感器AD590來采集當(dāng)前環(huán)境的溫度，系統(tǒng)把采集到的溫度值的模擬量信號(hào)通過ADC0809的一個(gè)通道送入ADC0809進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，單片機(jī)根據(jù)ADC0809的EOC引腳的上下電平信號(hào)〔0或者1〕來判斷A/D轉(zhuǎn)換是否已經(jīng)結(jié)束，或者還是正在進(jìn)行。當(dāng)EOC=1即高電平時(shí)，說明A/D轉(zhuǎn)換已經(jīng)結(jié)束，如果EOC=0即低電平時(shí)說明正在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。然后單片機(jī)根據(jù)OE引腳信號(hào)值來判定是否該開始接收A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。OE=1允許輸出數(shù)據(jù)，否那么不允許輸出。最后系統(tǒng)將得到的溫度值與系統(tǒng)設(shè)置的上下限溫度報(bào)警值進(jìn)行比擬，通過比擬來判定所測(cè)的溫度值是否超出了系統(tǒng)設(shè)置溫度范圍。如果超出系統(tǒng)設(shè)置的溫度值的范圍，那么系統(tǒng)進(jìn)入中斷報(bào)警程序，并將已經(jīng)完成的溫度測(cè)量值進(jìn)行數(shù)值變換后送入數(shù)碼管進(jìn)行顯示。本設(shè)計(jì)為溫度采集測(cè)量系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)，能夠很好地巡回采集測(cè)量信號(hào)，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，本錢低，外接元件少。在實(shí)際應(yīng)用中工作性能穩(wěn)定，測(cè)量溫度準(zhǔn)確。系統(tǒng)在硬件設(shè)計(jì)上充分考慮到了可擴(kuò)展性，經(jīng)過一定的添加或改造，很容易增加功能，如在ADC0809的模擬通道中多接入幾路實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)量系統(tǒng)，并可防止溫度局部過高的問題。適用范圍廣泛，可以單獨(dú)使用作為監(jiān)測(cè)儀，應(yīng)用于農(nóng)業(yè)溫室大棚監(jiān)測(cè)植物生長(zhǎng)的環(huán)境變化，工業(yè)廠房測(cè)量各局部的工作溫度等等。也可以作為智能檢測(cè)系統(tǒng)的一局部，與其它設(shè)備協(xié)同工作。系統(tǒng)移植性強(qiáng)，只需改變前端測(cè)量用的傳感器類型，可在此根底上修改為其他非電量參數(shù)的測(cè)量系統(tǒng)。或者在單片機(jī)上參加控制電路，就可以對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量和控制，已到達(dá)人們?cè)O(shè)想的要求。參考文獻(xiàn)[1]張進(jìn)明,王虹.一種單片機(jī)溫度測(cè)量?jī)x器[J].工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置,2004：42-64.[2]王子平.測(cè)量元件設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的幾個(gè)問題[J].電子儀器儀表用戶,2003,1(01)：32-56.[3]王大海.新型溫濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].電子工程師,2006,28(03)：33-36.[4]JFSchooley.Temperature’smeasurementandcontrolinscienceandindustry[J].NewYork：AmericanInstituteofPhysics,2005.[5]黃澤銑.溫度傳感器的近期開展[J].儀表材料,2007,18(5)：286-296.[6]歐漢烈.數(shù)字式溫度測(cè)量調(diào)節(jié)儀的研制[J].廣東工業(yè)大學(xué),2003：58-67.[7]Zhao.Yangzhong.etc.ZWB-2,intelligentmultimeterIntelligentprocessingSystem.2001.ICIPS’97.2001.IEEEInternationalconference,2006：1470-1472.[8]張洪潤(rùn)，張亞凡.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京：北京清華大學(xué)出版社,2005：192-196.[9]張志利,蔡偉.基于AD590的溫度測(cè)控裝置研究[J].自動(dòng)化與儀器儀表,2007,10(02)：37-39.[10]徐鳳霞,齊躍斗,楊欣宇,柳春鋒,龐云坤,等.單片機(jī)原理及應(yīng)用教程[M].黑龍江：黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社,2003,01(01)：116-120.[11]楊振主編.A/D、D/A轉(zhuǎn)換器接口與實(shí)用線路[M].西安：西安科技大學(xué)出版社,2006：35-40.[12]童詩白,華成英,等.模擬電子技術(shù)根底[M].北京：高等教育出版社,2003：320-321.[13]蔣敏蘭,胡生清,幸國(guó)全.AD590溫度傳感器的非線性補(bǔ)償及應(yīng)用[J].傳感器技術(shù),2003,2(10)：54-55.附錄1〔系統(tǒng)程序清單〕LED_0 EQU 30HLED_1 EQU 31HLED_2 EQU 32HADC EQU 35HTCNTA EQU 36HTCNTB EQU 37HH_TEMP EQU 38H ;溫度上限L_TEMP EQU 39H ;溫度下限FLAG BIT 00HH_ALM BIT P3.0L_ALM BIT P3.1SOUND BIT P3.7CLOCK BIT P2.4ST BIT P2.5EOC BITP2.6OE BIT P2.7 ORG 00H SJMP START ORG 0BH LJMP INT_T0 ORG 1BH LJMP INT_T1START: MOV LED_0,#00H MOV LED_1,#00H MOV LED_2,#00H MOV H_TEMP,#125 MOV L_TEMP,#3 MOV TMOD,#12H MOV TH0,#245 MOV TL0,#0 MOV TH1,#(65536-1000)/256 MOV TL1,#(65536-1000)%256 MOV IE,#8aH CLR C SETB TR0 ;為ADC0809提供時(shí)鐘WAIT: SETB H_ALM SETB L_ALM CLR ST SETB ST CLR ST ;啟動(dòng)轉(zhuǎn)換 JNB EOC,$ SETB OEMOV ADC,P1 ;讀取AD轉(zhuǎn)換結(jié)果 CLR OE MOV A,ADC SUBB A,#3 ;判斷是否低于下限 JC LALM MOV A,H_TEMP MOV R0,ADC SUBB A,R0 ;判斷是否高于上限 JC HALM CLR TR1 LJMP PROCKLALM: ;低溫報(bào)警 CLR L_ALM SETB TR1 CLR FLAG LJMP PROCKHALM: ;高溫報(bào)警 CLR H_ALM SETB TR1 SETB FLAG LJMP PROCKPROCK: MOV A,ADC ;數(shù)值轉(zhuǎn)換MOVDPTR,#TABLE2MOVCA,@A+DPTR MOV B,#100 DIV AB MOV LED_2,A MOV A,B MOV B,#10 DIV AB MOV LED_1,A MOV LED_0,B LCALL DISP SJMP WAITINT_T0:CPL CLOCK ;提供ADC0809時(shí)鐘 RETIINT_T1:MOV TH1,#(65536-1000)/256 MOV TL1,#(65536-1000)%256 CPL SOUND INC TCNTA MOV A,TCNTA JB FLAG,I1 ;判斷是高溫警報(bào)還是低溫警報(bào) CJNE A,#30,RETUNE ;低溫警報(bào)聲 SJMP I2 I1: CJNE A,#20,RETUNE ;高溫警報(bào)聲 I2: MOV TCNTA,#0 INC TCNTB MOV A,TCNTB CJNE A,#25,RETUNE MOV TCNTA,#0 MOV TCNTB,#0 LCALL DELAY2RETUNE:RETIDISP: MOV A,LED_0 ;數(shù)碼顯示子程序MOVDPTR,#TABLE1 MOVC A,@A+DPTR CLR P2.3 MOV P0,A LCALL DELAY SETB P2.3 MOV A,LED_1 MOVC A,@A+DPTR CLR P2.2 MOV P0,A LCALL DELAY SETB P2.2 MOV A,LED_2 MOVC A,@A+DPTR CLR P2.1 MOV P0,A LCALL DELAY SETB P2.1 RETDELAY: MOV R6,#10D1: MOV R7,#100 DJNZ R7,$ DJNZ R6,D1 RETDELAY2:MOV R5,#20D2: MOV R6,#20D3: MOV R7,#250 DJNZ R7,$ DJNZ R6,D3 DJNZ R5,D2 RETTABLE1: DB3FH,06H,5BH,4FH,66HDB 6DH,7DH,07H,7FH,6FHTABLE2:DB0,0,1,1,2DB2,2,3,3,4DB4,4,5,5,5DB6,6,7,7,7DB8,8,9,9,9DB10,10,11,11,11DB12