毕业设计（论文）-单片机温度检测与控制.doc

扬 州 市 职 业 大 学毕业设计（论文）设计论文题目：单片机温度检测与控制 系 别： 电子工程系专 业： 应用电子班 级：02电子（2）班姓 名： 学 号： 指导老师： 完成时间： 2005年6月目录摘要 5前言 6第1章 半导体发光器件的介绍 7 1.1.1 发光二极管的特性和应用 71.1.2发光二极管的分类 111.1.3发光二极管的应用 121.1.4发光二极管的检测 15第2章 方案的确定15第3章 单片机温度控制系统 17第一节 a/d转换 173.1.1 adc0809在电路中的应用 173.1.2 a/d转换的概述18第二节 mcs-51单片机的基本结构203.2.1 mcs-51单片机的八大组成203.2.2 单片机外部引脚的说明 213.2.3输入/输出的引脚 21第三节 单片机温度控制系统 243.3.1 数码管的显示方法 243.3.2 led数码显示器接口 243 3.3 单片机测温显示电路 25第四节 测温部分 263.4.1ad590的功能及特性 263.4.2 af590的工作原理273.4.3 单片机测温显示电路中的测温部分283.4.4单片机测温显示电路的显示部分 29第五节 可控脉宽输出 30第六节 74ls74和lm358的简单介绍303.6.1 d 触发器 30 3.6.2 lm358 30第七节 软件33 3.7 程序框图30 3.7 程序30第4章 总结37参考资料 38单片机温度检测与控制摘要：本文对单片机测温和显示电路作了详细的说明，从电路的硬件到软件，作了具体的阐述，使电路的精度得到可靠的认证，根据单片机的一些原理及ad转换器adc0809的应用，通过温度传感器ad590和led，电路能够很好的测量和显示温度。前言随着社会的发展、科技的进步以及人们生活水平的逐步提高，各种方便于生活的自动控制系统开始进入了人们的生活，以单片机为核心的自动门系统就是其中之一。同时也标志了自动控制领域成为了数字化时代的一员。它实用性强，功能齐全，技术先进，使人们相信这是科技进步的成果。它更让人类懂得，数字时代的发展将改变人类的生活，将加快科学技术的发展。传感器是将感受的物理量、化学量等信息，按一定规律转换成便于测量和传输的信号的装置。电信号易于传输和处理，所以大多数的传感器是将物理量等信息转换成电信号输出的。传感器主要用于测量和控制系统，它的性能好坏直接影响系统的性能。在自动测量过程或控制系统中，首先由传感器感受被测量，而后把它转换成电信号，供显示仪表指示或用以控制执行机构。如果传感器不能灵敏地感受被测量，或者不能把感受到的被测量精确地转换成电信号，其他仪表和装置的精确度再高也无意义。电子计算机应用于测量系统和控制系统时，也必须由传感器提供准确可靠的信息，如果传感器的水平与电子计算机的水平不相适应，电子计算机便不能充分发挥应有的作用和效益。因此，传感器是测量、控制系统中的一种关键装置。 本设计主要介绍单片机测量和显示温度电路的应用。它具有电路简单、功能齐全、制作成本低、性价比高，只需要提供家用电源供电即可。该仪器采用美国intel公司八位单片机作为控制核心，配以其他进口集成电路，加上对软件的精心设计，实现了仪表智能化。ad590集成温度传感器能对温度进行精密测量，同时通过两位led显示器直接跟踪显示温度值，准确度高，显示清晰，稳定可靠，使用方便。该系统能够实时显示温度；精度为1；利用按键能修改设定的温度值；温度过高时，输出报警信号；系统可手动复位。系统软件部分采用mcs51单片机汇编语言精心编写，其数据流程清晰地反映在程序中，增强了软件的可读性，便于改进和扩充，从而为其实用提供更好的软件支持。 本课题以一个房间为温控对象，用过零调功器作为调功电路，研究控温规律并用单片机实现该控温规律。鉴于实际情况，最终以一种模拟实际系统的形式研究该课题。 第一章 半导体发光器件半导体发光器件包括半导体发光二极管（简称led）、数码管、符号管、米字管及点阵式显示屏（简称矩阵管）等。事实上，数码管、符号管、米字管及矩阵管中的每个发光单元都是一个发光二极管。1.1.1 半导体发光二极管工作原理、特性及应用 （一）led发光原理发光二极管是由-族化合物，如gaas（砷化镓）、gap（磷化镓）、gaasp（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是pn结。因此它具有一般p-n结的i-n特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由n区注入p区，空穴由p区注入n区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光，如图1所示。假设发光是在p区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近pn结面数m以内产生。理论和实践证明，光的峰值波长与发光区域的半导体材料禁带宽度g有关，即1240/eg（mm）式中eg的单位为电子伏特（ev）。若能产生可见光（波长在380nm紫光780nm红光），半导体材料的eg应在3.261.63ev之间。比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍。（二）led的特性1极限参数的意义（1）允许功耗pm:允许加于led两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。超过此值，led发热、损坏。（2）最大正向直流电流ifm：允许加的最大的正向直流电流。超过此值可损坏二极管。（3）最大反向电压vrm：所允许加的最大反向电压。超过此值，发光二极管可能被击穿损坏。（4）工作环境topm:发光二极管可正常工作的环境温度范围。低于或高于此温度范围，发光二极管将不能正常工作，效率大大降低。2电参数的意义（1）光谱分布和峰值波长：某一个发光二极管所发之光并非单一波长，其波长大体按图2所示由图可见，该发光管所发之光中某一波长0的光强最大，该波长为峰值波长。（2）发光强度iv：发光二极管的发光强度通常是指法线（对圆柱形发光管是指其轴线）方向上的发光强度。若在该方向上辐射强度为（1/683）w/sr时，则发光1坎德拉（符号为cd）。由于一般led的发光二强度小，所以发光强度常用坎德拉(mcd)作单位。（3）光谱半宽度:它表示发光管的光谱纯度.是指图3中1/2峰值光强所对应两波长之间隔.（4）半值角1/2和视角：1/2是指发光强度值为轴向强度值一半的方向与发光轴向（法向）的夹角。半值角的2倍为视角（或称半功率角）。 图3给出的二只不同型号发光二极管发光强度角分布的情况。中垂线（法线）ao的坐标为相对发光强度（即发光强度与最大发光强度的之比）。显然，法线方向上南喽苑馇慷任?，离开法线方向的角度越大，相对发光强度越小。由此图可以得到半值角或视角值。（5）正向工作电流if：它是指发光二极管正常发光时的正向电流值。在实际使用中应根据需要选择if在0.6ifm以下。（6）正向工作电压vf：参数表中给出的工作电压是在给定的正向电流下得到的。一般是在if=20ma时测得的。发光二极管正向工作电压vf在1.43v。在外界温度升高时，vf将下降。（7）v-i特性：发光二极管的电压与电流的关系可用图4表示。在正向电压正小于某一值（叫阈值）时，电流极小，不发光。当电压超过某一值后，正向电流随电压迅速增加，发光。由v-i曲线可以得出发光管的正向电压，反向电流及反向电压等参数。正向的发光管反向漏电流ir10a以下。1.1.2发光二极管的分类1 按发光管发光颜色分按发光管发光颜色分，可分成红色、橙色、绿色（又细分黄绿、标准绿和纯绿）、蓝光等。另外，有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。根据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色，上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透明、无色透明、有色散射和无色散射四种类型。散射型发光二极管和达于做指示灯用。2 按发光管出光面特征分按发光管出光面特征分圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。圆形灯按直径分为2mm、4.4mm、5mm、8mm、10mm及20mm等。国外通常把3mm的发光二极管记作t-1；把5mm的记作t-1（3/4）；把4.4mm的记作t-1（1/4）。由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况。从发光强度角分布图来分有三类：（1）高指向性。一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔封装，且不加散射剂。半值角为520或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或与光检出器联用以组成自动检测系统。（2）标准型。通常作指示灯用，其半值角为2045。（3）散射型。这是视角较大的指示灯，半值角为4590或更大，散射剂的量较大。3按发光二极管的结构分按发光二极管的结构分有全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。4按发光强度和工作电流分按发光强度和工作电流分有普通亮度的led（发光强度100mcd）；把发光强度在10100mcd间的叫高亮度发光二极管。一般led的工作电流在十几ma至几十ma，而低电流led的工作电流在2ma以下（亮度与普通发光管相同）。除上述分类方法外，还有按芯片材料分类及按功能分类的方法。1.1.3发光二极管的应用由于发光二极管的颜色、尺寸、形状、发光强度及透明情况等不同，所以使用发光二极管时应根据实际需要进行恰当选择。由于发光二极管具有最大正向电流ifm、最大反向电压vrm的限制，使用时，应保证不超过此值。为安全起见，实际电流if应在0.6ifm以下；应让可能出现的反向电压vr0。6vrm。led被广泛用于种电子仪器和电子设备中，可作为电源指示灯、电平指示或微光源之用。红外发光管常被用于电视机、录像机等的遥控器中。（1）利用高亮度或超高亮度发光二极管制作微型手电的电路如图5所示。图中电阻r限流电阻，其值应保证电源电压最高时应使led的电流小于最大允许电流ifm。（2）图6(a)、(b)、(c)分别为直流电源、整流电源及交流电源指示电路。图(a)中的电阻（e-vf）/if；图(b)中的r（1.4vi-vf）/if;图(c)中的rvi/if式中，vi交流电压有效值。（3）单led电平指示电路。在放大器、振荡器或脉冲数字电路的输出端，可用led表示输出信号是否正常，如图7所示。r为限流电阻。只有当输出电压大于led的阈值电压时，led才可能发光。（4）单led可充作低压稳压管用。由于led正向导通后，电流随电压变化非常快，具有普通稳压管稳压特性。发光二极管的稳定电压在1.43v间，应根据需要进行选择vf，如图8所示。（5）电平表。目前，在音响设备中大量使用led电平表。它是利用多只发光管指示输出信号电平的，即发光的led数目不同，则表示输出电平的变化。图9是由5只发光二极管构成的电平表。当输入信号电平很低时，全不发光。输入信号电平增大时，首先led1亮，再增大led2亮。1.1.4发光二极管的检测1普通发光二极管的检测（1）用万用表检测。利用具有10k挡的指针式万用表可以大致判断发光二极管的好坏。正常时，二极管正向电阻阻值为几十至200k,反向电阻的值为。如果正向电阻值为0或为，反向电阻值很小或为0，则易损坏。这种检测方法，不能实地看到发光管的发光情况，因为10k挡不能向led提供较大正向电流。如果有两块指针万用表（最好同型号）可以较好地检查发光二极管的发光情况。用一根导线将其中一块万用表的“+”接线柱与另一块表的“-”接线柱连接。余下的“-”笔接被测发光管的正极（p区），余下的“+”笔接被测发光管的负极（n区）。两块万用表均置10挡。正常情况下，接通后就能正常发光。若亮度很低，甚至不发光，可将两块万用表均拨至1若，若仍很暗，甚至不发光，则说明该发光二极管性能不良或损坏。应注意，不能一开始测量就将两块万用表置于1，以免电流过大，损坏发光二极管。（2）外接电源测量。用3v稳压源或两节串联的干电池及万用表（指针式或数字式皆可）可以较准确测量发光二极管的光、电特性。为此可按图10所示连接电路即可。如果测得vf在1.43v之间，且发光亮度正常，可以说明发光正常。如果测得vf=0或vf3v，且不发光，说明发光管已坏。2红外发光二极管的检测由于红外发光二极管，它发射13m的红外光，人眼看不到。通常单只红外发光二极管发射功率只有数mw，不同型号的红外led发光强度角分布也不相同。红外led的正向压降一般为1.32.5v。正是由于其发射的红外光人眼看不见，所以利用上述可见光led的检测法只能判定其pn结正、反向电学特性是否正常，而无法判定其发光情况正常否。为此，最好准备一只光敏器件（如2cr、2dr型硅光电池）作接收器。用万用表测光电池两端电压的变化情况。来判断红外led加上适当正向电流后是否发射红外光。其测量电路如图11所示 第二章 方案的确定由于下面电路上和可靠性上比较高，因此选这种方案比较好,整套电路如图6所示。 图6根据热力学第一定律；即能量转换及守恒定律指出：在自然界中，一切物质都是有能量。能量有各种不同的形式，它能够从一种形式转化为另一种形式。在转化中，能量的总量不变。则工程上计算可以简化。若用电加热恒温控制系统来对一房间进行温控。假设房间容积为443=48m，温度为-50，温度设定可调（2027），管为一根。确定电路的参数部分。根据热力学中的理想气体方程，此空间的空气质量为 m=pv/rt=1.0148/(287273)=61086kg式中取标况下物性参数p=1.01p r=287j/kgk t=273k 空气吸收的总能量q=cmt=1.004kj/kgk61.86kg(20+50) =4347.5208kj 若在20分钟内温度升到20，则电炉丝的发热功率为： p=q/t=4347.5208kj/(2060秒)=3.62kw 则温升为20-(-50)/20=3.5/min 则流过晶闸管的电流有效值为i=p/u=3062kw/220v=16.455a 电炉丝电阻值为r=u/p=13.37 晶闸管通态平均电流id=i/kf=16.455/1.57=10.48a 考虑两倍裕量 应选kp30-7晶闸管门极出发电流=8150ma 门极触发电压3.5v 在实际调试中，削波电路经过r2、r3分压，v1管基极电压为0.6v，峰值电压为1v，r4上压将为11v，v2管e和c之间电压将为0.6v，脉冲变压器用电阻代替，其电压值为10v。v3管基极电压为0.3v（截止）或0.6v（导通）。由于555集成块使用的是+5v电源供电，所以从稳压块出来的+12v电源要经电阻和稳压管分压得到+5v电源。设定温标电压的电位计w1在2.33.0v之间。在调试用的电位计电压在2.13.1v之间可调。第三章 单片机温度控制系统为了提高恒温控制的精度，调试的简单化及电路的简单化，其设计电路如原理图所示。该方案的设计思路如图9所示： 第一节 a/d转换 311 adc0809在电路中的应用由温度传感器ad590测出的一个电压值，经过运算放大器u4的放大，放大到一个0v5v的电压值u0，此电压值在经过运算放大器u3，u3把u0与设定的一个电压值相比较，比较后输出一个值为u0与设定值的一个差值，将此差值电压送至adc0809的in0口，将此差值电压先送到adc0809中而不能直接送到at89c51中进行处理的原因是：at89c51只能接收和处理数字量，而不能直接处理模拟量，因此就必须将模拟量量转换成数字量，而adc0809也就起到了将模拟量转换成数字量的作用。ad590是电流型温度传感器，其输出电流与温度之间的关系为随温度的变化，电流变化率为1ua,由于本课题设计的测温范围是零下20度到50度，所以ad590的输出电压范围是2.5v3.2v之间，为了把2.5v3.2v之间的电压转换成0-5v的电压，通过运算放大器u4来实现，为了能使运算放大器u4达到预想的结果，由公式： 可以求得电阻rf为39k，r1为5.6k.为了达到温度可控的目的，通过运算放大器u3来实现，其基本的工作过程是：由运算放大器u4输出端输出的电压值与u3运算放大器的同向端所设定的一个初值做减法运算，而u3运算放大器的同向端所设定的初值又是可以通过变阻r37来设定，同时u3运算放大器又是一个1：1的放大，从而就可以从运算放大器u3的输出端输出一个0-5v的电压，此电压为实际温度与设定温度之间的温度之差而转换成的一个0-5v的电压信号。从运算放大器u3得到的一个电压值送至adc0809中，通过a/d转换器，将05v的一个模拟转换成数字量.312 a/d转换的概述a/d转换器可以实现模拟量向数字量的转换。按转换原理可以分为四种：计数式，双积分式，逐次逼近式及并行a/d转换器。目前最常用的是双积分式和逐次逼近式。双积分a/d转换器的主要优点为转换精度高，抗干扰性能好，价格便宜；缺点为转换速度较慢。因此这种转换器主要用于速度不高的场合。另一种常用的a/d转换器是是逐次逼近式。逐次逼近式a/d转换器是一种速度较快，精度较高的转换器，其转换时间大约在几微秒到几百微秒之间。量化间隔和量化误差是a/d转换器的主要技术指标之一。量化间隔可由下式求得： =满量程输入电压/（-1）满量程电压/其中n为a/d转换器的位数。量化误差有两种表示方法：一种是绝对量化误差；另一种是相对量化误差。可分别由下式求得：绝对量化误差：=量程间隔/2=/2 相对量化误差：=1/adc0809是典型的8位8通道逐次逼近式a/d转换器，采用cmos工艺制造。从adc0809的内部结构图可知，多路模拟量开关可以选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，并共用一个a/d转换器进行转换。地址锁存与译码电路完成对a，b，c 3个地址位进行锁存和译码，其译码输出用于通道选择。8位a/d转换器为逐次逼近式，由控制与时序电路，逐次逼近寄存器，树状开头及256个电阻阶梯网络等组成。三态输出锁存器用于存放和输出转换得到的数字量。adc0809芯片为28引脚双列直插式封装其引脚功能为：（1）.in7-in0：模拟量输入通道。0809对输入模拟量的要求主要有：信号单极性，电压范围0-5v，若输入信号过小还需放大。另外，模拟量输入在a/d转换过程中其值不应变化，而对变化速度快的模拟量，在输入前应增加采样保持电路。（2）.addc，addb，addca：模拟通道地址线。这3根地址线用于对模拟通道进行选择，adda为低位地址，addc为高位地址。（3）.ale：地址锁存信号。对应于ale上跳沿时，adda，addb，addc地址状态送入地址锁存器中。 （4）.start：转换起动信号。在start信号上跳沿时，所有内部寄存器清0；在start下跳沿时，开始进行a/d转换。在a/d转换期间，start信号应保持低电平。该信号可简写为st。 （5）.d7-d0：数据输出线。该数据输出线为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据总线直接相连。 （6）。oe：输出允许信号。它用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换后的数据。oe=0时输出数据线程高阻态；oe=1时输出允许。 （7）.clk：时钟信号。adc0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，通常使用频率50khz的时钟信号。 （8）.eoc：转换结束状态信号。当eoc=0时，表示正在进行转换；eoc=1时，表示转换结束。实际使用中该状态信号既可作为查询的状态标志，还可作为中断请求信号使用。 （9）.vcc：+5v电源。 （10）.vref：参考电压。参考电压作为逐次逼近的基准，并用来与输入的模拟信号进行比较。其典型值为+5v（vref（+）=+5v，vref（-）=0v）。 在实际使用adc0809中还应注意的几点是：(1).在此次电路设计中只用了adc0809的一路in0，因此只需要将模拟通道地址线接地即可以选中in0这个通道，但在实际使用中往往不是仅仅使用一个通道，这样一来adda，addb，addc就要分别接系统地址锁存器，就实现了模拟通道的选择。(2).adc0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，通常使用频率为500mhz的时钟信号，而cpu提供的时钟信号过大，而不能够直接接到adc0809上去，为了可以用cpu提供的时钟信号，必须在ale引脚与clk之间加一个74ls74分频器才能使cpu的时钟信号与adc0809上的时钟信号相匹配，这样才能使adc0809能够正常工作。 (3).对于a/d转换器来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的，此次用的adc0809的转换时间为了128us，相当于6mhz的mcs-51单片机64个机器周期，因此在软件上就应该根据具体的使用情况来选择一个合适的方法来解决此问题，其方法有两种：法一，可根据需要设计一个延时程序，a/d转换启动后就调用这个延时程序，延时时间一到转换即结束，接着便进行数据传送。法二，如果用表示转换结束的状态信号（eoc）作为中断请求信号，那么便可以由中断方式进行数据传送。adc0809将模拟信号转换成数字信号后通过d0d7将数字量传送给cpu at89c51，at89c51也就是我们通常所说的单片机。这个也便是现以上几种方案的最大的不同之处，用单片机做的与用纯硬件做出来的电路相比具有的灵活的运算和控制功能，便于实现人机对话精确度和可靠性高。因此人们形象的把at89c51比拟成人的大脑，它他把接受进来的数据，按照出事设顶（即软件设定）的要求进行处理，处理好后，有通过i/o输出数字两进而实现某一项或几项的功能；此课题at89c51完成的任务是将过来的数字量转换成数码管上要显示的段码，将段码送至p1口，分别点亮数码管s1和s2，同时，要从接收到的数字量中获取的信息来控制p2.6口为低电平还是高电平，低电平和高电平的时间长短。在完成上面两项之前还应通过at89c51来识别p2.4口和p2.5口上是高电平还是低电平，即以此来判断启动按纽k2是否按下，由此得到的信息后才对上面两现功能进行处理。第二节 mcs-51单片机的基本结构mcs-51系列单片机虽已有10多种产品，但可分为两大系列：mcs-51子系列与mcs-52子系列。mcs-51子系列中主要有8031，8051，8751三种 类型。mcs-51系列单片机是由8大部分组成的。321 mcs-51单片机的八大组成这八大部分是：1 一个8位的中央处理机cpu。它由运算部件，控制部件构成，其中包括振荡电路和时钟电路，其中要完成单片机的运算和控制功能。它是单片机的核心部件，决定了单片机的主要特性。2 128个字节（mcs-52系列为256字节）的片内数据存储器ram。其片外数据存储器的寻址范围为6kb，用于存放可读写的数据，如运算的中间结果或最终结果等。3 4kb（mcs-52子系列为8kb）的片内程序只读存储器rom或eprom（8031和8032无）。其片外可寻址范围为64kb，主要用于存放已编制的程序，也可以存放一些原始数据和表格。4 18个（mcs-52子系列为21个）特殊功能寄存器sfr。它用于控制和管理片内算术逻辑部件，并行i/o口，串行i/o口，定时器/计数器，中断系统等功能模块的工作。5 4个8位并行输入输出i/o接口：p0，p1，p2，p3（共32线），用于并行输入或输出数据。6 1个串行i/o接口。它可使数据1位串行地在计算机与外设之间传送，可用软件设置为4种工作方式，用于多处理机通讯，i/o扩展或全双工通用异步接收器（uart）。7 2个（mcs-52子系列为3个）16位定时器/计数器，它可设置为计数方式对外部事件进行计数，也可以设置为定时方式进行定时。计数或定时的范围由软件来设定，一旦计数或定时到时则向cpu发出中断请求，cpu根据计数或定时的结果对计算机或外设进行控制。8 1个具有5个（mcs-52子系列为6 个或7个）中断源，可编程为2 个优先级的中断系统。它可以接收外部中断申请，定时器/计数器中断申请和串行口中断申请。常用于实时控制，故障自动处理，计算机与外设间传送数据及人-机对话。322 单片机外部引脚说明mcs-51系列单片机芯片均为40 个引脚，hmos工艺制造的芯片采用双列直（dip）方式封装，cmos工艺制造的低功耗芯片也有采用方型封装的，但为44 个引脚,其中4 个引脚是不使用的。mcs-51系列单片机的40个引脚中有2 个专用于主电源的引脚，2个外接晶体的引脚，4个控制或与其它电源复用的引脚，以及32条输入输出i/o引脚。1 电源引脚vcc和vss vcc（40脚）：接+5v电源正端； vss（20脚）：接+5v电源地端。2 外接晶体引脚xtal1和xtal2xtal1（19脚）：接外石英晶体体的一端。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。当采用外部时钟时，对于hmos单片机，该引脚接地；对于chmos单片机，该引脚作为外部信号的输入端。xtal2（18脚）：接外部晶体的另一端。在单片机内部，接到片内振荡器的反相放大器的输出端。当采用外部时钟时，对于hmos单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端；对于chmos芯片，该引脚悬空不接。3 控制信号或与其它电源复用引脚控制信号或其它电源复用引脚有res/vpd，ale/，和/vpp等4 种形式。（1）res/vpd（9脚）：res即为reset，vpd为备用电源，所以该引脚为单片机的上电复用或掉电保护端，当单片机振荡器工作时，该引脚上出现持续两个机器周期的高电平，就可以实现复位操作，使单片机回复到初始状态。当vcc发生故障，降低到低电平规定值或掉电时，该引脚可接上备用电源vpd（+5v）为内部ram供电，以保证ram中的数据不丢失。 （2）ale/（30脚）：当访问外部存储器时，ale（允许地址锁存信号）以每机器周期两次的信号输出，用于锁存出现在p0口的低8位地址。在不访问外部存储器时，ale端仍以上述不变的频率（振荡器频率的1/6），周期性地出现正脉冲信号，可作为对外时钟脉冲或用于定时的目的。但要注意，在访问片外数据存储器期间，ale脉冲会跳过一个，此时作为时钟输出就不妥当了。 对于片内含有eprom的单片机，在eprom编程期间，该引脚作为编程脉冲 的输入端。 （3）（29脚）：片外程序存储器读选通信号输出端，低电平有效。当从外部程序存储器读取指令或常数期间，每个机器周期两次有效，以通过数据总线口读回指令或常数。当访问外部数据存储器期间，信号将不出现。 （4）/vpp（31脚）：为访问外部程序存储器控制信号，低电平有效。当 端保持高电平时，单片机访问片内程序存储器4kb（mcs-52系列为8kb）。若超出该范围时，自动转去执行外部程序存储器的程序。当端保持低电平时，无论片内有无程序存储器，均只访问外部程序存储器。对于片内含有eprom的单片机，在eprom编程期间，该引脚用于接21v的编程电源vpp。323 输入/输出（i/o）引脚p0口，p1口，p2口及p3口（1）.p0口（39脚32脚）：p0.0-p0.7统称为p0口，当不接外部存储器与不扩展i/o接口时，它可以作为准双向8位输入/输出接口。当接有外部存储器或扩展i/o接口时，p0口为地址/数据分时复用口。它分时提供8位地址总线和8位双向数据总线。对于含有eprom的单片机，当eprom编程时，从p0口输入指令字节，而当检验程序时，则输出指令字节。 （2）.p1口（1脚8脚）：p1.0-p1.7统称为p1口，可作为准双向i/o接口使用。 （3）.p2口（21脚-28脚）：p2.0-p2.7统称为p2口，一般可作为准双向i/o接口。当接有外部存储器或扩展i/o接口且寻址范围超过256个字节时，p2口用于高8位地址总线送出高8位地址。 （4）.p3口（10脚-17脚）：p3.0-p3.7统称为p3口，它为双功能口，可以作为一般的准双向i/o接口，也可以将每1位用于第2功能，而且p3口的每一条引脚均可独立定义为第1功能的输入输出或第2功能。综上所述，mcs-51系列单片机的引脚作用可归纳为以下两点：1 单片机功能多，引脚数少，因而许多引脚都具有第2功能；2 单片机对外呈3总线形式，由p2，p0口组成16位的地址总线；由p0口分时复用作为数据总线；由ale，rst，与p3口中的、t0、t1、 共10个引脚组成控制总线，由于16位地址线，因此，可使外部存储器寻址范围达到64kb。第三节 led数码显示器331 数码管的显示方法at89c51通过对数字量处理好后，向p1送段码，但是在其一时刻只能点亮一个数字管。这就面临着，怎样才能使两只数码管甚至更多数码管都点亮。这就涉及到led数码显示器的显示方法。对于多位数码显示来说，为了简化线路，降低成本，往往采用软件为主的接口方法，既不采用专门的硬件译码器，而采用软件程序进行译码，把各位数码管的显示段码互相并联，因此在同一时刻只能显示同一种字符。对于这种接口电路来说，其显示方法有静态显示和动态显示两种。所谓静态显示，就是在同一时刻只显示一种字符，或者说被显示的字符在同一时刻是稳定不变，其显示显示方法比较简单，只要将显示段码送至段码口，并把位控字送至位控口即可。静态显示虽然比较简单，但是用处不大。因为在同一时刻只显示同一种字符的场合的不多的。在大多情况下，需要显示的是不同的字符，从电路上看，这是办不到的。因此只能利用人眼对视觉的残留效应，采用动态扫描显示的字符、逐个地循环点亮各位数码管，每位显示1ms左右，使人看起来好象在同时显示不同的字符一样。在要选中哪一位时应通过数码管上的位选来选中所要显示的数码管。332 led数码显示器接口1led数码显示器的结构与显示段码lde数码显示器是1种由led发光二极管组合显示字符的显示器件。它使用了8个led发光二极管，其中7个用于显示字符，1个用于显示小数点，故通常称之为7段（也有称为8段）发光二极管数码显示器。段码位d7d6d5d4d3d2d1d0显示段dpgfedcbaled数码显示器有两种连接方法：（1） 共阳极接法。把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极，使用时公共阳极接+5v，每个发光二极管的阴极通过电阻与输入相连。当阴极端输入低电平时，段发光二极管就导通点亮，而输入高电平则不点亮。（2） 共阴极接法。把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极，使用时公共阴极接地。每个发光二极管的阳极通过电阻与输入端相连。当阳极端输入高电平，段发光二极管就导通点亮，而输入低电平时则不点亮。使用led数码显示器时要注意区分这两种不同的连接方法，在器件出厂时其内部的公共端已经连接好，用户可根据自己的需要正确选用共阳极接法或共阴极接法。2led数码显示器的显示段码为了显示字符，要为led数码提供显示段码（或称字形代码），组成一个“8”字形字符的7段，再加上1个小数点位，共计8段，因此提供给led显示器的显示段码为1个字节。3led数码显示器的接口方法单片机与led数码显示器有以便件为主和以软件为主的两种接口方法。(1) 以硬件为主的接口方法在数据总线和led显示器之间，必须有锁存器或i/o接口电路，此外还应有专用的译码器/驱动器，通过译码器把1为十六进制数（4为而进制）或bcd译码器为相应的显示段码，然后由驱动器提供足够的功率去驱动发光二极管。这种接口方法仅用1条输出指令，就可以进行led显示。但它所使用的硬件电路比较多，而硬件译码器缺乏灵活性，只能显示十进制或十六进制（包括空白字符）。该方法主要是用于显示位数比较多或对显示器的亮度有一定的场合。(2) 以软件为主的接口方法 它是以软件查表代替硬件译码，不但省去了译码器。而且还能显示更多的字符。但是驱动器是必不可少的，因为仅靠接口提供不了较大的电流供led显示器使用。实际使用的led数码显示器的位数较多，为了简化线路、降低成本，大多采用以软件为主的接口方法。对于多位led数码显示器，通常采用动态扫描显示方法，即逐个地循环地点亮各位显示器。这样虽然在任一时刻只有1位显示器被点亮，但是由于人眼具有视觉残留效应，看起来与全部显示器持续点亮的效果基本上一样（在亮度上要有差别）。为了实现led显示器的动态扫描显示，除了要给显示器提供段码之外，还要对显示器进行位的控制，即通常所说的“段控”和“位控”。因此对于多位的led数码显示器的接口电路来说，需要有两个输出口，其中一个用于输出显示段码；另一个用于输出位控信号。“位控”实际上就是对led显示器的公共端进行控制，位控信号的数目与显示器的位数相同。本课题使用的数码管的引脚如图7所示： 图7第四节 测温电路部分 ad590是ad公司利用pn结正向电流与温度的关系制成的电流输出型两端温度传感器。实际上，中国也开发出了同类型的产品sg590。这种器件在被测温度一定时，相当于一个恒流源。该器件具有良好的线性和互换性，测量精度高，并具有消除电源波动的特性。即使电源在515v之间变化，其电流只是在1a以下作微小变化。3.4.1 ad590的功能及特性ad590是电流型温度传感器，通过对电流的测量可得到所需要的温度值。根据特性分挡，ad590的后缀以i，j，k，l，m表示。ad590l，ad590m一般用于精密温度测量电路，其电路外形如图1所示，它采用金属壳3脚封装，其中1脚为电源正端v；2脚为电流输出端i0；3脚为管壳，一般不用。集成温度传感器的电路符号如图2所示。 ad590的主特性参数如下： 工作电压：430v； 工作温度：55150； 保存温度：65175； 正向电压：44v； 反向电压：20v； 焊接温度（10秒）：300； 灵敏度：1ak。 3.4.2 ad590的工作原理在被测温度一定时，ad590相当于一个恒流源，把它和530v的直流电源相连，并在输出端串接一个1k的恒值电阻，那么，此电阻上流过的电流将和被测温度成正比，此时电阻两端将会有1mvk的电压信号。其基本电路如图3所示。图3是利用ube特性的集成pn结传感器的感温部分核心电路。其中t1、t2起恒流作用，可用于使左右两支路的集电极电流i1和i2相等；t3、t4是感温用的晶体管，两个管的材质和工艺完全相同，但t3实质上是由n个晶体管并联而成，因而其结面积是t4的n倍。t3和t4的发射结电压ube3和ube4经反极性串联后加在电阻r上，所以r上端电压为ube。因此，电流i1为： i1uber（ktq）（lnn）r对于ad590，n8，这样，电路的总电流将与热力学温度t成正比，将此电流引至负载电阻rl上便可得到与t成正比的输出电压。由于利用了恒流特性，所以输出信号不受电源电压和导线电阻的影响。图3中的电阻r是在硅板上形成的薄膜电阻，该电阻已用激光修正了其电阻值，因而在基准温度下可得到1ak的i值。图4所示是ad590的内部电路，图中的t1t4相当于图3中的t1、t2，而t9，t11相当于图3中的t3、t4。r5、r6是薄膜工艺制成的低温度系数电阻，供出厂前调整之用。t7、t8，t10为对称的wilson电路，用来提高阻抗。t5、t12和t10为启动电路，其中t5为恒定偏置二极管。t6可用来防止电源反接时损坏电路，同时也可使左右两支路对称。r1，r2为发射极反馈电阻，可用于进一步提高阻抗。t1t4是为热效应而设计的连接方式。而c1和r4则可用来防止寄生振荡。该电路的设计使得t9，t10，t11三者的发射极电流相等，并同为整个电路总电流i的13。t9和t11的发射结面积比为8：1，t10和t11的发射结面积相等。t9和t11的发射结电压互相反极性串联后加在电阻r5和r6上，因此可以写出：ube（r62 r5）i3r6上只有t9的发射极电流，而r5上除了来自t10的发射极电流外，还有来自t11的发射极电流，所以r5上的压降是r5的23。3.4.3 单片机测温显示电路中测温部分的实现 1. 设计思路 由于ad590温度传感器的电流与热力学温度成正比.因此,ad590的输出电压范围是2.5v到3.2v之间,将输出的电压通过电压跟随器lm358后输出电压u0,电压跟随器lm358的功能是为了防止u3处的电压值的突变,如果u3处电压值突变将影响u0发生的波动. 接下来把电压u0与uo送至u4b中的电压uo1进行减法运算并把它们的差值转换成0到5v的电压值,其中把u0的值设为2.5v,那么uo与u1的差值0到0.7v转换成0到5v的电压值u2,从而便于显示. 2.参数计算: 由于本电路的测温范围为-20到50,温度比为1 a/k.(1).电阻r28阻值的确定:为了使u3在2.5v到3.2v之间,由式2.5v=(273-20)*1 a/k*r28得,r28为10k. (2).差动比例放大器u4b的电阻计算:由于u0-u1的差值范围为0到0.7v,为了计算的方便,令:r22=r23,r24=r25,由此可得,u2=-r24(u1-u0)/r22,又因为u2的输出电压范围是0到5v,所以由式:5v=r24*0.7v/r22得:r24/r22=7.14285,此时只要确定r24或r22中的一个值就可得到另外的阻值,根据实际的需要我们选择了一个比较接近的理论计算值,即r24=r25=39k,r22=r23=5.6k.