毕业设计（论文）-基于单片机的的粮食烘干温度控制系统设计.doc

摘要 我国粮食消费需求将呈刚性增长，而耕地减少、水资源短缺、气候变化等对粮食生产的约束日益突出。中国是粮食生产与消费的大国，如何能更有效的存储粮食，控制温度是问题的关键，烘干塔的烘干过程是粮食生产中的关键环节。本系统通过传感器对温度进行检测，通过信号调理送入单片机，单片机通过算法对信息进行运算处理，送出显示。本系统测温灵敏，反应迅速，系统稳定性高。通过键盘扩展可以选通四点检测当中的任意一点送入显示，方便准确。在系统设计时，要求单片机上电能可靠复位，防止程序跑飞导致系统死机。另外增加看门狗系统，使单片机正常工作。关键词 粮食烘干 过程控制 温度传感器 abstract commissary consumer demand rises quickly.however, irrational development of the land, arable land is decreasing and water resources short seriously and climate changing which is controlled outstanding day by day. china is a major grain producer as well as a major grain consumer.how to store grain effectively and control temperature is the key .the way to solve the problem is the process of driers .the system measures temperature with sensor.through signal adjust for sending to single-chip microcomputer which deal with arithmetic to display by a processer.the system uses assembler language to approach reaction of hardware quickly.it is more stable for system4 .each of 4points examines sends to display through key expander for accuracy and convenient.during designing this system, electric energy is requested for ability to reset through microcomputer. prevent program fleet in case of computer crashed. in addition，raise a watchdog to make microcomputer work normally.keywords grain dry；course control ；temperature sensoriii长春工业大学毕业论文目 录第一章 绪 论 11.1本论文背景及研究意义 11.1.1 粮食的损失原因.21.1.2 粮食烘干塔.21.2粮食烘干机械化发展概况. 31.3本论文技术指标4第二章方案论证62.1温度传感器的选择.72.2单片机的选择.72.3信号采集通道的选择 .8第三章 单片机测温与控制电路设计93.1集成温度传感器ad59093.2转换电路133.2.1绝对温度与摄氏温度间的转换143.3多路开关153.4 转换电路. 163.5处理部分. 173.5.1 at89c51的结构. 173.5.1.1引脚功能介绍.183.5.1.2 89c51片内结构.183.5.1.3 系统时钟.193.5.2 at89c51本设计中的硬件连接.203.6外接电路部分.203.7键盘的应用和去抖.213.7.1 键盘的应用.213.7.2 键盘去抖.223.8发光二极管显示器led的简介. 22第四章 软件设计.244.1 总体设计的软件结构.244.2 干燥段1的控温流程.254.3 键盘扫描子程序.26第五章 误差处理和精度讨论.285.1 温度传感器ad590的精度处理.285.1.1 线性度.28 5.1.2 灵敏度及灵敏度误差.28 5.1.3 分辨力和分辨率.29 5.1.4 抗干扰性和稳定性.29 5.2 rc并联回路的精度讨论.29 5.3 绝对温度与摄氏温度的转换部分的精度讨论.30 5.4 a/d转换器icl7135的精度讨论.30 5.5 键盘的重健处理.30 结论.32致谢.33 参考文献.35 附录.3639第一章 绪 论1.1本论文背景及研究意义 当前中国最大的问题就是粮食问题，我国人口众多，解决吃饭问题是国家安全的前提。粮食安全始终是关系我国国民经济发展、社会稳定和国家自立的全局性重大战略问题。保障我国粮食安全，对实现全面建设小康社会的目标、构建社会主义和谐社会有十分重要的意义。而目前我国粮食安全形势总体是好的，粮食综合生产能力稳步提高，食物供给日益丰富，供需基本平衡。但我国人口众多，对粮食的需求量大，粮食安全的基础比较脆弱。从今后发展趋势看，随着工业化、城镇化的发展以及人口增加和人民生活水平提高，粮食消费需求将呈刚性增长，而耕地减少、水资源短缺、气候变化等对粮食生产的约束日益突出。我国粮食的供需将长期处于紧平衡状态，保障粮食安全面临严峻挑战。 随着每年粮食的丰收，粮食的存储问题成了一个大问题，据综合调查，我国农户产后储粮损失一般在8%-10%，个别地区抽样调查甚至近20%。分散在全国2.4亿多农户储存的粮食约占全国粮食总产量的60%以上，按8%-10%测算，全国每年仅农户储存粮食损失达15002000万吨，损失180200亿元，数量比较惊人，相当于一个粮食主产省的粮食年产量。1.1.2粮食烘干塔工作原理粮食经清选后，由提升机送至烘干塔储粮段，料位器自动控制上粮。粮食在烘干塔内运行方向与热风（冷风）流动方向成混流，实现预热、干燥、缓苏、干燥、冷却的整个过程。角状通风盒结构为变截面结构。排粮采用无级调速，可随意控制产量和降水幅度，从而达到理想的烘干效果，最后由排粮机送出（见工艺流程图1-1）。图1-1 工艺流程图推导出粮食烘干塔温度控制很重要1 图1-2 2hg粮食干燥塔粮食烘干塔温度检测系统总体系统框图 如图1-3图1-3 总体系统框图本系统通过传感器对温度进行检测，通过信号调理送入单片机，单片机通过算法对信息进行运算处理，送出显示。本系统通过汇编语言对系统程序进行编写，汇编语言具有接近硬件反应迅速等特点，系统稳定性更高。通过键盘扩展可以选通四点检测当中的任意一点送入显示，方便准确。通过电磁阀给风，在电磁阀控制中采用光电隔离技术，隔离低压与高压部分，防止干扰的产生，简便易行，安全性高。本系统软硬件结合合理，节省资源。弱电与强电采取隔离措施，稳定性更高，应用性更强。第二章 方案论证2.1温度传感器的选择方案三：采用集成温度传感器ad590。ad590是一种电压输入、电流输出型两端元件，其输出电流与绝对温度成正比，相当一个温度系数为1ua /k的高阻恒流源。它只需直流电源就能工作，而且，无需进行线性校正，所以使用也非常方便，接口也很简单。2.2单片机的选择 单片机是本方案的灵魂，所以我们选择是需要慎之又慎，下面我们来拿8031和at89c51做一下比较。8031片内不带程序存储器rom，使用时用户需外接程序存储器和一片逻辑电路373，外接的程序存储器多为eprom的2764系列。用户若想对写入到eprom中的程序进行修改，必须先用一种特殊的紫外线灯将其照射擦除，之后再可写入。写入到外接程序存储器的程序代码没有什么保密性可言。 由于上述类型的单片机应用的早，影响很大，已成为事实上的工业标准。后来很多芯片厂商以各种方式与intel公司合作，也推出了同类型的单片机，如同一种单片机的多个版本一样，虽都在不断的改变制造工艺，但内核却一样，也就是说这类单片机指令系统完全兼容，绝大多数管脚也兼容；在使用上基本可以直接互换。我们统称这些与8051内核相同的单片机为“51系列单片机”。 在众多的51系列单片机中，要算 atmel 公司的at89c51更实用，因他不但和8051指令、管脚完全兼容，而且其片内的4k程序存储器是flash工艺的，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写，一般专为 atmel at89cx 做的编程器均带有这些功能。显而易见，这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。写入单片机内的程序还可以进行加密，这又很好地保护了你的劳动成果。而且at89c51目前的售价比8031还低，市场供应也很充足。 单对at89c51来说，在实际电路中可以直接互换8051和8751，替换8031只是第31脚有区别，8031因内部没有rom，31脚需接地（gnd），单片机在启动后就到外面程序存储器读取指令；而8051/8751/89c51因内部有程序存储器，31脚接高电平（vcc），单片机启动后直接在内部读取指令。也就是51芯片的31脚控制着单片机程序从内部读取还是从外部读取，31脚接电源，程序从内部读取，31脚接地，程序从外部读取，其他无须改动。另外，at89c51替换8031后因不用外存储器，不必安装原电路的外存储器和373芯片。由于内部ram的存在，可以减少i/o扩展芯片、锁存器及片外ram等等，使整个设计显得简单明了，所以我们选择at89c51。 2.3信号采集通道的选择方案二、采用多路分时的模拟量输入通道，如图2-2所示。 这种结构的模拟量通道特点为：（1） 对adc、s/h要求高。（2） 处理速度慢。（3） 硬件简单，成本低。（4） 软件比较复杂。图2-2 多路分时的模拟量输入通道综合比较方案一与方案二，方案二更为适合于本设计系统对于模拟量输入的要求，比较其框图，方案二更具备硬件简单的突出优点，所以选择方案二作为信号的输入通道。 第三章 单片机测温与控制电路设计一个实际的控制系统是一个复杂的软硬件结合体，硬件是软件运行的平台，硬件系统设计的好坏直接影响着整个计算机控制系统的性能的优越，硬件是看得见摸得着的各部分器件的总称，本系统主要应用 ad590,at89c51,cd4051，icl7135，max232,8155,max813l。单片机是整个系统的核心，其他所有设备都要在他的控制和管理下进行工作。3.1集成温度传感器ad590集成温度传感器ad590 是美国模拟器件公司生产的集成两端感温电流源。一、主要特性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3-2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3-2所示。图3-2 ad590外形（图1）及电路符号（图2）1、流过器件的电流（a）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即：i t/t=1a /k式中：it 流过器件（ad590）的电流，单位a。t热力学温度，单位k。 2、 ad590的测温范围-55- +150。 3、 ad590的电源电压范围为4v-30v。电源电压可在4v-6v范围变化，电流it变化1a，相当于温度变化1k。ad590可以承受44v正向电压和20v反向电压，因而器件反接也不会损坏。4、输出电阻为710m。5、精度高。ad590共有i、j、k、l、m五档，其中m档精度最高，在-55+150范围内，非线形误差0.3。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3-3所示。图3-3 ad590内部核心电路图3-3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3-4 ad590内部电路图3-4所示是ad590的内部电路，图中的t1t4相当于图3-3中的t1、t2，而t9，t11相当于图3-3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防式。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。根据上式不难看出，要想改变ube，可以在调整r5后再调整r6，而增大r5的效果和减小r6是一样的，其结果都会使ube减小，不过，改变r5对ube的影响更为显著，因为它前面的系数较大。实际上就是利用激光修正r5以进行粗调，修正r6以实现细调，最终使其在250之下使总电流i达到1ak。二、基本应用电路图3-8是ad590用于测量热力学温度的基本应用电路。因为流过ad590的电流与热力学温度成正比，当电阻r1和电位器r2的电阻之和为1k时，输出电压v0随温度的变化为1mv/k。但由于ad590的增益有偏差，电阻也有偏差，因此应对电路进行调整，调整的方法为：把ad590放于冰水混合物中，调整电位器r2，使v0=273.2+25=298.2（mv）。但这样调整只保证在0或25附近有较高的精度。 图3-5 ad590应用电路三、 摄氏温度测量电路如图3-5所示，电位器r2用于调整零点，r4用于调整运放lf355的增益。调整方法如下：在0时调整r2，使输出v0=0，然后在100时调整r4使v0=100mv。如此反复调整多次，直至0时，v0=0mv，100时v0=100mv为止。最后在室温下进行校验。例如，若室温为25，那么v0应为25mv。冰水混合物是0环境，沸水为100环境。四.多路检测信号的实现。 例如设计系统为八路的温度信号采集，而mc14433仅为一路输入，故采用cd4051组成多路分时的模拟量信号采集电路，其硬件接口如图3-6所示图3-6八路分时的模拟量信号采集电路硬件接口它具有如下特点：(1)外接线非常简单(仅两根)，使用十分方便；(2)内有稳压和恒流电路，故对外接电压要求非常低(可在4-30v范围内，供电电压任意波动5v所造成的误差均小于1)；(3)非线性误差较小(ad590m为土0.2，误差最大的ad590i为2)；(4)使用温度范围为一50-150。(5)它具有良好的互换性。(6)采用图2.3所示的电路，可以把ad590输出的电流信号方便地转换成电压信号。通过对rw调整均可使ad590的输出达到1mv，应用非常方便。分析以上资料得出：（1）因为ad590这种二端式集成温度传感器的工作范围是-55-150完全符合预定的范围0-50设计要求。此外，其工作电压为+4v-+30v，是一般实际设计中完全可以达到的，因此选择ad590作为本实验的温度采集器。（2）由于ad590是一种恒流源形式的温度传感器，只需在其二端加上一定的工作电压就会有输出电压随温度的变化而变化，其电流输出为1a /k，即被测温度每变化1其输出电流变化1a。ad5590是以热力学温度的绝对温标的零点作为零点输出的，即当被测温度为绝对零度时，输出电流为0a。由此实现了把被测温度转化成了与之呈明确线性关系的电流量，为下一步进行模数转换打下了基础。（3）此外，ad590这种电流型的半导体集成温度传感器，具有较强的抗干扰功能，适用于计算机进行远距离进行温度测量和控制，且其电阻比较大，不需要精密电源对其供电，从一定程度上节约了开销，节省了制作成本，为大批量生产和推广提供了有利条件和可能性。另外，ad590不需要温度补偿以及专门的线性电路，既降低了设计成本又节省了设计者的时间，节约了被设计产品的空间，有利于大量推广。3.2转换电路图3.2i/v转换电路通常情况下，在接到一个具体的测控任务后，需根据被测控的对象选择合适的传感器 ，从而完成了非电物理量到电量的转换。但是，经传感器转换后的量，如电流、电压等，往往信号幅度太小，很难直接进行摸数转换，因此，需对这模拟电信号进行放大处理。本部分就具有此功能。由于ad590在绝对零度时输出为0a，且温度每变化1，输出的电流相应的变化1a，则本实验设计的温度要求为摄氏温，由热力学与摄氏温度温度的转化公式： （3.1）其中t为热力学温标 t为摄氏温标。由图可知，a端输出的电压为 （3.2）本实验采用了4个ad590实现了4路温度采集，此4路温度分别为人体温度、冰垫1的温度、冰垫2的温度、水箱的温度。因为人体温度和水的温度都在测定的温度范围内, ad590会将测得的温度转化成对应的电流输出,这种电流是与绝对温度而非摄氏温度相对应的,因此就需要一个转化电路来实现电量与摄氏温度的转换.3.2.1 绝对温度与摄氏温度间的转换因为ad590输出的电流是与绝对温度对应的，而在现实生活中人们使用的是摄氏温度 ，因此就必须设计一个转换电路，实现绝对温度与摄氏温度的转换。 (1)由于ad590在绝对零度时输出为0a，且温度每变化1，输出的电流相应的变化1a，则本实验设计的温度要求为摄氏温，由热力学与摄氏温度温度的转化公式： (2.1)其中t为热力学温标 t为摄氏温标。由图可知，a端输出的电压为 (2.2) 图3.2绝对温度与摄氏温度间的转换(2)由放大器性质可知, (2.3)又知,所以有 （2.4）又知所以有 （2.5）由（1）中分析可知，正端的输入电压为则有 （2.6）通过调节可使v （2.7）由（2.6）和（2.7）式及ad590的温度电流输出性质可以得出以下结论：当ad590在0的温度上测量时 ，放大器lm324的ad端的输出电压为 0v；当ad590在50的温度上测量时 ，放大器lm324的ad端的输出电压为5v，此温度决定了测量的范围以及输出的精度。对应于4路ad590有4路减法放大，均使用以上原理，实现了绝对温度与摄氏温度间的转换。3.3多路开关因为单片机在某一时刻只能处理一个ad590输送过来的温度信息，它对温度的采集处理是一路一路进行的，而这4路温度采集是同时间输入的。因此，就必须寻找一个元件来解决这种信息冲突。多路开关恰恰可以解决这一矛盾。一方面，人体温度和水温的变化是一个缓慢的过程。若以秒为单位进行温度信号的传输是完全符合要求的。另一方面，若不用多路开关，每个ad590就需与一个a/d转换器连接，即需要4个a/d转换器。从价格上来看，a/d转换器的价格要远远高于多路开关的价格。因此，在不影响设计结果的前提下，采用多路开关。本设计是用4路ad590测温，因此就有4路温度电压输出信号，针对这一情况，选择多路开关cd4052。图3.3 多路开关cd40523.4 转换电路在单片机的实时控制和智能化仪表等应用系统中，常需要将检测到的连续变化的模拟信号（如本设计中的温度）被转化成离散的数字量，然后再将处理过的数字量经d/a变换器换成模拟量输出，实现对被控对象的过程或仪器、仪表、机电设备装置的控制。若输入的是非电的模拟信号，还需经过传感器转换成电信号（硬件中已阐述），实现这种功能的器件就是模数转换器。本设计中使用的是4位半双积分a/d转换器icl7135。icl7135是目前国内市场上广泛流行的4位半双积分a/d转换器。icl7135具有4位半的精度，（相当于14位二进制数），自动校零，自动极性输出，单基准电压，动态字扫描bcd码输出，自动量程控制信号输出，抗干扰性能好、价格低，应用十分广泛。3.5处理部分在本设计中，单片机是处理和设计的核心部分。现就它的内部结构和在本设计中的硬件连接作简要介绍。3.5.1 at89c51的结构at89c51是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出（i/o）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，at89c51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的flash存储器可有效地降低开发成本。89c51是美国atmel公司生产的低电压，高性能cmos8位单片机。片内含4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（perom）和128 bytes的随机存取数据存储器（ram），器件采用atmel公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准mcs-51 指令系统，片内置通用8位中央处理器（cpu）和flash存储单元，功能强大at89c51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。主要性能参数：l 与mcs-51产品指令系统兼容l 4k字节可重擦写flash闪l 1000次擦写中期l 全静态操作：0hz24mhzl 三级加密程序存储器l 128*8字节内部raml 32个可编程i/o口线l 2个16位定时/计数器l 6个中断源l 可编程串行uart通道 3.5.1.1引脚功能介绍89c51单片机采用40引脚双列直插封装方式。如图.3.2。其引脚功能可分为三部分：（1） i/o口线：p0,p1,p2,p3共四个八位口。l p0口8位准双向口。在单片机外扩存储器或i/o接口时，作为地址总线低8位a7a0和数据总线d7d0。l p1口8位准双向并行口。l p2口8位准双向口。作为地址总线高8位a15a8,与p0口一起构成16位地址总线。l p3口8位准双向口。但每条引脚都有第二功能。见引脚图3.1。对于51系列单片机来说，p3口大多作为第二功能使用。（2） 控制口线共有4根。l ale/prog外部地址低8位锁存有效信号输出线。在cpu访问片外存储器时用来锁存p0口输出的低8位地址，它是与地址锁存器配合工作的一格控制信号。ale在每个机器周期输出两个正脉冲，是振荡器频率的1/6，可作为其它芯片的外部时钟。prog是对片内eprom编程脉冲输入端。l psen片外rom读选通信号输出端。 l ea/vpp片外rom选择信号输入端。ea=0时，cpu从片外rom读取指令；ea=1时，cpu从片内rom读取指令。vpp是对于内有eprom来说的为编程电源，应接+21v。l rst/vpd上电复位信号输入端。当它保持两个机器周期高电平是可以完成复位操作。vpd为备用电源输入端，当主电源发生故障时，vpd将为rom提供备用电源，保证信息不丢失。 （3）电源及时钟l vcc芯片电源电压，+5伏。l vss电源地线，工作时接地。l xtal1，xtal2振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入、输出端。 内部振荡电路 外部震荡电路图 3 . 33.5.1.2 89c51片内结构如图.3.4所示 图 3.4 89c51内部结构框图89c51单片机的管脚除了电源、复位、时钟接入、用户i/o、部分p3口外，其余管脚都是为了扩展而设置的，这些管脚构成了三总线形式： （1）16位地址总线：其寻址范围是216=64kb，地址为0000hffffh。低8位地址a7a0。由p0口提供，高8位地址a15a8由p2口提供。由于p0口还要作数据线使用，所以p0口线输出的低8位地址必须先用地址锁存器锁存，以防丢失。再进行数据线d7d0的操作，利用锁存器输出的地址代替原p0口输出的地址。p2口只作为地址线的高8位使用，故不需要外加锁存器。 （2）8位数据总线：单片机片外数据总线d7d0由p0口提供，用于cpu与外部交换数据、指令、或命令等。应该连接到对外扩展的rom、ram和i/o口等多个外围芯片的数据线上。 （3）控制总线：包括片外系统扩展用控制线和片外信号对对单片机的控制线两部分。系统扩展用控制线有wr、rd、psen。ale和ea。片外对单片机的控制线有int0、int1、t0、t1和rst。控制线一旦有效，单片机相应部件必须做出相应的操作。3.5.1.3 系统时钟89c51单片机的时钟产生方法有两种，一是内部方式，二是外部方式。本系统采用内部方式见图3.2。外接石英晶体（或陶瓷谐振器）及电容c1、c2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路，对外电容c1、c2虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性，如果使用石英晶体，我们推荐电容使用30pf+/-10pf，而如使用陶瓷谐振器建议选择40pf+/-10f。图3.5 微处理器at89c513.5.2 at89c51本设计中的硬件连接(1)引脚p1.0、p1.1、p1.2、p1.3、p1.4与键盘的引脚2、3、4、5、6引脚相连，使用键盘上的up、down、set、enter、start就实现了键盘对单片机设定的温度上下限的控制。(2)引脚p1.5与逻辑可编程模块uln2003的in2引脚和gal16v8模块的08引脚连接，除了可以外接一个报警的警铃外，使用uln2003和gal16v8模块增加了单片机本身的驱动能力。(3)引脚p1.6与busy 与液晶显示屏lcd连接，通过busy引脚向外输出高低电平来决定是否与液晶显示屏lcd选通。(4)引脚p1.7与max813l相连接。max813l是一种常用的看门狗电路，它保证了元器件本身的可靠性、系统本身各部分之间的相互耦合的稳定性以及抗干扰性。(5)引脚int0与4位半积分a/d转换器icl7135的busy引脚连接，通过busy引脚向外输出高低电平来决定是否与a/d转换器icl7135选通。(6)引脚t0与4位半积分a/d转换器icl7135的clk引脚连接，使二者在统一的时间脉冲下工作，达到时间上的一致。(7)引脚p2.0、p2.1分别与多路开关cd4052相连，因为单片机输出的是二进制信号，因此两位二进制就可以构成4种输出方式即00，01，10，11。这4种方式对应者4个ad590，当单片机的p2.0、p2.1输出不同的二进制码时，多路开关就对不同的ad590的输出信号进行选通达到了单片机与模拟信号输入的一致。(8)引脚p2.2、p2.3、p2.4、p2.5、p2.6一方面通过电阻r13、r16、r14、r17、r15、r18与警灯led1、led4、led2、led5、led3、led6相连，另一方面，它与 gal16v8相连，gal16v8是一个模拟的可编程模块，它与uln2003的相连，起到了增强带载能力的作用，为单片机更好的控制警灯和闹铃提供了条件。(9)引脚x1、x2外挂了一个的晶振，此晶振就决定了单片机的机器周期也就决定了振荡周期。以上为此实验中单片机的引脚输出的情况。3.6外接电路部分3.6.1 max813l看门狗电路在系统设计时，要求单片机上电能可靠复位，防止程序跑飞导致系统死机；另外，单片机系统在工作时，由于构成系统的元器件本身的可靠性、系统本身各部分之间的相互耦合因素等干扰等各种因素的影响，有可能出现死机现象导致单片机系统无法正常工作，为了克服这一现象，需外加个看门狗电路。 本设计采用8脚dip封装双列直插式的看门狗max813l。max813l是一种体积小、功耗低、性价比高的带看门狗和电源监控功能的复位芯片；它使用简单、方便。在本设计中，单片机每隔一定时间就要对max813l的两个引脚进行检测。当检测到这两个引脚出现异常时，就将正在运行的数据进行保存，以免复位后数据丢失。3.6.2 max813l的典型应用电路：max813l的典型应用电路如图3-9所示。图3-8中单片机以at89c51为例，max813l的第脚与第脚相连。第脚接单片机的复位脚(at89c51的第脚)；第脚与单片机的p1.7相连。在软件设计中，p1.7不断输出脉冲信号，如果因某种原因单片机进入死循环，则p 1.7无脉冲输出。于是1.6s后在max813l的第脚输出低电平，该低电平加到第脚，使max813l产生复位输出，使单片机有效复位，摆脱死循环的困境。另外，当电源电压低于门限值4.65v时，max813l也产生复位输出，使单片机处于复位状态，不执行任何指令，直至电源电压恢复正常，可有效防止因电源电压较低时单片机产生错误的动作。 电源故障输入pfi通过一个电阻分压器监测未稳压的直流电源。当pfi低于1.25v时，电源故障输出脚第脚pf0变低，可引起at89c51中断，进行电源故障处理，或将重要数据保存下来。把分压器接到未稳压的直流电源是为了更早地对电源故障告警。 图3-9 max813l的典型应用电路max813l是一体积小、功耗低、性价比高的带看门狗和电源监控功能的复位芯片；它使用简单、方便，它所提供的复位信号为高电平，因而是应用于复位信号为高电平场合的单片机系统的理想芯片。3.7键盘的应用和去抖3.7.1 键盘的应用在本设计中，需要一个平台来人机对话。对单片机来说键盘是最简单的输入设备。所以选择向键盘输入数据或命令的方式，实现简单的人机对话。通常键盘的闭合的识别有两种方式：由专用硬件实现键盘上闭合键的识别是编码键盘。由软件实现的称为非编码键盘。非编码键盘按照与主机连接方式的不同，分为独立式和矩阵式。独立式按键就是各按键相互独立，每个按键接一个输入线，一根输入线上的按键工作状态不会影响其它输入线上的工作状态。因此，通过检测输入线的电平状态可以很容易判断哪个按键被按下了。独立式按键电路配置灵活，软件结构简单。但每个按键需要占用一根输入口线，在按键数量较多时，输入口浪费大，电路结构显得很复杂，故此种键盘适用于按键较少或操作速度较高的场合。矩阵式是将检测线分为行线与列线，按键位于行线与列线的交叉点上，每个键有对应的键值，按键数目大于8时，大都采用矩阵式键盘。其中键盘共五个键，分别为：设置键set，向上键up，向下键down，确定键enter和运行键start。因此采用独立式按键接口电路，通过键盘的输入可以实现温度上下限的设置以及暂停和运行状态的选择。3.7.2 键盘去抖通常键盘去抖的做法是从读到响应按键的前沿开始加延时，然后再读入键值，延时的长短一般是20-100ms不等，本设计取10ms。 在运用定时中断处理扫描键盘的电路中对键盘去抖时，如果定时中断时间为t，那么将全部按键扫描一次的时间为xt，也就是程序是以xt为时间间隔采样每个按键的状态。对于其中之一个按键，可以这样做去抖处理：用一个ram在扫描到按键按下响应前沿后开始计数，计数的间隔就是xt，在扫描到按键的断开或抖动时清零该ram；如果该ram的值大于设定的去抖延时（20-100ms），那么就可以判定该按键响应有效。可以看出，运用定时中断处理扫描键盘，是以牺牲ram空间为代价的。但是它具备更优化的程序结构，提高了cpu的运行效率，因此定时中断的运用是非常有用的。本设计中采用软件消抖。通常按键较多时，硬件消抖将无法胜任，因此常采用软件的方法进行消抖。在第一次检测到有键按下时，执行一段延时10ms的子程序后，再确认该键电平是否仍然保持闭合状态的电平，如果保持闭合状态的电平则认为真正有键按下，从而消除了抖动的影响。3.8发光二极管显示器led的简介led 结构与原理：发光二极管显示器是单片机应用产品中常用的廉价输出设备。它是由若干个发光二极管组成显示的字段。当二极管导通时相应的一个点或一个笔划发光，就能显示出各种字符。led 数码显示器有两种结构：将所有发光二极管的阳极连在一起，称为共阳接法，公共端comm 接高电平，当某个字段的阴极接低电平时，对应的字段就点亮；而将所有发光二极管的阴极连在一起，称为共阴接法，公共端comm 接低电平，当某个字段的阳极接高电平时，对应的字段就点亮。每段所需电流一般为515ma，实际电流视具体的led 数码显示器而定。下面介绍使用译码器或软件译码的一些接口电路。点亮led 显示器有静态和动态两种方法。所谓静态显示，就是显示某一字符时，相应的发光二极管恒定得导通或截止，这种方法，每一显示位都需要一个8 位的输出口控制，占用的硬件较多，一般仅用于显示位数较少的场合。而动态就是一位一位地轮流点亮各位显示器，对每一位显示器而言，每隔一段时间点亮一次，利用人的视觉留感达到显示的目的。显示器的亮度跟导通的电流有关，也和点亮的时间与间隔的比例有关。动态显示器因其硬件成本较低，而得到广泛的应用。为了显示字符和数字，要为led 显示器提供显示段码(或称字形代码),组成一个“8”字形的7段，再加上一个小数点位，共计8 段，因此提供led 显示器的显示段码为1 个字节。各段码的对应关系如下：段码位 d7 d6 d5 d4 d3 d2 d1 d0显示段 d p g f e d c b a从led 显示器的显示原理可知，为了显示字母数字，必须最终转换成相应段选码。第四章 软件设计由上面所选取的硬件设备,需要进行相应的软件设计,来实现各个执行模块的统一调动和协调工作。4.1总体设计的软件结构图41程序控制系统框图可以看到，四路ad590的温度采集分别对应干燥段1、缓苏段、干燥段2、冷却段。单片机at89c51每进行一次四路温度采集的转换就要对键盘实行一次扫描子程序，查看是否有新的温度上下限通过键盘输入进来。若有，则以新的温度范围作为标准；否则，仍以原有标准进行检测并执行相应的处理程序。4.2 干燥段1的控温流程由下图可以看出，单片机发出命令控制多路开关对检测干燥段1温度的ad590的输出电压进行选通。一方面将采集到的温度信号进行显示，另一方面与键盘输入的温度上下限相比较。若此温度值高于已设定的温度上限，就开启对应的继电器、接通电源、风机开始工作从而达到控温的效果。与干燥段1的降温过程类似，干燥段2、缓苏段和冷却段的控温过程亦符合下面的流程图此处不再重复叙述。图42干燥段1的控温流程4.3键盘扫描子程序图43键盘扫描子程序此键盘扫描子程序中完成了如下功能:(1)判断键盘上有无键按下。(2)消除键抖动的影响。其方法为，在判断有键按下后,用软件延时的方法延时10ms，再判断键盘状态,如果仍为有键按下的状态,则认为有一个确定的键按下,否则当作键抖动处理。(3)键闭合一次仅进行一次按键处理。方法是等待键释放后,再进行按键功能的处理操作第五章 误差处理和精度讨论在单片机系统设计的过程中，由于各应用系统所选用的器件不同，应用的环境各异，因此，对应用系统精度的讨论以及去除干扰就成为了应用系统方案论证的一项重要环节。下面将对多点温度检测系统各主要器件的技术指标及可能存在的各种干扰做详细的讨论。5.1 温度