基于单片机的多路温度采集显示系统.doc

XXX大学xx学院毕业设计(论文) 题目名称： 基于单片机的多路温度采集显示系统 题目类型： 毕 业 设 计 学生姓名： xx 院 (系)： xx学院 信息系 专业班级： 自动化xx 指导教师： xx 辅导教师： x 时 间： 2008-7-1 至 2009-6-6 目 录 （格式）【摘要】I【Abstract】II前 言III1 绪论11.1 选题背景11.2 课题研究的目的及意义11.2.1 研究的目的11.2.2 研究的意义21.3 研究的主要内容及整体结构21.3.1研究的主要内容21.3.2 论文整体结构32 方案论证32.1 方案设计的基本要求32.2 主控模块的设计42.2.1单片机的组成42.2.2 单片机的特点52.3 初始方案设计62.4 方案的选择73 系统硬件电路的设计83.1 AT89C51单片机系统设计83.1.1 AT89C51单片机的介绍：83.1.2 时钟与复位电路的设计与器件选择113.2 温度传感器的选用特点143.3 A/D转换器的工作原理及特点153.3.1 A/D转换器的工作原理153.3.2 典型A/D转换器芯片ADC0809163.4 LED显示电路与键盘电路183.4.1 LED显示电路183.4.2 键盘电路214 系统软件设计224.1 系统软件设计模块234.2 T0中断子程序254.3 A/D转换子程序264.4 键盘显示子程序275系统仿真与调试分析296结束语29参考文献31致谢32附录一33附录二33附录三33 过程论述基于单片机的多路温度采集显示系统学 生：xx，XXX大学xx学院信息系自动化x班指导教师：xx，XXX大学xx学院 【摘要】本文设计是以MCS-51单片机系统为基础的，通过半导体集成温度传感器对周围环境温度的变化而得到的模拟信号进行采集，连接多路模拟开关实现多路模拟信号的采集，并通过A/D转换器对模拟信号进行数模转换，把转换得到的数字信号按照顺序分别送入单片机或把指定的那路信号送入单片机，通过单片机进行控制操作，通过对单片机的数据存储器的扩展和程序存储器的扩展来提高片内存储器.数据存储器的容量，以便于在单片机的应用中满足单片机在定时器、中断、串行口等方面的要求。本设计是通过LED来实现单片机的现实系统的，通过单片机对多路模拟开关的控制进行多选一，把其中一路的信号经过A/D转换器的转换，再通过单片机把采集到的信号送到LED电路当中进行显示，此设计中LED显示是使用串行接口来显示的，它是通过人的视觉斩留特性，只观赏感觉是连续点亮的。本文通过单片机报警系统来实现热电阻传感器随测量的温度范围-50100，若超出这个温度范围则报警。以单片机为核心完成温度巡测、数据处理、显示及上下限报警功能。【关键字】：A/D转换器，单片机，LED，报警器Based On Single-chip Multi-channel Temperature Acquisition Display System【Abstract】It is based on MCS-51 one-chip computer system for this text not to design, is it gather to go on through thermal resistance changer to analog signal that thermal resistance receive with change of temperature, join many way analog switch realize many way collection of analog signal , is it count through A/D converter to analog signal mould change to go on, Send digital signal received to change according to order into one-chip computer or designated those distance signal send into the one-chip computer separately, carry on control operation through one-chip computer , is it improve scenes of memory storing device to come through data expansion and expansion , procedure of memory of memory in one-chip computer. Capacity of the data memory ,So that the demand in meeting the one-chip computer in the timer , cuts off , the serial mouth in the application of the one-chip computer etc. Is it realize realistic system of one-chip computer to come through LED , is it select for one more through one-chip computer control on analog switch of many ways to go on to design originally, undergo conversion , A/D of converter among them one No. of signals , send through one-chip computer signal got to gather LED show among the circuit, design this LED serial interface used to show is it show to come, it to cut characteristic of staying through vision of people, only view and admire and feel and light in succession . This text realizes -50100 degrees Centigrade of temperature ranges that the thermal resistance sensor measure at the same time through the warning system of the one-chip computer, if beyond the scope of this temperature to report to the police. Regard one-chip computer as the core and finish temperature and patrol examing , data processing . Show and the warning function of upper and lower limits.【Keywords】: A/D converter, ,an one-chip computer, LED, an alarm前 言单片机系统的开发应用给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命，自动化、智能化均离不开单片机的应用。单片机是一种集CPU、RAM、ROM、I/O接口和中断系统等部分于一体的器件，只需要外加电源和晶振就可实现对数字信息的处理和控制。单片机由于其微小的体积和极低的成本，广泛的应用于家用电器、工业控制等领域中。温度是工业、农业生产中常见的和最基本的参数之一，在生产过程中常需对温度进行检测和监控，采用微型机进行温度检测、数字显示、信息存储及实时控制，对于提高生产效率和产品质量、节约能源等都有重要的作用。多路温度采集系统可被广泛应用于温度测量或相应的可转换为温度量或供电故障监控的工业、农业、环保、服务业、安全监控等工程中。例如：城市路灯故障检测和供电线路防盗监视、城市居民小区供热检测、大型仓库温度检测、工业生产测控、农业生产温度测控、环保工程、故障监控工程等。考虑到许多工业环境中对多点温度进行监控，一般需要测量几十个点以上。本文设计4路温度采集与显示系统，用AT89C51单片机进行控制的4通道温度检测系统。 本设计中首先要对主要硬件进行选择，单片机采用AT89C51、传感器采用半导体集成温度传感器、A/D转换器选用ADC0809、LED数码管做显示器。然后利用单片机作为系统的主要控制器，当温度传感器采集到外界温度时，产生电压信号，将模拟电压信号送入A/D转换器进行模数转换，转换后的数字信号送入单片机进行数据处理，处理后的数据由单片机送入LED显示器显示数据，还可以通过按键来控制数码管显示所需要的某路温度值。基于单片机的多路温度采集显示系统1 绪论1.1 选题背景温度是一个非常重要的物理量，因为它直接影响燃烧、化学反应、发酵、烘烤、煅烧、蒸馏、浓度、挤压成形、结晶以及空气流动等物理和化学过程。温度控制失误就可能引起生产安全、产品质量、产品产量等一系列问题。因此对温度检测的需求就越来越迫切。温度采集控制系统在工业生产、科学研究和人们的生活领域中，得到了广泛应用。在工业生产过程中，很多时候都需要对温度进行严格的监控，以使得生产能够顺利的进行，产品的质量才能够得到充分的保证。使用自动温度控制系统可以对生产环境的温度进行自动控制，保证生产的自动化、智能化能够顺利、安全进行，从而提高企业的生产效率。大规模集成电路的产生，给人们的生活带来了根本性的变化，如果说微型计算机的出现使现代的科学研究得到了质的飞跃，那么单片机技术的出现则是给现代工业控制测控领域带来了一次新的革命。目前，单片机在工业控制系统诸多领域得到了极为广泛的应用。特别是其中的C51系列的单片机的出现，具有更好的稳定性，更快和更准确的运算精度，推动了工业生产，影响着人们的工作和学习。使用单片机技术配合集成电路设计，将成为本次设计的一个亮点。1.2 课题研究的目的及意义1.2.1 研究的目的 自然界中几乎所有的物理化学过程都与温度紧密相关，因此温度是工农业生产、科学试验以及日常生活中普遍需要测量和控制的一个重要的物理量。在许多传统行业中,多路高精度温度采集系统是不可或缺的。并且毕业设计是对我们四年所学知识的一个全面考察，我们应做到以下几点：(1)巩固、加深和扩大单片机应用的知识面，提高综合素质及灵活运用所学知识解决工业控制的能力。(2)培养针对课题需要，选择和查阅有关手册、图表及文献资料的自学能力，提高组成系-统、编程、调试的动手能力。(3)通过对课题设计方案的分析、选择、比较，熟悉单片机应用系统开发、研制的过程，软硬件设计的方法、内容及步骤。(4)掌握ADC0809、LED等器件的使用。1.2.2 研究的意义温度既是自然界中一个重要的模拟量，又是科学研究中一个重要的基本物理量。同时，温度又是一个与人们生活环境、生产活动密切相关的量，在很多情况下都需要对温度进行准确的测量，以满足人们的各种需求。对温度进行精确的采集和显示，有利于人们根据需要对其进行检测和控制，使工业生产、科学研究和人们的日常生活更方便、快捷。因此，对温度进行采集和显示是十分重要的。1.3 研究的主要内容及整体结构1.3.1研究的主要内容随着单片机技术的迅速兴起与蓬勃发展，其稳定、安全、高效、经济等优点十分突出，所以其应用也十分广泛。单片机已经无处不在、与我们生活息息相关，并且渗透到生活的方方面面。 单片机的特点是体积较小，也就是其集成特性，其内部结构是普通计算机系统的简化，增加一些外围电路，就能够组成一个完整的小系统，单片机具有很强的可扩展性。它具有和普通计算机类似的、强大的数据处理功能，通过使用一些科学的算法，可以获得很强的数据处理能力。所以单片机在工业中应用中，可以极大地提高工业设备的智能化、数据处理能力和处理效率。温度测量在工业，农业，国防等行业有着广泛的应用，而且随着科学技术的发展对温度测量的精度要求愈来愈高。由于AT89C51单片机的设计时间有限其精度不是很高，它的测温范围在-50150之间，可以直接应用在对温度精度要求不高的各种现场。单片机多通道温度采集测控系统采用集成温度传感器满足温度测量，并将温度信号转换成电流，转换为电压信号，通过放大电路最终交由模/数转换芯片转换成数字信号经单片机处理并经输出驱动电路显示于共阳极数码管。该测量仪可实现多点（4点）不同区域测量，单通道，循环测量。还具有超温报警和自动控制功能，当温度超过某一设定值时，系统就会自动报警。除此之外，考虑到测控会用于工业生产当中，可靠性要求比较重要，并要具有抗干扰能力和避免、消除干扰的能力，以保证系统平稳工作。1.3.2 论文整体结构本文总体分为五大部分。第一章“绪论”着重阐述了本课题的选题背景、研究目的、意义及主要内容，并结合本设计中的主控部件单片机AT89C51的特点和发展趋势，对多路温度采集系统的设计思路作了初步分析。第二章“方案论证”主要通过对两种方案的选择比较，选出适合的方案，并给出了系统框图。第三章“系统硬件设计”和第四章“系统软件设计”是本文的重点，详细分析了系统采集、转换、显示的各个步骤。其中，“系统硬件设计”主要是明确系统组成，画出电路图。“系统软件设计”则是在硬件系统的基础上，明确系统的工作流程，对各功能模块进行编程。第五章“系统仿真与结果分析”是在系统软硬件设计方案完成的基础上，对设计方案进行模拟仿真。在进行仿真之后，对结果进行可行性分析。第六章“结束语”即是对本设计的总结。这一部分对设计中的不足之处进行了分析并提出了改进建议。同时，也针对本次毕业设计中的收获与体会作了相应总结。2 方案论证根据题目的要求对硬件和软件进行规划，并选择最适合的硬件电路和软件程序来达到目的。硬件电路 通过对设计要求的分析，对各种元器件的了解，而得出分立元件与集成块的某些连接方法，以达到设计的功能要求。软件设计 分析硬件电路，用软件程序来实现其功能。2.1 方案设计的基本要求 由于本次设计的测温范围在-50150之间，系统的可靠性要求比较重要，并要具有抗干扰能力和避免、消除干扰的能力，以保证系统平稳工作。其基本要求： （1）以单片机为核心器件，组成一个4路的对温度信号进行采集和显示的系统。 （2）系统显示器由4位数字型数码管组成，显示精度为1。 （3）能够按顺序或按指定的那路信号显示出采集的温度。 （4）具有超出检测温度上下限就报警的功能。2.2 主控模块的设计 本文是采用单片机作为主控模块，进行4路温度的采集与显示。单片机是微型机的一个主要分支，在结构上的最大特点是把CPU、存储器、定时器和多种输入/输出接口电路集成在一块超大规模集成电路芯片上。就其组成和功能而言，一块单片机芯片就是一台计算机。2.2.1单片机的组成一个单片机芯片内的基本组成为：(1)中央处理器CPU：它是单片机的核心，用于产生各种控制信号，完成对数据的算术逻辑运算和传送。 (2)内部数据存储器RAM：用来存放可以读/写的数据。(3)内部程序存储器ROM：用来存放程序指令或某些常数表格。(4)4个8位的并行I/O接口P0、P1、P2和P3，每个口都可以用作输入或输出。2个（8051）或3个（8052）定时器/计数器，用来做外部事件计数器，也可用来定时。(5)内部中断系统：具有5个中断源、2个优先级的嵌套中断结构，可实现二级中断服务程序嵌套。每一个中断源都可用软件程序规定为高优先级中断或低优先级中断。(6)一个串行接口电路，可用于异步接收发送器。(7)内部时钟电路：振荡频率可以高达40MHz，但晶体和微调电容需要外接。以上各部分通过内部总线相连接。在很多情况下，单片机还要与外部设备或外部存储器相连接。连接方式采用三总线（地址、数据、控制）方式。但在89C51单片机中，没有单独的地址总线和数据总线，而是与通用并行I/O口中的P0口及P2口共用。P0口分时作为低8位地址线和8位数据线，P2口则作为高8位地址线用，可形成16条地址线和8条数据线。但是一定要建立一个明确的概念，单片机在进行外部扩展时的地址线和数据线都不是独立的总线，而是与并行I/O口共用的，这是89C51单片机结构上的一个特点。图2.1为单片机的典型组成框图。其中中央处理器CPU包含运算器和控制器两大部分，运算器完成各种算术和逻辑运算，控制器在单片机内部协调各功能部件之间的数据传送和运算操作，并对单片机外部发出若干控制信息。由图可见，它通过内部总线把计算机的各主要部件接为一体，其中，地址总线的作用是在进行数据交换时提供地址，CPU通过它们将地址输出到存储器或I/O接口；数据总线的作用是在CPU与存储器或I/O接口之间，或存储器与外设之间交换数据；控制总线包括CPU发出的控信号线和外部送入CPU的应答信号线等。晶振 T0 T1CPU定时器/计数器并行接口串行接口中断系统时钟电路ROMRAMP0 P1 P2 P3 TXD RXD /INT0 /INT0图2.1 单片机的典型组成框图2.2.2 单片机的特点 由于单片机的这种结构形式及它所采取的半导体工艺，使其具有很多显著特点，因而在各个领域都得到了迅猛的发展。单片机主要有如下特点：（1）有优异的性能价格比。（2）集成度高、体积小、有很高的可靠性。单片机把各功能部件集成在一块芯片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。另外，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合在恶劣环境下工作。（3）控制功能强。为了满足工业控制的要求，一般单片机的指令系统中均有极丰富的转移指令、I/O口的逻辑操作以及位处理功能。单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微机。（4）低功耗、低电压，便于生产便携式产品。 （5）外部总线增加了IC（Inter-IntegratedCircuit）及SP等串行总线方式，进一步缩小了体积，简化了结构。 （6）单片机的系统扩展和系统配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统。2.3 初始方案设计 针对本次毕业设计的题目，根据毕业设计的要求，本人积极搜集与毕业设计相关的资料，根据自己已掌握的知识以及一些电子设计的经验，总结并设计了以下两种方案：（1） 方案一：温度采集系统有着共同的特点：测量点多、环境复杂、布线分散、现场离监控室远等。若采用一般温度传感器采集温度信号，则需要设计信号调理电路、A/D 转换及相应的接口电路，才能把传感器输出的模拟信号转换成数字信号送到单片机上处理。这样，由于各种因素会造成采集系统较大的偏差；又因为采集环境复杂、测量点多、信号传输距离远及各种干扰的影响，会使采集系统的稳定性和可靠性下降。故本方案采用数字输出型集成温度传感器DS1820，其全部模拟电路和数字电路都集成在一起，外形如一只三极管，三个引脚分别是电源、地和数据线。这种由单片集成电路构成的温度传感器使用非常方便，测温范围为-55125，分辨率为0.5。输出温度信号用9位二进制数表示，数据线可与上位主机通信，传递数据信息和指令信息。将DS1820 的I / 0 数据线与AT89C51 单片机P3.3、P3.4、P3.5、P3.6 口线相连，用4 只DS18B20 同时测量4 路温度，实现多点温度的采集。还采用独立式键盘和液晶显示，键盘用来设置上限与下限的温度报警，字符液晶用来显示通道号、该通道的温度和所设置上下限的温度。使用液晶显示更加形象，而且抗干扰能力强，便于以后扩展。当运行PROTEUS软件时，从液晶屏上可以清楚的看到所采集的温度值、通道号和上下限报警。系统设计框图如图2.2。单片机AT89C51液晶LCD 显示4个数字温度传感器DS1820时钟和复位电路键盘电路 图2.2 方案一原理框图（2） 方案二：本方案直接采用单片机AT89C51、A/D转换器ADC0809、半导体集成温度传感器AD590、按键和数码管显示器LED组成采集显示系统。首先通过集成温度传感器AD590将环境的温度采集下来，然后经过ADC0809将采集下来的模拟信号转换为数字信号，并且将转换得到的数字信号按照顺序分别送入单片机或把指定的那路信号送入单片机，通过单片机进行控制操作，最后通过单片机把采集到的信号送到LED电路当中进行显示。系统设计框图如图2.3。集 成温 度传感器AD590A/D转换器ADC0809单片机AT89C51数码管显示 LED 图2.3 方案二原理框图2.4 方案的选择这两种方案都采用的是MCS-51系列的单片机，该系列单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中。方案一硬件电路简单，设计思路清晰，但对数字温度传感器DS1820的工作原理及其编程不是很了解，故该方案实施起来难度较大。方案二与方案一比起来，虽然要用到A/D转换器，对采集温度的精确度有一定的影响，但第二种方案的设计比较完善，而且此方案更符合我们大学生的电子设计思维，将单片机的资源合理地利用，也能够满足毕业设计的要求，再结合自身掌握的知识，本设计我采用第二种方案。即整个系统控制将由AT89C51单片机为核心构成，用半导体集成温度传感器AD590采集温度，选用ADC0809作为模/数转换芯片，各个检测信号、控制信号、显示信号可由单片机的I/O口进行，并由程序保证系统抗干扰的能力。3 系统硬件电路的设计3.1 AT89C51单片机系统设计根据初步设计方案的分析，选择了小尺寸的芯片AT89C51，使整个硬件电路的体积更小。它以较小的体积、良好的性能价格比倍受青睐，在家电产品、工业控制、计算机产品、医疗器械、汽车工业等应用方面成为用户降低成本的首选器件。AT89C51是ATMEL公司生产的带4K字节可编程闪速存储器的低电压、高性能8位CMOS微处理器，俗称单片机，工作电压范围为2.76V，全静态工作频率为024MHZ。ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。它为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。3.1.1 AT89C51单片机的介绍：AT89C51的引脚图如图3.1所示。1）主要特性：（1）与MCS-51 兼容 (2）4K字节可编程闪烁存储器 (3) 寿命：1000写/擦循环(4) 数据保留时间：10年(5) 全静态工作：0Hz24Hz(6) 三级程序存储器锁定(7) 128*8位内部RAM(8) 32可编程I/O线(9) 两个16位定时器/计数器(10) 5个中断源 (11) 可编程串行通道(12) 低功耗的闲置和掉电模式(13) 片内振荡器和时钟电路 2)管脚说明： VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏极开路双向I/O口，每个脚能接8个TTL门电流。当P1口的管脚第一次写“1”时，被定义为高阻态输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4个TTL门电流。P1口管脚写入“1”后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。当P2口用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带有内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示： P3口同时为闪烁编程和编程校验接受一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：地址锁存允许信号输出/编程脉冲输入引脚。当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：读外部程序存储器的选通信号输出引脚。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：程序存储器空间选择控制位/编程电压输入引脚。当/EA保持低电平时，CPU只执行外部程序存储器（0000HFFFFH）指令，不管是否有内部程序存储器指令。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，CPU首先执行片内程序存储器ROM指令，当程序计数器PC的值超过片内ROM地址范围（0FFFH）时，将自动跳转去执行片外ROM指令；在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。3.1.2 时钟与复位电路的设计与器件选择1时钟电路的设计MCS-51系列单片机的时钟电路有两种方式：内部时钟方式、外部时钟方式。本次设计我采用内部时钟方式，如图3.2所示。 图3.2 内部时钟方式它利用单片机内部的高增益反向放大器构成振荡电路，只要在XTAL1（振荡器输入端）、XTAL2（振荡器输出端）两个引脚上外接定时元件，内部振荡器产生自激振荡。外接元器件有晶振和电容，它们组成并联谐振电路。在图3.2中，在XTAL1、XTAL2之间外接石英晶振，就可以产生时钟脉冲信号。C1和C2是频率微调电容，起稳定频率和快速起振的作用。电路中的器件选择可以通过计算和实验确定，也可以参考一些典型电路的参数。电容值在530pF之间选择，典型值为30pF。晶振频率范围为140MHz，典型值为6MHz和12MHz。在此处的内部时钟电路中石英晶体选择6MHz或12MHz都可以。其结果只是机器周期时间不同，影响计数器的计数初值。2复位电路的设计复位操作一般有上电自动复位和按键手动复位两种方式。 如图3.3所示为上电自动复位。它是利用电容充放电来实现的。上电瞬间RST端的电位与VCC相同，随着充电电流的减小，RST端的电位逐渐下降。图3.3所示的R是施密特触发器输入端的一个下拉电阻，时间常数为100ms。只要VCC的上电时间不超过1ms,振荡器建立时间不超过10ms，这个时间常数足以保证完成复位操作。上电自动复位所需的最短时间是振荡周期建立时间加上两个机器周期时间，在这个时间内RST端的电平应维持高于施密特触发器的下阀值。 按键手动复位分为电平方式和脉冲方式。电平方式复位是通过按压键使复位端经电阻与VCC接通而实现的，如图3.4（a），而上述电路中的电阻电容参数适宜于6MHz晶振，能保证复位信号高电平持续时间大于2个机器周期。脉冲方式复位是由外部提供一个复位脉冲。此复位脉冲应保持宽度大于2个机器周期，如图3.4(b)，复位脉冲过后，由内部下拉电阻保证RST端为低电平（无效）。 图3.3 上电自动复位 图3.4(a) 按键手动复位电平方式图3.4（b） 按键手动复位脉冲方式复位以后，单片机内部各部件恢复到初始状态，单片机从ROM的0000H开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，可以按复位键以重新启动，也可以通过监视定时器来强迫复位。本设计所用的复位电路是MCS-51系列单片机常用的上电自动复位和按键手动复位组合电路，如图3.5所示。 图3.5 复位电路在本设计所用的复位电路中，阻容器件的参考值如图3.5所示，即R5=200欧，R4=1K，C3=22uF。RET按键可选择专门的复位按键，也可选择轻触开关。 3.2 温度传感器的选用特点传感器是实现测量与显示的首要环节，是测量系统的关键部件，如果没有传感器对原始被测信号进行准确可靠的捕捉和转换，那么后继的测量和显示都将毫无意义。工业生产过程的自动化测量和控制，几乎都要依靠各种传感器来检测和控制生产过程中的各个参量，使设备和系统正常运行在最佳状态，从而保证生产的高效率和高质量。温度传感器就是将被测对象的温度这种非电物理量信号按一定规律转换成电量的输出装置。输出的信号可能是电流、电压、电阻等易于处理的电信号。常见的温度传感器有热电偶、热电阻和半导体集成温度传感器。热电偶价格便宜，但精度低，需要冷端补偿，电路设计复杂。热电阻精度较高，但需要标准稳定的电阻匹配才能使用。而半导体集成温度传感器的测量精度较高，反应快，线性度好，价格适中，电路设计简单，它的测温范围为-50150，非常适合常温测量。故本设计选用半导体集成温度传感器AD590。AD590的外形采用TO-52金属圆壳封装结构，其管脚排列如图3.6(a)所示。它是一种二端元件，属于一种高阻电源流，其典型的电流温度灵敏度是1uA/K。测量温度范围-55+150，在整个测温范围内的非线性误差小于0.3，工作电压范围430V。由AD590组成的测温电路如图3.6(b)所示。 图3.6 (a) AD590外形图 图3.6（b） AD590组成的温度测量电路 因为运算放大器的反相输入端电位V0V,故由基准源MC1403提供的电流Io为： Io=调节Rp1即可改变Io的大小。因为AD590输出电流的温度灵敏度为1uA/K,而绝对温度与摄氏温度的关系为K+273.15。设要测量的温度为T(摄氏温度)。则流过AD590的电流It为： It=1(T+273.5)=T+273.5流过反馈支路的电流 I=I-Io=T+273.15-可见若要使I=T,只要调节电位器Rp1即可。此时放大器的输出电压为： U=(R+Rp2)I=(R2+Rp2)T若要得到10mV/的灵敏度输出，可选用R2=9.1K,Rp2=2K.故Rp1为调零电位器，Rp2为标定灵敏度电位器。 要进行4路温度的采集，可选用以上4个相同的温度检测放大电路。3.3 A/D转换器的工作原理及特点模拟信号是一种连续性信号，大自然的种种现象（如温度、湿度、光线等）都属于这类信号；数字信号则是一种非0即1的非连续信号，通常有TTL和CMOS两种电平。人类直接感受的就是模拟信号，但模拟信号不容易保存、处理和传输，且容易失真！相反，数字信号比较容易保存和处理，且效率较高，在传输上也不易失真，是目前信号处理的主流。因此，我们以传感器测得所要显示的模拟信号，经A/D转换器将模拟信号转换成数字信号。这样就可以进行高效率的处理、保存或传输。3.3.1 A/D转换器的工作原理A/D转换器是把模拟量转化为数字量的器件。它的品种很多，根据转化原理划分，有双积分式、逐次逼近式、压频变换式、电压时间式等，我们通常所用的是逐次逼近式A/D转换器。 逐次逼近式A/D转换也叫逐次比较A/D转化，其结构如图3.7所示，它主要由n位逐次逼近式寄存器、A/D转换器、比较器、置位控制逻辑等部件组成。这种A/D采用对分搜索法逐次比较、逐次逼近的原理来转换，整个转换过程是个“试探”过程。 控制逻辑先将结果寄存器的最高位Dn-1置1，然后经A/D转换得到一个占整个量程1/2的模拟电压Vs,比较器将Vs和模拟输入量V比较，若VVs则保留Dn-1（为1），否则将Dn-1位清0.然后控制逻辑将结果寄存器次高位Dn-2置1，连同Dn-1一起送到A/D，得到的Vs再和V比较，以决定Dn-2位保留为1还是清0。依此类推，最后D0连同前面的Dn-1、Dn-2、D1一起送A/D转换，转换得到的结果Vs和V比较，决定D0保留为1还是清0.至此，结果寄存器的状态便是与输入的模拟量V对应的数字量。常用的逐次逼近式A/D器件有ADC0809、ADC0816、ADC1210、AD574等。3.3.2 典型A/D转换器芯片ADC0809ADC0809是典型的8位8通道逐次逼近式A/D转换器，COMS工艺。ADC0809内部逻辑结构如图3.7所示。图中多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，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三个地址位进行锁存和译码，其译码输出用于通道选择，如图3.8所示。通道的选择IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN70 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 1 1 1 0 1 1 1C B A 3.7 ADC0809内部逻辑结构 3.8 输出通道ADC0809芯片为28引脚双列直插式封装，其引脚排列见图3.9，其主要信号引脚的功能如下。3.9 ADC0809引脚图IN7IN0:模拟量输入通道，ADC0809对输入模拟量的要求主要有：信号单极性，电压范围05V，若信号过小还需进行放大。另外，模拟量输入在A/D转换过程中其值不应变化太快，因此对变化速度快的模拟量，在输入前应增加采样保持电路。A、B、C：地址线，A为地位地址，C为高位地址，用于对模拟通道进行选择，引脚图3-4中为ADDA、ADDB和ADDC，其地址状态与通道相对应关系见图3-1。ALE：地址锁存允许信号，对应ALE上跳沿，A、B、C地址状态送入地址锁存器中。 START:转换启动信号，START上跳沿时，所有内部寄存器清0；START下跳沿时，开始进行A/D转换；在A/D转换期间，START应保持低电平。D7D0:数据输出线，为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连。OE:输出允许信号，用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0,输出数据线呈高电阻；OE=1,输出转换得到的数据。CLOCK: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，因此有时钟信号引脚。通常使用频率为500kHz的时钟信号。EOC:转换结束状态信号，EOC=0，正在进行转换；EOC=1,转换结束。该状态信号既可作为查询的状态标志，又可以作为中断请求信号使用。Vcc:+5V电源。V:参考电压，参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。其典型值为V(+)=+5V,V(-)=0V。3.4 LED显示电路与报警电路3.4.1 LED显示电路单片机应用系统中，通常都需要进行人-机对话。这包括人对应用系统的状态干预与数据输入，以及应用系统向人们显示运行状态与运行结果等。因此，输入/输出设备是单片机应用系统的重要组成部分。显示器、按键电路就是用来完成人-机对话活动的人-机通道。 LED数码管的外形及引脚如图3.10（c）所示，数码管LED是由若干发光二极管组合而成的，其中7个长条形的发光二极管排列成“日”字形，另一个圆点形状的发光二极管在显示器的右下角作为显示小数点用。 LED数码管显示器的内部结构有两种不同形式：一种是8个发光二极管的阳极全部连接在一起组成公共端，8个发光二极管的阴极则单独引出，称之为共阳极显示器。图3.11（b）为共阳极LED数码管示意图。另一种是8个发光二极管的阴极全部连接在一起组成公共端，8个发光二极管的阳极则单独引出，称之为共阴极显示器。图3.11（a）为共阴极LED数码管示意图。当发光二极管导通时，相应的笔画段发亮。因此只要分别控制各笔画段的发光二极管，使其中的某些发亮，就可以显示各种不同的字符。而数码管的8个笔画段的引脚“h g f e d c b a”正好对应于一个字节，于是用8位二进制码就可以表示欲显示字符的字形代码。很显然，对于共阳极LED显示器，当公共端接高电平时，只要相应的阴极出现低电平，对应的发光二极管就会亮；对于共阴极LED显示器，当公共端接低电平时，只要相应的阳极出现高电平，对应的发光二极管就会亮。这样就不难得出各个字符的字形码。以共阳极LED数码管为例，LED的电流通常较小（约520mA），一般均需在回路中接上限流电阻。8段LED的显示字型码表如表3.11所示。在单片机应用系统中，显示器的显示方式有两种：静态显示和动态扫描显示。（1）静态显示电路所谓静态显示，就是每一个显示器各笔画段都要独占具有锁存功能的输出口线，CPU把欲显示的字型代码送到输出口上，就可以使显示器显示出所需的数字或符号。此后，即使CPU不再去访问它，显示的内容也不会消失（因为各笔画段接口具有锁存功能）。在LED显示器工作于静态显示方式时如果显示器是共阴型的，则公共端接地；如果显示器是共阳型的，则公共端接正电源。图3.12为四位LED静态显示电路。各位的公共端连接在一起（接地或+5V）每位的段码线（adp）分别与一个8位的锁存器输出相连。显示字符一确定，相应锁存器的段码输出将维持不变直到送入另一个段码为止。该电路各位可独立显示。静态显示的优点是，在这种工作方式中，LED的亮度高，软件编程也较容易，由于CPU不必经常扫描显示器，所以节约了CPU的工作时间。但静态显示也有其缺点，主要是它占用比较多的I/O口资源，且功耗较大，硬件成本较高，常用于显示位数不多的情况，若显示位数增多，则静态显示方式很难适应，一般需要采用动态显示方式。表3.11 LED显示字形码表83H7CHbFFH00H“灭”88H77FHAC7H38HL90H6FH989H76HH80H7FH891H6EHyF8H07H7CEH31HT82H7DH6C1H3EHU92H6DH58CH73HP99H66H48EH71HFB0H4FH386H79HEA4H5BH2A1H5EHdF9H06H1C6H39HcC0H3FH0共阳极段码共阴极段码显示字符共阳极段码共阴极段码显示字符 图3.12 四位静态LED显示电路 图3.13 四位8段LED动态显示电路（2）动态显示电路动态扫描显示是单片机应用系统中最常用的显示方式之一。LED显示器动态显示电路的基本原理是利用人眼的“视觉暂留”效应及LED的余辉特性。接口路把所有显示器的8个笔段ah分别并联在一起，并把它们接到字段输出口上。为了防止各显示器同时显示相同的数字，各显示器的公共端COM还要受到另一组信号控制，即把它们接到位输出口上。这样，对于一组LED数码显示器，需要有两组信号来控制：一组是字段输出口输出的字型代码，用来控制显示的字型，称为段码；另一组是位输出口输出的控制信号，用来选择第几位显示器工作，称为位码。在这两组信号的控制下，可以一位一位地轮流点亮各显示器显示各自的数码，以实现动态扫描显示。尽管各位显示器实际上是分时断续地显示，但只要适当选取扫描频率，给人眼的视觉印象就会是在连续稳定地显示，并不察觉有闪烁