毕业设计-基于单片机的浴室温度控制系统

TAIYUANUNIVERSITYOFSCIENCE&TECHNOLOGY毕业设计（论文）题目：基于单片机的浴室温度控制系统目录摘要关键字1绪论1.1课题研究的目的及意义1.2设计的任务及功能实现1.3研究的关键2系统分析2.1单片机简介2.1.1单片机的由来2.1.2引脚分析2.2AD590温度传感器简介2.3ADC0809简介2.4蜂鸣器简介2.5电炉简介2.6电动调节阀简介2.7辅助器件2.7.1AD5812.7.2LF3552.7.3MOC30412.7.474072.7.574LS1642.8数码显示管LED3系统整体设计.3.1设计要求.3.2总体设计方案.3.2.1硬件电路总体设计.3.2.2软件电路总体设计.4系统硬件设计.4.1传感器的选择.4.2温度调节器的选择.4.3硬件电路设计4.3.1AD590外围电路设计4.3.2电动单座调节阀的外围电路设计4.3.3键盘及显示的设计.5系统软件设计.5.1系统定义.5.2程序框图及主要程序功能5.2.1主程序模块.5.2.2温度测量子程序框图5.2.3调整设定温度子程序框图6仿真.7设计总结8附录（一、二）9致谢10参考文献摘要近年来随着计算机在社会领域的渗透,单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及具体应用对象特点的软件结合，以作完善。本文从硬件和软件两方面来讲述浴室温度自动控制过程,在控制过程中主要应用8051、ADC0809、LED显示器、LM355比较器，而主要是通过AD590温度传感器采集环境温度，以单片机为核心控制部件，并通过三位数码管显示的一种浴室温度调节系统。软件方面采用汇编语言来进行程序设计，使指令的执行速度快，节省存储空间。为了便于扩展和更改，软件的设计采用模块化结构，使程序设计的逻辑关系更加简洁明了，使硬件在软件的控制下协调运作。而系统的过程则是：首先,通过设置按键,设定恒温运行时的温度值，并且用数码管显示这个温度值.然后,在运行过程中将采样的温度模拟量送入A/D转换器中进行模拟-数字转换，再将转换后的数字量用数码管进行显示，最后用单片机来控制加热器,进行加热或停止加热，直到能在规定的温度下恒温加热。数据采集；模数转换器；AbstractInrecentyears,withthepenetrationofcomputersinthesocialfield,theapplicationoftheSCMisconstantlydeepening,whiledrivenbythetraditionalcontroltestsdaycrescentbeneficialupdate.Inreal-timedetectionandautomaticcontrolofmicrocomputerapplicationsystem,themicrocontrollerisoftenacorecomponenttouseonlySCMknowledgeisnotenough,shouldbecombinedaccordingtothespecifichardwarearchitecture,aswellasthespecificapplicationofobjectcharacteristicsofsoftwaretomakeperfect.Frombothhardwareandsoftwaretotellthestoryofthebathroomautomatictemperaturecontrolprocess,theapplicationof8051,ADC0809,LEDdisplay,LM355comparatorinthecontrolprocess,butmainlycollectedthroughAD590temperaturesensorambienttemperature,themicrocontrollerasthecorecontrolcomponentsandabathroombythreedigitaldisplaytemperaturecontrolsystem.Softwareassemblylanguageprogramming,instructionexecutionspeed,tosavestoragespace.Inordertofacilitatetheexpansionandchange,thesoftwaredesignismodularinstructure,programminglogicismoreconcise,andcoordinatedoperationofthehardwareundersoftwarecontrol.Systematicprocess:First,viatheSettingsbutton,setthethermostattorunwhenthetemperaturevalue,andusingdigitaltubedisplaythistemperaturevalue,thenthesampletemperatureduringoperationinanalogintotheA/Dconverterinanalog-digitalconverter,andthenconvertthedigitaltodigitaltubedisplay,thefinalmicrocontrollertocontroltheheater,heatingorstopheatinguntilthethermostatinthespecifiedtemperatureheating.Keywords:microcontrollersystems;sensor;dataacquisition;converter;temperature1绪论1.1课题研究的目的及意义及时准确地得到温度信息并对其进行适时的控制,在许多工业场合中都是重要的环节.水温的变化影响各种系统的自动运作。对于不同控制系统，其适宜的水质温度总是在一个范围。超过这个范围，系统或许会停止运行或遭受破坏，所以我们必须能实时获取水温变化。对于，超过适宜范围的温度能够报警。同时，我们也希望在适宜温度范围内可以由检测人员根据实际情况加以改变。近年来随着科学技术的发展，我们生活中的大部分东西都在智能化，自动化。这样不仅方便操作、控制，也大大减少了人力消耗。温度控制是工业生产过程及日常生产生活中进场遇到的过程控制，许多生产、生活过程都是以温度作为被控参数。比如当我们在公共浴室、澡堂洗澡的时候，有没有感觉突然水就特别的凉或者热，根本和浴室内的人数和温度无关呢？有的人就会抱怨澡堂老板，可是有的人就会想出一些办法来改变这一现状。温度控制系统是典型的控制系统。本文就是以51单片机为基础设计的浴室温度控制系统，通过各种电路辅助完成硬件电路设计，并且把程序模块化，方便固化到硬件电路中，有较高的可实现性。二十一世纪是科技高速发展的信息时代，电子技术、微型单片机技术的应用更是空前广泛，伴随着科学技术和生产的不断发展，需要对各种参数进行温度测量。因此温度一词在生产生活之中出现的频率日益增多，与之相对应的，温度控制和测量也成为了生活生产中频繁使用的词语，同时它们在各行各业中也发挥着重要的作用。如在日趋发达的工业之中，利用测量与控制温度来保证生产的正常运行。在农业中，用于保证蔬菜大棚的恒温保产等。温度是表征物体冷热程度的物理量，温度测量则是工农业生产过程中一个很重要而普遍的参数。温度的测量及控制对保证产品质量、提高生产效率、节约能源、生产安全、促进国民经济的发展起到非常重要的作用。由于温度测量的普遍性，温度传感器的数量在各种传感器中居首位。而且随着科学技术和生产的不断发展，温度传感器的种类还是在不断增加丰富来满足生产生活中的需要。在单片机温度测量系统中的关键是测量温度、控制温度和保持温度，温度测量是工业对象中主要的被控参数之一。因此，单片机温度测量则是对温度进行有效的测量，并且能够在工业生产中得到了广泛的应用，尤其在电力工程、化工生产、机械制造、冶金工业等重要工业领域中，担负着重要的测量任务。在日常生活中，也可广泛实用于地热、空调器、电加热器等各种家庭室温测量及工业设备温度测量场合。但温度是一个模拟量，如果采用适当的技术和元件，将模拟的温度量转化为数字量虽不困难，但电路较复杂，成本较高。1.2设计的任务及功能实现1.2.1课题的主要研究的内容本文所要研究的课题是基于单片机控制的水温控制系统的设计，主要是介绍了对水箱温度的显示、控制及报警，实现了温度的实时显示及控制。水箱水温控制部分，提出了用AD590、8051单片机及LED的硬件电路完成对水温的实时检测及显示，利用AD590与单片机连接由软件与硬件电路配合来实现对加热电炉的实时控制及超出设定的上下限温度的报警系统。由AD590检测浴室内温度，并在LED中显示。控制器是用8051单片机，用PID算法对检测信号和设定值的大小进行调节后输出控制信号给执行机构，去调节电炉的加热功率，从而控制浴室内温度。它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点，特别适合于构成多点的温度测控系统，可直接将温度转化成串行数字信号供微机处理。而且利用本次的设计主要实现温度测试，温度显示，温度门限设定，超过设定的门限值时自动启动加热装置等功能。而且还要以单片机为主机，使温度传感器通过ADC0809与单片机相连接，再加上温度控制部分和人机对话部分来共同实现温度的监测与控制。1.2.2用单片机实现其具体控制功能如下：（1）能够连续测量水的温度值，用十进制数码管来显示水的实际温度。（2）能够设定水的温度值，设定范围是25℃～45℃。（3）能够实现水温的自动控制，如果设定水温为30℃，则能使水温保持恒定在30℃的温度下运行。（4）用单片机8051控制，通过按键来控制水温的设定值，数值采用数码管显示。1.3研究的关键此项设计的关键在于温度传感器的选择，调节阀的选择以及单片机个控制模块的程序编辑。2系统分析课题的研究方案温度控制系统是比较常见和典型的过程控制系统。温度是工业生产过程中重要的被控参数之一，当今计算机控制技术在这方面的应用，已使温度控制系统达到自动化、智能化，比过去单纯采用电子线路进行PID调节的控制效果要好得多，可控性方面也有了很大的提高。温度是一个非线性的对象，具有大惯性的特点，在低温段惯性较大，在高温段惯性较小。对于这种温控对象，一般认为其具有以下的传递函数形式：（1-1）方案一（见图1-1）图1-1方案一的图此方案是传统的一位式模拟控制方案，选用模拟电路，用电位器设定值，反馈的温度值和设定值比较后，决定加热或不加热。其特点是电路简单，易于实现，但是系统所得结果的精度不高并且调节动作频繁，系统静态差大、不稳定。系统受环境影响大，不能实现复杂的控制算法，不能用数码管显示，不能用键盘设定。方案二（见图1-2）图1-2方案二的图此方案是传统的二位式模拟控制方案，其基本思想与方案一相同，但由于采用上下限比较电路，所以控制精度有所提高。这种方法还是模拟控制方式，因此也不能实现复杂的控制算法使控制精度做得较高，而且不能用数码管显示，对键盘进行设定。方案三（见图1-3）电源电源单片机MCS8051数码管显示电动调节阀温度传感器AD590报警键盘电炉图1-3方案三的图此方案采用8051单片机系统来实现。单片机软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种控制算法和逻辑控制。单片机系统可以用数码管来显示水温的实际值，能用键盘输入设定值。本方案选用了MCS8051芯片，不需要外扩展存储器，可使系统整体结构更为简单。结论：前两种方案是传统的模拟控制方式，而模拟控制系统难以实现复杂的控制规律，控制方案的修改也较为繁琐。而方案三是采用以单片机为控制核心的控制系统，尤其对温度控制，可达到模拟控制所达不到的效果，并且实现显示和键盘设定功能，大大提高了系统的智能化。也使得系统所测得结果的精度大大提高。所以，经过对三种方案的比较，本次毕业设计采用了方案三。2.1单片机简介2.1.1单片机的由来及简介单片机专业名称—MicroControllerUnit(微控制器件)，它是由大名鼎鼎的INTEL公司发明的，最早的系列是MCS-48，后来有了MCS-51，现在还有MCS-96系列，我们经常说的51系列单片机就是MCS-51，它是一种8位的单片机，而MCS-96系列则是一种16位的单片机，96系列根适合高速运行的场合。后来INTEL公司把它的核心技术转让给了世界上很多的小公司，所以世界上就有许多公司生产51系列兼容单片机，比如飞利浦的87LPC系列，伟邦的W78L系列，达拉斯的DS87系列，现代的GSM97系列等等，目前在我国比较流行的就是美国ATMEL公司的89C51，它是一种带FlashROM的单片机。FlashROM是一种快速存储式只读存储器，这种程序存储器的特点就是既可以电擦写，而且掉电后程序还能保存，编程寿命可以达到几千至几万次，所以我们的实验系统是可以反复烧写的。单片机开发的整个过程，这个过程包括第一步—编辑源代码，第二步—编译源代码，第三步—程序仿真，第四步—芯片烧写（亦称编程）。1970年微型计算机研制成功之后，随之即出现了单片机（即单片微型计算机）—美国Intel公司1971年生产的4位单片机4004和1972年生产的雏形8位单片机8008，这也算是单片机的第一次公众亮相。1976年Intel公司首先推出能称为单片机的MCS-48系列单片微型计算机。它以体积小、功能全、价格低等特点，赢得了广泛的应用，同时一些与单片机有关公司都争相推出各自的单片机。1978年下半年Motorola公司推出M6800系列单片机，Zilog公司相继推出Z8单片机系列。1980年Intel公司在MCS-48系列基础上又推出高性能的MCS-51系列单片机。这类单片机均带有串行I/O口，定时器/计数器为16位，片内存储容量（RAM，ROM）都相应增大，并有优先级中断处理功能，单片机的功能、寻址范围都比早期的扩大了，它们是当时单片机应用的主流产品。1982年Mostek公司和Intel公司先后又推出了性能更高的16位单片机MK68200和MCS-96系列，NS公司和NEC公司也分别在原有8位单片机的基础上推出了16位单片机HPC16040和μPD783××系列。1987年Intel公司又宣布了性能比8096高两倍的CMOS型80C196，1988年推出带EPROM的87C196单片机。由于16位单片机推出的时间较迟、价格昂贵、开发设备有限等多种原因，至今还未得到广泛应用。而8位单片机已能满足大部分应用的需要，因此，在推出16位单片机的同时，高性能的新型8位单片机也不断问世。纵观这短短的20年，经历了4次更新换代，单片机正朝着集成化、多功能、多选择、高速度、低功耗、扩大存储容量和加强I/O功能及结构兼容的方向发展。新一代的80C51系列单片机除了上述的结构特性外，其最主要的技特点是向外部接口电路扩展，以实现微控制器（microcontroller）完善的控制功能为己任。这一系列单片机为外部提供了相当完善的总线结构，为系统的扩展和配置打下了良好的基础。由于MSC-51系列单片机所具有的一系列优越的特点，获得广泛使用指日可待。单片机选用美国Intel公司的MCS51系列单片机中的8051单片机。单片机的全称是单片微型计算机（SingleChipMicrocomputer）。为了使用方便，它把组成计算机的主要功能部件：中央处理器（CPU）、数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM、EPROM、E2PROM或FLASH）、定时/计数器和各种输入/输出接口电路等都集成在一块半导体芯片上，构成了一个完整的计算机系统。与通用的计算机不同，单片机的指令功能是按照工业控制的要求设计，因此它又被称为微控制器（Microcontroller）。单片机有以下几个方面的特点：1)集成度高单片机尽可能把实际应用所需要的CPU、RAM、ROM、I/O口及定时器/计数器都集成在一块芯片内，使之成为名副其实的单片机。内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连接，大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。与常规的计算机系统相比，具有体积小、集成度高的特点。2)存储容量大采用了16位地址总线的8位单片机8051可寻址外部64KB数据存储器和64KB程序存储器。有的单片机为了提高速度和执行效率，采用了RISC流水线和DSP的设计技术，使单片机的性能明显优于同类微处理器，单片机的寻址已突破64KB的限制，8位和16位单片机寻址可达1MB和16MB。3)外部扩展能力强在单片机内部的各种功能部分不能满足应用需求时，均可在外部进行扩展(如扩展ROM、RAM、I/O口、定时/计数器，中断系统等)，给应用系统设计带来极大的方便和灵活性。4)控制功能强采用面向控制的指令系统，能针对性地解决从简单到复杂的各类控制任务。为满足控制的需要，单片机有很强的逻辑控制能力，特别是具有很强的位处理能力。单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微型计算机。可以方便地实现多机和分布式控制，使整个控制系统的效率和可靠性大为提高。5)低电压、低功耗单片机大量应用于便携式产品和家用电器产品，低电压和低功耗的特性尤为重要。采用CHMOS制造工艺，集HMOS的高速、高集成度和CMOS的低功耗技术于一体，使单片机的功耗进一步降低，适应电压范围更宽(2.6～6V)。6)性能价格比高单片机另一个显著特点是成本低，运用灵活，易于产品化，能方便地组成各种智能化的控制设备和仪器，做到机电一体化。因此世界上各大公司在提高单片机性能的同时，进一步降低价格，提高性能价格比是各公司竞争的主要策略。7)可靠性高抗干扰能力强，适用温度范围宽，在各种恶劣的环境下都能可靠地工作，这是其他类型计算机无法比拟的。二、MCS-51单片机的片外总线结构综合上面的描述可知，I/O口线都不能当作用户I/O口线。除8051/8751外真正可完全为用户使用的I/O口线只有P1口，以及部分作为第一功能使用时的P3口。单片机的引脚除了电源、复位、时钟接入，用户I/O口外，其余管脚是为实现系统扩展而设置的。这些引脚构成MCS-51单片机片外三总线结构，即：①地址总线（AB）：地址总线宽为16位，因此，其外部存储器直接寻址为64K字节，16位地址总线由P0口经地址锁存器提供8位地址（A0至A7）；P2口直接提供8位地址（A8至A15）。②数据总线（DB）：数据总线宽度为8位，由P0提供。③控制总线（CB）：由P3口的第二功能状态和4根独立控制线RESET、EA、ALE、PSEN组成。MCS51系列单片机是美国Intel公司于1980年推出的一种8位单片机。该系列的基本型产品是8051、8031和8751。这3种产品之间的区别只是在片内程序存储器方面。8051的片内程序存储器（ROM）是掩膜型的，即在制造芯片时已将应用程序固化进去；8031片内没有程序存储器；8751内部包含有用作程序存储器的4KB的EPROM。MCS－51系列单片机的内部结构框图如图1.1所示。MCS－51单片机组成结构中包含运算器、控制器、片内存储器、并行I/O口、串行I/O口、定时/计数器、中断系统、振荡器等功能部件。图中SP是堆栈指针寄存器，PC是程序计数器，PSW是程序状态字寄存器，DPTR是数据指针寄存器。图3.18051单片机内部结构框图MSC-51单片机中央处理器中央处理器是单片机内部的核心部件，它决定了单片机的主要功能特性。中央处理器主要由运算部件和控制部件组成。下面我们把中央处理器功能模块和有关的控制信号线联系起来加以讨论，并涉及相关的硬件设备（如振荡电路和时钟电路）。1、运算部件：它包括算术、逻辑部件ALU、布尔处理器、累加器ACC、寄存器B、暂存器TMP1和TMP2、程序状态字寄存器PSW以及十进制调整电路等。运算部件的功能是实现数据的算术逻辑运算、位变址处理和数据传送操作。MCS-51单片机的ALU功能十分强，它不仅可对8位变量进行逻辑“与”、“或”、“异或”、循环、求补、清零等基本操作，还可以进行加、减、乘、除等基本运算。为了乘除运算的需要，设置了B寄存器。在执行乘法运算指令时，用来存放其中一个乘数和乘积的高8位数；在执行除法运算指令时，B中存入除数及余数。MCS-51单片机的ALU还具有一般微机ALU，如Z80、MCS-48所不具备的功能，即布尔处理功能。单片机指令系统中的布尔指令集、存储器中的位地址空间与CPU中的位操作构成了片内的布尔功能系统，它可对位（bit）变量进行布尔处理，如置位、清零、求补、测试转移及逻辑“与”、“或”等操作。在实现位操作时，借用了程序状态标志器（PSW）中的进位标志Cy作为位操作的“累加器”。运算部件中的累加器ACC是一个8位的累加器（ACC也可简写为A）。从功能上看，它与一般微机的累加器相比没有什么特别之处，但需要说明的是ACC的进位标志Cy就是布尔处理器进行位操作的一个累加器。MCS-51单片机的程序状态PSW，是一个8位寄存器，它包含了程序的状态信息。2、控制部件控制部件是单片机的神经中枢，它包括时钟电路、复位电路、指令寄存器、译码以及信息传送控制部件。它以主振频率为基准发出CPU的时序，对指令进行译码，然后发出各种控制信号，完成一系列定时控制的微操作，用来控制单片机各部分的运行。其中有一些控制信号线能简化应用系统外围控制逻辑，如控制地址锁存的地址锁存信号ALE，控制片外程序存储器运行的片内外存储器选择信号EA，以及片外取指信号PSEN。下面我们就来重点介绍一下本毕业论文讨论的系统所用的MS-C51系列单片机。2.1.2引脚分析上是MCS-51的逻辑符号图。在单片机的40条引脚中有2条专用于主电源的引脚，2条外接晶体的引脚，4条控制或与其它电源复用的引脚，32条输入/输出（I/O）引脚。Vcc（40脚）：+5V电源；(2)Vss（20脚）：接地。(3)XTAL1（19脚）：如果采用外接晶体振荡器时，此引脚应接地。(4)XTAL2（18脚）：接外部晶体的另一端。控制引脚提供控制信号，有的引脚还具有复用功能。(1)RST/VPD(9脚)：复位与备用电源。(2)ALE/PROG*（30脚）：第一功能ALE为地址锁存允许，可驱动8个LS型TTL负载。PROG*为本引脚的第二功能。为编程脉冲输入端。(3)PSEN*（29脚）：读外部程序存储器的选通信号。可以驱动8个LS型TTL负载。(4)EA*/VPP(EnableAddress/VoltagePulseofPrograming，31脚)EA*为内外程序存储器选择控制端。EA*=1，访问片内程序存储器，但在PC（程序计数器）值超过0FFFH（对于8051、8751）时，即超出片内程序存储器的4K字节地址范围时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。EA*=0，单片机则只访问外部程序存储器。VPP为本引脚的第二功能。用于施加编程电压（例如+21V或+12V）。对89C51，加在VPP脚的编程电压为+12V或+5V。I/O口引脚(1)P0口：双向8位三态I/O口，此口为地址总线（低8位）及数据总线分时复用口，可驱动8个LS型TTL负载。(2)P1口：8位准双向I/O口，可驱动4个LS型TTL负载。(3)P2口：8位准双向I/O口，与地址总线（高8位）复用，可驱动4个LS型TTL负载。(4)P3口：8位准双向I/O口，双功能复用口，可驱动4个LS型TTL负载。要特别注意准双向口与双向三态口的差别。当3个准双向I/O口作输入口使用时，要向该口先写“1”，另外准双向I/O口无高阻的“浮空”状态。2.2AD590温度传感器简介AD590电流输出型两端温度传感器AD590是AD公司利用PN结构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.（热敏器件）AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。它的主要特性如下：1、流过器件的电流（mA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即：mA/K式中：—流过器件（AD590）的电流，单位为mA；T—热力学温度，单位为K。2、AD590的测温范围为-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，电流变化1mA，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被损坏。4、输出电阻为710MW。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，非线性误差为±0.3℃。AD590温度感测器是一种已经IC化的温度感测器,它会将温度转换为电流,在8051的各种课本中常看到它,相当常用到。其规格如下：温度每增加1℃,它会增加1μA输出电流。可量测范围-55℃至150℃。供应电压范围+4V至30V。AD590的接脚图及零件符号如下图所示：AD590的输出电流值说明如下：其输出电流是以绝对温度零度(-273℃)为基准,每增加1℃,它会增加1μA输出电流,因此在室温25℃时,其输出电流Io=(273+25)=298μA。Vo的值为Io乘上10K,以室温25℃而言,输出值为2.98V(10K×298μA)。

量测Vo时,不可分出任何电流,否则量测值会不准。电路分析AD590的输出电流I=(273+T)μA(T为摄氏温度),因此量测的电压V为(273+T)μA×10K=(2.73+T/100)V。为了将电压量测出来又需使输出电流I不分流出来,我们使用电压追随器其输出电压V2等于输入电压V。由于一般电源供应较多零件之后,电源是带杂讯的,因此我们使用齐纳二极体作为稳压零件,再利用可变电阻分压,其输出电压V1需调整至2.73V。接下来我们使用差动放大器其输出Vo为(100K/10K)×(V2-V1)=T/10V。如果现在为摄氏28度,输出电压为2.8V。

ad590典型应用电路图（a）是AD590的封装形式，（b）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R（a）封装形式（b）基本应用电路AD590的封装及基本应用电路和电位器R12的电阻之和为1kΩ时，输出电压VO随温度的变化为1mV/K。但由于AD590的增益有偏差，电阻也有误差，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VO=273.2mV。或在室温下(25℃)条件下调整电位器,使VO=273.2+25=298.2（mV）。但这样调整可保证在0℃或25℃附近有较高精度。2AD590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5～30V的直流电源相连，并在输出端串接一个1kΩ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1mV／K的电压信号。其基本电路如图3所示。图3是利用ΔUBE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ΔUBE。因此，电流I1为：

I1＝ΔUBE／R＝（KT／q）（lnn）／R

对于AD590，n＝8，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1μA／K的I值。图4所示是AD590的内部电路，图中的T1～T4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。T1～T4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1／3。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：

ΔUBE＝（R6－2R5）I／3

R6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2／3。

根据上式不难看出，要想改变ΔUBE，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ΔUBE减小，不过，改变R5对ΔUBE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1μA／K。2.3ADC0809简介ADC0809是位A/D转换芯片，它是采用逐次逼近的方法完成A/D转换的。ADC0809由单+5V电源供电；片内带有锁存功能的8路模拟多路开关，可对8路0～5V的输入模拟电压分时进行转换，完成一次转换约需100µS；片内具有多路开关的地址译码器和锁存器、高阻抗斩波器、稳定的比较器，256电阻T型网络和树状电子开关以及逐次逼近寄存器。ADC0809是引脚双列直插式封装，引脚及其功能：1．D7～D0：8位数字量输出引脚。2．IN0～IN7：8路模拟量输入引脚。3．VCC：+5V工作电压。4．GND：接地。5．REF（+）：参考电压正端。6．REF（-）：参考电压负端。7．START：A/D转换启动信号输入端。8．A、B、C：地址输入端。9．ALE：地址锁存允许信号输入端。10．EOC：转换结束信号输出引脚，开始转换时为低电平，当转换结束时为高电平。11．OE：输出允许控制端，用以打开三态数据输出锁存器。12．CLK：时钟信号输入端，译码后可选通IN0～IN7八个通道中的一个进行转换。表2-1A、B、C的输入与被选通道的通道关系被选中的通道CBAIN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7000011110011001101010101AD0809的逻辑结构ADC0809是8位逐次逼近型A/D转换器。它由一个8路模拟开关、一个地址锁存译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成（见图1）。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A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。AD0809的工作原理IN0－IN7：8条模拟量输入通道ADC0809对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是0－5V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。地址输入和控制线：4条ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A，B，C；三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。A，B和C为地址输入线，用于选通IN0－IN7上的一路模拟量输入。通道选择表如上表所示。数字量输出及控制线：11条ST为转换启动信号。当ST上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D转换；在转换期间，ST应保持低电平。EOC为转换结束信号。当EOC为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D转换。OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE＝1，输出转换得到的数据；OE＝0，输出数据线呈高阻状态。D7－D0为数字量输出线。CLK为时钟输入信号线。因ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500KHZ，VREF（＋），VREF（－）为参考电压输入。3、ADC0809应用说明（1）．ADC0809内部带有输出锁存器，可以与AT89S51单片机直接相连。（2）．初始化时，使ST和OE信号全为低电平。（3）．送要转换的哪一通道的地址到A，B，C端口上。（4）．在ST端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号。（5）．是否转换完毕，我们根据EOC信号来判断。（6）．当EOC变为高电平时，这时给OE为高电平，转换的数据就输出给单片机了。2.4蜂鸣器简介蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。；蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。蜂鸣器在电路中用字母“H”或“HA”（旧标准用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。蜂鸣器的结构原理压电式蜂鸣器压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。当接通电源后（1.5~15V直流工作电压）,多谐振荡器起振,输出1.5~2.5kHZ的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。压电蜂鸣片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。在陶瓷片的两面镀上银电极，经极化和老化处理后，再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。2．电磁式蜂鸣器电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。驱动方式由于自激蜂鸣器是直流电压驱动的，不需要利用交流信号进行驱动，只需对驱动口输出驱动电平并通过三极管放大驱动电流就能使蜂鸣器发出声音，很简单，这里就不对自激蜂鸣器进行说明了。这里只对必须用1/2duty的方波信号进行驱动的他激蜂鸣器进行说明。单片机驱动他激蜂鸣器的方式有两种：一种是PWM输出口直接驱动，另一种是利用I/O定时翻转电平产生驱动波形对蜂鸣器进行驱动。蜂鸣器驱动电路由于蜂鸣器的工作电流一般比较大，以致于单片机的I/O口是无法直接驱动的，所以要利用放大电路来驱动，一般使用三极管来放大电流就可以了。2.5电炉简介2.6电动调节阀简介2.7辅助器件2.7.1AD581AD581基准电压电路（+10V）带宽型三端基准电压电路；输出电压10V；AD581L/581U输出电压初期误差±5mV；0～70℃时AD581L温度漂移5×10＾-6/℃,-55～+125℃时AD581U温度漂移10×10＾-6/℃,长期稳定性25×10^-6/1000小时；输入电压范围12～40V；输出电压10mA；可用二端齐纳二极管作为-10V基准电压源；环境温度小于25℃时功耗600mW。2.7.2LF355LF355高阻型运算放大器这类集成运算放大器的特点是差模输入阻抗非常高,输入偏置电流非常小,一般rid＞1GΩ~1TΩ,IB为几皮安到几十皮安。实现这些指标的主要措施是利用场效应管高输入阻抗的特点,用场效应管组成运算放大器的差分输入级。用FET作输入级,不仅输入阻抗高,输入偏置电流低,而且具有高速、宽带和低噪声等优点,但输入失调电压较大。输入失调电压1mV（LF155/355）、3mV（LF255）；温度漂移3μV/℃（LF155/355）、5μV/℃（LF255）；偏置电流30pA增益带宽GB=2.5MHz；转换速率5V/μs；噪声20nV/(Hz^1/2)(1kHZ)；消耗电流2mA。±40V电源（LF155/255）、±30V电源（LF355）；共模输入电压±20V（LF155/255）、±16V（LF355）；输入阻抗10＾12Ω共模抑制比100dB；电压增益106dB。2.7.3MOC3041基本参数：类别：光耦合器隔离电压:7500Vac输出类型:过零检测输入电流:60mA输出电压:400V封装类型:DIP针脚数:6光电耦合器类型:三端双向可控驱动器关态电压:400V功耗:250mW外宽:8.51mm外部深度:6.35mm外部长度/高度:4.0mm封装类型:6引脚DIL工作温度范围:-40°Cto+85°C正向电压Vf最大:1.5V电压,Vf典型值:1.25V触发电流,If最大:15mA2.7.474072.7.574LS164移位寄存器74LS164的引脚如图2-6所示：图2-6移位寄存器74LS164引脚图74LS164为串行输入、并行输出移位寄存器，其引脚功能如下：A、B——串行输入端；Q0～Q7——并行输出端；——清除端，低电平有效；CLK——时钟脉冲输入端，上升沿有效。多片74LS164串联，能实现多位LED静态显示。每扩展一片164就可增加一位显示。MR接+5V，不清除。74LS164是低功耗肖特基型TTL(LSTTL)器件。74LS164是8位边沿触发式移位寄存器，串行输入数据，然后并行输出。数据通过两个输入端（DSA或DSB）之一串行输入；任一输入端可以用作高电平使能端，控制另一输入端的数据输入。两个输入端或者连接在一起，或者把不用的输入端接高电平，一定不要悬空。时钟(CP)每次由低变高时，数据右移一位，输入到Q0，Q0是两个数据输入端（DSA和DSB）的逻辑与，它将上升时钟沿之前保持一个建立时间的长度。主复位(MR)输入端上的一个低电平将使其它所有输入端都无效，同时非同步地清除寄存器，强制所有的输出为低电平。功能表（真值表）工作模式输入输出/M/RCPDSADSBQ0Q1至Q7复位（清除）LLXXLL至L移位H↑llLq0至q6H↑lhLq0至q6H↑hlLq0至q6H↑hHHq0至q6H=HIGH（高）电平h=先于低-至-高时钟跃变一个建立时间(set-uptime)的HIGH（高）电平L=LOW（低）电平l=先于低-至-高时钟跃变一个建立时间(set-uptime)的LOW（低）电平q=小写字母代表先于低-至-高时钟跃变一个建立时间的参考输入(referencedinput)的状态↑=低-至-高时钟跃变2.8数码显示管LED图2-7数码显示管LED引脚图LED显示器是单片机应用系统中常见的输出器件，而在单片机的应用上也是被广泛运用的。如果需要显示的内容只有数码和某些字母，使用LED数码管是一种较好的选择。LED数码管显示清晰、成本低廉、配置灵活，与单片机接口简单易行。LED数码管作为显示字段的数码型显示器件，它是由若干个发光二极管组成的。当发光二极管导通时，相应的一个点或一个笔画发亮，控制不同组合的二极管导通，就能显示出各种字符，常用的LED数码管有7段和“米”字段之分。这种显示器有共阳极和共阴极两种。共阴极LED显示器的发光二极管的阴极连在一起，通常此共阴极接地。当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮，相应的段被显示。同样，共阳极LED显示器的发光二极管的阳极接在一起，通常此共阳极接正电压，当某个发光二极管的阴极接低电平时，发光二极管被点亮，相应的段被显示。本次设计所用的LED数码管显示器为共阳极。LED数码管的使用与发光二极管相同，根据材料不同正向压降一般为1.5～2V，额定电流为10MA，最大电流为40MA。静态显示时取10MA为宜，动态扫描显示可加大脉冲电流，但一般不超过40MA。3系统整体设计.3.1设计要求.3.2总体设计方案.3.2.1硬件电路总体设计.电源电源单片机MCS8051数码管显示电动调节阀温度传感器AD590报警键盘电炉3.2.2软件电路总体设计.4系统硬件设计.4.1传感器的选择.4.2温度调节器的选择.4.3硬件电路设计4.3.1AD590外围电路设计4.3.2电动单座调节阀的外围电路设计4.3.3键盘及显示的设计.模数转换部分模数转换是将模拟输入信号转换为N位二进制数字输出信号的技术。采用数字信号处理能够方便地实现各种先进的自适应算法，完成模拟电路无法实现的功能，因此，越来越多的模拟信号处理正在被数字技术所取代。与之相应的是，作为模拟系统和数字系统之间桥梁的模数转换的应用日趋广泛。为了满足市场的需求，各芯片制造公司不断推出性能更加先进的新产品、新技术，令人目不暇接。3.3.1模数转换技术本次设计还涉及到数模转换技术，而模数转换技术包括采样、保持、量化和编码四个过程。1．采样就是将一个连续变化的模拟信号x(t)转换成时间上离散的采样信号x(n)。根据奈奎斯特采样定理，对于采样信号x(t)，如果采样频率fs大于或等于2fmax(fmax为x(t)最高频率成分)，则可以无失真地重建恢复原始信号x(t)。实际上，由于模数转换器器件的非线性失真、量化噪声及接收机噪声等因素的影响采样速率一般取fs=2.5fmax。通常采样脉冲的宽度tw是很短的，故采样输出是断续的窄脉冲。2．要把一个采样输出信号数字化，需要将采样输出所得的瞬时模拟信号保持一段时间，这就是保持过程。3．量化是将连续幅度的抽样信号转换成离散时间、离散幅度的数字信号，量化的主要问题就是量化误差。假设噪声信号在量化电平中是均匀分布的，则量化噪声均方值与量化间隔和模数转换器的输入阻抗值有关。4．编码是将量化后的信号编码成二进制代码输出。这些过程有些是合并进行的，例如，采样和保持就利用一个电路连续完成，量化和编码也是在转换过程中同时实现的，且所用时间又是保持时间的一部分。3.3.2积分型模数转换器积分型模数转换器称双斜率或多斜率数据转换器，是应用最为广泛的转换器类型。双斜率转换器包括两个主要部分：一部分电路采样并量化输人电压，产生一个时域间隔或脉冲序列，再由一个计数器将其转换为数字量输出。双斜率转换器由1个带有输人切换开关的模拟积分器、1个比较器和1个计数单元构成。积分器对输入电压在固定的时间间隔内积分，该时间间隔通常对应于内部计数单元的最大计数。时间到达后将计数器复位并将积分器输入连接到反极性(负)参考电压。在这个反极性信号作用下，积分器被“反向积分”直到输出回到零，并使计数器终止，积分器复位。积分型模数转换器的采样速度和带宽都非常低，但它们的精度可以做得很高，并且抑制高频噪声和固定的低频干扰(如50Hz或60Hz)的能力，使其对于嘈杂的工业环境以及不要求高转换速率的应用非常有效。单片机时钟和复位电路单片机的时钟信号用来提供单片机片内各种微操作的时间基准.复位操作则使单片机的片内电路初始化，使单片机从一种确定的初态开始运行。1.时钟电路： 8751单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：内部振荡方式和外部振荡方式。在引脚XTAL1和XTAL2外接晶体振荡器(简称晶振)或陶瓷谐振器，就构成了内部振荡方式。由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。内部振荡方式的外部电路如图所示,内部振荡方式信号比较稳定，实用电路中使用较多。本设计采用内部振荡方式。图中，电容器Col，C02起稳定振荡频率、快速起振的作用，其电容值一般在5-30pF。晶振频率的典型值为12MH2，采用6MHz的情况也比较多。内部振荡方式所得的时钟复位操作则使单片机的片内电路初始化，使单片机从一种确定的初态开始运行。2.复位电路当MCS-5l系列单片机的复位引脚RST(全称RESET)出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。根据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式：上电复位和上电或开关复位。本设计采用电或开关复位。上电或开关复位要求电源接通后，单片机自动复位，并且在单片机运行期间，用开关操作也能使单片机复位。如图所示，上电后，由于电容C3的充电作用，使RST持续一段时间的高电平。当单片机已在运行当中时，按下复位键后松开，也能使RST为一段时间的高电平，从而实现上电或开关复位的操作。根据经验，时钟频率选用6MHZ时，从取22uf，R8取200ΩR9取1KΩ。单片机键盘电路1.键输入原理在单片机应用系统中，除了复位按键有专门的复位电路及专一的复位功能外，其它按键都是以开关状态来设置控制功能或输入数据的。当所设置的功能键或数字键按下时，计算机应用系统应完成该按键所设定的功能，键信息输入是与软件结构密切相关的过程。对于一组键或一个键盘，总有一个接口电路与CPU相连。CPU可以采用查询或中断方式了解有无将键输入，并检查是哪一个键按下，将该键号送入累加器