基于单片机的热电偶变送器的设计

1、本科毕业设计说明书 基于单片机的热电偶变送器的设计THE RMOCOUPLE TRANSMITTER DESIGN BASED ON MCU 学院（部）： 专业班级: 学生姓名： 指导教师： 2013年 6月5日 基于单片机的热电偶变送器的设计摘要 温度测量是现代检测技术的重要组成部分,在保证产品质量、节约能源和安全生产等方面起着关键的作用。本论文主要由智能温度测量仪表的硬件设计、软件设计两个部分组成。在本论文中，首先设计了智能温度测量仪表的硬件。智能测温仪表硬件电路由五个主要部分组成:单片机、A/D转换器、信号处理电路、液晶显示电路及键盘输入。分别介绍了各组成部分的主要所用芯片，并设计了其接

2、口电路。整个软件设计中主要包括系统主程序的设计、键盘显示子程序以及中断等模块，测温程序适用于AT89S51单片机。分析了S-型热电偶的基本原理，设计了S-型热电偶的测温电路，采用数字温度传感器AD590解决了S型热电偶的冷端补偿问题。在智能仪表的设计中,由于采用了单片机技术,使得硬件电路大大简化,而其软件的强大功能又使仪表的性能得到了明显提高,功能的扩展也变得十分方便。关键词：AT89S51单片机，温度传感器，热电偶 THE RMOCOUPLE TRANSMITTER DESIGN BASED ON MCUABSTRACTTemperature measurement is an import

3、ant part of modern testing technology, plays a key role in ensuring product quality, energy conservation and production safety.The paper consists of hardware design, the software design of intelligent temperature measuring instrument is composed of two parts. In this thesis, we design the intelligen

4、t temperature measuring instrument hardware. The hardware circuit of intelligent instrument is composed of five main parts: microcontroller, A/D conversion, signal processing circuit, display circuit and the keyboard input. Introduced the components of the main chip, and the design of its interface

5、circuit. Mainly includes system main program of the software design, the design of keyboard and display subroutine and interrupt module, temperature measurement program for AT89S51 microcontroller. Analysis of the basic knowledge of the S- type thermocouple thermocouple type S-, circuit design, the

6、use of digital temperature sensor AD590 to solve the problem of S type thermocouple cold end compensation.In the design of intelligent instrument, because of the use of single-chip technology, which greatly simplify the hardware circuit, and the powerful function of the software is the instrument pe

7、rformance is improved, the expansion of the function also is very convenient.KEYWORDS: AT89S51 microcontroller, temperature sensor, thermocouple目录摘要（中文）I摘要（外文）II1 绪论11.1引言11.2 国内外的研究现状和发展趋势11.2.1 国内外的研究现状11.2.2发展趋势21.3 本课题研究的主要内容32系统总体设计42.1总体工作原理42.2总体结构框图43 系统硬件设计63.1温度传感器63.1.1热电偶63.1.2集成温度传感器63.

8、2 缓冲和隔离放大器73.3 AT89S51单片机93.3.1主要性能特点93.3.2 管脚说明93.3.3单片机复位电路113.4 A/D和D/A转换133.4.1 ADC0809133.4.2 DAC0832153.5 键盘显示电路173.5.1 8279芯片173.5.2基于8279的键盘显示193.6报警电路193.7 电源电路204 系统软件设计214.1系统软件总体设计214.2 主程序214.3 中断子程序224.4单片机处理程序234.5 键盘/显示程序254.5.1 LED动态显示子程序254.5.2键盘扫描子程序264.6 报警程序274.7 A/D转换程序284.8程序清

9、单29结论41参考文献42致谢431 绪论1.1引言温度测量是现代检测技术的重要组成部分,在保证产品质量、节约能源和安全生产等方面起着关键的作用。因此,能够确保快速、准确地测量温度的技术及其装置普遍受到各国的重视。近年来,利用智能化数字式温度传感器以实现温度信息的在线检测已成为温度检测技术的一种发展趋势。本文介绍的智能温度检测系统,以智能化数字式温度传感器与微处理器有机结合,构成了一种新型智能化温度检测系统。该系统具有性能可靠、测温准确、结构简单、造价低廉等特点,并兼具线路简捷、使用灵活、抗干扰性好、可移植性强等优点,可在工程实际中得到广泛应用。1.2 国内外的研究现状和发展趋势1.2.1 国

10、内外的研究现状热电偶传感器具有结构简单、测量准确度较高、裸丝热容量小、材料的互换性好等优点。热电偶的起源可以追溯到19世纪初期，焊接技术的不断发展，可以将两种不同的金属焊接起来，为热电偶元件的出现提供了工艺上的可能。1821年，德国物理学家塞贝克在实验室研究电流与热的关系时，发现了热电效应，即塞贝克效应。在此之后，根据塞贝克效应，人们制成热电偶，并将其广泛应用于工业生产中对温度的测量。近二百年来，热电偶传感器大致经历了分立式温度传感器、模拟集成温度传感器和智能温度传感器3三个发展阶段。传统的热电偶温度传感器即属于分立式温度传感器，此类传感器通常要配温度变送器，以获得标准的模拟量输出信号。使用时

11、需配上二次仪表，以便完成温度测量及控制功能。模拟集成温度传感器是在20世纪80年代问世的，它是将热电偶传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用IC，它属于最简单的一种集成温度传感器。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一（仅测量温度）、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗，适合远距离测控，不需要进行非线性校准。外围电路简单，模拟集成温度传感器在国内外工业现场的应用目前极为普遍。智能温度传感器是在20世纪90年代中期问世的。智能温度传感器是微电子技术、计算机技术和自动测试技术的结晶，它也是集成温度传感器领域中最具活力和发展前途的一种新产品。德国西门子公

12、司于2000年推出ET-200系列产品，其中很重要的一个模块就是专门用于热电偶测温的。可以任意使用模拟量、数字量输入或输出通道，具有128字节的地址输入和输出，传输速率可高达12Mbit/s，最多可接入64支热电偶。和以往的热电偶传感器相比，它摆脱了传统的一对一的测温方式，采用了现场总线的设计方式，大大提高了使用性能。2009年7月，美国国家仪器有限公司新近推出的NI9213高通道热电偶输入模块，可以从多达16个热电偶传感器中采集数据，并且每个通道的采样率达到75HZ。如果将多个NI9213模块装入同一个机箱，可实现在一个数据采集平台中对128个热电偶的测量。与其它测量器件相比具有占用空间少，

13、提供通道多等优点。1.2.2发展趋势随着工业生产效率的不断提高，自动化水平与范围也不断扩大，因而对温度检测技术的要求也愈来愈高，一般可以归纳以下几方面。(1)扩展检测范围。现在工业上通用的温度检测范围为-2003000，而今后要求能测量超高温与超低温。尤其是液化气体的极低温度检测更为迫切，如1OK以下的温度检测是当前重点研究课题。(2)扩大测温对象。温度检测技术将会由点测温发展到线、面，甚至立体的测量。应用范围己经从工业领域延伸到环境保护、家用电器、汽车工业及航天工业领域。(3)发展新型产品。利用老的检测技术生产出适应于不同场合、不同工况要求的新型产品，以满足于用户需要。同时利用新的检测技术制

14、造出新的产品。(4)适应特殊环境的测温。在许多场合中的温度检测器有特殊要求，例如防爆、防硫、耐磨等性能要求;又如移动物体和高速旋转物体的测温、钢水的连续测温、火焰温度检测等。(5)显示数字化。温度仪表向数字化方向发展。其最大优点是直观、无度数误差、分辨率高、测量误差小，因而有广阔的销售市场。(6)标定自动化。应用计算机技术，快速、准确、自动地标定温度检测器。根据上述要求，国内外温度仪表制造商将向以下几方面发展。(1)继续生产量大面广的传统温度检测元件，如:热电偶、热电阻、热敏电阻等。(2)加强新原理、新材料、新工艺的开发。如近来己开发的炭化硅薄膜热敏电阻温度检测器，厚膜、薄膜铂电阻温度检测器，

15、硅单晶热敏电阻温度检测器等。(3)向智能化、集成化、适用化方向发展。新产品不仅要具有检测功能，又要具有判断和指令等多功能，采用微机向智能化方向发展。1.3 本课题研究的主要内容本文介绍了温度检测系统的设计。本文采用单片机来实现对温度的处理。它的主要组成部分有：AT89S51单片机、温度传感器、键盘与显示电路、温度报警电路。它可以实时的显示和设定温度报警值，实现对温度的自动检测。研究分析热电偶的测温原理，确定单片机的硬件设计，制定温度测量设计方案，确定硬件并写出程序。硬件部分包括温度传感器、单片机接口及其应用软件。预期的效果及指标:1、测量并显示温度，且对所测温度进行监控，即当温度高于设定温度时

16、，报警。2、 解决热电偶测量过程中冷端电势不为零的问题。2系统总体设计2.1总体工作原理该系统的总体设计思路如下：热电偶把所测得的温度经过A/D转换后发送到AT89S51单片机上，经过51单片机处理查表，得到E（T,T0），然后温度传感器将所测得的冷端温度发送到单片机上处理后，得到E（T0，0）,接着进入单片机处理得到两者之和再查表得到E（T,0）。本系统显示器为点阵字符LCD，1602液晶模块。本系统除了显示温度以外还可以设置一个温度值，对所测温度进行监控，当温度高于设定温度时，开始报警。2.2总体结构框图本设计系统包括温度传感器，信号放大电路，A/D转换模块，数据处理与控制模块，温度显示五

17、个部分。温度传感器温度放大器测量放大器AD转换器输出被控部分放大器DA转换器单片机系统键盘与显示打印机PC机图2-1总体设计框图信号输入部分包括热电偶和AD590及其各自的隔离放大电路。图2-2 信号输入部分总体设计3 系统硬件设计3.1温度传感器3.1.1热电偶铂铑10-铂热电偶（S型热电偶）为贵金属热电偶。该热电偶长期最高使用温度为1300，短期最高使用温度为1600，性能稳定，可测量的温度范围宽，耐用且使用寿命长等多个优点。它的物理，化学性能良好，热电势稳定性及在高温下抗氧化性能好，适用于氧化性和惰性气氛中。3.1.2集成温度传感器集成温度传感器按输出信号可分为电压型和电流型两种，其输出

18、电压或电流与绝对温度成线性关系。电压型集成温度传感器一般是三线制，其温度系数约为10mV/，电流 型集成温度传感器一般为两线制，其温度系数越为0.001 mV/K，常用的有LM134/234、TMP17、AK590、AD592等，电流型传感器信号适合于远距离传输而无衰变。本次设计用到电流型两线制集成温度传感器AD590（0时为0.2732mA）。AD590属于电流型集成温度传感器，电流型集成温度传感器是一个输出电流与温度成比例的电流源，由于电流很容易变成电压，因此这种传感器应用十分方便。要指出的是，AD590集成温度传感器的输出电流是整个电路的电源电流，而这个电流与施加在这个在这个电路上的电源

19、电压几乎无关。基本使用方法如下： 图3-1 集成温度传感器AD590AD590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1A输出电流，因此在室温25时，其输出电流Iout=（273+25）=298A。它的主要特性如下：a、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：Ir/T=1mA/K式中：Ir流过器件（AD590）的电流，单位为mA； T热力学温度，单位为K。b、AD590的测温范围为-55+150。c、AD590的电源电压范围为4V30V。电源电压可在4V6V范围变化，电流 变化1mA，相当于温度变化1K。AD590可以

20、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。集成温度传感器是利用晶体管PN结的电流和电压特性与温度的关系，把敏感元件、放大电路和补偿电路等部分集化，并把它们装封在同一壳体里的一种一体化温度检测元件。它除了与半导体热敏电阻一样有体积小反应快的优点外，还具有线形好、性能高、价格低、抗干扰能力强等特点，虽然由于PN结受耐热性能和特性范围的限制，只能用来测150以下的温度，但在许多领域得到了广泛应用3.2 缓冲和隔离放大器本设计中在AD590测得温度后，经过一个光耦隔离器和比例放大器。如图3-2和3-3所示：图3-2 光耦隔离器图3-3 比例放大器 此外，S型热电偶经过HCPL-78

21、40芯片进行信号的隔离和放大。图3-4是它的原理框图。图3-4 HCPL-7840A7840（HCPL-7840）的工作参数：输入侧、输出侧的供电典型值为5V，输入电阻480k，最大输入电压320mV；差分信号输出方式。内部输入电路有放大作用，且为高阻抗输入，能不失真传输mV级交、直流信号，输出信号作为后级运算放大器差分输入信号。具有1000倍左右的电压放大倍数。典型应用，常与后级运算放大器配合，对微弱（交、直）电压信号进行放大和处理。2、3脚为信号输入脚，1、4脚为输入侧供电端；6、7脚为差分信号输出脚，8、5脚为输出侧供电端。在线检测方法：可将内部电路看作是一只“整体的运算放大器”，2、3

22、脚为同相、反相输入端，7、6脚为信号输出端。当短接2、3脚（使输入信号为零）时，6、7脚之间输出电压也为零。当2、3脚有mV级电压输入时，6、7脚之间有“放大了的”比例电压输出。3.3 AT89S51单片机AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4k BytesISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，AT89S51在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应

23、用。3.3.1主要性能特点1、4k Bytes Flash片内程序存储器；2、128 bytes的随机存取数据存储器（RAM）；3、32个外部双向输入/输出（I/O）口；4、2个中断优先级、2层中断嵌套中断；5、6个中断源；6、2个16位可编程定时器/计数器；7、2个全双工串行通信口；8、看门狗（WDT）电路；9、片内振荡器和时钟电路；10、与MCS-51兼容；11、全静态工作：0Hz-33MHz；12、三级程序存储器保密锁定；13、可编程串行通道；14、低功耗的闲置和掉电模式。3.3.2 管脚说明VCC：电源电压输入端。GND：电源地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收

24、8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。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。图3-5PDIP封装的AT89S51管脚图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4TTL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

25、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。P2口当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，P

26、3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口除了作为普通I/O口，还有第二功能：P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（T0定时器的外部计数输入）P3.5 T1（T1定时器的外部计数输入）P3.6 /WR（外部数据存储器的写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器的读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。I/O口作为输入口时有两种工作方式，即所谓的读端口与读引脚。读端口时实际上并不从外部读入数据，而是把端口锁存器的内容读入到内部总线，经过某种运算或变换后再写回到端口锁存器

27、。只有读端口时才真正地把外部的数据读入到内部总线。89S51的P0、P1、P2、P3口作为输入时都是准双向口。除了P1口外P0、P2、P3口都还有其他的功能。RST：复位输入端，高电平有效。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/编程脉冲信号端。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低位字节。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

28、止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令时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：外部程序存储器的选通信号，低电平有效。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：外部程序存储器访问允许。当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。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，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，

29、此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：片内振荡器反相放大器和时钟发生器的输入端。XTAL2：片内振荡器反相放大器的输出端。51内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，该高增益反向放大器的输入端为芯片的引脚XTAL1，输出端为XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就构成了一个稳定的自激振荡器。电路中的微调电容通常选择为30pF左右，该电容的大小会影响到振荡器频率的高低、振荡器的稳定性和起振的快速性。晶体的振荡频率为12MHz。3.3.3单片机复位电路为确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。一般微机电路正常工作需

30、要供电电源为5V5%，即4.755.25V。由于单片电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有当VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，单片机电路开始正常工作。目前为止，单片机复位电路主要有三种类型：（1）微分型复位电路；（2）积分型复位电路；（3）看门狗型复位电路。单片机在启动时都需要复位，以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。AT89S51单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期)以上

31、，则CPU就可以响应并将系统复位。单片机系统的复位方式有：手动按钮复位和上电复位，还需要看门狗型复位电路。1、手动按钮复位手动按钮复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平。一般采用的办法是在RST端和正电源Vcc之间接一个按钮。当人为按下按钮时，则Vcc的+5V电平就会直接加到RST端。手动按钮复位的电路如所示。由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，完全能够满足复位的时间要求。2、上电复位AT89S51的上电复位电路如图3-6所示，只要在RST复位输入引脚上接一电容至Vcc端，下接一个电阻到地即可。对于CMOS型单片机，由于在RST端内部有一个下拉电阻，故可将外部电阻去掉，而将

32、外接电容减至1uF。上电复位的工作过程是在加电时，复位电路通过电 容加给RST端一个短暂的高电平信号，此高电平信号随着Vcc对电容的充电过程而逐渐回落，即RST端的高电平持续时间取决于电容的充电时间。为了保证系统能够可靠地复位，RST端的高电平信号必须维持足够长的时间。上电时，Vcc的上升时间约为10ms，而振荡器的起振时间取决于振荡频率，如晶振频率为10MHz，起振时间为1ms；晶振频率为1MHz，起振时间则为10ms。当Vcc掉电时，必然会使RST端电压迅速下降到0V以下，但是，由于内部电路的限制作用，这个负电压将不会对器件产生损害。另外，在复位期间，端口引脚处于随机状态，复位后，系统将端

33、口置为全“l”态。如果系统在上电时得不到有效的复位，则程序计数器PC将得不到一个合适的初值，因此，CPU可能会从一个未被定义的位置开始执行程序。图3-6 复位电路3、看门狗型复位电路. 看门狗型复位电路主要利用CPU正常工作时,定时复位计数器,使得计数器的值不超过某一值;当CPU不能正常工作时,由于计数器不能被复位,因此其计数会超过某一值,从而产生复位脉冲,使得CPU恢复正常工作状态.此复位电路的可靠性主要取决于软件设计,即将定时向复位电路发出脉冲的程序放在何处.一般设计,将此段程序放在定时器中断服务子程序中.然而,有时这种设计仍然会引起程序走飞或工作不正常.原因主要是:当程序走飞发生时定时器

34、初始化以及开中断之后的话,这种走飞情况就有可能不能由Watchdog复位电路校正回来.因为定时器中断一真在产生,即使程序不正常,Watchdog也能被正常复位.为此提出定时器加预设的设计方法.即在初始化时压入堆栈一个地址,在此地址内执行的是一条关中断和一条死循环语句.在所有不被程序代码占用的地址尽可能地用子程序返回指令RET代替.这样,当程序走飞后,其进入陷阱的可能性将大大增加.而一旦进入陷阱,定时器停止工作并且关闭中断,从而使Watchdog复位电路会产生一个复位脉冲将CPU复位.当然这种技术用于实时性较强的控制或处理软件中有一定的困难。AT89S51中含有看门狗复位电路。3.4 A/D和D

35、/A转换3.4.1 ADC0809ADC0809引脚图如图3-7所示：图3-7 ADC0809引脚图ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如上图所示。下面说明各引脚功能。IN0IN7：8路模拟量输入端。2-12-8：8位数字量输出端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。START： A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。EOC： A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。

36、OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。REF（+）、REF（-）：基准电压。Vcc：电源，单一+5V。GND：地。ADC0809有8路模拟开关，由AD590得到的信号输入进IN0口，由热电偶得到的信号输入进IN1口。A口接单片机的P1.1引脚，BC口接地。8路模拟输入介入单片机P0口。转换数据的传送 A/D转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理，把表明转换完成的状态信号（EOC）作为中断请求信号，以中断方式进行。图3-8 ADC0809与单片机的连接3.4.2

37、 DAC0832DAC0809引脚图如图3-9所示：图3-9 DAC0832引脚图D0D7：数字信号输入端。ILE：输入寄存器允许，高电平有效。CS：片选信号，低电平有效。WR1：写信号1，低电平有效。XFER：传送控制信号，低电平有效。WR2：写信号2，低电平有效。IOUT1、IOUT2：DAC电流输出端。Rfb：是集成在片内的外接运放的反馈电阻。 Vref：基准电压（-1010V）。Vcc：是源电压（+5+15V）。AGND：模拟地 NGND：数字地，可与AGND接在一起使用。图3-10 DAC0832与单片机的连接图如果实际应用系统中要求输出模拟电压为双极性，则需要用转换电路实现。其中

38、R2=R3=2R1VOUT= 2VREFD/256 VREF= (2D/2561)VREFD = 0， VOUT= VREF；D = 128， VOUT= 0；D = 255， VOUT= (2255/2561)VREF= (254/255)VREF即：输入数字为0255时，输出电压在 VREF + VREF之间变化。在工业控制和许多传感器的应用电路中,摸拟信号输出时,一般是以电压输出。在以电压方式长距离传输模拟信号时,信号源电阻或传输线路的直流电阻等会引起电压衰减,信号接收端的输入电阻越低,电压衰减越大。为了避免信号在传输过程中的衰减,只有增加信号接收端的输入电阻,但信号接收端输入电阻的增加

39、,使传输线路抗干扰性能降低,易受外界干扰,信号传输不稳定,这样在长距离传输模拟信号时,不能用电压输出方式,而把电压输出转换成电流输出。另外许多常规工业仪表中,以电流方式配接也要求输出端将电压输出转换成电流输出。V/I转换器就是把电压输出信号转换成电流输出信号,有利于信号长距离传输。V/I转换器可由晶体管等多种器件组成。图3-11 V/I转换电路3.5 键盘显示电路 3.5.1 8279芯片8279引脚图如图3-12所示图3-12 8279引脚图8279包括键盘输入和显示输出两部分。键盘部分提供扫描工作方式，可以接64键行列矩阵键盘，也可以与传感器阵列相连，能够自动去抖动，识别键盘上闭合键的键号

40、，并具有双键同时按下保护及N键同时按下保护功能。显示部分可为LED或LCD七段显示器，提供了按扫描方式工作的接口，为显示器提供多路复用驱动信号，可显示8位和16位字符，属动态显示技术，省电、省元件，又可保证足够的显示时间，适合人眼观察和大脑记忆。（1）I/O控制和数据缓冲器AD0AD7为地址/数据复用总线。双向三态数据缓冲器将内部总线和外部总线AD0AD7连接，用于传送CPU和8279之间的命令、数据和状态。（2）控制逻辑定时控制含有一些计数器，其中有一个可编程的5位计数器，对外部输入时钟CLK进行分频，产生100kHz的内部定时信号。外部时钟输入信号的周期不小于500ns。控制与定时寄存器用

41、以存储键盘及显示器的工作方式，锁存操作命令，通过译码产生相应的控制信号，使8279的各个部件完成一定的控制功能。（3）键输入控制键输入控制部件完成对键盘的自动扫描，锁存RL0RL7的键输入信息，搜索闭合键，去除键的抖动，并将键盘输入数据写入内部先进先出（FIFO）存储器RAM。（4）扫描计数器扫描计数器有两种输出方式。一种为外部译码方式（也称编码方式），计数器以二进制方式计数，4位计数状态从扫描线SL0SL3输出，经外部译码器译码出16位扫描线；另一种为内部译码方式（也称译码方式），即扫描计数器的低二位经内部译码器后从SL0SL3输出。（5）FIFO RAM和显示缓冲RAM8279具有8个先进

42、先出（FIFO）的键输入缓冲RAM单元，并提供16字节的显示缓冲RAM。8279将段码写入显示缓冲RAM，自动对显示器扫描，将其内部显示缓冲RAM中的数据在显示器上显示出来。3.5.2基于8279的键盘显示键盘是单片机常用输入设备，在按键数量较多时，为了节省I/O口等单片机资源，一般采取扫描的方式来识别到底是哪一个键被按下。即通过确定被按下的键处在哪一行哪一列来确定该键的位置，获取键值以启动相应的功能程序。查找哪个按键被按下的方法：一个一个地查找。先第一行输出0，检查列线是否非全高；否则第二行输出0，检查列线是否非全高；否则第三行输出0，检查列线是否非全高；如果某行输出0时，查到列线非全高，则

43、该行有按键按下；根据第几行线输出0与第几列线读入为0，即可判断在具体什么位置的按键按下。 图3-13 键盘显示电路图3.6报警电路蜂鸣器驱动电路一般都包含以下几个部分：一个三极管、一个蜂鸣器、一个续流二极管和一个电源滤波电容。图3-14 蜂鸣器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（但AVR可以驱动小功率蜂鸣器），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。3.7 电源电路78XX系列集成稳压器的典型应用电路如图3-15所示。IC采用集成稳压器78XX，C1、C2分别为输入端和输出端滤波电容，RL为负载电阻。当输出电流较大时，78XX应配上

44、散热板。图3-15 电源电路4 系统软件设计4.1系统软件总体设计整个温度检测系统是在程序控制下工作的，该系统的软件全部采用汇编语言编写，以提高系统的快速性和实时性。其设计方法与硬件设计相对应，同样采用模块化的设计思想，将该部分设计划分为相应的程序模块，分别进行设计、编制和调试，最后通过主程序和中断处理程序将各程序模块连接起来。这样有利于程序修改和调试，增强了程序的可移植性。整个软件系统主要有以下几部分:主程序、数据采集、数据标度变换处理及键盘显示等程序。4.2 主程序主程序的内容一般包括：主程序的起始地址、中断服务程序的起始地址、有关内存单元及相关部件的初始化和一些子程序调用等。(1）程序的

45、起始地址： 51系列单片机复位后，（PC）=0000H，而0003H002BH分别为各中断源的入口地址。所以，编程时应在000H处写一条跳转指令。当CPU接收到中断请求信号并予以响应后，CPU把当前的PC内容压入栈中进行保护，然后转入相应的中断服务程序入口处执行。一般应在相应的中断服务程序入口处写一条跳转指令，并以跳转指令的目标地址作为中断服务程序的起始地址进行编程。(2）主程序的初始化内容：所谓初始化，是对将要用到的MCS-51系列单片机内部部件或扩展芯片进行初始工作状态设定。MCS-51系列单片机复位后，特殊功能寄存器IE、IP的内容均为00H，所以应对IE、IP进行初始化编程。在本设计中

46、，使用了四个中断： T0中断：采用T0定时中断工作方式，完成LED动态扫描。 INT0中断：采用外部中断工作方式，完成时间调整功能。 INT1中断：采用外部中断工作方式，完成闹钟时间输入功能。同时还要对一些存储单元进行初始化，这些内容都需要在初始化程序中来完成。参看MAIN标号地址到LOP标号地址之间的内容。 图4-1 主程序流程图4.3 中断子程序AT89S51单片的中断系统有6个中断请求源，用户可以用关中断指令“CLR EA”来屏蔽所有的中断请求，也可以用开中断指令“SET EA”来允许CPU接收中断请求。响应中断后，就进入中断服务程序，中断程序的基本流程图如图4-2： 图4-2 中断服务

47、程序基本流程4.4单片机处理程序单片机程序包括单片机处理子程序，查表子程序，数据滤波子程序。单片机数据处理主要是分别将热电偶和AD590测得的温度值转化为电势，结果相加从而得到真实温度。查表子程序是为了热电势和温度值之间的互换，由温度得到相应的电势。数据滤波子程序是采样五次后去掉最大最小值取平均值，去除干扰。 图4-3 单片机子程序流程图 图4-4 查表子程序流程图图4-5 数据滤波子程序流程图4.5 键盘/显示程序4.5.1 LED动态显示子程序在采用动态扫描显示方式时，要使得LED显示得比较均匀，又有足够的亮度，需要设置适当的扫描频率。当扫描频率在70Hz左右时，能够产生足够的图形和较好的

48、显示效果。一般可以采用间隔10ms对LED进行动态扫描一次。每一位LED的显示时间为1ms。程序流程如图4-6。图4-6 LED动态扫描程序的程序流程图本设计中，采用硬件定时和软件定时并用的方式，即用T0溢出中断功能实现10ms定时，通过软件延时程序实现1ms的定时。从显示缓冲区分别取出4位LED显示器显示数据的位码和段码，送到P1断口，依次显示每一位，每一位的显示时间为1ms，显示4位需要4ms的时间。在设置当前时间或输入闹钟时间时，当前调整位应具有闪烁（眨眼）功能，用来提示当前调整位是哪一位。因此，在每一位显示之前都要进行判断，该位是否为闪烁位，然后决定进行正常显示还是闪烁显示。LED显示

49、器每一位的显示时间是1ms，延时1ms子程序是软件定时程序。2）定时器T0的记数初值计算。设时钟频率为6MHz，1个机器周期时间=2s。T0定时器产生10ms的定时，可以计算出记数值和记数初值X X=655365000=1536=EC78H即有 TH0=0ECH TL0=78H 工作方式寄存器 TMOD=0000 0001B=01HT0定时器以工作方式1完成定时。4.5.2键盘扫描子程序矩阵键盘又称为行列式键盘，它是用4条I/O线作为行线，4条I/O线作为列线组成的键盘。在行线和列线的每一个交叉点上，设置一个按键。这样键盘中按键的个数是44个。图4-7 键盘扫描子程序流程图4.6 报警程序通过键盘敲入设定温度报警值，