便携式低功耗温度控制系统设计毕业设计(编辑修改稿)

便携式低功耗温度控制系统设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

可选通 IN0～ IN7 八个通道中的一个进行 转换。 ① ADC0809 的内部逻辑结构 如图 所示。 图 ADC0809 内部逻辑结构 第 14页 共 36页 由上图可知， ADC0809 由一个 8 路模拟开关、一个地址锁存与译码 器、一个A/D 转换器和一个三态输出锁存器组成。 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。 ② 引脚结构 如图 所示。 图 ADC0809 引脚结构 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 送入转换器 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。 通道选择表如表 ： 第 15页 共 36页 表 通道选择 C B A 选择的通道 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 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。 ADC0809 应用注意事项 ：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。 模数转换电路设计 由图 可以看出 A、 B、 C 都接地（都为 0），故信号输入口选 IN0，其空间地址为 7FF8H。 第 16页 共 36页 图 A/D 转换电路原理图 温度信号的获取与放大 温度传感器选型 本设计温度检测范围要求 0~500℃，故以 PT100为温度传感器获取温度信号，PT100 电阻温度系数分散性小，其精度高，线性好，灵明度比较高。 pt100 它的阻值跟温度的变化成正比。 PT100 铂热电阻的阻值随着温度变化而变化，利用这一特点来采集温度信号，再经过 A/D 转换成数字信号并有单片机系统读取；单片机系统把读取到的数字信号进行识别处理，并换算成与温度对应的数字信号，最后由显示器显示温度。 PT100 的阻值与温度变化关系为：当 PT100 温度为 0℃ 时它的阻值为 100 欧姆 ，在 100℃ 时它的阻值约为 欧姆。 它的工业原理：当 PT100 在 0 摄氏度的时候他的阻值为 100 欧姆，它的阻值会随着温度上升而成匀速增长的。 以放大器 LM741为信号放大器件。 PT100 温度传感器为正温度系数热电阻传感器。 实体图如 所示： 第 17页 共 36页 图 pt100 温度传感器实体图 主要技术参数如下： ① 测量范围： 200℃～ +850℃； ② 允许偏差值  ℃： A 级   t ， B 级   t ； ③ 响应时间＜ 30s； ④ 最小置入深度：热电阻的最小置入深度≥ 200mm； ⑤ 允通电流≤ 5mA。 另外， PT100 温度传感器还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点。 鉑热电阻的线性较好，在 0～ 100 摄氏度之间变化时，最大非线性偏差小于 摄氏度。 鉑热电阻阻值与温度关系为： ① 200℃＜ t＜ 0℃时，  231 0 0 1 * 1 0 0RtR A t B t C t t     ； ② 0℃≤ t≤ 850℃时，  21 0 0 1RtR At Bt   ； 式中， A=； B=； C=。 可见 PT100在常温 0～ 100 摄氏度之间变化时线性度非常好，其阻值表达式可近似简化为： 100 1RtR At  ，当温度变化 1℃， PT100 阻值近似变化 。 放大电路的设计 热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。 通常将其放在电桥的桥臂上，当温度发生变化时， PT100 铂热电阻两端的电压信号被送到仪器放大器 LM741 的输入端，经过仪器放大器放大后的电压输出送给 A/D 转换芯片，从而把热电阻的阻值转换成数字量。 第 18页 共 36页 对信号放大，我们使用了低价格、高精度的仪器放大器 LM741，它运用方便，可以通过外接电阻方便的进行各种增益（ 11000）的调整。 图 信号放大电路 其增益计算公式为： RkA  式 温度值计算过程： 由于 A/D 检测到的模拟电压值 ARPR RRR RU T T  2)( 110 109 式 计算可到的 TR 值，然后利用如下公式求出温度值： 21 1 BtAtRPRT  式 其中 A ， B。 键盘电路设计 本设计采用 1*3 独立按键。 其原理图如图 第 19页 共 36页 图 键盘电路原理图 LED 显示电路的设计 在单片机应用系统中，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。 数码管原理 LED 数码管是由发光二极管作为显示字段的数码型显示器件。 图 27a 为 英尺 LED 数码管的外形和引脚图，其中七只发光二极管分别对应 a～ g 笔段构成“ ”字形另一只发光二极管 dp 作为小数点。 因此这种 LED 显示器称为七段数码管或八段数码管。 图 LED 数码管 LED数码管按电路中的连接方式可以分为共阴极和共阳极两大类，如图 27 b、第 20页 共 36页 c 所示。 共阳型是将各段发光二极管的正极连在一起，作为公共端 COM，公共端COM 接高电平， a～ g、 dp 各笔段通过限流电阻接控制端。 某笔段控制端低电平时，该笔段发光，高电平时不发光。 控制这几段笔段发光，就能显示出某个数码或字符。 共阴型是将各数码发光二极管的负极连在一起，作为公共端 COM 接地，某笔段通过限流电阻接高电平时发光。 LED 数码管编码方式 当 LED 数码管与单片机相连时，一般将 LED 数码管的各笔段引脚 a、 b、„、g、 dp 按某一顺序接到 MCS－ 51 型单片机某一个并行 I/O 口 D0、 D„、 D7，当该 I/O 口输出某一特定数据时，就能使 LED 数码管显示出某个字符。 例如要使共阳极 LED 数码管显示 “0” ， 则 a、 b、 c、 d、 e、 f各笔段引脚为低电平， g 和 dp为高电平，如表 ： 表 共阳极 LED 数码管显示数字“ 0”时各管段编码 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 字段码 显示数 dp g f e d c b a 1 1 0 0 0 0 0 0 C0H 0 C0H 称为共阳极 LED 数码管显示“ 0”的字段码，不计小数点的字段码称为七段码，包括小数点的字段称为八段码。 LED 数码管显示电路在单片机应用系统中可分为静态显示方式和动态显示方式。 本设计为静态显示，在静态显示方式下，每一位显示器的字段需要一个 8 位I/O 口控制，而且该 I/O 口须有锁存功能， N 位显示器就需要 N个 8位 I/O 口，公共端可直接接 +5V（共阳）或接地（共阴）。 显示时，每一位字段码分别从 I/O控制口输出，保持不变直至 CPU 刷新显示为止。 也就是各字段的亮灭状态不变。 静态显示方式编程较简单，但占用 I/O 口线多，即软件简单、硬件成本高，一般适用显示位数较少的场合。 电路如图 所示。 显示器由 4 个 LED 数码管组成。 输入 有 12 个信号，它们是段选信号 ～ 和位选信号 INT INT0、 T T0。 若想使 LED 发光则必须保证有足够大的电流流过 LED 的各段。 流过 LED 的电流大时， LED 发光亮度高；流过 LED 的电流小时， LED 发光亮度就低，为了使 LED 能够长期可靠地工作应使流过 LED 的电流为其额定电流。 为 LED 显示器提供电流的电路称为 LED 的驱动电路。 由于显示部分选择了静态显示，因此驱动电路也选择第 21页 共 36页 静态驱动。 静态显示电路的驱动电路分为段驱动电路和位驱动电路两种。 段驱动电路考虑到所有的段电流均流过位选线，因此位驱动电路 的驱动能力应为段驱动能力的8 倍 (最严重情况八段全亮 )。 驱动电路可采用分立元件电路，也可采用集成驱动电路，此外有些硬件译码电路本身包括驱动电路。 由于这里采用动态输出，且单片机的内部结构决定了数码管可以直接由单片机驱动。 因此采用分立元件的显示驱动，如图 所示： 图 LED 数码管显示 原理图 声光报警电路 报警电路原理如图 所。