DZ214單片機(jī)控制制冷機(jī)來(lái)達(dá)到控制溫度,DZ214,單片機(jī),控制,制冷機(jī),達(dá)到,溫度 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 目 錄 目 錄 1 第一章 緒論 3 1.1 選題背景 3 1.2 壓縮機(jī)的分類(lèi)和工作原理 6 1.2.1 空氣壓縮機(jī)的分類(lèi) 6 1.2.2 空壓機(jī)的組成及工作原理 7 1.3 制冷機(jī)溫度控制要求 8 第二章 方案論證 10 第三章 單片機(jī) 12 3.1 AT89C51單片機(jī)簡(jiǎn)介 12 3.2 主要性能參數(shù) 12 3.3 主要功能特性概述 13 3.4 引腳功能說(shuō)明 13 3.5 時(shí)鐘振蕩器 15 第四章 硬件電路設(shè)計(jì) 16 4.1 溫度測(cè)量環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì) 16 4.1.1溫度傳感器AD590 17 4.1.2 電壓跟隨器-通用運(yùn)放UA741 18 4.1.3運(yùn)算放大器0P-07 19 4.1.4 A/D轉(zhuǎn)換器 ADC0809 19 4.2 可編程并行接口8255設(shè)計(jì) 22 4.2.1并行通信與接口 22 4.2.2 8255的編程結(jié)構(gòu) 23 4.2.3 8255的引腳功能 24 4.2.4 8255A的工作方式 25 4.3 顯示電路設(shè)計(jì) 27 4.3.1 鍵盤(pán)部分設(shè)計(jì) 27 4.3.2顯示環(huán)節(jié)部分設(shè)計(jì) 27 4.4 復(fù)位及看門(mén)狗電路設(shè)計(jì) 28 4.4.1 DS1232的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 28 4.4.2 DS1232的功能 29 4.4.3使用注意事項(xiàng) 30 4.5 時(shí)鐘芯片電路設(shè)計(jì) 30 4.5.1 DS1307實(shí)時(shí)時(shí)鐘簡(jiǎn)介 31 4.6電源系統(tǒng)設(shè)計(jì) 34 4.7驅(qū)動(dòng)器的選用 36 4.8 光電隔離 37 4.9 控制電路的設(shè)計(jì) 38 4.9.1 電磁繼電器 39 4.9.2 壓力繼電器的選擇 39 4.9.3 熱繼電器 39 第五章 程序設(shè)計(jì) 40 5.1主程序：主要實(shí)現(xiàn)制冷機(jī)的溫度控制工藝 40 5.2 溫度控制子程序 45 5.3 將顯示緩沖區(qū)中的溫度值送顯示子程序 46 5.4 壓力，負(fù)載消斗子程序 48 5.5 鍵值子流程 49 5.6 排水測(cè)試處理子程序 50 5.7 是否有鍵按下判斷子程序 51 第六章 軟件設(shè)計(jì)部分 52 總 結(jié) 64 致 謝 65 參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………………67 第一章 緒論 1.1 選題背景 本設(shè)計(jì)是利用單片機(jī)控制制冷機(jī)來(lái)達(dá)到控制溫度的目的. 制冷機(jī)是我國(guó)目前各行業(yè)技術(shù)改造和進(jìn)行設(shè)備引進(jìn)所急需的配套設(shè)備，也是提高產(chǎn)品質(zhì)量，企業(yè)升級(jí)的重要設(shè)備。廣泛的應(yīng)用與汽車(chē)，機(jī)械，紡織，化工，儀器儀表，電子，醫(yī)療衛(wèi)生等行業(yè)。在工業(yè)上，壓縮空氣作為一種僅次于電力的第二大動(dòng)力源，以被廣大企業(yè)界所公認(rèn) 壓縮式制冷機(jī)：該種制冷機(jī)由電動(dòng)機(jī)提供機(jī)械能，通過(guò)壓縮機(jī)對(duì)制冷系統(tǒng)作功。制冷系統(tǒng)利用低沸點(diǎn)的制冷劑，蒸發(fā)時(shí)，吸收汽化熱的原理制成的。其優(yōu)點(diǎn)是壽命長(zhǎng)，使用方便，目前世界上91～95％的制冷機(jī)屬于這一類(lèi)。 一般制冷機(jī)的絕大多數(shù)都是壓縮型。吸收型屬于少數(shù)。壓縮型的制冷機(jī)中的液體制冷劑在蒸發(fā)器中蒸發(fā)，變成制冷劑氣體。這氣體被活塞和氣缸組成的壓縮機(jī)壓縮后導(dǎo)入冷凝器中，在這里氣體再被冷凝器成為液體制冷劑。壓縮機(jī)中電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為往復(fù)運(yùn)動(dòng)，氣缸中的制冷劑被往復(fù)運(yùn)動(dòng)所壓縮。也就是說(shuō)壓縮機(jī)相當(dāng)于人體的心臟，起到了循環(huán)血液的作用如下圖就是一個(gè)封閉式壓縮機(jī)。 圖1.1 封閉式壓縮機(jī) 封閉型壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)是直接和壓縮部分相連接的。壓縮機(jī)全體成為一個(gè)整體裝起來(lái)，另外為了避免產(chǎn)生熱量，以致溫度上升，電動(dòng)機(jī)用制冷機(jī)油和制冷氣體進(jìn)行冷卻。 國(guó)外溴化鋰制冷機(jī)的發(fā)展過(guò)程 美國(guó)是溴化鋰制冷機(jī)的創(chuàng)始國(guó)，目前日本、前蘇聯(lián)等國(guó)的溴冷機(jī)也都有較大的發(fā)展。 美國(guó)開(kāi)利公司于1945年試制出第一臺(tái)制冷量為523KW（45×104kcal/h）的單效溴冷機(jī)，開(kāi)創(chuàng)了利用溴化鋰水溶液為工質(zhì)對(duì)做為吸收劑的吸收式制冷新領(lǐng)域。美國(guó)不僅創(chuàng)造了單效溴冷機(jī)，而且在世界上又率先研制出了雙效溴冷機(jī)?，F(xiàn)已研制出了直燃型、熱水型和太陽(yáng)能型等新型溴冷機(jī)。同時(shí)還研制了冷溫水機(jī)組和吸收式熱泵等新機(jī)組。 日本一家汽車(chē)公司于1959年研制出制冷量為689KW（60×104kcal/h）的單效溴冷機(jī)，1962年茬原制造所又研制出雙效溴冷機(jī)。日本溴冷機(jī)無(wú)論在生產(chǎn)數(shù)量、性能指標(biāo)、應(yīng)用范圍和新技術(shù)、新產(chǎn)品研制等方面，均超過(guò)了美國(guó)，成為世界上溴冷機(jī)研究與生產(chǎn)領(lǐng)先的國(guó)家。特別是燃?xì)鈨尚厮畽C(jī)組的產(chǎn)量很大，約占世界上溴冷機(jī)生產(chǎn)總臺(tái)數(shù)的2/3；目前已致力于第三種吸收式熱泵和溴化鋰熱電并供機(jī)組的研制工作。 前蘇聯(lián)奔薩化工廠于1965年研制出2908KW（250×104kcal/h）溴冷機(jī)。目前溴冷機(jī)的應(yīng)用范圍已從化纖廠擴(kuò)展到其它紡織廠、橡膠廠釀酒廠、化工廠、冶金廠和核電站。 中國(guó)溴化鋰制冷機(jī)的發(fā)展過(guò)程 我國(guó)研制溴冷機(jī)起步于60年代初期，至今已有四十多年，其發(fā)展過(guò)程大體分為四個(gè)階段： 研制階段? 60年代初船舶總公司704所（原六機(jī)部704所）、一機(jī)部通用機(jī)械研究所與高等院校以及設(shè)備制造廠通力合作，試制了兩臺(tái)樣機(jī)。1966年上海第一冷凍機(jī)廠試制出了制冷量1160KW（100×104kcal/h）全鋼結(jié)構(gòu)的單效溴冷機(jī)，安裝于上海國(guó)棉十二廠。60年代末期，許多單位都著手研制單效溴冷機(jī)，這一研制工作持續(xù)到了70年代初期。 單效機(jī)生產(chǎn)應(yīng)用階段?? 70年代初先后有上海、青島、天津、北京和長(zhǎng)沙等地的棉紡廠為了適應(yīng)生產(chǎn)的需要，各自設(shè)計(jì)與制造了單效溴冷機(jī)。繼而更多地區(qū)也都自行設(shè)計(jì)制造單效溴冷機(jī)，尤以上海、天津兩地更為突出。以天津?yàn)槔?0年代初至80年代初，制造出3480KW（300×104kcal/h）大型溴冷機(jī)七臺(tái)，總制冷能力達(dá)到24360KW（2100×104kcal/h）。單效溴冷機(jī)在這一時(shí)期雖然有了較大發(fā)展，但仍有許多問(wèn)題尚待解決，如嚴(yán)重的腐蝕、冷量的衰減和機(jī)器的壽命等，限制了溴冷機(jī)的進(jìn)一步發(fā)展。 雙效機(jī)生產(chǎn)應(yīng)用階段? 80年代初期開(kāi)始研制雙效溴冷機(jī)，并于1982年由開(kāi)封通用機(jī)械廠生產(chǎn)出1744KW（150×104kcal/h）雙效溴冷機(jī)組。雙效機(jī)組的熱力系數(shù)可提高到1.1以上，而單效機(jī)組一般為0.6～0.7，雙效機(jī)組的蒸汽單耗比單效機(jī)減少約1/2，冷卻水量減少約1/3，是值得提倡的節(jié)能型制冷機(jī)組。86年我廠研制出省內(nèi)首臺(tái)雙效溴冷機(jī)1160KW（100×104kcal/h）并首家通過(guò)省級(jí)鑒定。 多種新型機(jī)研制應(yīng)用階段? 80年代末期國(guó)家計(jì)委提出，凡有蒸汽等熱源的地區(qū)要發(fā)展溴冷機(jī)；1991年我國(guó)在世界禁用氟里昂（CFC）生產(chǎn)與使用的“蒙特利爾議定書(shū)”上簽了字，這對(duì)進(jìn)一步發(fā)展溴冷機(jī)創(chuàng)造了良好條件。大專(zhuān)院校、科研院所和制造廠家共同協(xié)力，一方面在加緊改進(jìn)與提高雙效溴冷機(jī)的加工技術(shù)和性能水平，另一方面也竟相研制新型的多種溴冷機(jī)?，F(xiàn)已推出的和正在研制的有熱水型、直燃型、低壓型、降膜式溴冷機(jī)和吸收式熱泵等。 溴化鋰溶液的特性 在溴化鋰吸收式制冷機(jī)中，水作為制冷劑用來(lái)產(chǎn)生冷效應(yīng)，溴化鋰溶液作為吸收劑，用來(lái)吸收產(chǎn)生冷效應(yīng)后的冷劑蒸汽。因此，水和溴化鋰溶液組成制冷機(jī)中的工質(zhì)對(duì)。 溴化鋰水溶液是由固體的溴化鋰溶質(zhì)溶解在水溶劑中而成。常壓下，水的沸點(diǎn)是100℃，而溴化鋰的沸點(diǎn)為1265℃。供制冷機(jī)應(yīng)用的溴化鋰，一般以水溶液的形式供應(yīng)。性狀為無(wú)色透明液體；濃度不低于50％；水溶液PH值8以上。 20℃時(shí)溴化鋰溶解至飽和時(shí)量為111.2克，即溴化鋰的溶解度為111.2克。溶解度的大小與溶質(zhì)和溶劑的特性的關(guān)，還于溫度有關(guān)，一般隨溫度升高而增大，當(dāng)溫度降低時(shí)，溶解度減小，溶液中會(huì)有溴化鋰的晶體析出而形成結(jié)晶現(xiàn)象。這一點(diǎn)在溴冷機(jī)中是非常重要，運(yùn)行中必須注意結(jié)晶現(xiàn)象，否則常會(huì)由此影響制冷機(jī)的正常運(yùn)行。 溴化鋰溶液對(duì)普通金屬有腐蝕作用。尤其在有氧氣存在的情況下腐蝕更為嚴(yán)重。 溴化鋰制冷原理 溴化鋰吸收式制冷原理和蒸汽壓縮制冷原理有相同之處，都是利用液態(tài)制冷劑在低溫、低壓條件下，蒸發(fā)、汽化吸收載冷劑的熱負(fù)荷，產(chǎn)生制冷效應(yīng)。所不同的是，溴化鋰吸收式制冷是在利用“溴化鋰-水”組成的二元溶液為工質(zhì)對(duì)，完成制冷循環(huán)的。 在溴化鋰吸收式制冷機(jī)內(nèi)循環(huán)的二元工質(zhì)中，水是制冷劑。水在真空狀態(tài)下蒸發(fā)，具有較低的蒸發(fā)溫度（6℃），從而吸收載冷劑熱負(fù)荷，使之溫度降低。溴化鋰水溶液是吸收劑，在常溫和低溫下強(qiáng)烈地吸收水蒸氣，但在高溫下又能將其吸收的水分釋放出來(lái)。吸收與釋放周而復(fù)始制冷循環(huán)不斷。制冷過(guò)程中的熱能為蒸汽，也可叫動(dòng)力。 傳統(tǒng)的測(cè)控方法，由于從測(cè)量到顯示采用模擬方式，數(shù)據(jù)采集速度慢，不具備實(shí)時(shí)性，抗干擾能力差。精度測(cè)量完全依賴(lài)于硬件特性，因?yàn)椴痪邆滠浖€性化處理功能，傳感器的非線性嚴(yán)重影響測(cè)控精度。而采用線性化好的傳感器又增加了測(cè)控系統(tǒng)成本，因此，為保證安全生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，必須對(duì)傳統(tǒng)的測(cè)控方法加以改進(jìn)。 自單片機(jī)問(wèn)世以來(lái)，與其相關(guān)的測(cè)控儀器也應(yīng)運(yùn)而生，尤其是數(shù)字測(cè)控技術(shù)單片機(jī)的結(jié)合。單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展更是以高效率。高精度，多功能的優(yōu)勢(shì)逐漸取代傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的模擬測(cè)試手段。與傳統(tǒng)的測(cè)控技術(shù)相比，智能化測(cè)控系統(tǒng)具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： （1）具有高精度，高靈敏性和高可靠性等優(yōu)點(diǎn)。 （2）具有直觀，操作方便等功能。 （3）具有很強(qiáng)的抗干擾能力。 （4）可高速采集數(shù)據(jù)，具有實(shí)時(shí)性。 （5）具有數(shù)據(jù)智能化處理功能，一般具有自動(dòng)校零和自動(dòng)處理功能。 （6）具有自動(dòng)循環(huán)檢測(cè)和自動(dòng)診斷能力。 1.2 壓縮機(jī)的分類(lèi)和工作原理 1.2.1 空氣壓縮機(jī)的分類(lèi) 空氣機(jī)分為：1、速度式；2、容積式；容積式又分為回轉(zhuǎn)式和往復(fù)式；回轉(zhuǎn)式：（1）轉(zhuǎn)子式；（2）螺桿式；（3）滑片式。往復(fù)式：（1）活塞式；（2）膜式。 空氣壓縮機(jī)按工作原理可分為速度式和容積式兩大類(lèi)。 速度式：是靠氣體在高速旋轉(zhuǎn)葉輪的作用，得到較大的動(dòng)能，隨后在擴(kuò)壓裝置中急劇降速，使氣體的動(dòng)能轉(zhuǎn)變成勢(shì)能，從而提高氣體壓力。速度式主要有離心式和軸流式兩種基本型式。 容積式：是通過(guò)直接壓縮氣體，使氣體容積縮小而達(dá)到提高氣體壓力的目的、容積式根據(jù)氣缸測(cè)活塞的特點(diǎn)又分為回轉(zhuǎn)式和往復(fù)式兩類(lèi)。氧艙配制的空壓機(jī)多數(shù)采用容積式。 回轉(zhuǎn)式：活塞作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，活塞又稱(chēng)為轉(zhuǎn)干，轉(zhuǎn)子數(shù)量不等，氣缸形狀不一。回轉(zhuǎn)式包括有轉(zhuǎn)子式、螺桿式、滑片式等。 往復(fù)式：活塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，氣缸呈圓筒形。往復(fù)式包括有活塞式和膜式兩種，其中活塞式是目前應(yīng)用最廣泛的一種類(lèi)型。氧艙用空壓機(jī)絕大多數(shù)采用活塞式?；钊娇諌簷C(jī)的分類(lèi)、型號(hào)表示方法、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理介紹如下： 活塞式空壓機(jī)一般以排氣壓力、排氣量（容積流量）、結(jié)構(gòu)型式和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分類(lèi)。 1．按排氣壓力高低分為： 低壓空壓機(jī)??? 排氣壓力≤1.0MPa 中壓空壓機(jī)??? 1.0MPa＜排氣壓力≤10MPa 高壓空壓機(jī)??? 10MPa＜排氣壓力≤100MPa 2．接排氣量大小分為： 小型空壓機(jī)??? 1m3／min＜排氣量≤10m3／min 中型空壓機(jī)??? 10m3／min＜排氣量≤100m3／min 大型空壓機(jī)??? 排氣量＞100m3／min 空壓機(jī)的排氣量指吸入狀態(tài)自由氣體流量。 一般規(guī)定：軸功率＜15KW、排氣壓力≤1.4MPa為微型空壓機(jī)。 3．按氣缸中心線與地面相對(duì)位置分為： 立式空壓機(jī)——?dú)飧字行木€與地面垂直布置。 角度式空壓機(jī)——?dú)飧字行木€與地面成一定角度（V型、W型、L型等）。 臥式空壓機(jī)——?dú)飧字行木€與地面平行，氣缸布置在曲軸一側(cè)。 對(duì)動(dòng)平衡式空壓機(jī)——?dú)飧字行木€與地面平行，氣缸對(duì)稱(chēng)布置在曲軸兩側(cè)。 4. 按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分為： 單作用——?dú)怏w僅在活塞一側(cè)被壓縮。 雙作用——?dú)怏w在活塞兩側(cè)被壓縮。 水冷式——指氣缸帶有冷卻水夾套，通水冷卻。 風(fēng)冷式——?dú)飧淄獗砻骅T有散熱片，空氣冷卻。 固定式——空壓機(jī)組固定在地基上。 移動(dòng)式——空壓機(jī)組置于移動(dòng)裝置上便于搬移。 有油潤(rùn)滑——指氣缸內(nèi)注油潤(rùn)滑，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)潤(rùn)滑油循環(huán)潤(rùn)滑。 無(wú)油潤(rùn)滑——指氣缸內(nèi)不注油潤(rùn)滑，活塞和氣缸為干運(yùn)轉(zhuǎn)，但傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由潤(rùn)滑油循環(huán)潤(rùn)滑。 全無(wú)油潤(rùn)滑——?dú)飧變?nèi)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)均無(wú)油潤(rùn)滑。 1.2.2 空壓機(jī)的組成及工作原理 1．空壓機(jī)主要組成部分： 機(jī)體部分：包括機(jī)身（曲軸箱）、曲軸、連桿、十字頭等部件，其作用是傳遞動(dòng)力，連接基礎(chǔ)與氣缸部分，將電機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成十字頭的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。 壓縮部分：包括氣缸、活塞、氣閥、填料等部件，其作用是形成壓縮容積和防止氣體泄漏。 輔助部分：包括進(jìn)氣濾清器、油水分離器、冷卻器、安全閥、氣量調(diào)節(jié)裝置、各種指示監(jiān)控儀表及氣、水、油管路系統(tǒng)，其作用是確?？諌簷C(jī)安全可靠運(yùn)行。 2．空壓機(jī)的工作原理??? 空壓機(jī)的工作過(guò)程可分成膨脹、吸入、壓縮和排出四個(gè)階段。 ?????膨脹：當(dāng)活塞向下移動(dòng)時(shí)，氣缸的容積增大，壓力下降，原先存留在氣缸中的氣體（因余隙容積存在）不斷膨脹。 吸入：當(dāng)氣缸內(nèi)壓力降到稍小于進(jìn)氣管中的氣體壓力，進(jìn)氣管中的氣體便項(xiàng)開(kāi)吸氣閥片進(jìn)入氣缸內(nèi)，隨著活塞的繼續(xù)下移，氣體不斷進(jìn)入缸內(nèi)直至活塞下移到最低點(diǎn)（又稱(chēng)內(nèi)止點(diǎn)）為止。 壓縮：當(dāng)活塞從內(nèi)止點(diǎn)向上移動(dòng)時(shí)，氣缸內(nèi)容積逐漸縮小，即開(kāi)始將氣缸內(nèi)氣體進(jìn)行壓縮。由于吸氣閥有止逆作用，放氣缸內(nèi)氣體不能倒流向進(jìn)氣管中，排氣管中的氣體壓力在此時(shí)仍高于缸內(nèi)氣體壓力，所以氣缸內(nèi)氣體也無(wú)法項(xiàng)開(kāi)排氣閥片，又由于排氣閥也有止逆作用，故排氣管中的氣體也不能進(jìn)入氣缸內(nèi)，當(dāng)活塞繼續(xù)上移時(shí)，氣缸內(nèi)容積進(jìn)一步縮小，使缸內(nèi)氣體壓力不斷升高。 排出：隨著活塞繼續(xù)上移，當(dāng)氣缸內(nèi)氣體壓力升高至稍大于排氣管中的氣體壓力時(shí)，缸內(nèi)氣體便項(xiàng)開(kāi)排氣閥片進(jìn)入排氣管中，并不斷排出，直至活塞移到最上端（又稱(chēng)外止點(diǎn)）為止，然后活塞又開(kāi)始向下移動(dòng)，重復(fù)上述動(dòng)作?；钊跉飧變?nèi)連續(xù)不斷地往復(fù)運(yùn)動(dòng)，便氣缸循環(huán)地吸入和排出氣體，活塞的每一次來(lái)回稱(chēng)為一個(gè)工作循環(huán)；活塞從內(nèi)止點(diǎn)移至外止點(diǎn)的距離叫做活塞行程。?? 1.3 制冷機(jī)溫度控制要求 本文主要設(shè)計(jì)了溫度控制環(huán)節(jié)，而溫度控制環(huán)節(jié)則要求設(shè)備完成后，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)給出一個(gè)更寬的范圍以滿(mǎn)足系統(tǒng)的要求。 制冷機(jī)溫度控制器的技術(shù)要求： 1.顯示屏： （1）四位顯示 （2）24小時(shí)時(shí)間和溫度顯示 （3）故障代碼顯示 2.功能鍵： （1） 啟動(dòng)/停止：在工作狀態(tài)啟動(dòng)或停止設(shè)備 （2） 排水測(cè)試：可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)排水 （3） 狀態(tài)選擇：每按此鍵一次，進(jìn)入一種工作狀態(tài)。每進(jìn)入一種工作狀態(tài)，相應(yīng)的指示燈亮，如此循環(huán)進(jìn)行。 （4） 上下限溫度調(diào)整：在設(shè)定選擇狀態(tài)下，設(shè)定工作參數(shù)。 3.工作狀態(tài)： （1） 連續(xù)：按下“啟動(dòng)/停止”鍵后，設(shè)備即開(kāi)始運(yùn)行。此狀態(tài)不受時(shí)間，溫度控制。正常情況下，只有再次按下此鍵，設(shè)備才能停止。此時(shí)，制冷機(jī)閥，除霜電磁閥，風(fēng)扇與壓縮機(jī)同步。加熱器與壓縮機(jī)同步。 （2） 時(shí)控：此工作狀態(tài)受設(shè)定時(shí)間控制，但于溫度設(shè)定無(wú)關(guān)。啟動(dòng)設(shè)備后，按制冷時(shí)間運(yùn)行。 （3） 溫控：此運(yùn)行狀態(tài)受溫度控制。如果此時(shí)氣體溫度未達(dá)到設(shè)定下限溫度，按下“啟動(dòng)/停止”鍵后，設(shè)備開(kāi)始運(yùn)行。當(dāng)氣體溫度達(dá)到設(shè)定下限溫度后，自動(dòng)停機(jī)。當(dāng)氣體溫度升至上限溫度后，設(shè)備自動(dòng)啟動(dòng)。此時(shí)的電磁閥，風(fēng)扇，加熱器的工作方式與連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)一致。 4.設(shè)定： （1） 設(shè)定以0.1度為單位，上限溫度最高為50度，下限溫度最低為-30度，只在溫控時(shí)有效。 （2） 制冷時(shí)間設(shè)定以小時(shí)為單位，最大24小時(shí)，最小0.1小時(shí)，只在時(shí)控時(shí)有效。 （3） 排水閥打開(kāi)時(shí)間設(shè)定以秒為單位最大180秒，最小0秒。排水閥關(guān)閉時(shí)間以分鐘為單位，最大24時(shí)，最小0.1分。 5.故障顯示“ （1） 壓力超限時(shí)，顯示屏顯示 PE閃爍 （2） 過(guò)載保護(hù)時(shí)，顯示屏顯示CE 閃爍 （3） 溫度故障時(shí)，顯示屏顯示 TE閃爍 （4） 故障指示燈同時(shí)提示。 第二章 方案論證 圖 2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 在現(xiàn)今單片機(jī)所集成的部件越來(lái)越多，也就是說(shuō)，單片機(jī)的意義只是在于單片集成電路，而不在于其功能了。如果從功能上講它可以說(shuō)是萬(wàn)用機(jī)。因?yàn)槭瞧鋬?nèi)部集成了各種應(yīng)用電路。 AT89C51是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，4k bytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元。AT89C51可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫(xiě)的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開(kāi)發(fā)成本，所以此方案采用AT89C51八位單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。 人們通常將能把非電量轉(zhuǎn)換為電量的器件稱(chēng)為傳感器，傳感器實(shí)質(zhì)上是一種功能，作用是將來(lái)自外界的各種信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。它是實(shí)現(xiàn)測(cè)試與自動(dòng)控制系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)。如果沒(méi)有傳感器對(duì)原始參數(shù)進(jìn)行精確可靠的測(cè)量，那么，無(wú)論是信號(hào)轉(zhuǎn)換或信息處理，或者最佳數(shù)據(jù)的顯示和控制都將無(wú)法實(shí)現(xiàn)。傳感器技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)的主要內(nèi)容之一，信息技術(shù)包括計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和傳感器技術(shù)。計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)發(fā)展極快，相當(dāng)成熟。為了適應(yīng)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，世界眾多國(guó)家都把傳感器技術(shù)列為現(xiàn)代的關(guān)鍵技術(shù)之—。采用熱敏電阻，可滿(mǎn)足40攝氏度至90攝氏度測(cè)量范圍，但熱敏電阻精度、重復(fù)性、可靠性較差，對(duì)于檢測(cè)1攝氏度的信號(hào)是不適用的。而且使用熱敏電阻，需要用到十分復(fù)雜的算法，一定程度上增加了軟件實(shí)現(xiàn)的難度。所以我門(mén)用到了溫度傳感器AD590 AD590是美國(guó)模擬器件公司的電流輸出型溫度傳感器，供電電壓范圍為3~30V，輸出電流223μA（-50℃）~423μA（+150℃），靈敏度為1μA/℃。當(dāng)在電路中串接采樣電阻R時(shí)，R兩端的電壓可作為喻出電壓。注意R的阻值不能取得太大，以保證AD590兩端電壓不低于3V。AD590輸出電流信號(hào)傳輸距離可達(dá)到1km以上。作為一種高阻電流源，最高可達(dá)20MΩ，所以它不必考慮選擇開(kāi)關(guān)或CMOS多路轉(zhuǎn)換器所引入的附加電阻造成的誤差。適用于多點(diǎn)溫度測(cè)量和遠(yuǎn)距離溫度測(cè)量的控制。 Intel 8086/8088 系列的可編程外設(shè)接口電路簡(jiǎn)稱(chēng)PPI，型號(hào)為8255，具有24條輸入/輸出引腳，可編程的通用并行輸入/輸出借口電路。它是一片使用單一+5V電源的40腳雙列直插式大規(guī)模集成電路。8255A的通用性強(qiáng)，使用靈活，通過(guò)它CPU可直接與外設(shè)相連接。8255A具有三個(gè)相互獨(dú)立的輸入/輸出通道：通道A，通道B，通道C， 因本設(shè)計(jì)中，外部相連接器件多借口多所以將AT89C51與8255A相連接可為外設(shè)提供3個(gè)8為I/O端口，容許采用同步，異步和中斷方式傳送I/O數(shù)據(jù)。 鍵盤(pán)采用3×3陣列，一共九個(gè)鍵，還有一個(gè)復(fù)位鍵直接與AT89C51芯片的RESET引腳相連，正好滿(mǎn)足十個(gè)鍵的要求。 AT89C51對(duì)LED的顯示，采用八段LED數(shù)碼顯示管，顯示接口采用74LS164八位移位寄存器，它的特點(diǎn)是串入并出，可以減少所用89C51的引腳，只需89C51的P3.0與P3.1兩個(gè)引腳串行輸出就可以，以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，節(jié)省部線空間，是本設(shè)計(jì)的最優(yōu)方案。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，單片微型計(jì)算機(jī)在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域和智能化產(chǎn)品中得到了廣泛的應(yīng)用。如何提高單片機(jī)產(chǎn)品的抗干擾能力是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)人員所面臨和必須解決的問(wèn)題。關(guān)于抗干擾的具體方法在很多書(shū)籍和文章中都有較為詳盡的論述。美國(guó)DALLAS公司生產(chǎn)的“看門(mén)狗(WATCHDOG)”集成電陸DS1232具有性能可靠、使用簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉的特點(diǎn)，應(yīng)用在單片機(jī)產(chǎn)品中能夠很好的提高硬件的抗干擾能力,在實(shí)際使用中收到了良好的效果。 第三章 單片機(jī) 3.1 AT89C51單片機(jī)簡(jiǎn)介 AT89C51是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能的CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器（REROM）和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存儲(chǔ)計(jì)術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大AT89C51單片機(jī)可為你提供許多高性能比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域 圖3.1 AT89C51引腳圖 3.2 主要性能參數(shù) 與MCS- 51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 4k字節(jié)可重擦寫(xiě)Flash閃存存儲(chǔ)器 1000次擦寫(xiě)周期 全靜態(tài)操作：0Hz—24Hz 3級(jí)加密程序存儲(chǔ)器128×8字節(jié)內(nèi)部RAM 32個(gè)可編程I/O口線 2個(gè)16位定時(shí)/記數(shù)器 6個(gè)中斷源 可編程串行UART通道 低功耗空閑和掉電模式 3.3 主要功能特性概述 AT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 4k字節(jié)Flash閃存存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM。32個(gè)I/O口線，2個(gè)16位定時(shí)/記數(shù)器，1個(gè)5向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)。一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)震蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但容許RAM，定時(shí)/記數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但震蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位 3.4 引腳功能說(shuō)明 VCC：電源電壓 GND：地 P0口：P0口是一組8位漏極開(kāi)路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門(mén)電路，對(duì)斷口寫(xiě)“1”可作為高阻抗輸入端用。 在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。 在Flash編程時(shí)，P0口接受指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。 P1口：P1口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě)“1”通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可做輸出口。作輸出口使用時(shí)。因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流IFlash編程和程序校驗(yàn)期間，P1接受低8位地址。 P2口：P2口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流I 在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX @DPTR指令）時(shí)，P2口送出高８位地址數(shù)據(jù)。在訪問(wèn)８位地址　的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行MOVX@R1指令）時(shí)，P2口線上的內(nèi)容（也既特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中R2寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問(wèn)期間不改變。 Flash編程或校驗(yàn)時(shí)，P2亦接受高位地址和其他的控制信號(hào)。 P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向Ｉ／Ｏ口。P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)P3口寫(xiě)入“１”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流I，P3口還接收一些用于Flash閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)震蕩器工作時(shí)，ＲＳＴ引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 ：當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存應(yīng)許）輸出脈沖用于鎖存地址的的撕8位字節(jié)。即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器，ALE仍以時(shí)鐘震蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可以對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ＡALE脈沖。 對(duì)Flash存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（）如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的R0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令A(yù)LE才會(huì)被激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE無(wú)效 ：程序儲(chǔ)存應(yīng)許（）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89C51由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次有效，即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，這兩個(gè)有效的信號(hào)不出現(xiàn)。 EA/VPP：外部訪問(wèn)容許。欲使CPU僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H-FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編輯，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。 如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。 Flash存儲(chǔ)器編輯時(shí)，該引腳加上+12V的程序容許電源Vpp，當(dāng)然這必須是該器件 使用12V編程電壓Vpp。 XTAL1：震蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2：震蕩器反相放大器的輸出端。 3.5 時(shí)鐘振蕩器 AT89C51中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器，震蕩電路參見(jiàn)圖5。 外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容C1，C2在接放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對(duì)外接電容C1，C2雖然沒(méi)有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響震蕩頻率的高低，震蕩器工作的穩(wěn)定性，起振的難易程序及溫度溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用30Pf+10Pf，而如果使用陶瓷諧振器建議使用40F+10Pf。 用戶(hù)可以采用外部時(shí)鐘。在這種情況下，外部時(shí)鐘脈沖接到XTAL1端，即內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2則懸空，由于外部時(shí)鐘信號(hào)是通過(guò)一個(gè)2分頻觸發(fā)器作為內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)的，所以對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的占空比沒(méi)有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時(shí)間和最大的低電平持續(xù)時(shí)間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。 第四章 硬件電路設(shè)計(jì) 4.1 溫度測(cè)量環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì) 在本系統(tǒng)中，對(duì)溫度的要求為：顯示溫度精度為0.1℃，系統(tǒng)的溫度調(diào)整范圍為-30℃-50℃。為了實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的要求，在設(shè)計(jì)溫度測(cè)量環(huán)節(jié)采用以下器件。 1.溫度傳感器：AD590 2.電壓跟隨器：UA741 3.運(yùn)放器： 0P-07 本環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)思想如下： 圖4.1 溫度測(cè)量與A/D轉(zhuǎn)換電路連接圖 4.1.1溫度傳感器AD590 對(duì)于溫度傳感器，我們選擇了單片集成的溫度傳感器AD590。常見(jiàn)的感溫元件有熱電偶、熱電阻和半導(dǎo)體等傳感器。熱電偶的價(jià)格便宜，但精度低，需要進(jìn)行冷端補(bǔ)償，電路的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜；熱電阻精度較高，但需要標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定電阻是陪才能使用；而半導(dǎo)體溫度傳感器線路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，精度較高，線性度好，價(jià)格適中。 AD590為單片集成兩端感溫電流源，所產(chǎn)生的電流經(jīng)過(guò)電阻網(wǎng)絡(luò)和多級(jí)運(yùn)算放大器，輸出范圍在0~0.6V的電壓（溫度范圍為0℃~60℃）。 AD590的特性為：流過(guò)器件的電流()等于期間所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開(kāi)爾文）度數(shù)，即： mA/K 式中： —流過(guò)器件（AD590）的電流，單位為mA； T—熱力學(xué)溫度，單位為K。 同時(shí)，AD590輸出呈現(xiàn)高阻抗，其本身保證在0℃（即熱力學(xué)溫度273.2K）時(shí)，輸出電流為273.2。所以當(dāng)R1和R2的阻值之和為1K時(shí)，在AD590的2腳，可以得到273.2mV的電壓，且輸出電壓隨溫度的變化為1mV/K。在AD590之后連接由運(yùn)算放大器OP07構(gòu)成的跟隨器，以提高輸出負(fù)載能力。要想得到輸出電壓在0℃~60℃時(shí)輸出為0~0.6V，必須對(duì)信號(hào)進(jìn)行降壓和放大?？紤]到精度的要求，我們先對(duì)跟隨器的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)一級(jí)反向放大，再經(jīng)過(guò)一級(jí)反向求和降壓，最后得到0~0.6V的電壓，且在整個(gè)溫度范圍內(nèi)保持良好的線性。計(jì)算過(guò)程如下：0℃~60℃時(shí) 調(diào)節(jié)電位器R7為10K 調(diào)節(jié)電位器R8，使為2.732V 調(diào)節(jié)電位器為10K 則： 故： 范圍為0~0.6V，在ICL7135的量程范圍內(nèi) 但由于AD590的增益有偏差，同時(shí)電阻也有誤差，因此必須對(duì)電路進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整方法為： 為了獲取準(zhǔn)確的溫度值，分別在0℃（冰水混合物）、100℃（沸水）和36.5℃（人體溫度）進(jìn)行溫度定標(biāo)。具體步驟是：把AD590放于冰水混合物中，調(diào)節(jié)電位器R1，使得跟隨器輸出電壓為273.2mV。依次調(diào)節(jié)R7、R8，使得運(yùn)放U2、U3的輸出為-2.732V和2.732V。 將AD590放入沸水中，調(diào)節(jié)電位器R11，使得U4輸出為1V。 同理進(jìn)行36.5℃使得定標(biāo)。 4.1.2 電壓跟隨器-通用運(yùn)放UA741 在系統(tǒng)中為了使前置放大器的前級(jí)和后級(jí)滿(mǎn)足阻抗匹配關(guān)系，本系統(tǒng)采用了電壓跟隨器-通用運(yùn)放UA741。它接于溫度傳感器之后，為8腳DIP封裝。其引腳排列如圖 圖4.2 UA741引腳圖 UA741要求雙電源供電，即供電范圍在±（3V-18V），典型供電為±15V。最低不要低于±3V，但實(shí)際上為±3V使運(yùn)放不能正常工作，故一般不要低于±5V。10K歐姆電位器用與調(diào)整放大器的零點(diǎn)。 UA741可用于對(duì)速度要求不太高，精度也不太高的場(chǎng)合，一般可在8為A/D和D/A中做放大器。UA741的補(bǔ)償電容裝在封裝內(nèi)部，不許要對(duì)外接封裝電容。UA741在本系統(tǒng)中的應(yīng)用連接電路如下圖。其放大倍數(shù)為-1，它將溫度傳感器輸出的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為一穩(wěn)定的電壓信號(hào)，輸出給運(yùn)放0P-07。 圖4.3 UA741在本系統(tǒng)中的應(yīng)用電路連接 4.1.3運(yùn)算放大器0P-07 低失調(diào)運(yùn)放的輸入失調(diào)電壓溫漂aⅥ0S和輸入失調(diào)電流溫漂aⅡ0S都很小。實(shí)際上這類(lèi)運(yùn)放的輸入電壓Ⅵ0S和輸入失調(diào)電流Ⅱ0S也很西歐啊，因而這類(lèi)運(yùn)放的精度也比較高。所以也成為高精度運(yùn)放。0P-07采用超高工藝和齊納米微調(diào)技術(shù)，使其Ⅵ0S，Ⅱ0S，aⅥ0S，aⅡ0S都很小，單它的速度比UA741還低，廣泛應(yīng)用與穩(wěn)定積分，精度加法，比較，檢波和微弱信號(hào)精密放大器等。 0P-07要求雙電源供電，使用溫度范圍為0-70度。0P-07一般不需調(diào)零，如果要調(diào)零可采用圖中電位器調(diào)整，電位器電阻值可選200K歐姆。在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，0P-07連接圖如下： 圖4.4 在本系統(tǒng)0P-07的連接 4.1.4 A/D轉(zhuǎn)換器 ADC0809 ADC0809結(jié)構(gòu)原理和引腳功能 因A/D轉(zhuǎn)換器應(yīng)有范圍極廣，故其品種及類(lèi)型非常多，根據(jù)A/D電路的工作原理可以分為下列幾大類(lèi)型： （1）、雙積分A/D轉(zhuǎn)換器 一般具有精度高，抗干擾好，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，但轉(zhuǎn)換速度慢，廣泛用于數(shù)字儀表中。 （2）、逐次逼近比較型A/D轉(zhuǎn)換器 在精度、速度和價(jià)格上都適中。 （3）、并行A/D轉(zhuǎn)換器 這是一種用編碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)的高速轉(zhuǎn)換器。 本設(shè)計(jì)選用逐次逼近比較型A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809以實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換。 ADC0809結(jié)構(gòu)原理 ADC0809是采用CMOS工藝制造的8位8通道單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換器，每個(gè)通道均能轉(zhuǎn)換出8位數(shù)字量。它是逐次逼近比較型轉(zhuǎn)換器，包括一個(gè)高阻抗斬波比較器；一個(gè)帶有256個(gè)電阻分壓器的樹(shù)狀開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)；一個(gè)控制邏輯環(huán)節(jié)和8位逐次逼近數(shù)碼寄存器；最后輸出級(jí)有一個(gè)8位三位輸出鎖存口，其中內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-4所示： 圖4.5 ADC0809結(jié)構(gòu)原理 八個(gè)模擬量輸入受多路開(kāi)關(guān)地址寄存器控制，當(dāng)選中某路時(shí)，該路模擬信號(hào)VX進(jìn)入比較器與D/A輸出的VR比較，直至VR與VX相等或達(dá)到允許誤差為止，然后將對(duì)應(yīng)VX的數(shù)碼寄存器值送入三態(tài)鎖存器。當(dāng)OE有效時(shí)，便可輸出對(duì)應(yīng)的VX的八位數(shù)碼。即：IN0~IN7八路模擬量輸入端，在多路開(kāi)關(guān)控制下，任一瞬間只能有一路模擬量經(jīng)相應(yīng)通道輸入到A/D轉(zhuǎn)換器中的比較放大器。D7~D0為八位數(shù)碼輸出端，可直接接入微型機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)總線。A、B、C多路開(kāi)關(guān)地址選擇輸入端，其取值與A/D轉(zhuǎn)換通道的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表4.1。 表4.1 A、B、C與A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)應(yīng)關(guān)系 多路開(kāi)關(guān)地址 被選中的 輸入通道 對(duì)應(yīng)通道 路口地址 C B A 0 0 0 IN0 00H 0 0 1 IN1 01H 0 1 0 IN2 02H 0 1 1 IN3 03H 1 0 0 IN4 04H 1 0 1 IN5 05H 1 1 0 IN6 06H 1 1 1 IN7 07H ADC0809引腳功能 ADC0809外形是有28腳的雙列直插式芯片，引腳如圖3-5所示： 圖4.6 ADC0809引腳功能 引腳功能如下： IN0-IN7 八位模擬量輸入端 ADDA、ADDB、ADDC 通道選輸入端 DB0~DB7 八位數(shù)字量輸出端 START 啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換信號(hào)輸入端，其上升沿用以清除ABC、內(nèi)部寄存器；其下降沿用以啟動(dòng)內(nèi)部控制邏輯，使之A/D轉(zhuǎn)換器工作。 CLOCK 轉(zhuǎn)換定時(shí)時(shí)鐘脈沖輸入端，它的頻率決定A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度，在此其頻率不能高于640KHZ，其對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換速度為10NS。 ALE 地址鎖存元件，該信號(hào)的上升沿可將地址選擇號(hào)A、B、C鎖入地址寄存器內(nèi)。 EOC 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，A/D轉(zhuǎn)換器開(kāi)始后EOC信號(hào)自動(dòng)變低電平，轉(zhuǎn)換結(jié)束即變高電平。 OE 允許輸出控制端，有效時(shí)能打開(kāi)三態(tài)門(mén)，將八位轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送到微型機(jī)的數(shù)據(jù)總線上。 VREF（+）、VREF（-）參考電壓輸入端。它們以可以不與本機(jī)電源和地址相連，但VREF（-）不得為負(fù)值，VREF（+）不得高于Vcc，且1/2[VREF（+）+VREF（-）與1/2VCC之差不得大于0.1V。 VCC 芯片電源（+5V）輸入端。 CTND 芯片接地端。 4．2 可編程并行接口8255設(shè)計(jì) 4.2.1并行通信與接口 并行通信就是把一個(gè)字符的各位同時(shí)用幾根線進(jìn)行傳輸。傳輸速度快，信息率高。電纜要多，隨著傳輸距離的增加，電纜的開(kāi)銷(xiāo)會(huì)成為突出的問(wèn)題，所以，并行通信用在傳輸速率要求較高，而傳輸距離較短的場(chǎng)合。 Intel 8255A是一個(gè)通用的可編程的并行接口芯片，它有三個(gè)并行I/O口，又可通過(guò)編程設(shè)置多種工作方式，價(jià)格低廉，使用方便，可以直接與Intel系列的芯片連接使用，在中小系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。 圖4.7 8255與單片機(jī)的接線圖 4.2.2 8255的編程結(jié)構(gòu) 8255由以下幾部分組成：見(jiàn)圖4.8 1．三個(gè)數(shù)據(jù)端口A，B，C 這三個(gè)端口均可看作是I/O口，但它們的結(jié)構(gòu)和功能也稍有不同。 A口：是一個(gè)獨(dú)立的8位I/O口，它的內(nèi)部有對(duì)數(shù)據(jù)輸入/輸出的鎖存功能。 B口：也是一個(gè)獨(dú)立的8位I/O口，僅對(duì)輸出數(shù)據(jù)的鎖存功能。 C口：可以看作是一個(gè)獨(dú)立的8位I/O口；也可以看作是兩個(gè)獨(dú)立的4位I/O口。也是僅對(duì)輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖存。 2．A組和B組的控制電路 這是兩組根據(jù)CPU命令控制8255A工作方式的電路，這些控制電路內(nèi)部設(shè)有控制寄存器，可以根據(jù)CPU送來(lái)的編程命令來(lái)控制8255A的工作方式，也可以根據(jù)編程命令來(lái)對(duì)C口的指定位進(jìn)行置/復(fù)位的操作。 A組控制電路用來(lái)控制A口及C口的高4位； B組控制電路用來(lái)控制B口及C口的低4位。 圖4.8 8255的編程結(jié)構(gòu) 8位的雙向的三態(tài)緩沖器。作為8255A與系統(tǒng)總線連接的界面，輸入/輸出的數(shù)據(jù)，CPU的編程命令以及外設(shè)通過(guò)8255A傳送锝工作狀態(tài)等信息，都是通過(guò)它來(lái)傳輸?shù)摹? 4．讀/寫(xiě)控制邏輯 讀/寫(xiě)控制邏輯電路負(fù)責(zé)管理8255A的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程。它接收片選信號(hào)及系統(tǒng)讀信號(hào)、寫(xiě)信號(hào)、復(fù)位信號(hào)RESET，還有來(lái)自系統(tǒng)地址總線的口地址選擇信號(hào)A0和A1。 4.2.3 8255的引腳功能 引腳信號(hào)可以分為兩組：一組是面向CPU的信號(hào)，一組是面向外設(shè)的信號(hào)。 1．面向CPU的引腳信號(hào)及功能 D0-D7：8位，雙向，三態(tài)數(shù)據(jù)線，用來(lái)與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連； RESET：復(fù)位信號(hào)，高電平有效，輸入，用來(lái)清除8255A的內(nèi)部寄存器，并置A口，B口，C口均為輸入方式； ：片選，輸入，用來(lái)決定芯片是否被選中； ：讀信號(hào)，輸入，控制8255A將數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息送給CPU； ：寫(xiě)信號(hào)，輸入，控制CPU將數(shù)據(jù)或控制信息送到8255A； A1，AO：內(nèi)部口地址的選擇，輸入。這兩個(gè)引腳上的信號(hào)組合決定對(duì)8255A內(nèi)部的哪一個(gè)口或寄存器進(jìn)行操作。8255A內(nèi)部共有4個(gè)端口：A口，B口，C口和控制口，兩個(gè)引腳的信號(hào)組合選中端口見(jiàn)下表。 ，，，A1，A0這幾個(gè)信號(hào)的組合決定了8255A的所有具體操作， 面向外設(shè)的引腳信號(hào)及功能 PA0~PA7：A組數(shù)據(jù)信號(hào)，用來(lái)連接外設(shè)； PB0~PB7：B組數(shù)據(jù)信號(hào)，用來(lái)連接外設(shè)； PC0~PC7：C組數(shù)據(jù)信號(hào)，用來(lái)連接外設(shè)或者作為控制信號(hào)。 面向外設(shè)的引腳信號(hào)及功能 PA0~PA7：A組數(shù)據(jù)信號(hào)，用來(lái)連接外設(shè)； PB0~PB7：B組數(shù)據(jù)信號(hào)，用來(lái)連接外設(shè)； PC0~PC7：C組數(shù)據(jù)信號(hào)，用來(lái)連接外設(shè)或者作為控制信號(hào)。 表 4.2 8255的操作功能表 A1 A0 操 作 數(shù) 據(jù) 傳 送 方 式 0 0 1 0 0 讀 A 口 A口數(shù)據(jù) → 數(shù)據(jù)總線 0 0 1 0 1 讀 B 口 B口數(shù)據(jù) → 數(shù)據(jù)總線 0 0 1 1 0 讀 C 口 C口數(shù)據(jù) → 數(shù)據(jù)總線 0 1 0 0 0 寫(xiě) A 口 數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù) → A口 0 1 0 0 1 寫(xiě) B 口 數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù) → B口 0 1 0 1 0 寫(xiě) C 口 數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù) → C口 0 1 0 1 1 寫(xiě)控制口 數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù) → 控制口 4.2.4 8255A的工作方式 8255A有三種工作方式，用戶(hù)可以通過(guò)編程來(lái)設(shè)置。 方式0――簡(jiǎn)單輸入/輸出――查詢(xún)方式；A，B，C三個(gè)端口均可。 方式1――選通輸入/輸出――中斷方式；A ，B，兩個(gè)端口均可。 方式2――雙向輸入/輸出――中斷方式。只有A端口才有。 工作方式的選擇可通過(guò)向控制端口寫(xiě)入控制字來(lái)實(shí)現(xiàn)。 在不同的工作方式下，8255A三個(gè)輸入/輸出端口的排列示意圖如圖所示。 圖4.9 8255A三個(gè)輸入/輸出端口的排列示意圖 1．方式0 為一種簡(jiǎn)單的輸入/輸出方式，沒(méi)有規(guī)定固定的應(yīng)答聯(lián)絡(luò)信號(hào)，可用A，B，C三個(gè)口的任一位充當(dāng)查詢(xún)信號(hào)，其余I/O口仍可作為獨(dú)立的端口和外設(shè)相連。 2．方式1 方式1是一種選通I/O方式，A口和B口仍作為兩個(gè)獨(dú)立的8位I/O數(shù)據(jù)通道，可單獨(dú)連接外設(shè)，通過(guò)編程分別設(shè)置它們?yōu)檩斎牖蜉敵?。而C口則要有6位(分成兩個(gè)3位)分別作為A口和B口的應(yīng)答聯(lián)絡(luò)線，其余2位仍可工作在方式0，可通過(guò)編程設(shè)置為輸入或輸出。 3．方式2 方式2為雙向選通I/O方式，只有A口才有此方式。這時(shí)，C口有5根線用作A口的應(yīng)答聯(lián)絡(luò)信號(hào)，其余3根線可用作方式0，也可用作B口方式1的應(yīng)答聯(lián)絡(luò)線。 方式2：就是方式1的輸入與輸出方式的組合，各應(yīng)答信號(hào)的功能也相同。而C口余下的PC0~PC2正好可以充當(dāng)B 口方式1的應(yīng)答線，若B口不用或工作于方式0，則這三條線也可工作于方式0。 方式2的應(yīng)用場(chǎng)合 方式2是一種雙向工作方式，如果一個(gè)并行外部設(shè)備既可以作為輸入設(shè)備，又可以作為輸出設(shè)備，并且輸入輸出動(dòng)作不會(huì)同時(shí)進(jìn)行。 4．3 顯示電路設(shè)計(jì) 4.3.1 鍵盤(pán)部分設(shè)計(jì) 根據(jù)要求，我們之設(shè)計(jì)9個(gè)按鍵，用3×3矩陣式鍵盤(pán)與單片機(jī)的P2.0-P2.5六個(gè)I/O口相連接來(lái)實(shí)現(xiàn)。其功能為：?jiǎn)?dòng)，停止，排水測(cè)試，時(shí)間顯示，狀態(tài)選擇，設(shè)定選擇，上限溫度，下限溫度。 圖4.10 鍵盤(pán)顯示電路 4.3.2 顯示環(huán)節(jié)部分設(shè)計(jì) 本部分電路主要使用八段數(shù)碼管和移位寄存器芯片74LS164。單片機(jī)通過(guò)I2C總線將要顯示的數(shù)據(jù)信號(hào)傳送到移位寄存器芯片74LS164寄存，再由移位寄存器控制數(shù)碼管的顯示，從而實(shí)現(xiàn)移位寄存點(diǎn)亮數(shù)碼管顯示。由于單片機(jī)的時(shí)鐘頻率達(dá)到12M，移位寄存器的移位速度相當(dāng)快，所以我們根本看不到數(shù)據(jù)是一位一位傳輸?shù)摹娜祟?lèi)視覺(jué)的角度上看，就仿佛是全部數(shù)碼管同時(shí)顯示的一樣。 圖4.10 74LS164引腳 4.11 顯示電路設(shè)計(jì) 4.4 復(fù)位及看門(mén)狗電路設(shè)計(jì) 4.4.1 DS1232的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 1 引腳功能及內(nèi)部結(jié)構(gòu) 　　DS1232是由美國(guó)DALLAS公司生產(chǎn)的微處理器監(jiān)控電路，采用8腳DIP封裝，如圖所示。各引腳功能如下： 圖4.12 DS1232引腳 PBRST：按鈕復(fù)位輸入端; 　 TD：看門(mén)狗定時(shí)器延時(shí)設(shè)置端； 　　TOL：5％或10％電壓監(jiān)測(cè)選擇端； 　　GND：電源地； 　　RST：高電平有效復(fù)位輸出端； 　　RST：低電平有效復(fù)位輸出端； 　　ST：周期輸入端; 　　Vcc：電源。。 圖4.13 看門(mén)狗電路設(shè)計(jì) 2 主要特點(diǎn) 　　DS1232具有如下特點(diǎn)： 　　具有8腳DIP封裝和16腳SOIC貼片封裝兩種形式，可以滿(mǎn)足不同設(shè)計(jì)要求; 　　在微處理器失控狀態(tài)下可以停止和重新啟動(dòng)微處理器; 　　微處理器掉電或電源電壓瞬變時(shí)可自動(dòng)復(fù)位微處理器; 　　精確的5％或10％電源供電監(jiān)視; ??? 不需要分立元件； 　　適應(yīng)溫度范圍寬，－40～＋85℃。 4.4.2 DS1232的功能 1 電源電壓監(jiān)視 　　DS1232能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)向微處理器供電的電源電壓，當(dāng)電源電壓VCC低于預(yù)置值時(shí)，DS1232的第5腳和第6