太陽(yáng)能熱水器控制器設(shè)計(jì)-畢業(yè)論文

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　目前，中國(guó)已成為世界上最大的太陽(yáng)能熱水器生產(chǎn)國(guó)，年產(chǎn)量約為世界各國(guó)之和。但是與之相配套的太陽(yáng)能熱水器控制器卻一直處在研究與開發(fā)階段?，F(xiàn)在的這種控制器只具有溫度和液位顯示功能,而且為分段顯示。他不具有溫度控制功能,當(dāng)由于天氣原因而光強(qiáng)不足時(shí)，就會(huì)給熱水器用戶帶來(lái)不便。鑒于國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能熱水器市場(chǎng)不斷擴(kuò)大，而與其相配套的控制器卻急需改

2、進(jìn)的情況下，研制了這套太陽(yáng)能熱水器控制器。本文設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能熱水器是以89C51單片機(jī)為檢測(cè)控制核心，不僅實(shí)現(xiàn)了溫度、水位兩種參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示功能，而且具有溫度設(shè)定與控制功能?？刂破骺梢愿鶕?jù)天氣情況利用輔助加熱裝置使蓄水箱內(nèi)的水溫達(dá)到預(yù)先設(shè)定的溫度，從而達(dá)到24小時(shí)供應(yīng)熱水的目的。實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明，該控制器和以往的顯示儀相比具有性價(jià)比高、溫度控制與顯示精度高、使用方便和性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，提高了我國(guó)太陽(yáng)能應(yīng)用領(lǐng)域控制水平，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社

3、會(huì)效益。</p><p>　　太陽(yáng)能熱水器因利用太陽(yáng)能、無(wú)污染、使用方便、長(zhǎng)期使用投入費(fèi)用低等特點(diǎn)而備受人們青睞。本設(shè)計(jì)介紹了一種以89C51單片機(jī)為核心構(gòu)成的太陽(yáng)能熱水器智能控制器的設(shè)計(jì)方法,給出了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及軟件實(shí)現(xiàn)方法。本設(shè)計(jì)以單片機(jī)89C51為核心，將水溫信號(hào)和水位開關(guān)檢測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后送入單片機(jī)，使數(shù)碼管顯示當(dāng)前溫度和指示燈指示當(dāng)前水位值，另外一方面通過(guò)與溫度設(shè)定值進(jìn)行比較，根據(jù)結(jié)果發(fā)出相應(yīng)的上水、加

4、熱指令，對(duì)熱水器的溫度和水位進(jìn)行控。</p><p>　　關(guān)鍵詞:太陽(yáng)能熱水器，單片機(jī)AT89C51，硬件設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　At present, China has become the world's largest producer of solar wate

5、r heater, with an annual output of around and around the world. However, matching with solar water heater controller has been in research and development stage. The controller now only display the temperature and level,

6、but also for the sub-display. He did not have a temperature control function, when due to bad weather and lack of light, it will bring inconvenience to the water heater. In view of domestic solar water heater </p>

7、<p>　　Solar water heater due to the use of solar energy, pollution-free, easy to use, long-term use of low input costs and has been favored people. Introduced the design of a single-chip microcomputer 89C51 as the

8、core consisting of solar water heater intelligent controller design method, given the system hardware design and software implementation. The design of single-chip microcomputer as the core 89C51, will come from the temp

9、erature and water level detection sensor signal conditioning, A / D tran</p><p>　　KEY WORDS：Solar water heater, single-chip, hardware design, software design</p><p><b>　　目 錄</b></

10、p><p><b>　　摘 要I</b></p><p><b>　　目 錄III</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 太陽(yáng)能熱水器的概述1</p><p>　　1.2 太陽(yáng)能熱水器的背景2<

11、;/p><p>　　1.3太陽(yáng)能熱水器的研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.4本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)及內(nèi)容2</p><p>　　1.5系統(tǒng)的主要功能3</p><p>　　2 系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖的設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.2 溫度檢測(cè)電路設(shè)

12、計(jì)4</p><p>　　2.2.1 AD590的工作原理7</p><p>　　2.3 模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路8</p><p>　　2.3.1 TL2543的內(nèi)部結(jié)構(gòu)9</p><p>　　2.3.2TLC2543的工作方式和輸入通道的選擇10</p><p>　　2.3.3 TLC2543的讀寫時(shí)序10&

13、lt;/p><p>　　2.4 單片機(jī)的控制系統(tǒng)12</p><p>　　2.4.1 AT89C51的主要特性13</p><p>　　2.4.2 AT89C51的引腳說(shuō)明13</p><p>　　2.4.3 振蕩特性16</p><p>　　2.4.4 最小系統(tǒng)應(yīng)用電路17</p><p&g

14、t;　　2.5 鍵盤控制電路18</p><p>　　2.5.1 按鍵的確認(rèn)18</p><p>　　2.5.2 重鍵與連擊的處理18</p><p>　　2.5.3 按鍵防抖技術(shù)18</p><p>　　2.5.4本設(shè)計(jì)鍵盤的硬件連接19</p><p>　　2.5.5鍵盤掃描程序19</p>

15、<p>　　2.6 LED顯示電路20</p><p>　　2.6.1LED顯示原理20</p><p>　　2.7 電源電路23</p><p>　　2.8加熱控制電路設(shè)計(jì)23</p><p><b>　　2.9繼電器24</b></p><p>　　2.9.1繼電器（

16、relay）的工作原理和特性24</p><p>　　2.9.2繼電器（relay）的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)24</p><p>　　2.10 報(bào)警電路設(shè)計(jì)25</p><p>　　第3章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)26</p><p>　　3.1 軟件功能概述26</p><p>　　3.2主程序設(shè)計(jì)27</p>

17、<p>　　3.3 I/O口的說(shuō)明27</p><p>　　3.4 系統(tǒng)存儲(chǔ)器功能28</p><p>　　3.5中斷程序28</p><p>　　3.5.1定時(shí)器T0中斷程序28</p><p>　　3.5.2 定時(shí)器T1中斷程序30</p><p>　　3.6A/D轉(zhuǎn)換及液位顯示程序31

18、</p><p>　　3.7 溫度采集程序31</p><p>　　3.8 溫度顯示程序32</p><p>　　第四章.軟硬件調(diào)試34</p><p>　　第五章.系統(tǒng)功能35</p><p>　　5.1系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)的功能35</p><p>　　5.2系統(tǒng)功能測(cè)試35</

19、p><p>　　5.3系統(tǒng)功能分析35</p><p>　　第六章.參考文獻(xiàn)37</p><p><b>　　總 結(jié)38</b></p><p>　　附錄一：總電路原理圖39</p><p>　　附錄二：仿真電路圖40</p><p>　　附錄三：C源程序43&l

20、t;/p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 太陽(yáng)能熱水器的概述</p><p>　　隨著社會(huì)不斷的發(fā)展,人們對(duì)能源的需求在快速增長(zhǎng)，導(dǎo)致不可再生能源的貯量日益減少，同時(shí)不可再生能源給全球性帶來(lái)的污染和生態(tài)環(huán)境的破壞日益嚴(yán)重，開發(fā)利用新型高效能源的問(wèn)題越來(lái)越受到世界各國(guó)的關(guān)注。太陽(yáng)能作為一種取之不盡的清潔能源，經(jīng)過(guò)了

21、不斷的開發(fā)、研究后，現(xiàn)在又進(jìn)入了一個(gè)新的開發(fā)利用階段，各種太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換設(shè)備層出不窮，其中太陽(yáng)能熱水器就是其中的一種主要的轉(zhuǎn)化設(shè)備，其核心部分是集熱器，目前，太陽(yáng)能熱水器上使用的集熱器有平板型、真空集熱管和熱管真空管三種類型。平板型集熱器的價(jià)格相對(duì)較低，普通平板集熱器的熱效率受溫度和環(huán)境溫度的影響比較大，冬季不能正常使用。</p><p>　　真空集熱管的熱工性能非常優(yōu)良,其熱效率受周圍環(huán)境溫度的影響比較小,可在高溫

22、和低溫環(huán)境下正常使用。真空集熱管中的玻璃金屬真空管的耐高溫、承壓高、耐熱沖擊性能均好于全玻璃真空管,但玻璃與金屬封接技術(shù)不完善,價(jià)位相對(duì)較高。全玻璃真空管的價(jià)格相對(duì)較低,其生產(chǎn)量和市場(chǎng)的需求量都在不斷增加,但在直接加熱水時(shí),存在著炸管、結(jié)垢嚴(yán)重等問(wèn)題。長(zhǎng)期使用熱效率會(huì)有所降低。</p><p>　　熱管真空管的價(jià)格高于全玻璃真空管，但其具有單向?qū)岷偷葴貍鳠岬奶匦裕ㄟ^(guò)熱管向周圍散失的熱量非常少。同時(shí),管內(nèi)封存的

23、少量防凍工作液長(zhǎng)期循環(huán)工作，管內(nèi)不結(jié)垢、不凍結(jié)、不炸管、啟動(dòng)快、集熱效率高，在置換破損的真空管時(shí)不影響系統(tǒng)正常運(yùn)行，是目前值得積極研究推廣使用的產(chǎn)品。集熱器的性能和造價(jià)在一定程度上決定了太陽(yáng)能熱水器的推廣和使用，決定了太陽(yáng)能熱水供應(yīng)系統(tǒng)的形式。</p><p>　　最早出現(xiàn)的強(qiáng)迫循環(huán)方式是定時(shí)循環(huán)方式，即每隔一定時(shí)間啟動(dòng)循環(huán)水泵進(jìn)行一次冷熱水循環(huán)來(lái)采集太陽(yáng)能，該方式能夠加快太陽(yáng)能的采集速度，但是每隔一定時(shí)間進(jìn)行循

24、環(huán)并不能準(zhǔn)確跟蹤太陽(yáng)能的變化，當(dāng)可利用的太陽(yáng)能很少甚至沒(méi)有時(shí)還會(huì)啟動(dòng)循環(huán)水泵,致使水泵做無(wú)用功,加大系統(tǒng)功耗。隨后出現(xiàn)了定溫循環(huán)方式，即在集熱器的出口水溫達(dá)到一設(shè)定值時(shí)進(jìn)行循環(huán)來(lái)采集太陽(yáng)能。隨著計(jì)算機(jī)在各種智能控制系統(tǒng)應(yīng)用中的不斷深入與蓬勃發(fā)展，單片機(jī)更以其小巧的外形、較高的性價(jià)比、靈活的控制方式廣泛地應(yīng)用在這一領(lǐng)域。本設(shè)計(jì)所介紹的太陽(yáng)能熱水器自動(dòng)控制系統(tǒng)，將低價(jià)位的單片機(jī)引太陽(yáng)能熱水器中，以單片機(jī)作為核心部件，實(shí)時(shí)采集溫度和水位數(shù)據(jù),

25、進(jìn)行溫差跟蹤循環(huán)充分利用太陽(yáng)能進(jìn)行加熱，同時(shí)考慮到太陽(yáng)能的間歇性自動(dòng)進(jìn)行能源轉(zhuǎn)換，有效地啟動(dòng)一種輔助能源進(jìn)行加熱，通過(guò)智能控制達(dá)到全天候不間斷提供熱水。目前市場(chǎng)上太陽(yáng)能熱水器的控制系統(tǒng)大多存在功能單一、操作復(fù)雜、控制不方便等問(wèn)題，很多控制器只具有溫度和水位顯示功能，不具有溫度控制功能。即使熱水器具有輔助加熱功能，也可能由于加熱時(shí)間不能控制而產(chǎn)生過(guò)燒，從而浪費(fèi)電能.鑒于此，本文以AT89C52單片機(jī)為檢測(cè)控制</p><

26、;p>　　1.2 太陽(yáng)能熱水器的背景</p><p>　　國(guó)外對(duì)太陽(yáng)能熱水器的研究始于20世紀(jì)50年代初，美國(guó)、瑞典、澳大利亞、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛投入了大量人力、物力對(duì)太陽(yáng)能熱泵進(jìn)行深入研究與開發(fā)，在各地實(shí)施了多項(xiàng)太陽(yáng)能熱泵示范工程，如賓館、住宅、學(xué)校、醫(yī)院、圖書館以及游泳館等，取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會(huì)效益。</p><p>　　目前，太陽(yáng)能熱水器的應(yīng)用已比較普遍，在國(guó)外，

27、許多國(guó)家通過(guò)政府補(bǔ)貼的式鼓勵(lì)居民應(yīng)用太陽(yáng)能熱水器，歐洲還采用了“工程項(xiàng)目法”等措施來(lái)加強(qiáng)太陽(yáng)能熱水器的推廣。我國(guó)在沒(méi)有政府補(bǔ)貼的情況下，太陽(yáng)能熱水器的銷售和普及的速度也十分迅速，據(jù)統(tǒng)計(jì)，1999年我國(guó)銷售的太陽(yáng)能熱水器的面積近300萬(wàn)平方米,其數(shù)量居世界首位,并且銷售的產(chǎn)品都是國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品，銷售的區(qū)域主要在經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)地區(qū)，而這些區(qū)域很多并非是太陽(yáng)能資源豐富的地區(qū)。若能在全國(guó)范圍內(nèi)推廣使用太陽(yáng)能熱水器,其節(jié)能潛力和環(huán)保效益將是十分巨大的。&

28、lt;/p><p>　　隨著技術(shù)的不斷更新，將會(huì)有越來(lái)越多、越來(lái)越完善的太陽(yáng)能熱水器產(chǎn)品出現(xiàn)，太陽(yáng)能熱水供應(yīng)系統(tǒng)也會(huì)越來(lái)越完善。太陽(yáng)能技術(shù)的推廣使用，節(jié)約了能源改善了環(huán)境、提高了人們的生活質(zhì)量，為人類的文明和進(jìn)步作出了巨大的貢獻(xiàn)。</p><p>　　1.3太陽(yáng)能熱水器的研究現(xiàn)狀</p><p>　　近年，我國(guó)部分地區(qū)嚴(yán)重的能源短缺推動(dòng)了太陽(yáng)能熱水器的廣泛使用，這項(xiàng)環(huán)保

29、而節(jié)能的新型產(chǎn)品在市場(chǎng)上迅速得到發(fā)展，到2002年底，我國(guó)太陽(yáng)能熱水器的總產(chǎn)量已達(dá)到1000萬(wàn)平方米總產(chǎn)值110多億元，總保有量高達(dá)4000萬(wàn)平方米。有關(guān)專家預(yù)測(cè)，在未來(lái)的10年中，太陽(yáng)能熱水器將以15%每年的速度增長(zhǎng)，到2010年將達(dá)到1億平方米。</p><p>　　目前中國(guó)太陽(yáng)能熱水器品牌基本上分為三類：一是擁有全國(guó)銷售網(wǎng)絡(luò)的企業(yè)，如皇明等一兩家；二是正處在由地方網(wǎng)絡(luò)向全國(guó)過(guò)渡的企業(yè)，有華陽(yáng)與清華陽(yáng)光等幾家

30、；第三類是數(shù)量龐大的地方小太陽(yáng)能熱水器企業(yè)。有數(shù)字顯示，這樣的小太陽(yáng)能熱水器生產(chǎn)企業(yè)全國(guó)有3000多家?；旧厦總€(gè)省份都有近百家這樣的小企業(yè)。這些間接導(dǎo)致了我國(guó)太陽(yáng)能熱水器行業(yè)整體技術(shù)水平的落后，在國(guó)際市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。據(jù)權(quán)威部門統(tǒng)計(jì)，100億的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，年出口量?jī)H1000萬(wàn)美元左右，不及總量的1%。</p><p>　　總體來(lái)看，我國(guó)太陽(yáng)能熱泵熱水技術(shù)還處于發(fā)展階段，太陽(yáng)能熱水器裝置在我國(guó)尚難實(shí)現(xiàn)商品化，仍有許

31、多問(wèn)題需要解決。</p><p>　　1.4本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)及內(nèi)容</p><p>　　太陽(yáng)能熱水器因利用太陽(yáng)能、無(wú)污染、使用方便、長(zhǎng)期使用投入費(fèi)用低等特點(diǎn)而備受人們青睞。本設(shè)計(jì)以AT89C51單片機(jī)為核心配合傳感器、顯示器件、繼電器、電加熱、報(bào)警器 等外圍器件，采集熱水器儲(chǔ)水箱中的水位，水溫信號(hào)，通過(guò)電加熱器加熱來(lái)控制儲(chǔ)水箱的水位、溫度，并完成水位、水溫顯示、水溢報(bào)警等功能。另配有鍵盤，

32、可以實(shí)現(xiàn)設(shè)置溫度功能。 將來(lái)自溫度和水位檢測(cè)傳感器的信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)化后送入單片機(jī)，一方面通過(guò)LED顯示當(dāng)前溫度和水位值，另外一方面與溫度和水位設(shè)定值進(jìn)行比較、運(yùn)算，根據(jù)結(jié)果發(fā)出相應(yīng)的上水、加熱指令，對(duì)熱水器的溫度和水位進(jìn)行控制。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容：</p><p>　?。╝） 溫度、水位檢測(cè)傳感器的選擇

33、 </p><p>　?。╞） A/D轉(zhuǎn)換器與傳感器及AT89C51的接口設(shè)計(jì)</p><p>　?。╟） 鍵盤及顯示部分的設(shè)計(jì)</p><p>　?。╠）控制加熱和上水電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　　（e）軟件設(shè)計(jì)</b></p><p><

34、;b>　?。╢） 總體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　從系統(tǒng)需要和研究?jī)?nèi)容可以看出，本設(shè)計(jì)需要做的主要工作有：查閱相關(guān)資料，了解各部分功能原理。查閱元器件資料，掌握器件工作原理和硬件實(shí)現(xiàn)方法。利用電腦仿真，對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行模擬檢測(cè)。</p><p>　　1.5系統(tǒng)的主要功能</p><p>　　太陽(yáng)能熱水器自動(dòng)控制系統(tǒng)具有以下功能：</p&

35、gt;<p>　　(1) 使用電源為220VAC,功耗小于5W。</p><p>　　(2) 水溫顯示：水溫用串行動(dòng)態(tài)數(shù)碼管顯示,測(cè)溫范圍0—99℃；精度±0.1℃。</p><p>　　(3) 水位顯示：本系統(tǒng)利用水位檢測(cè)電路可以檢測(cè)3個(gè)水位,分別為滿水位的10％ 、50％、95％,用3個(gè)發(fā)光二極管來(lái)顯示當(dāng)前水位,當(dāng)水位超過(guò)該水位點(diǎn),

36、相應(yīng)發(fā)光二極管發(fā)亮。</p><p>　　(5) 自動(dòng)上水：在自動(dòng)控制狀態(tài),上電時(shí)自動(dòng)檢測(cè)水位，低于中位時(shí)自動(dòng)上水，當(dāng)溫度高于80度自動(dòng)上水，低于70度時(shí)上水停止。水位高于95%時(shí)上水停止且溫度高于90度時(shí)開始報(bào)警，報(bào)警燈常亮。</p><p>　　(6) 自動(dòng)加熱：若后5分鐘水溫沒(méi)有達(dá)到60度,則電加熱自動(dòng)補(bǔ)溫,加熱到65度后自動(dòng)停止加熱。在加熱狀態(tài),為保證使用安全,

37、此時(shí)應(yīng)禁止用水,加熱狀態(tài)時(shí)紅色發(fā)光二級(jí)管顯示加熱正在進(jìn)行,待加熱停止后方可用水。</p><p>　　2 系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖的設(shè)計(jì)</p><p>　　太陽(yáng)能熱水器控制器主要由溫度水位數(shù)據(jù)采集模塊、單片機(jī)控系統(tǒng)和鍵盤顯示電路及繼電器控制部分組成。太陽(yáng)能熱水器控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)溫度顯示，溫度設(shè)定，水位顯示和控制等多種功能，其

38、中對(duì)水位的檢測(cè)、控制，實(shí)時(shí)水位燈指示、自動(dòng)上水，超限報(bào)警是太陽(yáng)能熱水器控制的核心。本次設(shè)計(jì)選用的是AT89C51單片機(jī)作為核心控制器，組成熱水器微控制系統(tǒng)。傳感器采用的是感溫電流源AD590溫度傳感器，用于檢測(cè)水溫，并負(fù)責(zé)將檢測(cè)到的水溫經(jīng)差分放大電路LM324轉(zhuǎn)換成0～5V的模擬信號(hào)，然后通過(guò)TL2543模數(shù)轉(zhuǎn)換器把檢測(cè)到的溫度電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，一方面由單片機(jī)AT89C51完成最終完成太陽(yáng)能熱水器控制器的控制功能，另一方面通過(guò)LE

39、D顯示當(dāng)前溫度，另外一方面與溫度和水位設(shè)定值進(jìn)行比較、運(yùn)算，根據(jù)結(jié)果發(fā)出相應(yīng)的上水、加熱指令，對(duì)熱水器的溫度和水位進(jìn)行控制。系統(tǒng)框圖如圖2-1所示：</p><p>　　圖2-1 太陽(yáng)能熱水器控制器系統(tǒng)框圖</p><p>　　2.2 溫度檢測(cè)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　溫度檢測(cè)部分是實(shí)現(xiàn)溫度智能控制的重要環(huán)節(jié),只有準(zhǔn)確地檢測(cè)出溫度,才能通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)輔助加熱。其性

40、能的好壞直接影響系統(tǒng)的性能，對(duì)于溫度檢測(cè),目前比較理想的是集成溫度傳感器AD590，因此溫度傳感器采用是美國(guó)模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源AD590。AD590溫度傳感器是一種已經(jīng)IC化的溫度感測(cè)器，它會(huì)將溫度轉(zhuǎn)換為電流，在單片機(jī)的各種課本中經(jīng)?？吹?。其規(guī)格如下：</p><p>　　單片集成兩端感溫電流源AD590的主要特性如下：</p><p>　　（1）流過(guò)器件的電流（uA

41、）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開爾文）度數(shù)：Ir/T=1；</p><p>　?。?）AD590的測(cè)溫范圍為—55℃~+150℃；</p><p>　　（3）AD590的電源電壓范圍為4~30V，電源電壓可在4V～6V范圍變化，電流變化1mA，相當(dāng)于溫度變化1K。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件即使反接也不會(huì)被損壞；</p><p>　　

42、（4）輸出電阻為710mΩ；</p><p>　?。?）精度高，AD590共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，AD590在—55℃~+150℃范圍內(nèi)，線性誤差僅為±0.3℃。</p><p>　　具有體積小、重量輕、線形度好、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)、它的測(cè)量溫度—50~+150度，滿刻度范圍誤差為+-0.3，當(dāng)電源電壓早5~10V之間，穩(wěn)定度為1%時(shí)，誤差為0.01度，完全合格

43、。</p><p>　　AD590的管腳圖及元件符號(hào)如2-2所示：</p><p>　　圖2-2 AD590的管腳圖及元件符號(hào)</p><p>　　它采用金屬殼3腳封裝，其中1腳位電源正端V+，2腳為電流輸出端I0，3腳為管殼，一般不用。AD590的輸出電流值說(shuō)明如下：</p><p>　　其輸出電流是以絕對(duì)溫度零度（-273℃）為基準(zhǔn)，每

44、增加1℃，它會(huì)增加1μA輸出電流,因此在室溫25℃時(shí)，其輸出電流Iout=（273+25）=298μA。</p><p>　　圖2-3 AD590基本應(yīng)用電路</p><p>　　AD590基本應(yīng)用電路如2-3所示：</p><p><b>　　注意事項(xiàng)：</b></p><p>　?。╝）Vo的值為Io乘上10K，以

45、室溫25℃而言，輸出值為10K×298μA=2.98V。</p><p>　　（b）測(cè)量Vo時(shí)，不可分出任何電流，否則測(cè)量值會(huì)不準(zhǔn)。</p><p>　　AD590實(shí)際應(yīng)用電路如2-4所示：</p><p>　　圖2-4 AD590實(shí)際應(yīng)用圖</p><p><b>　　電路分析：</b></p>

46、<p>　　AD590的輸出電流（T為攝氏溫度），因此測(cè)量的電壓V為（273+T）μA×10K=（2.73+T/100）V。為了將電壓測(cè)量出來(lái)又務(wù)須使輸出電流I不分流出來(lái)，我們使用電壓跟隨器其輸出電壓V2等于輸入電壓V。</p><p>　　由于一般電源供應(yīng)較多的器件之后，電源是不穩(wěn)定的，所以利用可變電阻分壓，其輸出電壓V1需調(diào)整至2.73V。</p><p>　　

47、接下來(lái)我們使用差動(dòng)放大器其輸出Vo為（100K/10K）×（V2-V1）=T/10，如果現(xiàn)在為攝氏28℃，輸出電壓為2.8V，輸出電壓接A/D轉(zhuǎn)換器，那么A/D轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)字量就和攝氏溫度成線形比例關(guān)系。</p><p>　　AD590是美國(guó)模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。AD590測(cè)溫范圍為－55℃～＋150℃，滿足人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)和生活中的溫度范圍。AD590電源電壓可在4V～6V范圍變化，可

48、以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會(huì)被損壞。AD590產(chǎn)生的電流與絕對(duì)溫度成正比，它有非常好的線性輸出性能，溫度每增加1℃，其電流增加1μA。</p><p>　　AD590溫度與電流的關(guān)系如表2-1所示：</p><p>　　表2-1 AD590溫度與電流的關(guān)系表</p><p>　　為了提高精度，擴(kuò)大測(cè)量范圍，在A/D轉(zhuǎn)換前還要將信號(hào)加以放大

49、并進(jìn)行零點(diǎn)遷移，因而一個(gè)高穩(wěn)定性的、高精度的放大電路是必須的，當(dāng)溫度變化時(shí)，AD590會(huì)產(chǎn)生電流變化，當(dāng)AD590的電流通過(guò)一個(gè)10kΩ的電阻時(shí)，這個(gè)電阻上的壓降為10mV，即轉(zhuǎn)換成10mV/K，為了使此10kΩ電阻精確，可用一個(gè)9kΩ的電阻與一個(gè)2kΩ的電位器串聯(lián)，然后通過(guò)調(diào)節(jié)電位器來(lái)獲得精確的10kΩ。運(yùn)算放大器U3A被接成電壓跟隨器形式，以增加信號(hào)的輸入阻抗，由運(yùn)放U2A減去2.732做零位調(diào)整（即把絕對(duì)溫度轉(zhuǎn)成攝氏溫度），最后由

50、運(yùn)放U1A反相并放大5倍輸送給A/D轉(zhuǎn)換器。具體硬件連接圖圖2-5所示。</p><p>　　圖2-5 溫度檢測(cè)電路圖</p><p>　　2.2.1 AD590的工作原理</p><p>　　在被測(cè)溫度一定時(shí)，AD590相當(dāng)于一個(gè)恒流源，把它與5~30V的電流源相連，并在輸出端串接一個(gè)1KΩ的恒值電阻。那么，此電阻上流過(guò)的電流將和被測(cè)溫</p>&l

51、t;p>　　度成正比，這時(shí)電阻兩端將會(huì)有1mV/K的電壓信號(hào)。其基本電路如圖2-3所示，它是利用△Vbe特性的集成PN結(jié)傳感器的感溫部分核心電路。其中，T1、T2起恒流作用，可用于使左右兩支路的集成電極電流I1和I2相等，T3、T4是感溫用的晶體管，兩個(gè)管的材質(zhì)和工藝完全相同，但T3實(shí)質(zhì)上是有n個(gè)晶體管并聯(lián)而成，因而其結(jié)面積是T4的n倍。T3和T4的發(fā)射結(jié)電壓Vbe3和Vbe4經(jīng)反極性串聯(lián)后加在電阻R上，所以R上的端電壓為△Vbe

52、。因此，電流I1為</p><p>　　I1=△Vbe/R=（KT/q）（lm）/R</p><p>　　對(duì)于AD590，n=8，這樣，電路的總電流將與熱力學(xué)溫度T成正比，將此電流引至負(fù)載電阻RL上便可得到與T成正比的輸出電壓。由于利用了恒流特性，所以輸出信號(hào)不受電源電壓和導(dǎo)線電阻的影響。圖2-3中的電阻R是在硅板上形成的薄膜電阻。該電阻已用激光修正了其電阻值，因而在基準(zhǔn)溫度下可得到1uA

53、/K的I值。圖2-4所示是AD590的內(nèi)部電路，圖中的T1~ T4相當(dāng)于圖2-3中的T1、T2，而T9、T11相當(dāng)于圖2-3中的T3、T4。R5、R6是用薄膜工藝制成的低溫度系數(shù)電阻，供出廠前調(diào)整之用。T7、T8、T10為對(duì)稱的Wilson電路，用來(lái)提高阻抗。T5、T12和T10為啟動(dòng)電路，其中T5為恒定偏置二極管。T6可用來(lái)防止電源反接時(shí)損壞電路，同時(shí)也可使左右兩支路對(duì)稱。R1、R2為發(fā)射極反饋電阻，可用于進(jìn)一步提高阻抗。T1~T4是

54、為熱效應(yīng)而設(shè)計(jì)的連接方式。而C1和R4則可用來(lái)防止寄生振蕩。該電路的設(shè)計(jì)使得T9、T10、T11三者的發(fā)射極電流相等，并同為整個(gè)電路總電流I的1/3。T9和T11的發(fā)射結(jié)面積比為8：1，T10和T11的發(fā)射結(jié)面積相等。T9和T11的發(fā)射結(jié)電壓互相反極性串聯(lián)后加在電阻R5和R</p><p>　　△Vbe =（R6—2 R5）I/3</p><p>　　R6上只有T9的發(fā)射極電流，而R5上除

55、了來(lái)自T10的發(fā)射極電流外，還有來(lái)自T11的發(fā)射極電流，所以R6上的壓降是R5的2/3。</p><p>　　根據(jù)上式不難看出，要想改變△Vbe，可以在調(diào)整R5后再調(diào)整R6，而增大R5的效果同減小R6是一樣的。其結(jié)果都會(huì)使△Vbe減小。不過(guò)，改變R5對(duì)△Vbe的影響更為顯著，因?yàn)樗懊娴南禂?shù)較大。實(shí)際上就是利用激光修正R5以進(jìn)行粗調(diào)，修正R6以實(shí)現(xiàn)細(xì)調(diào)，最終使其在250℃之下使總電流I達(dá)到1uA/K。</p

56、><p>　　2.3 模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換是將傳感器輸入的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送入單片機(jī)內(nèi)。設(shè)計(jì)中應(yīng)用的是A/D轉(zhuǎn)換的中斷方式，將轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志信號(hào)接到單片機(jī)的中斷引腳或允許中斷的I/O接口的相應(yīng)引腳上，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，即提出中斷申請(qǐng)，單片機(jī)響應(yīng)后，在中斷服務(wù)程序中讀取數(shù)據(jù)，這種方式使A/D轉(zhuǎn)換器與處理器的工作時(shí)間同時(shí)進(jìn)行，因而節(jié)省機(jī)時(shí)，常用于實(shí)時(shí)性要求比較強(qiáng)或多參數(shù)的

57、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。</p><p>　　模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路應(yīng)用的主要芯片是TL2543。TL2543簡(jiǎn)介：TL2543是德州儀器公司生產(chǎn)的12位開關(guān)電容型逐級(jí)逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間10us,11個(gè)模擬輸入通道，3路內(nèi)置自測(cè)試方式，采樣率為66ksps，線性誤差±1LSBmax，有轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出EOC，具有單級(jí)、雙極性輸出，可編程的MSB或LSB前導(dǎo)，可編程輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。它具有三個(gè)控制輸入端，采用簡(jiǎn)單三線

58、SPI串行接口可方便的與微機(jī)進(jìn)行連接，圖2-6和圖2-7分別是TLC2543的引腳排列圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。</p><p>　　圖2—6TLC2543芯片引腳圖</p><p>　　2.3.1 TL2543的內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖2-7 TL2543 內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)</p><p>　　2.3.2TLC2543的工作方式和輸入通道的選擇&

59、lt;/p><p>　　TLC2543是一個(gè)多通道和多工作方式的模數(shù)轉(zhuǎn)換器件。圖2-6為其芯片引腳圖，圖2-7是它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。其工作方式和輸入通道的選擇是通過(guò)向TLC2543的控制寄存器寫入一個(gè)八位的控制字來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這個(gè)八位控制字由四個(gè)部分組成：D7D6D5D4選擇輸入通道，D3D2選擇輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，D1選擇輸出數(shù)據(jù)順序，D0選擇轉(zhuǎn)換結(jié)果的極性。八位控制字的各位的含義如表2-2所示。主機(jī)以MSB為前導(dǎo)方式將控制字寫

60、入TLC2543的控制寄存器，每個(gè)數(shù)據(jù)位都是在CLOCK序列的上升沿被寫入控制器。</p><p>　　表2-2引腳功能說(shuō)明</p><p>　　2.3.3 TLC2543的讀寫時(shí)序</p><p>　　當(dāng)片選信號(hào)/CS為高電平時(shí)，CLOCK和DATA-IN被禁止、DATA-OUT為高阻狀態(tài)，以便SPI總線上的其它器件讓出總線。在片選信號(hào)/CS的下降沿，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)

61、果的第一位數(shù)據(jù)出現(xiàn)在DATA-OUT引腳上，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的其他數(shù)據(jù)位在時(shí)鐘信號(hào)CLOCK的下降沿被串行輸出到DATA-OUT。在片選信號(hào)/CS下降以后，時(shí)鐘信號(hào)CLOCK的前八個(gè)上升沿將八位控制字從DATA_IN引腳串行輸入到TLC2543的控制寄存器。在片選信號(hào)/CS下降以后，經(jīng)歷8個(gè)(12個(gè)或16個(gè))時(shí)鐘信號(hào)完成對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器的一次讀寫。本次寫入的控制字在下一次轉(zhuǎn)換中起輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為12</p><p>　

62、　位、以MSB為前導(dǎo)的作用。工作時(shí)序圖如圖2-8所示。</p><p><b>　　表2-2八位控制字</b></p><p>　　圖2-8 TLC2543工作時(shí)序圖</p><p>　　本次讀出的結(jié)果由上次輸入的控制字決定，A/D轉(zhuǎn)換可由/CS下降沿觸發(fā)，也可由CLOCK信號(hào)觸發(fā)。本系統(tǒng)采用的工作方式是CLOCK信號(hào)觸發(fā)A/D轉(zhuǎn)換，圖中（A1

63、1A10A9A8…A0）為12位的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，B7B6…B0為控制字。</p><p>　　2.4 單片機(jī)的控制系統(tǒng)</p><p>　　單片機(jī)誕生于20世紀(jì)70年代末，經(jīng)歷了SCM、MCU、SOC三大階段。 第一階段：SCM即單片微型計(jì)算機(jī)（Single Chip Microcomputer）階段，主要是尋求最佳的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結(jié)構(gòu)?！皠?chuàng)新模式”獲得成功，奠定了SCM與

64、通用計(jì)算機(jī)完全不同的發(fā)展道路。第二階段：MCU即微型控制器（Micro Controller Unit）階段，不斷擴(kuò)展?jié)M足嵌入式應(yīng)用時(shí)，對(duì)象系統(tǒng)要求的各種外圍電路與接口電路，突顯其對(duì)象的智能化控制能力。Intel逐漸變?nèi)?，Philips公司以其在嵌入式應(yīng)用方面的巨大優(yōu)勢(shì)成為最著名的廠家。將MCS-51從單片微型計(jì)算機(jī)迅速發(fā)展到微控制器。第三階段：?jiǎn)纹瑱C(jī)是嵌入式系統(tǒng)的獨(dú)立發(fā)展之路，尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化是MCU階段發(fā)展的重要因素。因

65、此，專用單片機(jī)的發(fā)展自然形成了SOC化趨勢(shì)。隨著微電子技術(shù)、IC設(shè)計(jì)、EDA工具的發(fā)展，基于SOC的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)會(huì)有較大的發(fā)展。因此，對(duì)單片機(jī)的理解可以從單片微型計(jì)算機(jī)、單片微控制器延伸到單片應(yīng)用系統(tǒng)。 單片機(jī)的發(fā)展 單片機(jī)作為微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，應(yīng)用面很廣，發(fā)展很快。自單片機(jī)誕生至今，已發(fā)展為上</p><p>　　我們將8位單片機(jī)的推出作為起點(diǎn)，那單片機(jī)的發(fā)展歷史大致可分為以下幾個(gè)階段：第一階段（

66、1976-1978）：?jiǎn)纹瑱C(jī)的探索階段。以Intel公司的MCS-48為代表。開始探索工控領(lǐng)域，Motorola 、Zilog等公司也參與了探索，都取得了滿意的效果。第二階段（1978-1982）單片機(jī)的完善階段。Intel公司在MCS-48 基礎(chǔ)上推出了完善的、典型的單片機(jī)系列MCS-51。它有完善的外部總線、CPU外圍功能單元集中的管理模式、具有工控特性的位地址空間及位操作方式、指令系統(tǒng)趨于豐富和完善，并且增加了許多突出控制功能的指

67、令，這些都奠定了典型的通用總線型單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)。第三階段（1982-1990）：8位單片機(jī)的鞏固發(fā)展及16位單片機(jī)的推出階段，也是單片機(jī)向微控制器發(fā)展的階段。Intel公司推出的MCS-96系列單片機(jī)，將一些用于測(cè)控系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、程序運(yùn)行監(jiān)視器、脈寬調(diào)制器等納入片中，體現(xiàn)了單片機(jī)的微控制器特征。隨著MCS-51系列的廣泛應(yīng)用，許多電氣廠商競(jìng)相使用80C51為內(nèi)核，將許多測(cè)控系統(tǒng)中使用的電路技術(shù)、接口技術(shù)、多通道A/D轉(zhuǎn)換部件、可靠性

68、技術(shù)等應(yīng)用到單片機(jī)中，增強(qiáng)了外圍電路</p><p>　　在選擇單片機(jī)時(shí)也應(yīng)充分考慮其便利和實(shí)用，8031單片機(jī)最大缺點(diǎn)是需要外接EPROM，電路復(fù)雜，而且EPROM還是用紫外線進(jìn)行擦除的，使用起來(lái)很不方便。在經(jīng)過(guò)廣泛的比較之后，確定采用ATMEL 公司的AT89C51FLASH單片機(jī)。它不僅具有8031單片機(jī)的一切功能，還有許多功能是8031所沒(méi)有的。其內(nèi)部帶有8KB可多次擦寫的FLASH內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，可用電

69、擦除，十分方便。</p><p>　　2.4.1 AT89C51的主要特性　　</p><p>　　AT89C51單片機(jī)主要有以下一些特點(diǎn)： 　</p><p>　?。?）與MCS-51產(chǎn)品兼容； </p><p>　?。?）具有8KB可改寫的FLASH內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，可進(jìn)行1000次擦/寫操作；</p><p>　　

70、（3）全靜態(tài)操作：0Hz到24MHz；</p><p>　　（4）三級(jí)程序存儲(chǔ)器加密；</p><p>　　（5）256字節(jié)內(nèi)部RAM；</p><p>　?。?）、32條可編程I/O線； </p><p>　?。?）3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器； </p><p>　?。?）8個(gè)中斷源； </p><p

71、>　?。?）可編程串行口；</p><p>　?。?0）低功耗空閑和掉電方式。</p><p>　　2.4.2 AT89C51的引腳說(shuō)明 　</p><p>　　AT89C51包括40個(gè)引腳，其引腳結(jié)構(gòu)如圖2-9所示。</p><p>　　圖2-9 AT89C51外部管腳排列圖</p><p><b>

72、　　VCC：電源。</b></p><p><b>　　GND：地。</b></p><p>　　P0 口：P0口是一個(gè)8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P0端口寫“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時(shí)，P0

73、口也用來(lái)接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。</p><p>　　P1 口：P1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì)P1 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸

74、入（P1.0/T2）和時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2 EX），具體如表2-3所示。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址字節(jié)。</p><p>　　表2-3 P1口部分引腳的第二功能表</p><p>　　P2 口：P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì)P2 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作

75、為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX @DPTR）時(shí)，P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVX @RI）訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。</p><p&g

76、t;　　P3 口：P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì)P3 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如表2-4所示。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P3口也接收一些控制信號(hào)。</p><p>　　表2-4

77、P3口引腳第二功能表</p><p>　　RST：復(fù)位輸入。晶振工作時(shí)，RST腳持續(xù)2個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位?？撮T狗計(jì)時(shí)完成后，RST腳輸出96個(gè)晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能無(wú)效。DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。</p><p>　　ALE/PROG：地址鎖存控制信號(hào)（ALE）是訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低8位地址的輸出脈

78、沖。在flash編程時(shí)，此引腳（PROG）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來(lái)作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE脈沖將會(huì)跳過(guò)。如果需要，通過(guò)將地址為8EH的SFR的第0位置 “1”，ALE操作將無(wú)效。這一位置 “1”，ALE 僅在執(zhí)行MOVX 或MOVC指令時(shí)有效。否則，ALE 將被微弱拉高。這個(gè)ALE 使能標(biāo)志位（地址為8EH的SFR的第0位）的設(shè)置

79、對(duì)微控制器處于外部執(zhí)行模式下無(wú)效。</p><p>　　PSEN：外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)（PSEN）是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。當(dāng)AT89C52從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)，PSEN在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，PSEN將不被激活。</p><p>　　EA/VPP：訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為使能從0000H 到FFFFH的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令，EA必須接GND

80、。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA應(yīng)該接VCC。在flash編程期間，EA也接收12伏VPP電壓。</p><p>　　XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。</p><p>　　XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。</p><p>　　3）AT89S51存儲(chǔ)器</p><p>　　MCS-51器件又單獨(dú)的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

81、。外部程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可以64K尋址。</p><p><b>　　a）程序存儲(chǔ)器</b></p><p>　　如果EA引腳接地，程序讀取只從外部程序存儲(chǔ)器開始。對(duì)于AT89S51，如果EA接VCC，程序讀寫先從內(nèi)部存儲(chǔ)器（地址為0000H～1FFFH）開始，接著從外部尋址，尋址地址為：2000H～FFFFH。</p><p><

82、b>　　b）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器</b></p><p>　　AT89c51 有256 字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。高128 字節(jié)與特殊功能寄存器重疊。也就是說(shuō)高128字節(jié)與特殊功能寄存器有相同的地址，而物理上是分開的。當(dāng)一條指令訪問(wèn)高于7FH 的地址時(shí)，尋址方式?jīng)Q定CPU 訪問(wèn)高128 字節(jié)RAM 還是特殊功能寄存器空間。直接尋址方式訪問(wèn)特殊功能寄存器（SFR）。例如，下面的直接尋址指令訪問(wèn)0A0H（P2口）存

83、儲(chǔ)單元。</p><p>　　MOV 0A0H , #data</p><p>　　使用間接尋址方式訪問(wèn)高128 字節(jié)RAM。例如，下面的間接尋址方式中，R0 內(nèi)容為0A0H，訪問(wèn)的是地址0A0H的寄存器，而不是P2口（它的地址也是0A0H）。</p><p>　　MOV @R0 ,#data</p><p>　　堆棧操作也是簡(jiǎn)介尋址方式。因

84、此，高128字節(jié)數(shù)據(jù)RAM也可用于堆?？臻g。</p><p><b>　　4）中斷</b></p><p>　　AT89c51有6個(gè)中斷源：兩個(gè)外部中斷（和），三個(gè)定時(shí)中斷（定時(shí)器0、1、2）和一個(gè)串行中斷。每個(gè)中斷都可以通過(guò)置位或清除特殊寄存器IE中的相關(guān)中斷允許控制位分別使得中斷源有效與無(wú)效。IE還包括一個(gè)中斷允許總控制位EA，他能一次禁止所有中斷，如表2-5所示

85、。IE.6位是不可用的。對(duì)于AT89c51，IE.5位也是不能用的。用戶軟件不應(yīng)給這些位為1。它們?yōu)锳T89系列新產(chǎn)品預(yù)留。</p><p>　　定時(shí)器2可以被寄存器T2CON中的TF2和EXF2的或邏輯觸發(fā)。程序進(jìn)入中斷服務(wù)程序后，這些標(biāo)志位都可以由硬件清0。</p><p>　　定時(shí)器0和定時(shí)器1標(biāo)志位TF0和TF1在計(jì)數(shù)溢出的那個(gè)周期的S5P2被置位。它們的值一直到下一個(gè)周期被電路捕

86、捉下來(lái)。然而，定時(shí)器2的標(biāo)志位TF2在計(jì)數(shù)溢出的那個(gè)周期的S2P2被置位，在同一周期被電路捕捉下來(lái)。</p><p>　　表2-5 中斷允許控制器功能表</p><p>　　2.4.3 振蕩特性</p><p>　　XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出，該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器，石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)

87、不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。</p><p>　　2.4.4 最小系統(tǒng)應(yīng)用電路</p><p>　　單片機(jī)的最小應(yīng)用系統(tǒng)電路指的是它可以正常工作的最簡(jiǎn)單電路組成。AT89c51單片機(jī)的最小應(yīng)用系統(tǒng)電路圖如圖2-10所示。該系統(tǒng)中包含4個(gè)電路部分。</p><p>　　圖2

88、-10 A89C51單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)電路</p><p><b>　?。?）供電電路</b></p><p>　　引腳VCC（引腳40）接+5V電源，引腳GND（引腳20）接地線。為提高電路的抗干擾能力，一個(gè)0.1μF（器件標(biāo)注為104）的瓷片電容和一個(gè)10μF的電解電容通常被接在引腳VCC和接地線之間。</p><p>　　（2）程序存儲(chǔ)器

89、選擇電路</p><p>　　如前所述，Atmel公司生產(chǎn)的8051兼容芯片具有多種容量的內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的型號(hào)，因此在使用中不需要再擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器，這樣在單片機(jī)應(yīng)用電路中引腳（引腳31）可以總是接高電平。</p><p><b>　?。?）時(shí)鐘電路</b></p><p>　　AT89C51芯片的時(shí)鐘頻率可以在0～33MHz范圍。單片機(jī)內(nèi)部

90、有一個(gè)可以構(gòu)成振蕩器的放大電路。在這個(gè)放大電路的對(duì)外引腳XTAL2（引腳18）和XTAL1（引腳19）接上晶體和電容就可以構(gòu)成單片機(jī)的時(shí)鐘電路。圖3-3所示的時(shí)鐘電路由晶體CRY和電容C2與C3組成。單片機(jī)的時(shí)鐘頻率取決于晶體CRY的頻率，如果采用面包板來(lái)組裝單片機(jī)應(yīng)用電路，晶體CRY的推薦值為12MHz以下。電容C2與C3的取值范圍為30pF～50pF。時(shí)鐘電路采用晶體的目的是提高時(shí)鐘頻率的穩(wěn)定性。</p><p&

91、gt;<b>　?。?）復(fù)位電路</b></p><p>　　對(duì)于AT89C51芯片，如果引腳RST（引腳9）保持24個(gè)時(shí)鐘周期的高電平，單片機(jī)就可以完成復(fù)位。通常為了保證應(yīng)用系統(tǒng)可靠地復(fù)位，復(fù)位電路應(yīng)使引腳RST保持10ms以上的高電平。只要引腳RST保持高電平，單片機(jī)就循環(huán)復(fù)位。當(dāng)引腳RST從高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，單片機(jī)退出復(fù)位狀態(tài)，從程序空間的0000H地址開始執(zhí)行用戶程序。</p

92、><p>　　復(fù)位電路由C1和R1組成。當(dāng)系統(tǒng)加電時(shí)，由于C1兩端的電壓不能突變，因此引腳RST為高電平，單片機(jī)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。隨著C1充電，它兩端的電壓上升，使得引腳RST上電壓下降，最終使單片機(jī)退出復(fù)位狀態(tài)。合理地選擇C1和R1的取值，系統(tǒng)就能可靠地復(fù)位。C1的推薦值是10μF，R1的推薦值是10kΩ。</p><p>　　完成復(fù)位后，單片機(jī)不僅從程序空間的0000H地址開始執(zhí)行用戶程序，而

93、且還影響一些特殊功能存儲(chǔ)器的初始狀態(tài)。</p><p>　　2.5 鍵盤控制電路</p><p>　　鍵盤控制電路采用的是矩陣鍵盤的接口技術(shù)中的程控掃描法，這種鍵盤由行線和列線組成，按鍵設(shè)置在行，列結(jié)構(gòu)的交叉點(diǎn)上，行列線分別連在按鍵開關(guān)的兩端，列線通過(guò)上拉電阻接到正電源，以使無(wú)鍵按下時(shí)列線處于高電平狀態(tài)。</p><p>　　程控掃描法程控掃描是由程序控制鍵掃描的方

94、法。程控掃描的任務(wù)如下：</p><p>　?。?）首先判斷是否有鍵按下。其方法是使所有的行輸出均為低電平，然后從端口讀出入列值，如果沒(méi)有鍵按下，則讀入值為FFH。</p><p>　?。?）去除鍵抖動(dòng)，若有鍵按下，則延時(shí)10~20ms，再一次判斷有無(wú)鍵按下，如果此時(shí)有鍵按下，則認(rèn)為鍵盤上有一個(gè)鍵處于穩(wěn)定閉合期。</p><p>　?。?）若有鍵按下，則求出閉合鍵的

95、鍵盤值。求值的方法是對(duì)鍵盤進(jìn)行逐行掃描，先使P2.6=1然后讀入列值，若等于FFH，則說(shuō)明該行無(wú)鍵按下，對(duì)下一行進(jìn)行掃描（令P2.6=0），如果不等于FFH，則說(shuō)明該行有鍵有鍵按下，求出其鍵值。</p><p>　　2.5.1 按鍵的確認(rèn)</p><p>　　鍵盤實(shí)際上就是一組按鍵開關(guān)的集合，其中每一個(gè)按鍵就是一個(gè)開關(guān)量輸入裝置。鍵的閉合與否取決于機(jī)械彈性開關(guān)的狀態(tài)。反應(yīng)在電壓上就是呈現(xiàn)高

96、電平或低電平，所以可以通過(guò)檢測(cè)電平的狀態(tài)來(lái)判斷按鍵是否已被按下。</p><p>　　2.5.2 重鍵與連擊的處理</p><p>　　實(shí)際按鍵操作中，若無(wú)意中同時(shí)或先后按下兩個(gè)以上的鍵，系統(tǒng)確認(rèn)哪個(gè)鍵的操作是有效的，完全由設(shè)計(jì)者的意志決定。如果視按下時(shí)間長(zhǎng)為有效，或認(rèn)為最先按下的鍵為當(dāng)前鍵，也可以將最后釋放的鍵視為當(dāng)前鍵。通常是采用單鍵按下有效，多鍵同時(shí)按下無(wú)效的原則。針對(duì)重鍵的影響，編

97、制程序時(shí)，可以將按鍵的釋放作為按鍵的結(jié)束。</p><p>　　2.5.3 按鍵防抖技術(shù)</p><p>　　多數(shù)鍵盤的按鍵均采用機(jī)械彈性開關(guān)。一個(gè)電信號(hào)通過(guò)機(jī)械觸點(diǎn)的的閉合和斷開的過(guò)程，完成高低電平的切換。由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，一個(gè)按鍵在閉合及斷開的瞬間必然伴隨有一連串的抖動(dòng)。其波形如圖2-11所示。抖動(dòng)過(guò)程的長(zhǎng)短由按鍵的機(jī)械特性決定，一般為10到20ms。</p>&l

98、t;p><b>　　軟件防抖電路</b></p><p>　　若N個(gè)鍵則就需要N個(gè)防抖電路。因此，當(dāng)鍵的個(gè)數(shù)比較多時(shí)，硬件防抖將無(wú)法勝任。在這種情況下，可以采用軟件方法進(jìn)行防抖。當(dāng)?shù)谝淮螜z測(cè)到有鍵按下時(shí)，先用軟件延時(shí)，而后再確認(rèn)該鍵電平是否仍維持閉合狀態(tài)電平。若保持閉合狀態(tài)電平，則確認(rèn)該鍵已被按下，從而消除了抖動(dòng)的影響。</p><p>　　2.5.4本設(shè)計(jì)鍵盤

99、的硬件連接</p><p>　　一般具有人機(jī)對(duì)話的單片機(jī)系統(tǒng)少不了會(huì)有鍵盤。本設(shè)計(jì)采用三個(gè)按鍵，鍵盤的實(shí)現(xiàn)方法是利用單片機(jī)I/O口讀取口的電平高低來(lái)判斷是否有按鍵按下。我們將按鍵的一端接地，另一端接一個(gè)I/O口，程序開始時(shí)將此I/O口置于高電平平時(shí)無(wú)按鍵時(shí)I/O口保護(hù)高電平。當(dāng)按鍵按下時(shí)，此I/O口與地短路迫使I/O口為低電平。按鍵釋放后，與單片機(jī)連接的上拉電阻使I/O口仍然保持高電平。我們所要做的就是在程序中查

100、詢此I/O口的電平狀態(tài)就可以了解我們是否有按鍵動(dòng)作了。</p><p>　　按鍵分工，從左到右依次為1、2、3號(hào)按鍵，一號(hào)鍵模式鍵，二號(hào)三號(hào)鍵為加減鍵。</p><p>　　2.5.5鍵盤掃描程序</p><p>　　本設(shè)計(jì)中將鍵盤程序作為主程序的一部分，采用掃描方式讀取方式讀取鍵盤動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)程序如下：</p><p>　　uchar kbs

101、can(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　Uchar recode;</p><p>　　If((KPORT&0X0F)!=0X0F //若有鍵按下</p><p><b>　　{</b></p><p>　　delay(2)

102、; //延時(shí)抖動(dòng)</p><p>　　if(KPORT&0XF0)!=0xof //若有鍵按下</p><p><b>　　{</b></p><p>　　recode=KPORT; //記錄鍵值</p><p>　　return（recode）；

103、 //返回鍵值</p><p><b>　　}</b></p><p>　　根據(jù)讀取的值，鍵盤處理程序進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作，鍵盤數(shù)據(jù)處理程序不再敘述，見(jiàn)附錄。</p><p>　　2.6 LED顯示電路</p><p>　　2.6.1LED顯示原理</p><p>　　在單片機(jī)系統(tǒng)中，常用的顯示器有發(fā)光二

104、極管顯、熒光管顯示器、數(shù)碼管顯示和液晶顯示。近年來(lái)，也開始使用簡(jiǎn)易的CRT接口，顯示一些漢字及圖形。發(fā)光二極管顯示分為固定段顯示和可以拼裝的大型字段顯示，此外還有共陽(yáng)極和共陰極之分等。</p><p>　　三種顯示器中，以熒光管顯示器亮度極高，發(fā)光二極管次之，而液晶顯示器最弱，為被動(dòng)顯示器，必須有外光源。由于LED顯示具有顯示清晰、亮度高、使用電壓低、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，因此使用非常廣泛。</p><

105、;p>　　LED結(jié)構(gòu)和顯示原理。LED（Light Emitting Diode）顯示器是由發(fā)光二極管作為顯示字段的顯示器件，最常見(jiàn)的是由7段型發(fā)光二極管（a～g7段）和1個(gè)圓點(diǎn)型發(fā)光二極管（常以dp表示，主要用來(lái)顯示小數(shù)點(diǎn)）組成的LED顯示器，其排列形狀如下圖所示。這種LED顯示器也可稱為7段數(shù)碼顯示器（或8段數(shù)碼顯示器）。數(shù)碼管顯示，由單片機(jī)的定時(shí)器T0做16位計(jì)數(shù)器碼管顯示，由單片機(jī)的定時(shí)器T0做16位計(jì)數(shù)器（為便于數(shù)據(jù)處理

106、，這里只用低八位計(jì)數(shù)器，即寄存器TL0中的值）。一邊記錄脈沖數(shù)量，一邊以厘米為單位由四位數(shù)碼管顯示出來(lái)。四位數(shù)碼管采用動(dòng)態(tài)掃描方式顯示。 </p><p>　　LED顯示塊是由發(fā)光二極管顯示字段組成的顯示器，有8段和字段之分。這種顯示塊有共陽(yáng)極和共陰極兩種。共陰極LED顯示塊的發(fā)光二極管的陰極連接在一起，通常此公共陰極接地，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。同樣，共陽(yáng)極LED

107、顯示塊的發(fā)光二極管的陽(yáng)極連接在一起，通常此公共陽(yáng)極接正電壓。當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陰極接低電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。</p><p>　　LED的顯示方式：有LED靜態(tài)顯示方式和LED動(dòng)態(tài)顯示方式。</p><p>　　a）LED靜態(tài)顯示方式</p><p>　　LED顯示器工作于靜態(tài)顯示方式時(shí)，各位的共陰極（或共陽(yáng)極）連接在一起并接地（或+5V）每位的段

108、選端分別與一8位的鎖存輸出相連。之所以稱為靜態(tài)顯示，使由于顯示器中的各位相互獨(dú)立，而且各位的顯示字符一經(jīng)確定，相應(yīng)的鎖存器的輸出將維持不變，直到顯示為另一個(gè)字符為止，靜態(tài)顯示器的亮度較高。</p><p>　　靜態(tài)LED顯示電路各位可獨(dú)立顯示，只要在該位的段選上保持段選碼電平，該位就能保持相應(yīng)的顯示字符。由于每位分別由一個(gè)輸出口控制段選碼，所以在某一時(shí)間里，每位顯示的字符可以各不相同。這種顯示方式接口，編程容易，

109、管理簡(jiǎn)單。但占用的口線資源較多。如果顯示位數(shù)增多，靜態(tài)顯示無(wú)法時(shí)應(yīng)，一般都采用動(dòng)態(tài)顯示方式。</p><p>　　b）LED動(dòng)態(tài)顯示方式</p><p>　　動(dòng)態(tài)掃描顯示控制方式就是逐個(gè)地循環(huán)點(diǎn)亮各位顯示器，即在某一瞬間，只讓某一位的位選線處于選通狀態(tài)（共陽(yáng)極的為高電平，共陰極的為低電平）其它各位的位選線處于段開狀態(tài)，同時(shí)段選線上輸出相應(yīng)位要顯示字符的字段碼。這樣在每一個(gè)瞬間，8位LED中