基于51单片机的变压器温度测量控制器的设计

基于51单片机的变压器温度测量控制器的设计内容摘要：

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。 单片机的接 口电路设计 ADC0809 与 80c51 单片机的硬件接口 原理图如下 所示。 其中 通 道地址接了低三位数据线，所以通道地址必须锁存； AD_CLK 是 ADC0809 的时钟输入端，时钟频率选 500kHz 为宜， /AD_CS 需手工连接到地址译码输出输出之一连接，以得到适当的基地址； EOC 是 ADC0809 上得转换结束信号，这里被直接引出，供查询法读取 A/D 转换的码， 程序中采用以下指令 : MOVX @DPTR, A DPTR 是 A/D 转换电路在 MCS51 系统中的操作地址，由上述 /AD_CS 于 18 区的地址译码决定。 该指令在锁存通道号的同时也启动 A/D 转换因为 ADC0809 的 ALE 和 START 是连在一 起的。 上述指令执行后，启动相应通道的一次 A/D 转换过程： EOC 随即变低，大约 80~100μ s 后， EOC 变高，表示转换结束。 再执行以下指令： 东南大学成贤学院毕业设计报告 10 MOVX A, @DPTR 则 A/D 码被读入 CPU 中的累加器 A 图 ADC0809 接线原理图 温度传感器 PT100 是一个温度传感器，是一种稳定性和线性性都比较好的铂丝热电阻传感器，可以工作在200℃ ～ +850℃的范围。 电阻式温度检测器（ RTD， resistance temperature detector）是一种物质材料做成的电阻，它会随 温度的上升而改变电阻值，如果它随温度的上升而电阻值也跟着上升就称之为正点阻系数。 大部分电阻式温度检测器是以金属做成的，其中白金（ Pt）作成的电阻式温度检测器最为稳定 ，耐酸碱、不会变质最受工业界采用。 PT100 温度传感器是一种以白金（ Pt）做成的电阻式温度检测器，属于正电阻系数，其电阻和温度的变化关系式如下： R=Ro（ 1+α T），其中α =， Ro 为 100Ω（在 0℃的电阻值）， T 为摄氏温度，因此白金做成的电阻式温度检测器又称之为 PT100。 Vo= 100(1+)=+T/1000。 测量 Vo 时，不可分出任何电流，否则测量值会不准。 电路分析由于一般电源供应较多 零件后，电源是带杂讯的，因此我们使用齐纳二极体作为稳压零件，由于 齐纳二极体的作用，使得 1K 的电阻和 5K 的可变电阻之电压和为 ，靠 5K 的可变电阻的调整可决定电晶体的射（集极）极电流，而我们须将集极电流调整为 ，使得量测电压 V 如箭头所示为 +T/1000。 其后的非反向放大器，输入电阻几乎无限大，同时又放大 10 倍，使得运算放大器输出为 +T/100。 6V 齐纳二极体的作用如 齐纳二极体的作用，我们利用它调出 ，因此电压追随器的输出电压 V1 亦为。 其后差动放大器之输出为 Vo=10（ V2V1） =10（ +T/） =T/10，如果现在室温为 25℃则输出电压为。 工作原理： 传感器的接入非常简单，从系统的 5V 供电端仅仅通过一支 3K92 的电阻就连接到 PT100 了，这种东南大学成贤学院毕业设计报告 11 接法通常会引起严重的非线性问题，但是由于有了单片机的软件校正作为后盾，因此就简化了传感器的接入方式。 温度检测部分 本设计对线包线路进行检测，其检测电路如图 所示。 图 PT100 温度采集原理图 其中 W7 为调零电阻， W8 为调满量程电阻， R53为精密电阻， OP07 运算放大器是 TTL 双极低噪声，低功耗精密运算放大器，具有精度高、漂移率低等特点，其放大倍数为 R56+（ R59+W8） /W8。 根据 PT100所测得的温度为 0℃时，其热电阻阻值为 100，当温度传感器 PT100 测得温度为 200℃时，热电阻阻值为 ，调节滑动变阻器 W8，使 0P07 的输出为 +5V。 传感器是把物理信号转变为电信号，温度传感器 PT100 是把温度的变化转变为电阻值的改 变。 通过集成运算放大器输出相应的电压值，但是由于电压的传送消耗很大，远距离传输时，大大降低了传输效率，而电流对外接干扰不敏感，因此通常情况下，运用变送器把电压信号转换为 420mA 的电流信号进行传输。 有很好的抗干扰能力。 所以，当温度测为 0℃时， OP07 的输出端为 0，调节 W9 是的流过R72 的电流为 4mA，当所测温度为 200℃时， OP07 的输出为 +5V，流过 R72 的电流为 20mA。 人机交换部分 数码管显示以及指示灯是实现人机交换的主要器件。 使用的六位数码管显示电路。 采用 6 只共阳（红色） LED 数码管， 已经过驱动。 字型端口 a～ g， Dp 恰好是 8 位，低电平对应的笔画发光。 可以选试验仪上任何一个端口来控制。 值得推荐的是 MCS— 51 的 P0 口，该口相当于 OC 门，作其它端口功能时它必须加上上拉电阻，而这里接受灌电流，不加上拉电阻也可控制。 数码管的共阳极各有一只三极管控制通断，三极管的基极连接接线端子的名称从高位到低位分别为东南大学成贤学院毕业设计报告 12 DIGH,DIG4，„ ,DIG1， DIGL。 位的通断可以由另一个端口（只需 6 位）来控制，低电平选中相应的位使其发光。 在单片机方式下，如果 P0 口作字型（笔画）控制， ～ 作位选择， 则容易构成一个六位的显示部件，并用于多项试验。 动态显示以一定的时间间隔，循环地在各位显示预期的内容，如果交替的速度足够快，利用视觉残留 的生理现象，就可以使人们主观上感觉到各位的内容是同时显示的。 人类的视觉残留现象约为 20ms左右，所有位的显示循环在 20ms 左右完成时合适的。 动态显示中，循环显示就是要求 CPU 交替地向数码管送数。 做好显示任务在定时中断中完成，这样 CPU 的主程序就可以执行其他任务，数码管原理图如图 所示。 图 数码管原理图 在使用数码管显示的同时用到 8255 芯片 的显示 功能来实现 A/D 转换结果的显示其芯片引脚如下： RESET:复位输入线，当该输入端处于高电平时，所有内部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有 I/O 口均被置成输入方式。 CS:芯片选择信号线，当这个输入引脚为低电平时 ,即 /CS=0 时 ,表示芯片被选中，允许 8255 与 CPU进行通讯。 /CS=1 时 ,8255 无法与 CPU 做数据传输 . RD:读信号线，当这个输入引脚为低跳变沿时 ,即 /RD 产生一个低脉冲且 /CS=0 时 ,允许 8255 通过数据总线向 CPU 发送数据或状态信息，即 CPU 从 8255 读取信息或数据。 WR:写 入信号，当这个输入引脚为低跳变沿时 ,即 /WR 产生一个低脉冲且 /CS=0 时 ,允许 CPU 将数据或控制字写入 8255。 D0～ D7:三态双向数据总线， 8255 与 CPU 数据传送的通道，当 CPU 执行输入输出指令时，通过它实现 8 位数据的读 /写操作，控制字和状态信息也通过数据总线传送。 8255 具有 3 个相互独立的输入 /输出通道端口，用 +5V 单电源供电，能在以下三种方式下工作。 方式 0： 基本输入输出方式； 东南大学成贤学院毕业设计报告 13 方式 1： 选通输入 /出方式； 方式 2： 双向选通输入 /输出方式； PA0～ PA7:端口 A 输入输出线，一个 8 位的数 据输出锁存器 /缓冲器， 一个 8 位的数据输入锁存器。 工作于三种方式中的任何一种； PB0～ PB7:端口 B 输入输出线，一个 8 位的 I/O 锁存器， 一个 8 位的输入输出缓冲器。 不能工作于方式二； PC0～ PC7:端口 C 输入输出线，一个 8 位的数据输出锁存器 /缓冲器， 一个 8 位的数据输入缓冲器。 端口 C 可以通过工作方式设定而分成 2 个 4 位的端口， 每个 4 位的端口包含一个 4 位的锁存器，分别与端口 A 和端口 B 配合使用，可作为控制信号输出或状态信号输入端口。 39。 不能工作于方式一或二。 A1,A0:地址选择线 ,用来选择 8255 的 PA 口 ,PB 口 ,PC 口和控制寄存器 . 当 A1=0,A0=0 时 ,PA 口被选择。 当 A1=0,A0=1 时 ,PB 口被选择。 当 A1=1,A0=0 时 ,PC 口被选择。 当 A1==1 时 ,控制寄存器被选择。 图 8255 引脚图 东南大学成贤学院毕业设计报告 14 电源部分 电源在智能仪器中具有特殊地位，一方面它为系统提供正常工作所需要的电能；另一方面，它是各种电磁干扰传输的重要通道。 为了突出电源的重要性，把电源作为智能温度控制器的一个子系统。 在整个温控器有几个不同等级的电压，它们分别是首先对输入的 220V 进行整流， 再通过电容滤波和 7805等稳压器得到主板上各个芯片所需的直流电压 ，其原理图如图 所示。 在整个硬件电路设计中考虑到干扰的存在，采用了一系列的保护措施，如光电隔离。 图 电源电路 原理图 其中使用了的 三端稳压集成电路 lm7805 具有 组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜 等优点。 东南大学成贤学院毕业设计报告 15 第三章 软件的设计 软件上 ，在单片机上实现多种功能，并保证控制精度，软件设计必须实现功能占 CPU 时间的分配上做到有主有次，既要保证完整性，又要保证实时性。 温度控制器在软件上采用 C51 开发，用模块化结构。 首先进行数据存储区的设置。 标志 位设置，接着是主程序，首先是主要初始化工作，以及延时程序的设定。 其主程序流程图如下： 图 主程序流程图 其中初始化后锁存完成， ALE 端口数据输入 A/D 转换开始 ， EOC 转为低电平，当转换完成 EOC转换为高电平，此时控制 OE 端口打开三态锁存，对 数据进行输出。 中断流程图如下。