毕业论文：基于单片机at89s52的水温控制系统

毕业论文：基于单片机at89s52的水温控制系统内容摘要：

阻 RL上便可得到与 T 成正比的输出电压。 由于利用了恒流特性，所以输出信号不受电源电压和导线电阻的影响。 图 32中的电阻 R 是在硅板上形成的薄膜电阻，该电阻已用激光修正了其电阻值，因而在基准温度下可得到 1μA ／ K的 I值。 图 33 AD590内部结构图 上图 33所示是 AD590的内部电路，图中的 T1～ T4相当于图 33中的 T T2，而 T9， T11相当于图 32中的 T T4。 R R6是薄膜工艺制成的低温度系数电阻，供出厂前调整之用。 T T8， T10为对称的 Wilson电路，用来提高阻抗。 T T12和 T10为启动电路，其中 T5为恒定偏置二极管。 T6可用来防止电源反接时损坏电路，同时也可使左右两支路对称。 R1， R2为发射极反馈电阻，可用于进一步提高阻抗。 T1～ T4是为热效应而设计的连接方式。 而 C1和 R4则可用来防止寄生振荡。 该电路的设计使得 T9， T10， T11三者的发射极电流相等，并同为整个电路总电流 I的 1／ 3。 T9和 T11的发射结面积比为 8： 1， T10和 T11的发射结面积相等。 T9和 T11的发射结电压互相反极性串联后加在电阻 R5和 R6上，因此可以写出： ΔUBE ＝（ R6－ 2 R5） I／ 3 R6上只有 T9的发射极电流，而 R5上除了来自 T10的发射极电流外，还有来自 T11的发射极电流，所以 R5上的压降是 R5的 2／ 3。 根据上式不难看出，要想改变 ΔUBE ，可以在调整 R5后再调整 R6，而增大 R5的效果和减小 R6是一样的，其结果都会使 ΔUBE 减小，不过，改变 R5对 ΔUBE 的影响更为显著，因为它前面的系数较大。 实际上就是利用激光修正 R5以进行粗调，修正 R6以实现细调，最终使其在 250℃ 之下使总电流 I达到 1μA ／ K。 信号转换部分 电流 电压转换及放大电路 由于 AD590输出的是 模拟电流信号且输出的电流极小，因此需要加上放大电路与电流电压转换电路，然后才能输入模 /数转换器。 本设计采用的放大器运放为 LM324，其内部结构图如下 图 34。 其中一个作为电压跟随器，隔离后级电路对 AD590的影响，从而使 采集到的温度更加精确 ，一个与电阻构成基准电压使输出更加稳定，另一个构成差分电路输出电压信号 ，如下图 35所示。 图 34 LM324结构图 321411M1L M 3 2 4321411M2L M 3 2 4321411R11 0 0 KR21 0 0 KR51 0 0 KR41 0 KR V 11 0 KR V 25 0 KAD590R31 0 0 KO UT P UT 图 35 温度采集及转换电路 前边的 Lm324 隔断作用，避免后边电路对前边电路造成影响 后边的两个放大作用 模 /数转换电路 本设计要求 测量温度为 40～ 90℃ 范围内，静差达到小于 1℃的要求，则应要求 ADC的分辨率 高一些才能保持精度。 设系统精度为 ℃，以 ℃作为 ADC的区分要 求则 ADC能够区分 (9040)/=500个分度，故本设计采用 12位串行输入 ADS7818可以满足要求，下图 36为其外围电路。 R11kR21kC11 0 0 nC21 0 0 nC31 0 0 nC41nFC51nFA D 7 8 1 8CC T 0 0 1V RE F+ I N I NG ND+ V C CCL KDA T ACO N VI NP UTCL KDC 右边三个接口连接单片机 图 36 A/D转换电路 单片机控制部分 单片机时钟电路 时钟是单片机的心脏， 单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准，有 条不紊地一拍一拍地工作。 因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统稳定性，常用的时钟电路有两种方式，一种是内部时钟方式，另一种是外部时钟方式。 此设计选用外部时钟方式如下图 37： M C 13 0 p FM C 23 0 p FM Z 1F RE Q = 1 2 M H z 图 37 单片机时钟电路 判断 单片机芯片及时钟系统是否正常工作有一个简单的方法，就是用万用表测量单片机晶振引脚（ 1 19）的对地电压，以正常工作的单片机用数字万用表测量为例： 18 脚对地约为 ， 19脚对地约为。 单片机复位电路 复位是单 片机的初始化操作 ，只需给 89S52的复位引脚 RST加上大于 2个机器周期（即24个时钟振荡周期）的高电平就可得 89S52复位，复位时， PC初始化为 0000H，使 89S52从 OUT单元开始执行程序。 除了进入系统的正常初始化之外由于程序运行出错或操作错误而使系统进入死锁状态，为摆脱死锁状态，也需按复位键使得 RST脚为高电平，使 89S52重 新启动。 在系统中，有时会显示系统不正常，也为了调试方便，我们需要设计一个复位电路，在 系统中，复位电路主要完成系统的上电复位和系统运行过程中的用户按键 复位功能。 复位电路可有简单的 RC电路构成。 本系统采用如下所示。 工作原理是：上电瞬间， RC电路充电， RESET引脚出现正脉冲，只要 RESET保持 10ms以上的高电平，就能使单片机有效复位 ，如图 38所示。 R E S E T3 0 P FC30 .0 1 UR14 K 7R24 K 75V 图 38 单片机复位电路 对于怀疑是复位电路故障而不能正常工作的单片机也可以采用模拟复位的方法来判断，单片机正常工作时第 9引脚对低电压为 0，可以用导线短时间和 +5V连接一下，模拟一下上电复位，如果单片机能正常工作了，说明这个复位电路没有问题。 单片机键盘与显 示电路 单片机键盘电路采用 矩阵键盘，但只用其中的四个键，分别为十位加，十位减，个位加，个位减。 在单片机系统中，常常用数码管作显示器，一般的显示器为 4位或 8位。 本系统使用数码管显示温度。 温度的显示 有两种，一种为设定温度需两位数码显示。 一种为检测到的温度，需要三 位数码管。 数码管显示电路有静态和动态显示两种。 本设计采用的属于数码管静态显示方式，共阳极数码管用 74HC595驱动。 也可用动态扫描的方式，但此时数码管需要三极管驱动， 就会占用较多的单片机端口，而前者只占用单片机 3个 I/O口，节省了很大部分的资源，所以显 示电路用 74HC595驱动的静态显示方式。 数码管 七段码如下所示： 显示 字符 共阳极段码 显示 字符 共阳极段码 0 0xc0 5 0x92 1 0xf9 6 0x82 2 0xa4 7 0xf8 3 0xb0 8 0x80 4 0x99 9 0x90 表 31 共阳极数码管段码表 静态显示方式亮度大，很容易做到显示不闪烁。 它的优点是 CPU不必繁忙的为显示服务，因而主程序可不必扫描显示器，软件设计较简单，从而使单片机有更多的时间处理其他事务。 电源电路部分 在该系统中 需要用到 +5V和 +15V的直流稳压电源，在我们生活中一般都是使用 220V的交流电，为获得高质量的直流稳压电源，这就需要我们进行电压转化。 其转化如下 图39。 220V 输出 图 39 直流稳压电路框图 这里的滤波是为了滤去外界电源输入带来的一些不稳定因素，比如说纹波的影响，而用一个大电容和一个小电容的组合，是为了分别滤去低频或高频的纹波。 电源部分电路如下图： 从变压器输出的交流电压经过整流、滤波后产生的不稳定直流电压，从稳压器的输入端 输入，在稳压器 的输出端就可得到稳定的直流电压输出。 正常工作时稳压器的输入、输出电压差为 23V，电容用来实现频率补偿。 图中 C1可防止由于输入引线较长而的电感效应而产生的自激。 C2用来 减少由于负载电流瞬时变化而引起的高频干扰。 电解电容用来进一步减小 低频干扰 ，如下图 310。 整流 滤波 稳压 滤波 C20. 01 uC10. 33 uC547 00 uC847 00 uVI1VO3GND2U178 0 5R130 0B R 1B 80 C 10 0 0D1D I O D E LE DT R 1T R A N 2P 2 S+ 5 V 图 310 直流稳压电源电路图 执行部分电路 该部分电路主要解决弱电对强电的控制以及弱电与强电的隔离。 C10 .0 1 u fR13 0 0R21 5 0R33 3 0R439U2Z e r oC r o ssi n g1264U1M O C30 4 1L1加热丝+ 5 VP W M2 2 0 V 图 311 执行部分电路 在上 图 311所示中， MOC3041 是具有双向晶闸管输出的光电隔离器， U2 是功率双向晶闸管 ，加热丝是负载，在 MOC3041 内部集成了发光二极管、过零检测电路和一个小功率双向晶闸管。 当单片机 PWM 输出为 低电平“ 0” 时， MOC4031 中的 发光 二极管导通，发光二极管发光，由于过零检测电路的同步作用，内部的双向晶闸管在过零后马上导通，从而使功率双向晶闸管 U2 导通，负载中有电流 通过，反之当 PWM 输出为高电平“ 1”时， U2 截止 ，负载中没有电流通过。 由于加热丝属于电感元件，故需在电路中接入一个 的电容来校正零电位。 第四章 水温控制系统软件电路设计 系统采用单片机作为控制单元 ，在系统硬件电路设计完成后，系统还要软件。