基于at89c51单片机温度控制系统的实现

基于at89c51单片机温度控制系统的实现内容摘要：

0 到 20MHz — 12 时钟模式时为 0 到 33MHz 双数据指针 3 个加密位 4 个中断优先级 6 个中断源 4 个 8 位 I/O 口 全双工增强型 UART ― 帧数据错误检测 ― 自动地址识别 3 个 16 位定时 /计数器 T0， T1（标准 80C51）和增加的 T2（捕获和比较） 可编程时钟输出 异步端口复位 低 EMI (禁止 ALE 以及 6 时钟模式 ) 掉电模式可通过外部中断唤醒 表（ 2411） 操作模式、电源电压以及 最大外部时钟频率之间的关系 操作模式 电源电压 最大时钟 6clock 5V177。 10％ 20MHz 山东科技大学继续教育学院 毕业设计 第 15 页 共 53页 15 12clock 5V177。 10％ 33MHz 表（ 2412） 产品编号含义 存储器 温度范围(B) 封装 B=0℃ ~70℃ F= 40℃ ~ +85℃ A=PLCC N=DIP BD=LQFP AT89C51 引脚图 图（ 2411） AT89C51 引脚图 AT89C51X2 1=128 字节 RAM 4K 字节 FLASH 2=256 字节 RAM 8K 字节 FLASH 4=256 字节 RAM 16K 字节 FLASH 8=256 字节 RAM 32K 字节 FLASH X2=可选 6 时钟 9=FLASH 山东科技大学继续教育学院 毕业设计 第 16 页 共 53页 16 AT89C51X2 端口描述 P0 口（ 3932）： P0 口是开漏双向口，可以写为 1 使其状态为悬浮用作高阻输入。 P0 也可以在访问外部程序存储器时作地址的低字节，在访问外部数据存储器时作数据总线，此时通过内部强上拉电阻输出 1。 P1 口（ 18）： P1 口是带内部上拉电阻的双向 I/O 口，向 P1 口写入 1 时， P1 口被内部上拉为高电平，可用作输入口，当作为输入脚时，被外部拉低的 P1 口会因为内部上拉而输出电流。 P1 口第 2 功能： T2 ()：定 时 /计数器 2 的外部计数输入 /时钟输出 (见可编程输出 )。 T2EX() ：定时 /计数器 2 重装载 /捕捉 /方向控制。 P2 口（ 2128）： P2 口是带内部上拉电阻的双向 I/O 口，向 P2 口写入 1 时， P2 口被内部上拉为高电平，可用作输入口。 当作为输入脚时，被外部拉低的 P2 口会因为内部上拉而输出电流。 在访问外部程序存储器和外部数据时分别作为地址高位字节和 16 位地址 (MOVX@DPTR)，此时通过内部强上拉传送 1。 当使用 8 位寻址方式 (MOV @Ri )访问外部数据存储器时， P2 口发送 P2 特殊功能寄存器的内容。 山东科技大学继续教育学院 毕业设计 第 17 页 共 53页 17 P3 口（ 1017）： P3 口是带内部上拉电阻的双向 I/O 口，向 P3 口写入 1 时， P3 口被内部上拉为高电平，可用作输入口当作为输入脚时，被外部拉低的 P3 口会因为内部上拉而输出电流。 P3 口还具有以下特殊功能： RxD ()：串行输入口 TxD()：串行输出口 INT0()：外部中断 0 INT1()：外部中断 T0()：定时器 0 外部输入 T1()：定时器 1 外部输入 WR()：外部数据存储器写信号 RD()：外部数据存储器读信号 FLASH EPROM 存储器特性 89C51 在 10000 次擦除和编程之后仍能可靠保存 FLASH 存储器的内容。 存储单元的设计使得擦除和编程结构最优化。 此外，先进的沟道氧化工艺和低内部电场的结合使擦除和编程操作更加可靠。 其特性如下： 带片擦除的 FLASH EPROM 内部程序存储器 内部程序存储器禁止时 EA=0 外部程序存储器最多可达 64K 山东科技大学继续教育学院 毕业设计 第 18 页 共 53页 18 可编程加密位 每字节最少 10000 次擦除 /编程周期 数据最少可保存 10 年 从一般销售商处可获得编程支持 振荡器特性 XTAL1 和 XTAL2 为输入和输出，可分别作为一个 反相放大器的输入和输出。 此管脚可配置为使用内部振荡器。 要使用外部时钟源驱动器件时，XTAL2 可 以 不 连 接 而 由XTAL1 驱动。 外部时钟信号无占空比的要求，因为时钟通过触发器二分频输入到内部时钟电路。 但高低电平的最长和最短时间必须符合手册的规定。 可编程时钟输出 可从 编程输出 50%占空比的时钟信号 除了作为常规 I/O 口外还有两个可选功能它可编程为： 1．用于定时 /计数器 2 的外部时钟输入 2．使用 16MHz 操作频率时， 12 时钟模式下输出 50%占空比 61Hz~4MHz时钟信号（ 6 时钟模式 时为 122Hz~8M Hz）。 图（ 2412）晶体振荡电路 山东科技大学继续教育学院 毕业设计 第 19 页 共 53页 19 要将定时 /计数器 2 配置为时钟发生器， C/T2()必须清零，而T2MOD中的 T20E位必须置位。 要启动定时器 2 还必须将 TR2()置位。 时钟输出频率由振荡器频率和定时器 2 捕获寄存器的重新装入值确定公式如下： RCA P 2LRCA P 2H , 65536 n  震荡器频率 此处： n = 16（ 6 时钟模式）或 32（ 12 时钟模式） （ RCAP2H,RCAP2L） =RCAP2H 和 RCAP2L 的内容作为一个 16 位无符号整数。 在时钟输出模式中，定时器 2 的翻转将不会产生中断 ，这和它作为波特率发生器时相似。 定时器 2 可同时作为波特率发生器和时钟发生器。 但需要注意的是波特率和时钟输出频率相同。 复位电路 在振荡器工作时，将 RST 脚保 持至少两个机器周期高电平（ 12 时钟模式 为 24 个振荡器周期， 6 时钟模式为 12 振荡器周期）可实现复位。 为了保证上电 复位的可靠， RST 保持高电平的时间至少 为振荡器启动时间（通常为几个毫秒）再 加上两个机器周期。 复位后，振荡器以 12 时钟模式运行（当已通过并行编程器 图（ 2413） AT89C5 复位电路 山东科技大学继续教育学院 毕业设计 第 20 页 共 53页 20 设置为 6 时钟模式时除外）。 传统的温度测量方法，大都使 用那些利用固、液体的热膨胀原理而制造的传统温度计，它们都具有一定的局限性，特别是在深度和远距离测温场合中，其不足表现的更为突出。 本文所述的温度采集法完全克服了传统方法的缺点，它是使用温度传感器将温度信号转化为电信号，经过ADC0804 转换为数字量，输入单片机，然后用晶体管显示器进行温度指示。 既可制做成一个测温装置，也可制成由探测头和显示装置组成的电子温度测试仪。 一、温度采集电路 温度采集电路 集成温度传感器 AD590 简介 AD590 是一种两端集成电路式半导体温度传感器，输出电流与它所感受 图（ 2421） 温度采集电路 山东科技大学继续教育学院 毕业设计 第 21 页 共 53页 21 的温度成线性关系，工作电压可以从＋ 4～＋ 30V 范围内选用，测温范围为－ 55～ 150 度，属于低温传感器。 它与大多其他形式的温度传感器相比，不存在线性问题，与热电阻相比不需要设计输入电桥和微弱信号放大器，与热电偶相比不需要进行冷端补偿，而且它是以高阻抗恒流源形式输出输出，传输线上的压降不影响输出电流值，可以进行远距离传输。 因此，它具有使用方便。 抗干扰能力强的特点，特别适用于远距离的温度巡回检测系 统的设计方法。 该系统根据待检测温度点分布的特点和要求，选用 AD590 作为温度传感器。 AD590 是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温恒流器件，输出的电流值与它所测的绝对温度有精确的线性关系。 由于厂家生产是采用激光微调来校正集成电路内的薄膜电阻，使其在摄氏零度（对应绝对温度为 ）输出电流为 ,灵敏度为 1uA/K，当其感受温度升高或降低时，输出电流以 1uA/K 的速率增大或减小，从而将被测温度线性转换为电流形式输出，在测量线路中，将其电流转换为电压，则可用电压形式来表示对应温度的大小。 AD590 集成温度传感器具有线性好、精度适中、灵敏度高、体积小、使用方便等优点，得到广泛应用。 集成温度传感器的输出形式分为电压输出和电流输出两种。 电压输出型的灵敏度一般为 10mV/K，温度 0℃ 时输出为 0，温度 25℃ 时输出。 电流输出型的灵敏度一般为 1A/K。 它的主要特性如下： 流过器件的电流（ A）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即： 山东科技大学继续教育学院 毕业设计 第 22 页 共 53页 22 KATIr /1 式中： rI —— 流过器件（ AD590）的电流，单位为 A； T— 热力学温度，单位为 K。 AD590 的测温范围为 55℃ ～ +150℃。 AD590 的电源电压范围为 4V～ 30V。 电源电压可在 4V~6V 范围变化，电流 rI 变化 1A，相当于温度变化 1K。 AD590 可以承受 44V 正向电压和 20V 反向电压，因而器件反接也不会被损坏。 输出电阻为 710M。 精度高。 AD590 共有 I、 J、 K、 L、 M 五档，其中 M 档精度最高，在 55℃ ～ +150℃ 范围内，非线性误差为 177。 ℃。 在被测温度一定时， AD590 相当于一 个恒流源，把它和 5～ 30V 的直流电源相连，并在输出端串接一个 1kΩ 的恒值电阻，那么，此电阻上流过的电流将和被测温度成正比，此时电阻两端将会有 1mV／ K 的电压信号。 图（ 2422）（ a）是 AD590 的封装形式，图（ 2422）（ b）是 AD590用于测量热力学温度的基本应用电路。 因为流过 AD590 的电流与热力学温度成正比，当电阻 R1 和电位器 R2 的电阻之和为 1k 时，输出电压 VO 随温度的变化为 1mV/K。 但由于 AD590 的增益有偏差，电阻也有误差，因此应对电路进行调整。 图（ 2422） AD590封装 及基本应用电路 R1 R2 山东科技大学继续教育学院 毕业设计 第 23 页 共 53页 23 调整的方法为：把 AD590 放于冰 水混合物中，调整电位器 R2，使VO=。 或在室温下 (25℃ ) 条件下调整电位器，使VO=+25=（ mV）。 但这样调整只可保证在 0℃ 或 25℃ 附近有较高精度。 由于 AD590 输出电流审计为 1uA/K 与开式温标对应，而且工作电压范围大，应此，在实际应用中应注意一下几个问题： ○1AD590 在零摄氏度时，输出电流值为 ，它与热力学温度 相对应。 而人们习惯用摄氏温度表示温度，摄氏温标与开氏温标的转化关系即 T(K)= + t）（度 ），在信号处理时，应将开氏温度转换为摄氏温度。 ○2AD590 的工作电压虽可以在 4～ 30V 范围内选用，但某一工作电压一经确定后，应尽可能使其稳定，因为工作电压波动将引起 AD590 输出电流在一定程度上的相对漂移。 造成测量误差。 ○3AD590 输出电流在远距离传输时，虽然它对导线产生的压降不敏感，但应避免传输导线回路受电磁干扰影响产生感应电势而导致回路电路电流变化，造成测量误差。 OP07 的作用 使用 AD590 采集到温度值后，将温度的模拟量输入到功率放大 器 OP07，实现电压隔离、零点调整、电压放大等作用 , 将温度信号转换成 0— 5 的电压信号，再将其转换为数字信号。 ADOP— 07 是低漂移运放，其温度系数为 ／ 186。 C。 它还具有较高的山东科技大学继续教育学院 毕业设计 第 24 页 共 53页 24 共模输入电压范围 (177。 14V)和共模抑制比 (126dB)，电源电压范围从 177。 3V～177。 18V。 山东科技大学继续教育学院 毕业设计 第 25 页 共 53页 25 图（ 2423） OP07 引脚图 图（ 2424）温度采集输入通道 数模转换器 ADC0804 A/D 转换器的种 类很多，选择主要从以下几个方面考虑： 2 Vs+ IN IN+ V Vs V+ OUT N。