基于单片机的智能温控仪的硬件设计.doc

第一章 绪论 1.1引言 近十几年来，单片机在生产过程控制、自动检测、数据采集与处理、科技计算、商业管理和办公室自动化等方面获得了广泛的应用。单片机具有体积小、重量轻、耗能省、价格低、可靠性高和通用灵活等优点，因此也广泛应用于卫星定向、汽车火花控制、交通管理和微波炉等专用控制上。随着单片机的迅速发展，已渗透到诸多学科和领域，由于单片机技术在各个领域正得到越来越广泛的应用，世界上许多集成电路生厂家相继推出了各种类型的单片机。在单片机家族的众多成员中，MCS-51系列单片机以其优越的性能、成熟的技术及高可靠性和高性能价格比，迅速占领了工业测控和自动化工程应用的主要市场，成为国内单片机应用领域中的主流。目前可用于MCS-51系列单片机开发的硬件越来越多，与其配套的各类开发系统、各种软件也日趋完善，因此，可以较为方便的利用现有资源，开发出用于不同目的的各类应用系统。本系统用PID控制算法实现温度控制，可以使系统的精度达到±1℃，准确度和稳定性都可以令人满意。本系统以单回路控制为例，极易扩展成多回路控制[1]。 本设计实现的任务是单片机对温度进行检测，经A/D转换芯片得到相应的数字量，送到计算机进行PID运算调节，得到恒定的温度值。因为要实现两种工作方式（即内给定和外给定），因而还涉及到与计算机通讯方面的设计。 1.2 课题研究背景 温控仪表发展快速，使它集成了许多自动控制功能，众多温控仪表的发展来看,智能温控仪表的发展前景看好。其主要表现在它的“智能性” 。它的工作原理其实是比较智能而简单化的，它是通过一块智能芯片加上外部信号输入和输出功能相结合而形成的一个测试整体，它的工作原理像电脑一样，是通过一块处理芯片，像电脑中的CPU，但又没有CPU功能强大，再加上信号输入，信号放大，数模转换，控制输出等几个部份组成。而信号的转换主要是通过单片机来完成的。 智能温器(亦称数字温器)是在20世纪90年代中期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶。目前，国际上已开发出多种智能温器系列产品智能温器内部都包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器()、随机存取存储器(RAM)和只读存储器(RO世纪后，智能温器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟器和网络器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展 1、AD590的测温范围为-55℃～+150℃。 2、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 变化1mA，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。 3、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±0.3℃。 图2.3为电平转换模拟电路的结果，测量温度从0～100℃，转换电压范围在1～3.5V之间，在此电压范围之内可以确保测量的精度，减少误差。 图2.3温度转换电路模拟结果 温度传感器获得温度的值，经温度检测及变换电路来调节电压的大小，经过电压变换以及反向滤波电路使之输出的模拟电压能够直接可以输入到ADC0832中。 温度检测及变换电路如图2.4所示。AD590将检测到的信号通过可调电阻以电压形式接至精密运放LM234的反向输入端。AD590的正极接+5V电压，设通过2接口和电阻R27的电流分别为I1和I2则AD590的电流表达式为I=I0+I1，电压增益A≥1，只要在0度以下调整R27使I0等于AD590在该温度下的工作电流值（此时I1=0，I=I0），I0就为恒定值。 图2.4电平转换电路的设计 2.2.2 A/D转换模块设计 由于输入信号为一个模拟信号，故需要经过A/D转换才能进入计算机。 1）A/D转换器的输出方式 A／D转换器芯片一般有二种数据输出方式：提供数据三态输出控制和不提供数据三态输出控制。?? 对于提供数据三态输出的A／D转换芯片，可以直接连接CPU的数据总线，由读信号和地址译码信号控制三态门。在A／D转换结束后，CPU通过执行一条输入指令，产生读信号，就可以将数据从A／D转换器中取出。如果A／D转换器的数据输出端没有三态门或者三态门无法控制，则A／D转换器的数据输出不能直接连到CPU的数据总线，而是必须通过I／O通道或者附加的三态门电路实现A／D转换器与CPU的连接。?? 如果A／D转换器输出的数据位数与CPU数据总线位数不相同时，则要通过硬件连接与指令执行相配合，才能读取到有效数据。以8位CPU为例，如果A／D转换器的数据输出也是8位，则直接相连接。如果A／D转换器的数据输出端小于8位，则与CPU数据总线的部分线相连，在CPU执行输出指令时要提取相对应的数据