发布时间 : 星期一 文章MCS-51单片机温度检测系统的设计更新完毕开始阅读15d356285727a5e9856a61b3
2006级本科毕业设计论文
1 绪论
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当今世界，随着科技的发展，社会的进步，用软件来控制硬件的产品也如雨后春笋般的出现，其中，单片机的应用最为显著，在开始进入主题之前，我们先来了解一下单片机的有关信息。
1.1 单片机简介
1.1.1 单片机的概念
单片机也被称为微控制器（Microcontroler），它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件单片机的特点。
1.1.2 单片机的特点
单片机主要有如下特点： a）有优异的性能价格比。
b）集成度高、体积小、有很高的可靠性。单片机把各功能部件集成在一块芯片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。另外，其体积小，对于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合在恶劣环境下工作。
c）控制功能强。为了满足工业控制的要求，一般单片机的指令系统中均有极丰富的转移指令、I/O口的逻辑操作以及位处理功能。单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微机。
d）低功耗、低电压，便于生产便携式产品。
e）外部总线增加了I C（Inter-Integrated Circuit）及SPI（Serial Peripheral Interface）等串行总线方式，进一步缩小了体积，简化了结构。
f）单片机的系统扩展和系统配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统。 1.1.3 单片机的应用
由于单片机具有显著的优点，它已成为科技领域的有力工具，人类生活的得力助手。它的应用遍及各个领域，主要表现在以下几个方面：
a) 单片机在智能仪表中的应用
单片机广泛地用于各种仪器仪表，使仪器仪表智能化，并可以提高测量的自动化
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程度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比。
b)单片机在机电一体化中的应用
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机电一体化是机械工业发展的方向。机电一体化产品是指集成机械技术、微电子技术、计算机技术于一体，具有智能化特征的机电产品，例如微机控制的车床、钻床等。单片机作为产品中的控制器，能充分发挥它的体积小、可靠性高、功能强等优点，可大大提高机器的自动化、智能化程度。
c)单片机在实时控制中的应用
单片机广泛地用于各种实时控制系统中。例如，在工业测控、航空航天、尖端武器、机器人等各种实时控制系统中，都可以用单片机作为控制器。单片机的实时数据处理能力和控制功能，可使系统保持在最佳工作状态，提高系统的工作效率和产品质量。
d)单片机在分布式多机系统中的应用
在比较复杂的系统中，常采用分布式多机系统。多机系统一般由若干台功能各异的单片机组成，各自完成特定的任务，它们通过串行通信相互联系、协调工作。单片机在这种系统中往往作为一个终端机，安装在系统的某些节点上，对现场信息进行实时的测量和控制。单片机的高可靠性和强抗干扰能力，使它可以置于恶劣环境的前端工作。
e)单片机在人类生活中的应用
自从单片机诞生以后，它就步入了人类生活，如洗衣机、电冰箱、电子玩具、收录机等家用电器配上单片机后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人们喜爱。单片机将使人类生活更加方便、舒适、丰富多彩。
综合所述，单片机已成为计算机发展和应用的一个重要方面。另一方面，单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必需由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了，这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。
1.2 温度检测的发展过程
在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。其中，温度是需要测量和控制的重要参数之一。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需
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要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。
采用MCS-51单片机来对温度进行检测，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。
在温度的采集上，我们用到了模拟信号转换器，通常使用一个被称为模拟/数字转换器（A/D）的电子器件，被广泛使用在电子信号处理中。它将线圈上的衰减振荡模拟波形变化量高速转换成单位时间的电压量数字信号以供MCU信息处理系统进行数字化处理，起到了将模拟信号数字化极为关键的桥梁作用。A/D转换器的速度越快，即对模拟信号的采样时间单位分得越细，图形记录就越真实。而对于波形振荡周期非常之短的线圈来说，它的电压随时间变化的速度非常之快，因而将震荡波形的模拟信号数字化变换时，要求使用变换速度非常高的A/D转换器，否则就不能正确采集、真实显示这个高速变化的波形。
另外，在温度测量中，热电偶的应用极为广泛，它具有结构简单、制造方便、测量范围广、精度高、惯性小和输出信号便于远传等许多优点。由于热电偶是一种有源传感器，测量时不需外加电源，使用十分方便，所以常被用作测量炉子、管道内的气体或液体的温度及固体的表面温度。此外，由于应用场合和测温环境的不同，在选择热电偶的分度号上是有所不同的，其原因是制作热电偶的材料不同，决定了它的特性，从而直接导致了所测温度环境的选择。
2 设计概述
本章主要是介绍一下此设计的设计目的及设计思路等简要内容。 2.1 设计目的
本设计最终所要达到的目的有以下几个方面：
a)掌握单片机各部分的使用，可以依据要求进行小规模的编程； b)熟悉A/D转换的过程，及其在实践中的应用；
c)熟悉各种温度传感器的使用，能根据不同的电路选择合适类型的传感器。
2.2 设计思路
本系统用热电偶为检测温度元件，通过温度传感器将被测温度转换为电量，经过放大滤波电路处理，其中用到LM324四运放集成电路来实现。经过放大滤波电路处理
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后，由模数转换器将模拟量转换为数字量，结合典型的A/D转换电路，选择ADC0809芯片做主打芯片，实现数模转换功能再与单片机相连，其中用AT89C51芯片代替8031系列芯片。通过8255可编程扩展芯片对温度进行报警限制处理，然后再由LED数码管进行跟踪显示。
2.3 设计原则
2.3.1 硬件设计原则
a）我们结合典型的A/D转换电路，选择ADC0809芯片做主打芯片，实现数模转换能；
b）此设计利用A/D转换芯片配以显示电路用其所需要的外围电路实现温度显示，具有编程灵活、便于显示水温功能的扩充（也可用于炉温显示）、精确度高等特点； c）硬件结构设计应与软件设计方案一并考虑； d）整个系统相关器件力求性能匹配，与环境相适应。 2.3.2 软件系统原则
a）我们的程序采用模块化设计，软件结构清晰，简洁；
b）我们将设计的程序存储区及数据存储区尽量合理化规划，便于设计功能的扩展； c）我们对各个功能程序与运行结果及运行要求都作了简要说明，以便查询。
2.4 系统的组成
为了更直观的了解本设计，我将整个系统分为了三个设计模块：LED显示模块、A/D转换模块以及数据采集模块，以下就是各个模块的功能简介：
a）LED模块为系统提供采时，通过使用典型的LED数码管，结合动态扫描程序实现温度的显示功能；
b）数据采集模块利用小信号放大器实现数据采集；
c）A/D转换模块和其他外围器件，实现与单片机的正确连接以及编制转换程序。
3 温度检测系统的工作原理及电路图
本章主要是介绍了温度检测系统的工作原理及硬件电路图。
3.1 工作原理
本课题是以MCU-51（89C51）系列单片机为核心外加各种功能模块来实现的，其原理是：当热电偶感触到一定温度时（即它的测量范围内）就会将温度值转换成电压