1、1目录1 引言2 系统总体设计2.1 元器件基本知识2.1.1 单片机 AT89S512.1.2 模数转换器 ADC08092.1.3 温度传感器 AD5902.1.4 数码管 LED 显示器2.2 原理图2.2.1 原理图2.2.2 功能3 软件详细设计3.1 流程图3.2 原代码4 实验过程中经验及心得4.1 实验过程中出现的问题及解决方法4.2 ADC0809 的 CLK 信号与单片机的经典接法参考文献21 引言随着社会主义现代化的发展，在科学技术突飞猛进的今天，人工智能起不不可忽视的作用。尤其是各种智能化的仪器、仪表在农、工业的广泛应用给社会带来了极大的便利。本文就是一个利用温度来实现
2、简单智能控制的例子。它完成了从温度的采集、转换、显示以及控制的一系列任务。由于时间关系，本文并未深入探讨温度的具体实例。例如根据温度来控制热水器、电风扇等与温度有关的设备。但是它提供了一个通过温度来控制设备的基本思想和原理。相信能在实际应用中为我们的生活带来更大的便利。98 年，Prote 公司推出了给人全新感觉的 Proel98。Protel98 以其出众的自动布线能力获得了业内人士的一直好评。99 年，Protel 公司又推出了最新一代的电子线路设计系统Protel99。在 Protel99 中加入了许多全新的特色。32 系统总体设计2.1 元器件基本知识2.1.1 单片机 AT89S51
3、a.主要特性 与 MCS-51 单片机产品兼容 4K 字节在系统可编程 Flash 存储器 1000 次擦写周期 全静态工作：0Hz33MHz 32 个可编程 I/O 口线 2 个 16 位定时器/计数器 6 个中断源 全双工 UART 串行通道 低功耗空闲和掉电模式 掉电后中断可唤醒 看门狗定时器 双数据指针 灵活的 ISP 编程（字或字节模式） 4.0-5.5V 电压工作范围b.内部结构图 3-1 是单片机 AT89S51 的内部结构总框图。它可以划分为 CPU、存储器、并行口、串行口、定时/计数器和中断逻辑几个部分。 CPU 由运算器和控制逻辑构成。其中包括若干特殊功能寄存器（SFR）
4、AT89S51 时钟有两种方式产生，即内部方式和外部方式。 （如图 3-2 所示） AT89S51 在物理上有四个存储空间：片内/片外程序存储大路、片内/片外数据存储器。片内有 256B 数据存储器 RAM 和 4KB 的程序存储器 ROM。除此之外，还可以在片外扩展 RAM 和 ROM，并且和有 64KB 的寻址范围。 AT89S51 内部有一个可编程的、全双工的串行接口。它串行收发存储在特殊功能寄存器 SFR 的串行数据缓冲器 SBUF 中的数据。4图 2-1 AT89S51 内部结构框图 AT89S51 共有 4 个（P0、P1、P2、P3 口）8 位并行 I/O 端口，共 32 个引脚
5、。P0 口双向 I/O 口，用于分时传送低 8 位地址和 8 位数据信号；P1、P2、P3 口均为准双向 I/O 口；其中 P2 口还用于传送高 8 位地址信号；P3口每一引脚还具有特殊功能（图 3-3） ，用于特殊信号的输入输出和控制信号。 AT89S51 内部有两个 16 位可编程定时器/计数器 T0、T1。最大计数值为216-1。工作方式和定时器或计数器的选择由指令来确定。5图 2-2 AT89S51 的时钟电路图 2-3 P3 口引脚的特殊功能 中断系统允许接受 5 个独立的中断源，即两个外部中断，两个定时器/计数器中断以及一个串行口中断。c.外部特性（引脚功能）AT89S51 芯片有
6、 40 条引脚，双列直插式封装引脚图如 2-4 所示： Vcc(40)：电源+5V Vss(20): 接地 XTAL1（19）和 XTAL2（18）：使用内部振荡电路时，用来接石英晶体和电容；使用外部时钟时，用来输入时钟脉冲。 P0 口（3932）：双向 I/O 口，既6可作地址/数据总线口用，也可作普通 I/O 口用。 P1 口（18）：准双向通用 I/O 口。 P2 口（2128）：准双向口，既可作地址总线口输出地址高 8 位，也可作普通 I/O 口用。 P3 口（1017）：多用途口，既 图 3-4 AT89S51 引脚图可作普通 I/O 口，也可按每位定义的第二功能操作。 ALE/PR
7、OG（30）：地址锁存信号输出端。在访问片外丰储器时，若ALE 为有效高电平，则 P0 口输出地址低 8 位，可以用 ALE 信号作外部地址锁存信号。公式（21）f ALE=1/6fOSC ,也可作系统中其它芯片的时钟源。第二功能PROG 是对 EPROM 编程时的编程脉冲输入端。 RST/VPD（9）：复位信号输入端。AT89S51 接能电源后，在时钟电路作用下，该脚上出现两个机器周期以上的高电平，使内部复位。第二功能是VPD，即备用电源输入端。当主电源 Vcc 发生故障，降低到低电平规定值时，VPD将为 RAM 提供备用电源，发保证存储在 RAM 中的信号不丢失。 EA/Vpp(31):内
8、部和外部程序存储器选择线。EA=0 时访问外部 ROM 0000HFFFFH；EA=1 时，地址 0000H0FFFH 空间访问内部 ROM，地址1000HFFFFH 空间访问外部 ROM。 PSEN（29）：片外程序存储器选通信号，低电平有效。 2.1.2 模数转换器 AD0809a.主要特性 8 路 8 位 AD 转换器，即分辨率 8 位。 具有转换起停控制端。 转换时间为 100s 单个5V 电源供电 模拟输入电压范围 05V，不需零点和满刻度校准。 工作温度范围为-4085 摄氏度 低功耗，约 15mW。b.内部结构 ADC0809 是 CMOS 单片型逐次逼近式 AD 转换器，内部结
9、构如图 3-5 所示，它由 8 路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8 位开关树型 DA 转换器、逐次逼近寄存器、三态输出锁存器等其它一些电路组成。因此，ADC0809 可处理 8 路模拟量输入，且有三态输出能力，既可与各种微处理器相连，也可单独工作。输入输出与 TTL 兼容。7图 2-5 ADC0809 内部结构框图c.外部特性（引脚功能）ADC0809 芯片有 28 条引脚，采用双列直插式封装，如图 3-6 所示。下面说明各引脚功能。IN0 IN7： 8 路模拟量输入端。2-1 2-8： 8 位数字量输出端。ALE（22）：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。START（6）： AD 转
10、换启动信号，输入，高电平有效。EOC（7）： AD 转换结束信号，输出，当 AD 转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平） 。 图 2-6 ADC0809 引脚图 OE（ 9）：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当 AD 转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。 CLK（10）：时钟脉冲输入端。典型值为 640KHZ。8REF（ +） 、REF（-）：参考电压输入端。Vcc（11）：电源，5V。GND（13）：地。ADDA、ADDB、ADDC：3 位地址输入线，用于选通 8 路模拟输入中的一路。如表 2-1 所示。表 2-1 ADDA、ADDB、ADDC
11、 模拟通道地址码d.ADC0809 的工作过程首先输入 3 位地址，并使 ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通 8 路模拟输入之一到比较器。START 上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 AD 转换，之后 EOC 输出信号变低，指示转换正在进行。直到AD 转换完成，EOC 变为高电平，指示 AD 转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当 OE 输入高电平 时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。2.1.3 温度传感器 AD590a.主要特性AD590 是 美 国 模 拟 器 件 公 司 生 产 的 单 片 集 成 两 端 感 温 电 流 源
12、。 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 ：A/K 公 式 （ 2-2）式 中 ： 流 过 器 件 （ AD590） 的 电 流 ， 单 位 为 A；T热 力 学 温 度 ， 单 位 为 K。 A D590 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 4V6V 范 围 变 化 ， 电流 变 化 1A， 相 当 于 温 度 变 化 1K。 AD590 可 以 承 受 44V 正 向 电 压
13、 和 20V 反向 电 压 ， 因 而 器 件 反 接 也 不 会 被 损 坏 。901A D 5 9 0- +A. .01AD590- +AR110k+5V0. . 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 0.3 。 AD590 的 输 出 电 流 值 说 明 如 下 ：其 输 出 电 流 是 以 绝 对 温 度 零 度 （ -273 ） 为 基 准 ， 每 增 加 1 ， 它 会 增 加1 A 输 出 电 流 ， 因 此 在
14、室 温 25 时 ， 其 输 出 电 流 Iout=（ 273+25） =298 A。b.内部结构 集 成 温 度 传 感 器 实 质 上 是 一 种 半 导 体 集 成 电 路 ， 它 是 利 用 晶 体 管 的 b-e结 压 降 的 不 饱 和 值 VBE与 热 力 学 温 度 T 和 通 过 发 射 极 电 流 I 的 下 述 关 系 实 现 对温 度 的 检 测 ： 公 式 （ 2-3）式 中 ： K波 尔 兹 常 数 ；q电 子 电 荷 绝 对 值 。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
15、， 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 2.982V。 电 流 输 出 型 的 灵 敏 度 一 般 为 1A/K。c.外部特性（引脚功能） Vcc(0):电源 430v GND(1):接地。图 2-7 AD590 引脚图d.典型应用电路AD590 产生的电流与绝对温度成正比，它可接收的工作电压为 4V30V 检测的温度范围为55150，它有非常好的线性输出性能，温度每增加 1，其电
16、流增加 1uA图 2-8 是 AD590 用 于 测 量 热 力 学温 度 的 基 本 应 用 电 路 。 因 为 流 过 AD59010的 电 流 与 热 力 学 温 度 成 正 比 ， 当 电 阻 10k 时 ， 输 出 电 压 VO随 温度 的 变 化 为 10mV/K。 图 2-8 AD590 其 本 应 用 电 路 Vo 的值为电流 I 乘上 10K，以室温 25而言，输出值为10K298A=2.98V 测量 Vo 时，不可分出任何电流，否则测量值会不准。 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 。表 2-2
17、 AD590 温度与电流的对应关系表摄氏温度（单位：）AD590 电流（单位：uA）经 10K 电压（单位：V）-10 263.2 2.6320 273.2 2.73210 283.2 2.83220 293.2 2.93230 303.2 3.03240 313.2 3.13250 323.2 3.23260 333.2 3.332100 373.2 3.7322.1.4 数码管 LED 显示器a.综合知识 数码显示器有静态和动态显示两种显示方式。 LED 显示器工作在静态显示方式时，其阴极点（或阳极）连接在一起接地（或+5V） ，每一个的段选线（a,b,c,d,e,f,g,p）分别与一个 8 位口相连。 LED 显示 器工作在动态显示方式时，段选码端口 I/O1 用来输出显示字符的段选码，I/O2 输出位选码。 I/O1 不断送待显示字符的段选码，I/O2 不断送出不同的位扫描码，并使每位显示字符显示一段时间，一般 为 15mS。利用眼睛 的礼视觉惯性，从显示器上便可以见到相当稳定的数字显示。b.引脚功能如图 2-9 所示： 段选（a,b,c,d,e,f,g,p）：对应 8 个发光二极管，接 I/O 口，共阴（或共阳）时接地（或+5V） ，根据条件控制发光二极管的亮或灭。 位选（A,B,C,D）:共阴（或共阳）时接地（或+5V）分别用选中对应位
