多路监测仪 目 录 1 引言 1 1.1 本设计的意义 1 1.2 国内外现状分析 1 1.3 论文的主要内容 2 2 系统总体方案设计 2 3 硬件部分设计 3 3.1 AT89C51 介绍.3 3.1.1 主要性能 3 3.1.2 引脚功能说明 4 3.2 传感器模块部分设计 4 3.2.1 AD590 主要特性.5 3.2.2 与 ADC0809 接口 6 3.3 数模转换部分硬件设计 6 3.3.1 ADC0809 介绍.7 3.3.2 ADC0809 各管脚功能.7 3.3.3 硬件连接电路 8 3.4 LED 显示电路的设计.9 3.4.1 LED 数码管.9 3.4.2 LED 数码管编码方式10 3.4.3 LED 数码管显示方式和典型应用电路11 3.5 报警电路的设计 .12 3.6 整体电路图 .13 4 软件部分设计 .14 4.1 A/D 转换程序流程图14 4.2 显示程序流程图 .14 4.3 报警程序流程图 .15 4.4 主程序流程图 .15 结束语 .18 参考文献 .19 附录 .20 多路监测仪 0 1 引言 1.1 本设计的意义 随着电子技术、计算机技术、通信技术的迅速发展，工业测控领域采用先进的技 术对现场的工业生产参数进行检测，监测是实现工业自动化的重要标志。据不完全统 计，在工业生产中被监测最多的参数应该是压力、流量、温度三大参数。无论在石油、 化工、煤炭、水利等行业，还是电力、机械、航空、国防等部门，都离不开对这些参 数的监测。当然除此之外，还有诸如液位、扭矩、密度、浓度、速度、位移、距离、 电参数等众多物理参数的监测，但用的最多的恐怕还是温度的监测，可以说温度的测 量是一个“永恒”的话题。温度测量的领域十分广泛，其实，不仅在工业领域，而且 在民用领域、军用领域，温度的测量随处可见。在工业领域，电力系统的安全运行关 系到整个工业的发展和人民生活的稳定，其中一个重要的方面是电气设备自身的安全 运行，由于绝大多数的电气设备采用封闭式结构，散热效果差，热积累大，并长期处 于高电压、大电流和满负荷运行，其结果造成热量集结加剧，温升直接危害电器设备 的绝缘，这就要求对电气设备的温度状况进行测量控制。如发电厂的发电机组随着电 压增高和容量增大，解决定子铁心和绕组温升的问题就日益突出。对全封闭的高压开 关电器，也存在对其开关触头温度的监测问题，电机的轴温，胶带滚筒的表面温度， 工业冷却循环水温，加热设备的炉温，啤酒的麦芽发酵温度，各种化工原料在化学反 应时控制的温度等等。在民用领域，超市的食品架内温度，人们生活空间环境的温度， 空调的控制温度，人体繁荣体温检测，冰箱、冰柜的温度测量等等。随着计算机的发 展，程序控制也逐渐成为了工业生产中的主要角色，各种各样的检测系统应运而生。 基于单片机的温度检测系统具有以前温度检测所无法具有的优点，因为系统为程序控 制，所以实现形式非常灵活，而且可以实现很多新功能，而且对于日益复杂化的工业 生产，对于多点温度检测的需求也很大程度上提高了。单片机系统具有体积小，功耗 小的特点，而且可以对采集的数据进行软件处理，所以用单片机进行多路温度检测， 具有非常实际的意义。 1.2 国内外现状分析 随着世界进入信息化时代，自动化、信息化成为世界各国发展重要方向之一。传感器 作为自动化和信息系统的前端器件，是制造业自动化和信息化的基础；现代传感器技 术集约了多种学科的尖端成果、是国际上发展最迅速的高新技术之一；是传统产业技 术改造和升级的“功效倍增器”，成为衡量一个国家科技发展的重要指标。单片机是 完全按嵌入式系统要求设计的单芯片形态的嵌入式系统，它广泛应用在中、小型工控 多路监测仪 1 领域，是电子系统智能化的最重要的工具。温度传感器也从传统类型向集成化、微型 化、多功能发展，且随着材料行业对传感器敏感材料进一步的开发，传感器新敏感材 料不断推出，高新材料已广泛用于新型传感器制造研发中，如光纤传感器，光纤传感 器等等，我国与国外先进国家相比，还处于落后状态。本设计主要涉及到微控制器和 温度传感器的应用。二者的发展直接影响着温度检测方面的设计和应用。 1.31.3 单片机的概念和特点单片机的概念和特点 现代社会中，尽管 PC 机的应用已经相当普遍，但是，在工控领域，在日益追求 小而精、轻而薄的自动化控制器、自动化仪器仪表、家电产品等方面,PC 机仍有所不相 适宜的地方。而工业控制、仪器仪表、家电产品等市场广阔，要求 PC 机技术与之相适 应。在这种情况下，单片机应运而生了（也称作微型计算机） 。 微型计算机的基本机构是由中央处理器、储存器、和 I/O 设备构成的。所谓的单片机 是指将微型计算机 3 个单元的多个分体中的主要功能用 1 个集成电路芯片来实现，该 芯片具有一个微型计算机的基本功能。这种超大规模集成电路芯片即称为单片微型计 算机，通常简称单片机。 单片机具有以下特点： (1) 受集成度限制，片内存储容量较小，一般 8 位单片机的 ROM 小于 8/16K 字节， RAM 小于 256 字节，但可在外部扩展，通常 ROM、RAM 可分别扩展至 64K 字节。 (2) 可靠性好。芯片本身是按工业测控环境要求设计的，其抗工业噪声干扰优于一般 通用 CPU；程序指令及常数、表格固化在 ROM 中不易破坏；许多信号通道均在一个芯片 内，故可靠性高。 (3) 易扩展。片内具有计算机正常运行所必需的部件。芯片外部有许多供扩展用的三 总线及并行、串行输入/输出管脚，很容易构成各种规模的计算机应用系统。 (4) 控制功能强。为了满足工业控制要求，一般单片机的指令系统中具有极丰富的条 件分支转移指令、I/O 口的逻辑操作以及位处理功能。一般说来，单片机的逻辑控制功 能及运行速度均高于同一档次的微处理器。 (5) 一般单片机内无监控程序或系统通用管理软件，只放置有用户调试好的应用 程序。但近年来也开始出现了在片内固化有 BASIC 解释程序的单片机。 1.41.4 单片机的发展与趋势单片机的发展与趋势 多路监测仪 2 由于单片机具有以上特点，因此在工业控制、数据采集、智能仪器仪表、智能化 设备和各种家用电器等领域得到广泛的应用。随着微电子工艺水平的提高，近十年来 单片微型计算机有了飞速的发展。归纳起来，它是沿着两条路发展的： 1.改进集成电路制造工艺，提高芯片的工作速度，降低工作电压和降低功耗： 2.在保留共同的 CPU 体系结构，最基本的外设装置（如异步串行口，定时器等）和一 套公用的指令系统的基础上，根据不同的应用领域，把不同的外设装置集成到芯片内， 在同一个家族内繁衍滋生出各种型号的单片机。另外在单片机的应用中，可靠性是首 要因素，为了扩大单片机的应用范围和领域，提高单片机自身的可靠性是一种有效方 法。近年来，单片机的生产厂家在单片机设计上采用了各种提高可靠性的新技术，主 要表现在一下几点： (1) EFT(Electrical Fast Transient)技术 (2) 低噪音布线技术及驱动技术 (3) 采用低频时钟 总之，单片机在目前的发展形势下，表现出几大趋势： 可靠性及应用水平越来越高，和 internet 连接已是一种明显的走向； 所集成的部件越来越多； 功耗越来越低； 和模拟电路结合越来越多。 1.5.1.5.单片机选择单片机选择 本系统采用单片机为控制核心。单片机/MCU 主要有 51 基本型和 52 增强型， 而相比之下 52 型比 51 型功能更为强大，ROM 和 RAM 存储空间更大，52 还兼容 51 指令 系统。基于本系统设计内容的需要，综合考虑后，我们选择单片机 ATME 公司的 AT89C52 为控制核心；主要基于考虑 AT89C52 是一个低电压，高性能 CMOS 8 位单片机， 片内含 8k bytes 的可反复擦写的 Flash 只读程序存储器和 256 bytes 的随机存取数据 存储器（RAM） 、6 个中断源；时钟频率 0-24MHz；器件采用高密度、非易失性存储技术 生产，并兼容标准 MCS-51 指令系统，功能强大。 (2)AT89C52 介绍 AT89C52 是美国 ATMEL 公司生产的低电压，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 8K 多路监测仪 3 bytes 的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和 256K bytes 的随机存取数据存储器， 器件采用 ATMEL 公司的高密度，非易失性存储技术生产，与标准 MCS-51 指令系统及 8052 产品引脚兼容，片内置通用 8 位中央处理器和 FLASH 存储单元，功能强大， AT89C52 单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。 主要性能参数： 与 MCS-51 产品指令和引脚完全兼容 8K 字节可重擦写 FLASH 闪存存储器 1000 次写/擦循环 时钟频率：0Hz24MHz 三级加密存储器 256 字节内部 RAM 32 个可编程 I/O 口线 3 个 16 位定时/计数器 图 3.1 引脚图 6 个中断源 可编程串行 UART 通道 低功耗的空闲和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断 口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，片内振荡器及 时钟电路，AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。同时，AT89C52可 降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的 工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存 RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。其 将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有 效地降低开发本.AT89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产 品的需求。 AT89C52引脚功能： Vcc：电源电压 多路监测仪 4 GND：地 P0 口：P0 口是一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口，也即地址/数据总线复用口。作 为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 逻辑门电路，对端口 P0 写“1” 时，可作为高阻抗输入端用。 在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低 8 位）和数 据总线复用，在访问器件激活内部上拉电阻。 在 Flash 编程时，P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时， 要求外接上拉电阻。 P1 口：P1 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 的输出缓冲级可驱动 （吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写“1” ，通过内部的上拉电阻把端口 拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚 被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL） 。 与 AT89C51 不同之处是，P1.0 和 P1.1 还可分别作为定时/计数器 2 的外部计数输 入（P1.0/T2）和输入(P1.1/T2EX)，参见表 2-1。 Flash 编程和程序校验期间，P1 接收低 8 位地址。表 2-1 为 P1.0 和 P1.1 的第二 功能 表 3-1 P1.0 和 P1.1 的第二功能 P2 口：P2 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 的输出缓冲级可驱动（吸 收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对端口 P2 写“1” ，通过内部的上拉电阻把端口 拉到高电平，同时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚 被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL） 。 在访问外部程序存储器或 16 位地址的外部数据存储器（例如执行 MOVDPTR 指令） 时，P