單片機(jī)用于溫度采集與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1 引言
針對(duì)傳統(tǒng)測(cè)溫元件(熱電偶、熱電阻)組成的溫度測(cè)量電路復(fù)雜，軟件調(diào)試繁瑣等缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)基于MSC-51單片機(jī)及ADC0809的溫度采集控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用單片機(jī)中空余的I／O接口，以中斷的方式實(shí)現(xiàn)溫度的實(shí)時(shí)采集與控制，充分利用CPU的資源空間，簡(jiǎn)化了測(cè)量電路以及程序調(diào)試的復(fù)雜過(guò)程，方便了技術(shù)人員在實(shí)際中的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。
2 硬件電路設(shè)計(jì)
2．1 系統(tǒng)組成
圖1為系統(tǒng)硬件組成框圖。外部傳感器將與溫度相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)傳至A／D轉(zhuǎn)換器，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，完成后將數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)，單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后將數(shù)據(jù)送至譯碼器，最后在數(shù)碼管上顯示。當(dāng)有鍵盤(pán)輸入控制溫度時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部比較此時(shí)得到的A／D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)與控制設(shè)定溫度，若低于設(shè)定溫度，外部裝置加熱，LED單色燈亮；反之，則不加熱，LED單色燈熄滅。

2．2 系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)
(1)主控制模塊 選用單片機(jī)MSC-51的最小系統(tǒng)作為主控制器件，且采用MSC-51單片機(jī)的最小主控制模塊，由于程序控制簡(jiǎn)單，器件內(nèi)部空間足夠存儲(chǔ)程序，無(wú)需外擴(kuò)存儲(chǔ)器，選用P0、P1口作為輸出接口，P2口作為輸入接口。
(2)溫度采集模塊溫度采集模塊由外部傳感器、電熱器以及ADC0809器件組成。傳感器的測(cè)量范同是0℃～50℃。在理想情況下，A／D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)值D與輸入的電壓信號(hào)V之間有以下關(guān)系式成立

式中，Vmax為連接在器件Vref+引腳的“高基準(zhǔn)電壓值”；Vmin為連接在器件Vref-引腳的“低基準(zhǔn)電壓值”。DMAx為當(dāng)輸入電壓為Vmax時(shí)，接口輸出的轉(zhuǎn)換數(shù)值。Dmin為當(dāng)輸入電壓為Vmin時(shí)，接口輸出的轉(zhuǎn)換數(shù)值。
(3)溫度顯示模塊 溫度顯示模塊由8279器件與數(shù)碼管組成，8279內(nèi)部的OUTA0～OUTA3、OUTB0～OUTB3與譯碼器74LS138連接，控制七段數(shù)碼管的顯示。
(4)溫度控制模塊溫度控制模塊由鍵盤(pán)、MSC-51器件、電熱器、A／D轉(zhuǎn)換器等組成。鍵盤(pán)數(shù)值的輸入也由8279器件通過(guò)行列掃描控制，再通過(guò)MSC-51的內(nèi)部數(shù)值比較，電熱器控制溫度，進(jìn)而達(dá)到保溫的目的。