第1讲-单片机应用技术-湖北职业技术学院

单片机应用技术第1讲温度检测子项目项目三智能温控装置湖北职业技术学院机电工程系《单片机应用技术》精品课程组单片机应用技术本讲主要内容1A/D转换器的基本知识2.D/A转换器的基本知识3.智能温度测控装置的基本知识4.温度检测子项目5.温度控制子项目单片机应用技术引言单片机应用技术AT8051控制单片机A/D转换器0809变换放大测量预处理热电偶D/A转换器DAC0832输出控制驱动装置执行机构电路外部电源模数(A/D)转换器：把模拟量转换成数字量的器件数模(D/A)转换器：把数字量转换成模拟量的器件单片机应用技术1A/D转换器的基本知识（1）ADC0801~ADC0805型8位MOS型A/D转换器;（2）ADC0808/0809型8位MOS型A/D转换器;（3）ADC0816/0817型8位MOS型A/D转换器;A/D转换器用以实现模拟量向数字量的转换。按转换原理可分为4种:计数式、双积分式、逐次逼近式以及并行式A/D转换器。逐次逼近式A/D转换器是一种速度较快,精度较高的转换器,其转换时间大约在几微秒到几百微秒之间。常用的这种芯片有:1.1概述单片机应用技术逐次逼近式A/D转换器基本原理D/A转换器N位寄存器控制逻辑VINSTARTEOCVNVREF锁存缓存器D7D0D3D5D1D2D4D6OE单片机应用技术1.分辨率使输出数字量变化一个相邻数码所需输入模拟电压的变化量。常用二进制的位数表示。例如:12位ADC的分辨率就是12位，一个10V满刻度的12位ADC能分辨输入电压的最小变化是:10V×1/212=2.4mV1.2A/D转换器的主要技术指标单片机应用技术2.量化误差ADC把模拟量变为数字量，用数字量近似表示模拟量，这个过程称为量化。量化误差是ADC的有限位数对模拟量进行量化而引起的误差。1.2A/D转换器的主要技术指标单片机应用技术3.偏移误差4.满刻度误差5.线性度：线性度有时又称为非线性度，指转换器实际的转换特性与理想直线的最大偏差。6.绝对精度7.转换速率：指ADC能够重复进行数据转换的速度，即每秒转换的次数。而完成一次A/D转换所需的时间，则是转换速率的倒数。单片机应用技术1.3典型A/D转换器芯片ADC0809简介ADC0809：允许对8路输入模拟电压分时进行AD转换8位A/D转换器（分辨率8位）输入模拟电压0～5V，对应AD转换值00H～FFH每路AD转换完成时间约100微秒工作频率为500KHZ，输出与TTL电平兼容单片机应用技术ADC0809的内部结构单片机应用技术ADC0809引脚图单片机应用技术地址码与输入通道的对应关系单片机应用技术ADC0809与单片机的中断方式接口电路单片机应用技术这里将ADC0809作为一个外部扩展的并行I/O口,直接由8051的P2.0和WR脉冲进行启动。因而其端口地址为0FEFFH。用中断方式读取转换结果的数字量,模拟量输入通道选择端ADDA、ADDB、ADDC分别与8051的P0.0、P0.1、P0.2直接相连,CLK由8051的ALE提供。其读取通道0转换后的数字量程序段如下:ORG1000HINADC:SETBIT1;INT1SETBEA;开中断INT1SETBEX1单片机应用技术MOVDPTR,＃0FEFFH;端口地址送DPTRMOVA,＃00H;选择0MOVX@DPTR,A;…ORG0013HAJMPPINT1PINT1:…MOVDPTR,＃0FEFFH;端口地址送DPTRMOVXA,@DPTR;读取IN0MOV50H,A;存入50HMOVA,＃00HMOVX@DPTR,A;启动A/D,IN0通道输入并转换RETI;返回单片机应用技术2.D/A转换器的基本知识（1）分辨率。是D/A转换器对输入量变化敏感程度的描述,与输入数字量的位数有关。如果数字量的位数为n,则D/A转换器的分辨率为2-n。（2）建立时间。描述D/A转换速度的一个参数,具体是指从输入数字量变化到输出达到终值误差±1/2LSB（最低有效位）时所需的时间。通常以建立时间来表明转换速度。（3）接口形式。D/A转换器有两类:一类不带锁存器,另一类则带锁存器。2.1D/A转换器的性能指标单片机应用技术10101010101010102RD7R2R2R2R2R2R2R2R2RRRRI7I7I-+VREFI6I5I4I3I2I1I0I6I5I4I3I2I1I0RfbIO1IO2D6D5D4D3D2D1D0VORRRＴ型电阻网络D/A转换器的基本原理单片机应用技术DAC0832内部结构框图单片机应用技术DAC0832外部引脚分布图单片机应用技术+12-12单极性输出电压电路Rfb=RIout1Iout2DATAVVrefout812例如：V.DATAVVrefout5252228781VVref5HDATA80单片机应用技术+12-12+12-12双极性输出电压电路Rfb=RIout1Iout2RRR2V~Vref0refV22refrefV~V单片机应用技术2.2DAC0832与MCS-51的接口及应用1)单缓冲方式DAC0832单缓冲方式接口电路单片机应用技术执行下面的几条指令就能完成一次D/A转换:MOVDPTR,＃7FFFH;指向DAC0832MOVA,＃DATA;数字量装入AMOVX@DPTR,A;完成一次D/A输入与转换单片机应用技术2)双缓冲方式DAC0832双缓冲方式接口电路单片机应用技术MOVDPTR,＃0DFFFH;指向DAC0832(1)MOVA,＃data1;data1送入DAC0832(1)MOVX@DPTR,A;MOVDPTR,＃0BFFFH;指向DAC0832(2)MOVA,＃data2;data2送入DAC0832(2)MOVX@DPTR,AMOVDPTR,＃7FFFH;给0832(1)和(2)提供WRMOVX@DPTR,A;同时完成D/A转换输出单片机应用技术DAC0832的简单应用实例要求：编程实现从Vout端输出一个幅值为5V，频率f=1KHZ的反向锯齿波电压单片机应用技术START:MOVA,＃00H;MOVDPTR,＃8000H;0832的地址送DPTRLOOP:MOVX@DPTR,A;送数据至0832CALLDELAY;1msINCA;SJMPL00PDELAY:MOVR2,＃250HERE:DJNZR2,HERE单片机应用技术3.智能温度测控装置的基本知识传感器信号放大A/D电炉功率放大单片机基本系统键盘显示微型打印机单片机应用技术4.温度检测子项目输入通道的设计包括以下几个内容:A传感器选择B信号转化与放大电路CA/D转化器温度检测子项目:即单片机应用系统的输入通道单片机应用技术A传感器选择•采用AD590：美国analogdevices公司生产的二端式集成温度-电流传感器.它的测温范围为-50~+150°C,满刻度误差范围为0.3°C,完全适用于本例对水温测量的要求.单片机应用技术B信号转化与放大电路•系统前向通道图中三端稳压器AD581提供10v标准电压,它与运算放大器OP-07和电阻r1,vr1,r2,vr2组成信号转换与放大电路,将35~95°C温度转换成0~5v的电压信号.单片机应用技术CA/D转换器•由于前向通道总误差为0.83%,系统对信号采集的速度要求不高,故可以采用价格低廉的8位逐次逼近型A/D转化器ADC0804.单片机应用技术VccREF20Vin(-)7lsbDB018DB117Vin(+)6DB216DB315DB414A-GND8DB513DB612msbDB711Vref/29INTR5CLK-R19CS1RD2CLK-IN4WR3ADC0804VR25kR130kAD5813261874OP-07+15VAD590+15V30K-15VR281KVR25K20K10uF+5v10k150pFP1.0RDWRA8D0D1D2D3D4D5D6D7-15v电炉BTA12220V~+-++10V输入通道硬件电路图单片机应用技术•1.放大器电阻的计算:按照测量范围要求,信号转化与放大电路应将35~95°C温度转换成0~5v的电压信号,查手册计算得到R1=30kΩ,VR1=5kΩ;R2=81kΩ,VR2=5kΩ.输入通道硬件电路的设计与制作单片机应用技术•2.A/D转换器时钟电路参数计算:ADC0804片内有时钟电路,其振荡频率可按下式估算:fCLK=1/1.1RC其中R=10kΩ,C=150pF.此时,A/D转化时间约为103~114us.输入通道硬件电路的设计与制作单片机应用技术•3.硬件电路制作:硬件电路的制作包括印刷电路板制作,焊接和系统连接几个方面.印刷电路板的设计一般在计算机上利用protel,orcad等软件进行设计,设计完的pcb文件交由厂家制作,经焊接和系统连接完成.输入通道硬件电路的设计与制作单片机应用技术5.温度控制子项目温度控制子项目:即输出通道的设计为了实现水温的PID控制，功率放大电路的输出必须连续可调，以调整电炉的加热功率通过改变输入电炉的电压平均值，以改变电炉的输入功率。通过改变输入电炉的电压平均值的方法：本例采用脉宽调制输出控制法这样可以节省DA转换器和可控硅移项触发电路，大大简化了系统硬件单片机应用技术&7407MOC304125027VCCP1.2BTA12电炉220V~0.01uF100输出通道硬件电路图单片机应用技术双向可控硅选择：由于负载是1kW的电炉,因此,为满足应用要求并适当留有余地,双向可控硅可选用BTA12-600,该器件可承受的最大反向电压为600v,最大工作电流为12A.单片机应用技术6.人机通道OUTA027OUTB031OUTA126OUTB130OUTA225OUTB229OUTA324OUTB328DB012BD23DB113DB214SL032DB315SL133DB416SL234DB517SL335DB618DB719RL038RL139IRQ4RL21RL32CS22RL45RD10RL56WR11RL67A021RL78CLK3SHIFT36RESET9CNTL/S37U?8279A1B2C3E14E25E36Y015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77U?74LS138FEDCCOMBACOMGHJP?HEADER10FEDCCOMBACOMGHJP?HEADER10CS9012CS9012S?SW1S?SW1S?SW1S?SW112A12A1005109124675109124678383VCCGP16D03D14D25D36D47D58D69D710WR12RD13BUSY14CS11D0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D71INT0A9A0ALERESETRDWD