单片机应用技术 项目三 智能温控装置 第1讲 温度检测子项目 《单片机应用技术》精品课程组 湖北职业技术学院机电工程系

单片机应用技术 本讲主要内容 1 A/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 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 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 1 A/D转换器的基本知识 1.1 概述 （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:

单片机应用技术 逐次逼近式A/D转换器基本原理

单片机应用技术 1.2 A/D转换器的主要技术指标 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=2.4mV

单片机应用技术 1.2 A/D转换器的主要技术指标 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。

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： 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ADD A、ADD B、ADD C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: ORG 1000H  INADC: SETB IT1 ; INT1设为边沿触发 SETB EA ; 开中断INT1 SETB EX1

单片机应用技术 MOV DPTR, ＃0FEFFH ; 端口地址送DPTR MOV A, ＃00H ; 选择 0 通道输入 MOVX @DPTR, A ; 启动输入 … ORG 0013H AJMP PINT1  PINT1: … MOV DPTR, ＃0FEFFH ; 端口地址送DPTR MOVX A, @DPTR ; 读取IN0 的转换结果 MOV 50H, A ; 存入 50H单元 MOV A, ＃00H MOVX @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 2.1 D/A转换器的性能指标 （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。

单片机应用技术 Ｔ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 单极性输出电压电路 Rfb=R Iout1 Iout2 例如：

单片机应用技术 双极性输出电压电路 Rfb=R Iout1 Iout2

单片机应用技术 2.2 DAC0832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: MOV DPTR, ＃7FFFH ; 指向DAC0832  MOV A, ＃DATA ; 数字量装入A MOVX @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 MOV DPTR, ＃0DFFFH ; 指向DAC0832(1) MOV A, ＃data1 ; data1送入DAC0832(1)中锁存 MOVX @ DPTR, A ;  MOV DPTR, ＃0BFFFH ; 指向DAC0832(2) MOV A, ＃data2 ; data2送入DAC0832(2)中锁存 MOVX @DPTR, A MOV DPTR, ＃7FFFH ; 给0832(1)和(2)提供WR信号 MOVX @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: MOV A, ＃00H ;  MOV DPTR, ＃8000H ; 0832 的地址送DPTR LOOP: MOVX @DPTR, A ; 送数据至 0832 CALL DELAY ; 1 ms延时 INC A ; SJMP L00P DELAY: MOV R2, ＃250 HERE: DJNZ R2, 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 温度检测子项目:即单片机应用系统的输入通道 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 C A/D转化器

单片机应用技术 A 传感器选择 采用AD590： 美国analog devices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 C A/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 输入通道硬件电路图

单片机应用技术 输入通道硬件电路的设计与制作 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=81k Ω, VR2=5kΩ.

单片机应用技术 输入通道硬件电路的设计与制作 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=10k Ω,C=150pF. 此时,A/D转化时间约为103~114us.

单片机应用技术 输入通道硬件电路的设计与制作 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.

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 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