毕业设计论文基于AT89C51单片机的太阳能热水器自动控制系统设计.doc

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1、ANYANGINSTITUTEOF TECHNOLOGY 毕 业 论 文 基于AT89C51的太阳能热水器自动控制系统设计The Design of Solar Water Heater Automatic Control System Based on AT89C51系（院）名称： 电子信息与电气工程 专 业 班 级 ： 05级电子信息工程1班 学 生 姓 名 ： 指导教师姓名： 指导教师职称： 讲 师 2009年 5月目录摘 要IABSTRACTII引 言1第一章 概述21.1 课题的背景意义21.2 太阳能热水器和其控制器的发展现状21.3 课题的研究内容3第二章 系统设计42.1控制系

2、统技术性能要求42.2太阳能控制系统工作原理:42.2.1系统原理42.2.2方案比较4第三章 硬件设计83.1 直流电源的设计83.1.1直流电源的图解83.1.2方案论证93.1.3方案实现93.2接口电路103.3控制模块113.4显示模块113.5驱动电路143.5.1蜂鸣器驱动电路143.5.2继电器驱动电路14第四章 水位温度采集部分154.1水位传感器154.2 传感器（AD590）164.3 模数转换器件（ADC0804）184.3.1 ADC0804的性能特点184.3.2 ADC0804的引脚及其功能184.3.3 ADC0804转换器的时序及接口电路19第五章 中央控制器

3、225.1单片机构成225.2单片机内部结构分析235.3单片机主要功能特性235.4单片机的外部结构235.5单片机最小系统24第六章 中断控制256.1按键中断（KBI）256.2键盘中断要实现两个功能25第七章 软件设计267.1 I/O口的说明267.2系统存储器功能267.3软件流程图26结 论29致 谢30参 考 文 献31附录1：太阳能控制系统显示程序32附录2：硬件图3737基于AT89C51的太阳能热水器自动控制系统设计 专业班级：05级电子信息工程1班 学生姓名： 指导教师： 职 称：讲 师 摘 要： 随着人们生活水平的提高，各种热水器的使用已相当普及。与之相配套的控制仪也

4、相继问世。然而目前市场上的各种热水器控制电路还与理想要求相差甚远。消费者需要真正的“自动”控制，以实现使用的最简单化。就像家用电视机、电冰箱一样,接通电源、设定完毕这么简单就可以了。 本次毕业设计运用AT89C51单片机设计了一种自动控制电路，该电路用于太阳能热水器,能实现在用水时，若水位不够可以自动供水，若日晒水温达不到设定值，则电加热自动补温。从而实现了热水器的自动及节能。太阳能热水器自动控制硬件电路，辅以相应的软件设计，来实现温度和水位参数的实时显示，而且具有温度设定、水位设定与控制功能，停电后再来电时也不用重新设定，具有故障报警和故障自处理功能，良好的稳定性和抗干扰性能。 实验结果表明

5、，本次系统设计合理，工作稳定可靠、温度测量精度高。同时给出了温度测量系统的硬件结构和软件设计。关键词：单片机；自动控制；太阳能热水器；软件调试。The Design of Solar Water Heater Automatic Control System for Based on AT89C51Abstract ： Along with the enhancement of life standard, application of some kinds of water heater is quite common .Controllers in match with the water

6、 heaters turn up .However ,the control circuits applied in each kind of water heaters in market are far away from the ideal requests at present.Consumers want real “auto “to simplify the use .Just as the televisions and refrigerators,what we need do is just connecting the power and setting. This gra

7、duation project is one kind of automatic control circuit using at89C51 ,designed in the solar water heater which could realize the water supply timely .If water level is beyond ,it can supply water automatically;if the solar water temperature does not reach the setting data ,it can heat automaticall

8、y by electricity .It realizes the automation and energy saving .The automatic control hardware circuit in the solar water heater ,combined with corresponding software design,can display the temperature and water level parameters ,set the temperature and water level and control the process .There bei

9、ng no need to reset the temperature when the failed power regains ，it has functions such as failure alarm ,failure auto-processing,good stability and resistance to interference.The experiment results show that the system has the reasonable design,the good dependability and high measurement precision

10、.Key words: Single-chip ;Automatic control; Solar-powered water heater;Software debugging.引 言当前能源紧缺，用电紧张，太阳能是绿色能源，得到广大用户的喜爱。使用太阳能热水器时存在的问题：不可缺水，空晒情况下上水会爆炸；春、秋天，水温升高蒸发，造成热能损失；冬天水温不够，须用电等等。采用太阳能热水器智能仪（仪称太阳能热水器水温水位测控仪），能解决上述问题。使用户省心，使用方便，智能运行，用户不必作任何操作。太阳能是一种低密度、间歇性、空间分布不断变化的能源，与常规能源有很大的区别，这就对太阳能的收集和利用

11、提出了较高的要求。在太阳能热利用中，为了得到中高温热能，必须使集热器从日出到日落跟踪太阳，而在太阳能光电中，相同条件下，自动跟踪发电设备要比固定发电设备的发电量提高35%，成本下降25%。因此在太阳能利用中，进行跟踪装置的控制方式进行研究是一项很有意义的工作。 第一章 概述1.1 课题的背景意义随着太阳能热水器的迅速推广，广大消费者对太阳能热水器特别是太阳能热水器控制器的要求越来越高，太阳能热水器商家为使自己的产品能在市场上生存和发展，在不断提高太阳能热水器热水性能的同时，也不断加大力度满足消费者对于太阳能使用方便的要求，于是太阳能热水器的智能化程度越来越高。本设计追踪科技应用前沿，跟踪市场，

12、根据论文资料及市场现有产品模型，在加上自己的理解和创意，模仿出了一套智能化的太阳能热水器控制系统。本系统完全跟随太阳能热水器本身智能化程度和成本的要求，为太阳能热水器提供了一套智能化程度高、性能良好、使用方便、经济实惠的配套控制系统。1.2 太阳能热水器和其控制器的发展现状中国太阳能热水产业的发展始于上世纪80年代，当时的市场定位是农村或中小城镇的低收入家庭。90年代后期，住宅商品化的发展以及家庭对热水需求的大幅度增长为太阳能热水器的发展提供了市场空间, 太阳能热水器的生产规模进一步扩大，形成了一些有一定知名度的产品和品牌。自上世纪90年代以来，我国太阳能热水器行业保持了10多年的快速增长 ,

13、2005年 太阳能热水器年生产量为1500万平方米，是2000年640万平方米的2倍多，到2005年底，我国太阳能热水器保有量超过7500万平方米是2000年2600万平方米的近3倍。目前，我国既是世界上最大的太阳能热水器生产国，同时也拥有世界上最大的太阳能热水器市场。至2005年，全国有1000多家有一定规模的太阳热水器生产企业，年总产值达150多亿元，出口创汇2000万美元，全行业提供约30多万个就业机会，产生了显著的经济、环境和社会效益。到目前已有许多太阳能品牌为大家耳熟能详，如皇明、桑乐、四季牧歌、力诺等。总之，太阳能热水器已是一件和电视机、洗衣机一样必不可少的家用电器。进步源于竞争，

14、在我国太阳能拥有广阔的市场，当然也有更大的竞争，各大商家为了使自己的产品在市场上立足并长远发展，不断提高太阳能热水器的性能，其中太阳能热水器控制器以其灵活、贴近客户成为商家竞争的热点。目前，各大商家纷纷提高太阳能热水器的智能化程度来满足消费者的需求。1.3 课题的研究内容本设计主要是对市场现有产品的仿制，要能够实现太阳能热水器的完整功能。本设计以AT89C51单片机为核心配合传感器、显示器件、电磁阀、电加热器、报警器等外围器件，采集热水器储水箱中的水位、水温信号，通过控制电动机的运转、电加热器加热来控制储水器的水位、温度，并完成水位、水温显示，时间显示，水溢报警等功能。另外配有键盘，可以实现手

15、动上水、手动电加热、设置水位、设置温度等功能。 第二章 系统设计2.1控制系统技术性能要求许多太阳能热水器的功能有：开机自检、温控上水、强制上水、水位预置、水质设置、水温指示、低水压上水、水位显示、防高温空晒、缺水报警、自动防溢流、 缺水上水、手动上水、故障提示等许多功能。本系统需要完成的控制系统技术性能如下：1）使用电源220V AC，功耗5W。2）水温显示，测温范围099 0C；精度20C。3）水位分档显示，分四档：低、中、高、满。 4）具有低水位上水、手动上水和循环上水等功能。5）缺水报警：出现缺水状态时，蜂鸣报警，缺水指示灯亮。 2.2太阳能控制系统工作原理:2.2.1 系统原理利用热

16、敏传感器和水位传感器检测水温和水位，并加以显示。根据水位情况进行手动和自动上水控制。当水位从高到低，出现缺水状态时，蜂鸣报警，缺水指示灯亮，电磁阀开始工作，热水器容器上水，水位上升超过“低”水位后，缺水指示灯熄灭，蜂鸣器停止报警。水位至预置水位后电磁阀关闭，停止上水；若温度高于1000C，不上水，防止出现低水量、高水温的不合理现象。进行缺水上水；若热水未用完，不上水，以保证热水充分利用；如果要上水可以手动控制一键上水；在上水的过程中，水位过低或停水，太阳能控制系统会自动进入低水位上水模式，低水位时声光报警启动提醒用户注意。特别是在洗澡过程中可以提醒用户水量不足，启用家用热水器，避免冷水洗浴的尴

17、尬。 2.2.2方案比较 目前太阳能控制器的控制器基本实现数字化，以单片机为控制核心的控制系统占领太阳能热水器的主要市场。在市场调查中发现，太阳能控制单片机的型号较多，其中应用最多的是51系列和PIC系列单片机。方案一：PIC系列单片机根据热水控制器的功能要求,并结合对PIC16C5X系列单片机的资源分析,采用此系列中的主流型号PIC16C57作为电路系统的控制核心。电热水控制器的总体布局如图2.1所示。电源控制PIC16C57扬声器漏电检测键盘和水量档位温度测量LED显示图2-1 总体布局图 在本系统中,RA0RA3用于七段码显示,RB6控制水闸开关,RB7控制电加热管,RC3RC5用于按键

18、设计和读取水量,RC0RC2用于跟DS1820通信进行水温测量,RB0RB1对七段码进行扫描,RB2RB5 LED指示灯显示,RC6漏电检测,RC7控制扬声器用于报警和指示。 本系统中,有四个功能按键：定时加水、恒温控制、手动加水和手动加热;三个七段码显示与四个LED灯指示。a) 按下定时加水按钮时,定时LED变亮,并以当前时间为定时时标,每24小时自动加水至设定水量;若长按此钮超过5秒,定时LED灭,并听到“嘟”一声进行水量设定,此后每按一下钮,水量显示加一档,14档循环显示,不按此钮超过5秒,再次听到“嘟”一声,水量设定完毕。系统的定时功能主要通过软件完成。 PIC16C5X内带一个8位定

19、时器/计数器RTCC,在进行24小时定时加水时采用了该定时器。RTCC工作状态由OPTION寄存器控制,其中OPTION寄存器的RTS位用来选择RTCC的计数信号源,当RTS为“1”时,信号源为来自RTCC引脚的外部信号,RTS为“0”时,信号源为内部时钟。OPTION寄存器的PSA位控制预分频器分配对象,当PSA为“1”,分配给 RTCC,即外部或内部信号经过预分频器分频后再输出给RTCC。预分频器的分频比率由OPTION内的PS0PS2决定。OPTION的RTE位用于选择外部计数脉冲的触发沿,当RTE为1时下降沿触发,“0“时为上升沿触发。RTCC计数器采用递增方式计数,当计数至FFH时,

20、在下一个计数发生后,将自动复零,重新开始计数,以此循环下去。在实际设计中,OPTION寄存器为“00100111“,即定时器的信号源来自RTCC引脚的外部信号,预分频器的分频比率为1：256,上升沿触发。RTCC引脚信号的输入频率为1kHz,因此RTCC计数至FFH时需65536ms。通用寄存器 F0EH、F0FH用作定时暂存。 当设置定时加水功能时,初始化RTCC、OPTION、F0EH、F0FH,开始进行定时,每隔256ms查询一次RTCC的值,RTCC每循环一次,F0EHF0FH增1,当增到1318时,24小时定时到,寄存器复位,自动加水。b) 按下恒温控制钮,恒温LED变亮,表示进行恒

21、温控制,再按一下LED灭,取消恒温控制。与水量设定类似,长按后,进行温度设定。c) 按下手动加热钮时,加热LED变亮,加热至65,如水量少于1档,则先加水到1档,再按一次取消加热。d) 按下手动加水钮时,加水至设定水量值,长按可设定水量。手动加水过程中,再次按下取消加水。正常情况下,两个七段码显示当前水温,另一个显示当前水位。方案二：51系列单片机以AT89C51单片机为核心配合传感器、显示器件、电磁阀、电加热器、报警器等外围器件，采集热水器储水箱中的水位、水温信号，通过控制电动机进行水位和水温的调节。位选控制线+12v控制线 P1 P0AT89C51T0T1RXT温度与水量数据采集LED显示

22、接口电平转换继电器电磁阀蜂鸣器键盘输入+5v控制加热控制上水图2-2 太阳能热水器基本框图该系统以单片机AT89C51为核心,分别来自温度传感器和水量传感器的两路信号,经过ADC器件变换后输入单片机P0口,经过单片机数据处理后,在P2口输出显示,P1口为键盘输入端,单片机扫描后判断键的功能并在T0、T1、RXD端执行对外部控制器的控制,实现加热、上水和水量不足报警功能。单片机最小系统显示系统声光报警电磁阀键盘电机控制系统传感器图2-3系统示意图通过“水位设置”键可进行水位设置，可设置加水水位低、中、高、满。通过“上水”键，可实现手动控制电磁阀上水。通过“上水”键，若水位低于满水位，可上水至满水

23、位；若水位已加满，则停止加水，手动上水失效。通过上面两种方案的比较：单片机通过光电耦合对继电器进行控制,用来切断或接通加热管电源,关闭或打开水阀,从而达到对水温和水量的控制。由于PIC16C57没有中断功能而AT89C51具有结构简单、可靠性高、成本低 且易控制等特点，所以本设计选择方案二采用AT89C51实现电路系统的控制。第三章 硬件设计本设计以AT89C51单片机为核心配合传感器、显示器件、电磁阀、电加热器、报警等外围器件，采集热水器储水箱中的水位、水温信号，通过控制电动机转、电加热器加热来控制储水器的水位、温度，并完成水位、水温显示，时示，水溢报警等功能。另外配有键盘，可以实现手动上水

24、、手动电加热、水位、设置温度等能够实现太阳能热水器的完整功能。太阳能热水器体硬件电路基本框图见附录2所示。3.1 直流电源的设计 3.1.1 直流电源的图解 本设计可采用集成三端稳压器，只要加上一些外围元件即可实现。其框图和电路分别如下图：+U0-220V电源变压器稳压电路整流电路滤波电路图3-1直流电源框图图3-2 5V DC电源 3.1.2 方案论证 通过框图分析，该电路由四个部分组成，它们的功能分述如下：（1） 电源变压器 它的任务是把电源电压220V变压到合适的大小。如果u2的值太大，会造成集成三端稳压器7805的功耗太大，温度升高，且浪费电能。反之，如果u2的值小到一定的程度，三端稳

25、压器不能正常工作，失去稳压作用 。因此u2的值应大小合适，这个值应该使三端稳压器在交流电网电压最低和输出电流最大时能正常工作。而且在正常稳压的前提下，它的压降尽可能小，以减少功耗。 （2） 整流电路它的任务是将正弦波变换成直流电压。这里一般采用桥式整流电路来实现，即可用四个二极管来组成，也可用整流桥堆来完成，只是参数一定要选择合理。 （3） 滤波电路它的任务是将全滤波形通过 RC 滤波网络以后变成更平坦的直流电压，减小脉动，提高整流的效果。这时整流管中通过的电流的瞬时值要比平均值大得多，特别在接通电源瞬间有相当大的冲击电流（即充电电流）通过整流管，这一点要引起注意。（4） 稳压电路要求输出恒定

26、的直流电压，且要达到提出的要求， 3.1.3 方案实现 （1）计算u2和C2查阅集成三端稳压器的知了可知，对输出电压在5v12v之间的稳压器，其输入端的电压一般要比输出端电压高5v。而输出电压在15v24v的稳压器，其两端电压差达到7v9v左右。在此，如果1，2两端的电压为12V，那么可以求得u2为10v。从电容滤波出发，C1的容量应足够大，但C2的容量也不能太大，否则整流元件的瞬时电流太大，而且容量越大，电容器的体积越大，价格越贵，根据经验综合各方面情况，取C2=3300uF. (2) 整流元件的参数1）反向耐压 根据桥式整流电路的性能可知，每个整流二级管在交流电网最高时承受的最大反向峰植电

27、压为： 公式 (3-1)为了安全，整流管的反向耐压应比上述值高50%以上，因此选择整流管时，其耐压应按下式考虑： 公式 (3-2)2）正向电流 桥式整流电路中，每个整流二极管的正向电流平均值是输出电流的一半，其最大值为： 公式(3-3)由于整流管在接通电源瞬间有相当大的冲击电流（即充电电流）通过，因此，整流管的参数IF（正向电流平均值）应比上述值大0.52倍。若按IF比上述值大1.8倍考虑，则 公式(3-4)目前，市场上有各种规格的整流桥堆出售，它有两个交流输入端和两个直流输出端。由于它体积小，使用方便，价格较低，已成为常用整流元件。根据上面的计算，本电源可选用1A/25V的整流桥堆。 （3）

28、 变压器二次绕组的电流由于电容滤波整流电路中，整流管的电流不是正弦波，变压器二次绕组电流的有效值要比输出电流大，一般情况下，前者是后者的1.13倍。这里我们取 公式(3-5) 因此，变压器二次绕组的额定电流（交流有效值）应按2A设计。在本设计中，对电磁阀的直流电源的要求不不高，又因为1，2两端的电压为12V，为节省资源，故可直接取用1，2两端的电压作为电磁阀的直流电压，无需再另行设计12V稳压电源。3.2接口电路接口电路是一组电路，是中央处理器与存储器、输入/输出设备等外设之间协调动作的控制电路。从更一般的意义上说，接口电路是在两个电路或外设之间，使两者动作条件相配合的连接电路。接口电路并不局

29、限在中央处理器与存储器或外设之间，如直接存储器存取DMA接口电路就是控制存储器与外设之间数据传送的电路。接口电路的作用就是将来自外部设备的数据信号传送给微处理器，微处理器对数据进行适当加工，再通过接口电路传回外部设备。所以，接口电路的基本功能就是对数据传送实现控制，具体包括5种功能：地址译码、数据缓冲、信息转换、提供命令译码和状态信息、定时和控制。不同的接口电路用于不同的控制场合，因此其功能也各有特点。如并行接口电路不要求数据格式转换功能，来自总线的并行数据就可直接传送到并行外设中；而串行通信接口电路就必须具备将并行数据转换为串行数据和将串行数据转换为并行数据的功能。3.3控制模块（1） 按键

30、中断方式：本控制系统采用的是AT89C51单片机存储容量不大，4KROM，128RAM足够，本太阳能热水器控制系统只用一个键手动控制，且不经常操作，所以本设计中采用了中断方式0下降沿触发工作，所以按键用P3.2口连接用于手动上水功能。（2）水位检测：本控制系统采用I/O端口控制，高电平触发方式，监测水位的变化。监测模块我采用了干簧管监控。通过连通器与太阳能容器内水位相连接控制干簧管。3.4 显示模块本设计中采用了共阳极接法，对于显示水温的程序如下说明：在静态扫描过程中，本系统使用的是共阳LED数码管，译码器使用的是74LS47使用了AT89C51的P1口，通过程序进行进位显示。 （1）水位显示

31、：本系统需显示水位，水位分低、中、高、满四档，均用发光二极管来指示。 （2）水温显示：本控制系统可以时时采集热水器内部水温通过LED显示水温，由于太阳能热水器实际温度不会超过1000C，所以本系统采用两位显示，测量范围为0099 0C。 （3）显示模块： LED结构和显示原理。LED（Light Emitting Diode）显示器是由发光二极管作为显示字段的显示器件，最常见的是由7段型发光二极管（ag7段）和1个圆点型发光二极管（常以dp表示，主要用来显示小数点）组成的LED显示器，其排列形状如下图所示。这种LED显示器也可称为7段数码显示器（或8段数码显示器）。LED显示中的发光二极管根据

32、其连接的方法有共阴极和共阳极两种结构。共阴极结构：把各段发光二极管的阴极连接在一起构成公共阴极，如图a所示。使用时，公共阴极接地，根据要求需点亮发光二极管的阳极输入高电平，不需点亮的发光二极管的阳极输入低电平。共阳极结构：把各段发光二极管的阳极连接在一起构成公共阳极，如图3-3b 所示。使用时，公共阳极接+5V，根据要求需要点亮发光二极管的阴极输入低电平，不需点亮的发光二极管的阴极输入高电平。图3-3 LED结构通过控制7个段的发光二极管的亮暗的不同组合，可以显示多种数字、字母以及其他符号。 字段码。为了显示各个数字或字符，就需要为LED提供相应的代码，因为这些代码是控制各段的亮或灭，供显示器

33、显示字形的，所以称为字段码（也可以称为段选码或字形码）。七段发光二极管再加上1个小数点位，共计8段，因此提供给LED显示器的字段码正好1个字节。各代码位的对应关系如下：表1 LED各代码位D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0Dpgfedcba下表所示为共阴极LED所显示的不同字符的字段码，测量范围为099 0C，当温度超出范围时，显示器均显示F。表2 共阴极LED显示器七段码显示字符共阴极七段码显示字符共阴极七段码03FH96F106A7725BB7C34FC39466D5E56DE7967DF71707P7387FU3E N位LED显示器。在单片机应用系统中，实际使用的LED显示器

34、有多个，N位LED显示器的显示要从两个方面来控制：其一是控制N位的字段显示（即显示什么字符）；其二是控制字位（即哪一位到哪一位亮）。由LED的显示原理可知，要使某N位LED显示器的某一位显示某个字符，就必须将此字符转换为对应的字段码来控制该位的8个段，同时，该位的字位线也要控制有效，这要通过一定接口来实现。LED显示器有两种显示方式，即静态显示方式和动态显示方式。N位LED显示器有N根字位选线（简称：“位选线”）和N*8根字段选线（简称：“段选线”）。根据显示方式不同，位选线和段选线的连接方式也不同。各种字符的字段码的获取方法有两种：即软件译码和硬件译码法。目前通常所用的各种型号的单片机开发系

35、统或实验装置普遍采用软件译码。本设计采用动态显示的方式。动态显示方式的接口电路的连接方法是：将所有LED位的段选线（a dp）同名并联，即所有a段并联，所有b段并联。依次类推，然后由一个8位I/O接口来控制各个段，而所有位的位选线则由另外一个相应的I/O接口线来控制。这样用两个8位I/O接口就能控制8位LED显示器。LED显示器是由电流型控制器件，其工作电流为2mA20mA，使用时须加限流电阻。本设计中限流电阻选用1K。3.5驱动电路3.5.1 蜂鸣器驱动电路图3-4蜂鸣器驱动3.5.2 继电器驱动电路 图3-5继电器驱动第四章 水位温度采集部分4.1水位传感器水位传感器的结构图如下：图4-1

36、 水位传感器的结构图说明：结构图中的电阻外表面均不与水直接接触，但分别与a、b、c、d 良好接触，a、b、c、d用于感知水位。由传感器的结构图可看出：当水位未达到a时，即ha时、这时传感器的总阻值为4R，对应系统处于缺水状态。 公式 (4-1)当ahb时，传感器电阻阻值为3R，对应 ，系统处于20%水位。当bhc时，传感器电阻阻值为2R，对应 ，系统处于50%水位。当chd时，传感器电阻阻值为R，对应 ，系统处于80%水位。当h=d时，传感器电阻阻值为0，对应 ，系统处于100%水位。其中，环形振荡器产生的方波周期T（或f）可通过单片机的两个定时/计数器（T0、T1）来确定，T1用来计数，T0

37、用来定时。所以，水位传感器测水位的基本原理如下： （m为T1的计数值，为T0的定时值）。 公式(4-2)4.2 传感器（AD590）AD590是AD公司利用PN结正向电流与温度的关系制成的电流输出型两端温度传感器。实际上，中国也开发出了同类型的产品SG590。这种器件在被测温度一定时，相当于一个恒流源。该器件具有良好的线性和互换性，测量精度高，并具有消除电源波动的特性。即使电源在515V之间变化，其电流只是在1A以下作微小变化。 4.2.1 AD590的功能及特性AD590是电流型温度传感器，通过对电流的测量可得到所需要的温度值。根据特性分挡，AD590的后缀以I，J，K，L，M表示。AD59

38、0L，AD590M一般用于精密温度测量电路，其电路外形如图4-2所示，它采用金属壳3脚封装，其中1脚为电源正端V；2脚为电流输出端I0；3脚为管壳，一般不用。集成温度传感器的电路符号如图4-2所示。图4-2 外形电路及电路符号 AD590的主特性参数如下： 工作电压：430V； 工作温度：55150； 保存温度：65175； 正向电压：44V； 反向电压：20V； 焊接温度（10秒）：300； 灵敏度：1AK。 4.2.2 AD590的工作原理在被测温度一定时，AD590相当于一个恒流源，把它和530V的直流电源相连，并在输出端串接一个1k的恒值电阻，那么，此电阻上流过的电流将和被测温度成正比

39、，此时电阻两端将会有1mVK的电压信号。其基本电路如图4-3所示：图4-3感温部分核心电路图4-3是利用UBE特性的集成PN结传感器的感温部分核心电路。其中T1、T2起恒流作用，可用于使左右两支路的集电极电流I1和I2相等；T3、T4是感温用的晶体管，两个管的材质和工艺完全相同，但T3实质上是由n个晶体管并联而成，因而其结面积是T4的n倍。T3和T4的发射结电压UBE3和UBE4经反极性串联后加在电阻R上，所以R上端电压为UBE。因此，电流I1为： I1UBER（KTq）（lnn）R 公式 (4-3)对于AD590，n8，这样，电路的总电流将与热力学温度T成正比，将此电流引至负载电阻RL上便可

40、得到与T成正比的输出电压。由于利用了恒流特性，所以输出信号不受电源电压和导线电阻的影响。图4-4中的电阻R是在硅板上形成的薄膜电阻，该电阻已用激光修正了其电阻值，因而在基准温度下可得到1AK的I值。图4-4 ADC590核心电路图4-4所示是AD590的内部电路，图中的T1T4相当于图4-3中的T1、T2，而T9，T11相当于图4-3中的T3、T4。R5、R6是薄膜工艺制成的低温度系数电阻，供出厂前调整之用。T7、T8，T10为对称的Wilson电路，用来提高阻抗。T5、T12和T10为启动电路，其中T5为恒定偏置二极管。T6可用来防止电源反接时损坏电路，同时也可使左右两支路对称。R1，R2为

41、发射极反馈电阻，可用于进一步提高阻抗。T1T4是为热效应而设计的连接方式。而C1和R4则可用来防止寄生振荡。该电路的设计使得T9，T10，T11三者的发射极电流相等，并同为整个电路总电流I的13。T9和T11的发射结面积比为8：1，T10和T11的发射结面积相等。T9和T11的发射结电压互相反极性串联后加在电阻R5和R6上，因此可以写出： UBE（R62 R5）I3 公式(4-4)R6上只有T9的发射极电流，而R5上除了来自T10的发射极电流外，还有来自T11的发射极电流，所以R5上的压降是R5的23。根据上式不难看出，要想改变UBE，可以在调整R5后再调整R6，而增大R5的效果和减小R6是一

42、样的，其结果都会使UBE减小，不过，改变R5对UBE的影响更为显著，因为它前面的系数较大。实际上就是利用激光修正R5以进行粗调，修正R6以实现细调，最终使其在250之下使总电流I达到1AK。4.3 模数转换器件（ADC0804）4.3.1 ADC0804的性能特点ADC804型8位全MOS 转换器。它是中速廉价型产品之一。片内有三态数据输出锁存器，与微处理器兼容，输入方式为单通道，转换时间约为100s。它的非线形误差为1LSB。电源电压为单一+5V。4.3.2 ADC0804的引脚及其功能ADC0804的典型外部接线图如图4-5所示。被转换的电压信号从和输入，允许此信号是差动的或不共地的电压信

43、号,模拟地和数字地分别设置引入端,使数字电路的地电流不影响模拟信号回路，以防止寄生耦合造成的干扰。参考电压可以由外部电路供给，从“”端直接送入。当电源准确、稳定时，也可作参考基准。此时，由ADC0804片内部设置的分压电路可自行提供参考电压(2.5V)，“”端不必外接电源，浮空即可. ADC0804片内有时钟电路，只要在外部“CLKR”和“CLK”两端外接一对电阻电容即可产生转换所需要的时钟，其振荡频率为RC。其典型应用参数为：R=10k，C=150pF，640kHz，每秒钟可转换1万次。若采用外部时钟，则外部可从CLK端送入，此时不接R、C。 是片选端，是控制芯片启动的输入端；是转换结束信号输出端，输出电平高跳到低表示本次转换已经完成，可作为中断或查询信号。如果和端与端相连，则ADC0804就处于自动循环转换状态。为转换结果读出控制端，当它与同时为低电平时，输出数据锁存器DB0DB7各端上出现8位并行二进制数码，以表示结果。图4-5 ADC0804引脚图4.3.3 ADC0804转换器的时序及接口电路ADC0804转换器的时序如下。=0时，允许进行转换。由低跳高时转换开始，8位逐次比较需用88=64个时钟周期，再加上控制逻辑操作，一次转换需要6673个时钟周期。ADC0804工作电路见图4-6：图4-6单片机和0804接口电路ADC0804由于具有三态输出锁存器，可直