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目录
1.绪论1
1.1设计的背景和意义1
1.2设计的内容1
2.方案论证3
2.1系统的总体框图3
2.2元器件的选择3
2.2.1单片机3
2.2.2A/D转换器4
2.2.3显示模块的选取4
2.2.4传感器的选取4
3.系统硬件设计5
3.1AT89C52单片机5
3.1.1主要功能特性5
3.1.2AT89C52各引脚功能及管脚电压6
3.1.3单片机的引脚图9
3.2ADC0809芯片的介绍9
3.3温度传感器介绍12
3.4运算放大器的介绍13
3.5LED数码管显示器15
3.6标准油槽的加热电路17
3.7键盘电路18
3.8信号处理电路19
3.98155H的引脚功能20
3.10单片机与A/D转换器构成的电路22
4.系统软件设计27
4.1程序的设计思路27
4.2程序的具体实现28
4.3执行程序29
5.调试31
结论32
谢辞33
参考文献34
附图35
1.绪论
A/D转换器和单片机系统的开发应用给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命，自动化、智能化均离不开A/D转换器和单片机的应用。
单片机由于其微小的体积和极低的成本，广泛的应用于家用电器、工业控制等领域中。
在工业生产中，电流、电压、温度、压力和流量也都是常用的被控参数。
1.1设计的背景和意义
温度是生产过程和科学实验中普遍而且重要的物理参数。
在工业生产过程中为了高效地进行生产，必须对生产工艺过程中的主要参数，如温度，压力，流量，速度等进行有效的控制。
其中温度的控制在生产过程中占有相当大的比例。
准确测量和有效控制温度是优质，高产，低耗和安全生产的重要条件。
在工业的研制和生产中，为了保证生产过程的稳定运行并提高控制精度，采用微电子技术是重要的途径。
它的作用主要是改善劳动条件，节约能源，防止生产和设备事故，以获得好的技术指标和经济效益。
1.2设计的内容
标准油槽由油槽、加热丝、搅拌机、温度传感器和控制电路组成。
首先通过温度传感器将油槽内的温度变化转变为电阻变化送到测量电路，经过电路转变为电压信号在放大电路中完成调零和放大信号的功能，然后满足A/D电路的要求后经A/D电路送到到单片机，单片机对信号进行处理后再经A/D转换实现对温度的控制。
该电路主要由下面三个部分组成：
温度检测、信号处理、信号转换与温度控制。
温度检测电路的核心是温度传感器，该温度传感器具有抗干扰能力强、线性好等优点；采集的信号经过调零、放大处理后送入AD转换器，AD转换器使用的是ADC0809；单片机作为测量与控制核心使整个电路简单、紧凑，且具有智能性；温度显示部分采用5个数码管可以直观显示温度值；三个显示实际温度，两个显示设定温度值。
由于传感器能将各种物理量、化学量和生物量等信号转变为电信号，使得人们可以利用计算机实现自动测量、信息处理和自动控制，但是它们都不同程度地存在温漂和非线性等影响因素。
传感器主要用于测量和控制系统，它的性能好坏直接影响系统的性能。
因此，不仅必须掌握各类传感器的结构、原理及其性能指标，还必须懂得传感器经过适当的接口电路调整才能满足信号的处理、显示和控制的要求，而且只有通过对传感器应用实例的原理和温度传感器实例的分析了解，才能将传感器和信息通信和信息处理结合起来，适应传感器的生产、研制、开发和应用。
另一方面，传感器的被测信号来自于各个应用领域，每个领域都为了改革生产力、提高工效和时效，各自都在开发研制适合应用的传感器，于是种类繁多的新型传感器及传感器系统不断涌现。
温度传感器是其中重要的一类传感器。
其发展速度之快，以及其应用之广，并且还有很大潜力。
为了提高对传感器的认识和了解，尤其是对温度传感器的深入研究以及其用法与用途，基于实用、广泛和典型的原则而设计了本系统。
本文利用单片机结合传感器技术而开发设计了这一温度监控系统。
文中传感器理论单片机实际应用有机结合，讲述了温度传感器来探测温度的过程，以及实现热电转换的原理过程。
同时附带温度的显示电路。
在这个电路中，用到了很多元器件来共同完成这一重大任务，在这一系列器件的共同合作下实现了标准油槽的温度的显示，油温的控制。
2.方案论证
2.1系统的总体框图
框图如图1所示：
图1.标准油槽的温度控制与控制的设计总体结构框图
2.2元器件的选择
2.2.1单片机
在本次设计中，我们涉及到了一个关键系统模块——单片机系统模块，而目前单片机的种类是很繁多的，主要有主流的8位单片机和高性能的32位单片机，结合本设计各方面因素，8位单片机对于本设计已经是绰绰有余了。
应用最广的8位单片机还是intel的51系列单片机。
51系列单片机的特点是：
硬件结构合理，指令系统规范，加之生产历史悠久，世界有许多芯片公司都买了51的芯片核心专利技术，并在其基础上扩充其性能，使得芯片的运行速度变得更快，性价比更高。
本设计中选用是51系列的AT89C52，它是低电压、低功耗、高性能的CMOS8位单片机，片内含8KB的可反复擦写的只读程序存储器和256B的随机存取数据存储器，32个I/O口线，3个16位定时/计数器，片内振荡器及时钟电路，并与MCS-51系列单片机兼容。
在设计中，单片机起着连接硬件电路与程序运行及存储数据的任务，一方面，它将A/D转换器、显示器和语音芯片等通过I/O口地址线和数据线连接起来；另一方面，它将用户下载的程序通过控制总线控制数据的输入输出，从而实现测电压的功能。
2.2.2A/D转换器
A/D转换器是一种能把输入模拟电压或电流变成与它成正比的数字量。
A/D转换器种类很多，但从原理上通常可分为以下四种，计数器或A/D转换器，逐次逼近或A/D转换器，并行A/D转换器。
在此设计中，对于A/D转换器的选择，我选择ADC08098通道8位a/d转换器,ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。
它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。
ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。
多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。
三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。
2.2.3显示模块的选取
采用LED数码管显示。
数码管只能显示有限的数字和符号，显示内容少。
但发光效率高，生产成本低，性能稳定，高效，节能寿命长，颜色鲜艳，易于观察，经济实惠，性价比高。
可减少接口数目，同时LED还有节能、安全和环保等优点。
段LED数码管显示器由8个发光二极管组成。
基中7个长条形的发光管排列成“日”字形，另一个贺点形的发光管在数码管显示器的右下角作为显示小数点用，它能显示各种数字及部份英文字母。
2.2.4传感器的选取
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，它的工作性能和LM35的差不多，电源电压范围为4V～30V。
电源电压可在4V~6V范围变化，电流变化1mA，相当于温度变化1K。
AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，AD590的测温范围为-55℃～+150℃。
精度是0.3~0.8℃。
AD590具有价格便宜，性能稳定，应用普遍、简单，线性好、精度适中、灵敏度高、体积小、使用方便等优点，得到广泛应用。
3.系统硬件设计
3.1AT89C52单片机
AT89C52是51系列单片机的一个型号，它是ATMEL公司生产的。
AT89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。
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，AT89C52可以按照常规方法进行编程,但不可以在线编程（S系列的才支持在线编程）。
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成本。
AT89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。
3.1.1主要功能特性
兼容MCS51指令系统
8k可反复擦写（>1000次）FlashROM
32个双向I/O口
3个16位可编程定时/计数器中断
256x8bit内部RAM
时钟频率0-24MHz
2个串行中断
可编程UART串行通道
2个外部中断源
共6个中断源
2个读写中断口线
3级加密位
低功耗空闲和掉电模式
软件设置睡眠和唤醒功能
3.1.2AT89C52各引脚功能及管脚电压
AT89C52P为40脚双列直插封装的8位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。
功能包括对会聚主IC内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。
主要管脚有：
XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz晶振。
RST/Vpd（9脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。
VCC（40脚）和VSS（20脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。
P0~P3为可编程通用I/O脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0端口（32~39脚）被定义为N1功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13脚定义为IR输入端，10脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12脚、27脚及28脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。
·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，在访问期间激活内部上拉电阻。
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）。
Flash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。
表.P1.0和P1.1的第二功能
引脚号
功能特性
P1.0
T2，时钟输出
P1.1
T2EX（定时/计数器2）
·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，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）。
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MOVX@DPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。
在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVX@RI指令）时，P2口输出P2锁存器的内容。
Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。
·P3口：
P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。
P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。
对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。
此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。
P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能。
P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。
·RST：
复位输入。
当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。
·ALE/PROG：
当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。
一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。
要注意的是：
每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。
·EA/VPP：
外部访问允许。
欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H—FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。
需注意的是：
如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。
如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。
Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。
·XTAL1：
振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。
·XTAL2：
振荡器反相放大器的输出端。
·特殊功能寄存器：
在AT89C52片内存储器中，80H-FFH共128个单元为特殊功能寄存器（SFE），并非所有的地址都被定义，从80H—FFH共128个字节只有一部分被定义，还有相当一部分没有定义。
对没有定义的单元读写将是无效的，读出的数值将不确定，而写入的数据也将丢失。
不应将数据“1”写入未定义的单元，由于这些单元在将来的产品中可能赋予新的功能，在这种情况下，复位后这些单元数值总是“0”。
AT89C52除了与AT89C51所有的定时/计数器0和定时/计数器1外，还增加了一个定时/计数器2。
定时/计数器2的控制和状态位位于T2CON和T2MOD，寄存器对（RCAO2H、RCAP2L）是定时器2在16位捕获方式或16位制和状态位位于T2CON和T2MOD，自动重装载方式下的捕获/自动重装载寄存器。
·数据存储器：
AT89C52有256个字节的内部RAM，80H-FFH高128个字节与特殊功能寄存器（SFR）地址是重叠的，也就是高128字节的RAM和特殊功能寄存器的地址是相同的，但物理上它们是分开的。
当一条指令访问7FH以上的内部地址单元时，指令中使用的寻址方式是不同的，也即寻址方式决定是访问高128字节RAM还是访问特殊功能寄存器。
如果指令是直接寻址方式则为访问特殊功能寄存器。
AT89C52中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。
3.1.3单片机的引脚图
图2
3.2ADC0809芯片的介绍
ADC0809芯片为28引脚为双列直插式封装，其内部框图如图3.1所示
图3.1模数转换器ADC0809内部框图
2、ADC0809的引脚功能
ADC08098通道8位a/d转换器,ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。
它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。
ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。
多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。
三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。
ADC0809芯片引脚图如下3.2所示。
图3.2模数转换器ADC0809引脚图
对ADC0809主要信号引脚的功能说明如下：
ALE——地址锁存允许信号。
对应ALE上跳沿，A、B、C地址状态送入地址锁存器中。
START——转换启动信号。
START上升沿时，复位ADC0809；START下降沿时启动芯片，开始进行A/D转换；在A/D转换期间，START应保持低电平。
本信号有时简写为ST.
A、B、C——地址线。
通道端口选择线，A为低地址，C为高地址，引脚图中为ADDA，ADDB和ADDC。
其地址状态与通道对应关系见表3-2。
CLK——时钟信号。
ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因此有时钟信号引脚。
通常使用频率为500KHz的时钟信号
EOC——转换结束信号。
EOC=0,正在进行转换；EOC=1,转换结束。
使用中该状态信号即可作为查询的状态标志，又可作为中断请求信号使用。
D7～D0——数据输出线。
为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连。
D0为最低位，D7为最高
OE——输出允许信号。
用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。
OE=0，输出数据线呈高阻；OE=1，输出转换得到的数据。
Vcc——+5V电源。
ADC0809的地址锁存与译码电路完成对A、B、C3个地址位进行锁存和译码，其译码输出用于通道选择，其转换结果通过三态输出锁存器存放、输出，因此可以直接与系统数据总线相连，表3-3为通道选择表。
表3-3通道选择表
Vref——参考电源参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。
其典型值为+5V（Vref（+）=+5V,Vref（-）=-5V）
IN7～IN0——模拟量输入通道
3.3温度传感器介绍
温度传感器AD590实质上是一种半导体集成电路，集成温度传感器具有线性好、精度适中、灵敏度高、体积小、使用方便等优点，得到广泛应用。
AD590测量热力学温度、摄氏温度、两点温度差、多点最低温度、多点平均温度的具体电路，广泛应用于不同的温度控制场合。
由于AD590精度高、价格低、不需辅助电源、线性好，常用测温和热电偶的冷端补偿。
图3.1（a）是AD590的封装形式。
图3.1（b）是AD590用于测量热力学温度的基本应用电路。
因为流过AD590的电流与热力学温度成正比，当电阻R1和电位器R2的电阻之和为1kW时，输出电压VO随温度的变化为1mV/K。
但由于AD590的增益有偏差，电阻也有误差，因此应对电路进行调整。
调整的方法为：
把AD590放于冰水混合物中，调整电位器R2，使VO=273.2mV。
或在室温下（25℃）条件下调整电位器,使VO=273.2+25=298.2（mV）。
但这样调整只可保证在0℃或25℃附近有较高精度。
如图3.3示为温度测量及转换电路，该电路可将测量的温度转换为0－5V的电压输出。
R4用于调整运放LF355的增益。
调整方法如下：
因为在本次设计中测量温度的范围为-30度到40之间。
在-30度调整R2，使输出VO=0V后，在40度整R4使VO=5V，通过计算，当温度为-30度时其电流为243UA，当温度为40度时其电流为313UA，通过分析电路图得电阻R1=4M，R2=2K，取值为1152Ω，R3=7M，R4=2K，取值为1428Ω，R5=4M。
反复调整多次，直至-30度时VO=0V，40度时VO=5V为止。
最后在室温下进行校验。
图3.3温度测量及转换电路
3.4运算放大器的介绍
运算放大器OP07高精度运算放大器具有极低的输入失调电压，极低的失调电压温漂，非常低的输入噪声电压幅度及长期稳定等特点。
可广泛应用于稳定积分、精密绝对值电路、比较器及微弱信号的精确放大，尤其适应于宇航、军工及要求微型化、高可靠的精密仪器仪表中。
本电路可与TD07互换。
OP07在通常情况下有：
（1）低的输入噪声电压幅度——0.35uvp-p（0.1HZ~10HZ）
（2）极低的输入失调电压——10uv
（3）极低的输入失调电压温漂——0.2uv/
（4）具有长期的稳定性——0.2uv/MO
（5）地的输入偏置电流——+-1nA
（6）高的共模抑制比——126db
（7）宽的共模输入电压范围——+-14V
（8）宽的电源电压范围——+-3V~+-22V
可替代725，108A，741，AD510的电路
op07的引脚图如图3.4
图3.4
对OP07引脚的功能说明如下：
IN-:
反向输入端。
IN+:
同向输入端。
OUT:
输出端。
NC:
空脚。
OA1、OA2:
调零脚
V+:
正电源端
V-:
负电源端
主要参数：
电源电压的范围：
±3~±18V
差模输入电压极限：
±13V
共模输入电压极限：
±14V
开环电压放大倍数：
4×100000
共模抑制比：
126db
差模输入电阻：
80M
输出电阻：
60
单位增益带宽：
1.2MHz
静态功耗：
120Mw
输入失调电压：
60VU
输入失调电流：
0.8nA
OP07除了能在±3~±18Vv电源电压下工作外，还能在低电压2~3V单电源下进行交流放大。
单电源电压下放大交流正弦波时，输出电压有效值对应关系入下表3-6所示：
表3-6OP07输出电压有效值对应关系
电源电压Vcc（V）
15
10
5
2
输出电压有效值（V）
2.8
2.4
1.1
0.13
3.5LED数码管显示器
在单片机系统中，常常用LED数码管显示器来显示各种数字或符号。
由于它具有显示清晰、亮度高、使用电压低、寿命长的特点，因此使用非常广泛。
八段LED数码管显示器由8个发光二极管组成。
基中7个长条形的发光管排列成“日”字形，另一个贺点形的发光管在数码管显示器的右下角作为显示小数点用，它能显示各种数字及部份英文字母。
LED数码管显示器有两种不一样的形式：
一种是8个发光二极管的阳极都连在一起的，称之为共阳极LED数码管显示器；另一种是8个发光二极管的阴极都连在一起的，称之为共阴极LED数码管显示器。
如下图所示所示。
图3.58段LED数码显示器原理和结构
LED工作原理
LED（LightEmittingDiode）称为7段发光二极管，在专用的微处理计算中，特别是嵌入式控制系统中，应用相当普遍。
如图3-14所示是LED器件图，共有a，b，c，d，e，f，g七段，还有一个小数点显示位DP。
从图中可以看出，LED有两种模式：
共阳极接法、共阴极接法。
共阳极电路：
各字段的阳极共接高电平，数码管字段输出低电平有效，即输出低电压时发光二极管发光。
共阴极电路：
各字段的阴极共接高电平，数码管字段输出高电平有效，即输出高电压时发光二极管发光。
下表所示为7段LED共阴极代码表（共阳极值完全相反）。
目前，关于LED有专用的驱动电路。
下表为7段LED代码表：
显示数字
共阴极接法
D7D6D5D4D3D2D1D0
7段代码
DP g f e d c b a
0X3F
0
0 0 1 1 1 1 1 1
0X06
1
0 0 0 0 0 1 1 0
0X5B
2
0 1 0 1 1 0 1 1
0X4F
3
0 1 0
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