多路温度监测系统研究.doc

。摘 要本课题设计了一个多测量点、宽量程的智能温度测量应用系统。该系统运用了性能价格比较好的K型热电偶作为温度传感器，信号调理电路采用多路开关CD4051和AD595芯片为核心，为提高测量的分辨率，模拟、数字信号的转换采用8位分辨率、7位精度的8位的A/D转换器ADC0809，仪器的CPU芯片采用目前最大众的、低价位的但技术成熟的8031，仪器的键盘/显示器采用8155扩展8031的I/O接口连接，接口电路简单、适用。为了提高系统的硬件成本，能对8路的温度差分信号进行切换，所以我们采用的8位的A/D转换器ADC0809，它是内部带8路模拟转换开关的转换器，并可以进行模数转换，节省了硬件的资源。为了提高系统的抗干扰性能，温度的检测采用了硬件抗干扰和软件抗干扰的方法，硬件采用了看门狗电路抗干扰，软件采用了指令冗余技术，它们使系统的性能得到了改善。在设计中，对产生误差的因素也进行了一些理论上的分析，证明这种设计方案是可行的。由本课题构成的多路温度监测系统结构简单、价格便宜、量程宽、有较高的可靠性、安全性及实用性。关键词：温度传感器 单片机 热电偶AbstractThis paper has designed an intelligent temperature measurement system with many measuring points. The system makes use of the hot electric resistance , has high ratio of performance to price. The electric circuit to adjust and manage signal adopts the enlarger CD4051 and AD595 used in instrument as its core. In order to improve the measure precision, imitating, the conversion of the numerical signal adopts 8 A/ Ds of 8 resolution,7 accuracies conversion machine ADC0809, instrument of the CPU chip the adoption is most mass currently, low price ，but technique mature of 8031, instrument of keyboard/ display adopt 8155 expand 8031 of I/ O connect a peoples conjunction, connect a peoples electric circuit simple，apply. At the same time, for overcome two limit, three the circuit electric resistance error margin that limit to bring, the Pt100 connects the line to adopt four lines system methods outward; For the sake of the hardware cost of the exaltation system, the ability carries on cut over to 8-road bit temperature bad cent signals of the roads, so 8 A/ Ds that we adopt conversion machine ADC0809, it is the conversion machine that the inner part takes the 8 roads emulation conversion switch, and can carry on the mold number conversion, saving the resources of the hardware. For the sake of the anti- interference function of the exaltation system, the examination of the temperature adopted the method of the hardware anti- interference and the software anti- interference, the hardware adopted the watchdog electric circuit anti-interference, the software adopted the instruction redundancy technique, and they make the function of the system get the improvement. In the design, the factors introducing errors are analyzed theoretically. The analysis results prove this design project to be viable. The many roads temperature monitor system constituted in this paper has some advantages, such as, simple structure, low price, and wide measure range. The system has higher dependability, safety and good performance. Key words: temperature sensor, singlechip,目 录1 绪论1 1.1课题的意义1 1.2国内外现状分析2 1.3系统的主要性能指标3 1.4主要工作任务32 监测系统原理及设计要求4 2.1系统综述4 2.2系统的设计方案选择4 2.3系统的工作原理53 系统的硬件设计7 3.1温度传感器的选择7 3.1.1温度传感器的分类7 3.1.2常用温度传感器的介绍8 3.1.3温度传感器的选择12 3.2信号调理电路的设计12 3.2.1采样变送电路的设计12 3.2.2温度传感器在现场的安装技术13 3.3芯片的选择14 3.4 A/D转换器的选择及其接口设计17 3.4.1 ADC0809简介18 3.4.2 ADC0809的工作原理21 3.4.3 ADC0809与8031的接口23 3.5键盘/显示接口电路的设计25 3.5.1 8155简介26 3.5.2 8155扩展I/O口的键盘/显示接口电路设计30 3.6报警电路的设计314 系统的软件设计33 4.1主程序的设计33 4.2其它子程序的设计344.2.1 A/D转换程序344.2.2判断键号的程序355 系统的抗干扰分析37 5.1系统硬件抗干扰分析38 5.2系统软件抗干扰分析396 结论42致谢43参考文献44-可编辑修改-。1 绪论1.1 课题的意义 随着电子技术、计算机技术、通信技术的迅速发展，工业测控领域采用先进的技术对现场的工业生产参数进行检测，监测是实现工业自动化的重要标志。据不完全统计，在工业生产中被监测最多的参数应该是压力、流量、温度三大参数。无论在石油、化工、煤炭、水利等行业，还是电力、机械、航空、国防等部门，都离不开对这些参数的监测。当然除此之外，还有诸如液位、扭矩、密度、浓度、速度、位移、距离、电参数等众多物理参数的监测，但用的最多的恐怕还是温度的监测，可以说温度的测量是一个“永恒”的话题。 温度测量的领域十分广泛，其实，不仅在工业领域，而且在民用领域、军用领域，温度的测量随处可见。在工业领域，电力系统的安全运行关系到整个工业的发展和人民生活的稳定，其中一个重要的方面是电气设备自身的安全运行，由于绝大多数的电气设备采用封闭式结构，散热效果差，热积累大，并长期处于高电压、大电流和满负荷运行，其结果造成热量集结加剧，温升直接危害电器设备的绝缘，这就要求对电气设备的温度状况进行测量控制。如发电厂的发电机组随着电压增高和容量增大，解决定子铁心和绕组温升的问题就日益突出。对全封闭的高压开关电器，也存在对其开关触头温度的监测问题，电机的轴温，胶带滚筒的表面温度，工业冷却循环水温，加热设备的炉温，啤酒的麦芽发酵温度，各种化工原料在化学反应时控制的温度等等。在民用领域，超市的食品架内温度，人们生活空间环境的温度，空调的控制温度，人体繁荣体温检测，冰箱、冰柜的温度测量等等。当然，不同的场合，对测温范围的要求不一致，即使相同的测温范围，测量不同的对象，其测量精度也不尽相同，这些都是显而易见的。譬如，人体的体温测量，测量的温度应该要求比较高，达到0.1左右，但是在测量电气设备如电机的轴温时，可能测量的允许误差达1以上。当然，我们做任何一件物品，都是在满足要求的前提下，越简单越好，成本越低越好，作为工业、民用、军用等领域的测量，这个原则也不例外，但是作为人类对客观事物的认识，从测量的角度，从误差的概念，从真值的理解来看，我们应该在一定的条件下尽可能的将测量的精度提高。电气设备温度的实时监测已经成为电力系统中电气设备安全运行急需解决的实际问题。目前国外采用红外热辐射等技术对电气设备做遥感式在线测温，但是其结构复杂、价格昂贵，并无法直接解决电气设备内部温度的实时监测问题。本文的立足点是，运用比较常规的温度传感器以及廉价的电子元件构成低成本、高性能的智能系统，该系统具有较高的可靠性、安全性和经济性，运用在工业领域，具有重要的实际工程价值。1.2 国内外现状分析温度是一般工业领域最容易碰到的检测参数，如环境温度的检测，工业工艺温度参数的检测，设备的温度保护检测等，而市场上专用的、通用的各类温控仪产品也比较丰富。国内外的温度检测仪器的发展水平主要体现在仪器的智能化水平、测量的文的范围、测量的精度以及仪器的功耗等技术指标上，目前国内的温度测量，在精度上很少有高于0.1的。在同一个行业，各个企业之间的现代化水平的差异也十分大，尽管目前的计算机技术和电子技术的发展水平都十分迅猛，但仍然有一部分企业对温度的测量技术，还停留在用水银温度计作为测量工具。近年来，信息化一词在自动化领域内十分叫响，它在一定程度上推动了自动化技术的发展，我们的许多厂矿企业、运用计算机的水平不再体现在办公室的管理上，而且深入到生产的各个环节，各种可能导致安全隐患的各个环节在可能的条件均运用了先进的计算机监控。例如：煤矿计算机调度监控系统、胶带输送机的计算机综合保护系统、各种现场的电机温度保护系统、各种煤窑的温度控制系统以及化工行业的温度工艺参数的自动调节等，无不有温度系数的检测。1.3 系统的主要性能指标根据现场的条件和要求，设计的本产品的主要技术指标为：（1）测温范围：50600（2）测量精度：1C（3）测量路数：8路（4）各路可设置上、下限报警值，当各路温度超限时，送出各保护触点信号（5）电源工作范围：AC85265V1.4 主要工作任务在对各类温度传感器原理介绍的基础上，根据本课题实际的任务要求，完成温度传感器的选型，系统芯片的选择，并设计A/D转换电路，信号调理电路。键盘显示接口电路，报警电路。系统按所设定的定时间隔顺序读取各个测温点的温度值，读过的温度数据经处理后将其存盘，同时将其与设定的温度限制比较，如发现越限，则发出报警信号，以便工作人员检查并处理，如未超限，则系统在间隔时间内按顺序显示各测量温点温度值。 2 监测系统原理及设计要求2.1 系统综述根据第一章的本课题设计要求的性能指标，本系统不仅要满足一定精度的温度测量的基本功能，而且由于测量的路数为8路，同时考虑系统的最低成本，因此还存在多路信号的切换，还要考虑系统的温度超限报警的功能，温度显示的功能，作为工业现场用的监测类仪器，系统的工作可靠性指标也是系统在设计时值得考虑的一个因素。2.2 系统的设计方案选择根据目前构成的各种温度监测装置，结合本课题的设计任务要求能基本实现设计任务的方案大概由以下几种：（1） 纯模拟式这种方案所有的电路均采用模拟电路构成，包括温度信号的采样、放大电路，报警电压的电位调节设置，模拟比较器的选用以及驱动超限报警电路，模拟的电磁结构的指针式显示电路等，尽管这种电路也能起到温度的实时测量与报警，但是不能获得温度的历史数据，显示方式也不够直观，在抗干扰性能上由于电路没有足够的判断能力可能会增加误报警从而引起误动作，而且在价格上也无优势可言，由上述原理构成的这类仪表被称之为第一代仪表，目前设计的仪表中极少使用这类结构。（2） 数字式这种方案在信号的采样、放大电路、报警设置以及报警电路等环节与第一种方案没有什么区别，只是在放大电路后采用了A/D转换电路，它将模拟量转换成数字量，然后经过驱动电路进行数码显示，它最大的好处是显示直观，这是模拟式产品向智能式产品的中间过渡型产品，属于第二代仪表，在上个世纪80年代的设计中大都属于本种结构的方案，在工业现场看到的大都是未被替换的产品，在目前的设计中，也不采用这种方案。（3） 智能式这是目前监控类仪器首选的方案，利用目前成熟的计算机技术，依靠计算机强大的处理能力，对数据前向通道采集到的温度数据进行判断、处理、存储，并可采用十分简单的方法通过显示驱动芯片将显示信息送出进行数码显示，对温度的报警处理可以按照各路测温点的不同情况分别设置不同的报警值。系统将会对各路监测点进行温度巡回监测。当然，由于国外欧美国家微电子技术的发展，在不少的测试领域，将一个系统的所有电路，包括CPU都集成在一块芯片上，构成一个集成的系统，这也是目前仪表发展的方向。本课题考虑到国内目前的现状，构成器件的来源以及微电子技术的发展，所以决定采用智能式的方案来进行系统的设计。2.3 系统的工作原理 根据上述的方案选择和本课题的设计目标，加上目前智能仪表的一般特点，本系统的原理结构框图如下图21所示： 从上图看系统主要包括构成智能测量系统核心的微处理器，检测温度的敏感元件温度传感器采用的是热电偶式温度传感器。信号的切换是本系统多路要求而设置的，放大电路是提高计算机识别信号的最常用的方法，在信号的前向通道的最后一个环节，采用一个价格合适、性能较好的A/D转换器作为模拟信号与计算机之间的接口器件，作为智能检测，键盘与显示器是最常规的人机接口，在本系统，键盘的作用主要是用来设定现场各路测温点的高低温度报警值，显示器正常测量时巡回显示各路温度的实时测量值，当温度超限时，仅巡回显示报警的路数及其对应的温度值，并在键盘设置参数时作为简单的输出装置配合用户对参数的设定。报警输出驱动电路作用是为用户提供一个温度超限时的保护触点。3 系统的硬件设计一个典型的智能检测系统，包括被测量信息的获取、放大、变换接收、处理以及传输等环节，在本多路温度测量系统中，则包括温度传感器的选型，信号调理电路的设计，A/D转换电路的设计、芯片的选择键盘显示接口电路的设计以及报警电路的设计。3.1 温度传感器的选择温度传感器从使用的角度大致可分为接触式和非接触式两大类。前者是让温度传感器直接与待测物体接触，来敏感被测物体温度的变化，而后者是使温度传感器与待测物体离开一定的距离。检测从待测物体放射出的红外线，从而达到测温的目的。这里我们首先介绍一下温度传感器的分类，常用的温度传感器，然后对所选用的文德传感器作简要介绍。3.1.1 温度传感器的分类温度传感器的发展大致经历了以下三个阶段：传统的分立式温度传感器（含敏感元件）；模拟集成温度传感器/控制器；智能温度传感器（即数字温度传感器）。（1）分立式温度传感器传统的热电偶、热电阻、热敏电阻及半导体温度传感器，均属于分立式温度传感器，传感器本身就是一个完整的、独立的感温元件。此类传感器通常要温度变送器，以获得标准的模拟量（电压或电流）输出信号。使用时还需配上二次仪表，才能完成温度测量及控制功能。其主要缺点是外围电路比较复杂、测量精度较低、分辨力不高、需进行温度校准（例如非线性校准、温度补偿、传感器标定等），另外它们的体积较大、使用也不方便。（2）模拟集成温度传感器集成传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的，因此亦称硅传感器或单片集成传感器。模拟集成温度传感器是在20世纪80年代问世的，它是将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用IC，它属于最简单的一种集成温度传感器。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一（仅测量温度）、测温误差小、价格低响应速度快、传输距离远。体积小、微功耗，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路简单，是目前国内外应用最为普遍的一种集成传感器。（3）模拟集成温度控制器模拟集成温度控制器主要包括温控开关、可编程控制器。（4）智能温度传感器智能温度传感器（亦称数字温度传感器）是在20世纪90年代中期问世的。智能温度传感器是微电子技术、计算机技术和自动化测试技术的结晶，它也是集成温度传感器领域中最具活力和发展前途的一种新产品。智能温度传感器内部都包含温度传感器、A/D转换器、存储器（或寄存器）和接口电路。具有三个显著特点：第一；能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器；第二；能以最简方式构成高性能、多功能的智能化温度测控系统；第三；它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的。3.1.2 常用温度传感器介绍在接触式和非接触式两大类温度传感器中，相比运用较多的式接触式传感器，非接触式传感器一般在比较特殊的场合才使用。这里介绍接触式温度传感器。目前在工业生产和科学研究工作中得到广泛使用的接触式温度传感器主要有热电式传感器，它是利用转换元件电磁参数随温度变化的特性，对温度和与温度有关的参量进行检测的装置，其中将温度变化转换为电阻变化的称热电阻传感器，金属热电阻式传感器简称热电阻，半导体热电阻式传感器简称热敏电阻，将温度变化转换为电动势变化的称为热电偶传感器。热电阻传感器按热电阻的性质分，可分为金属热电阻和半导体热电阻两大类。前者通常称为热电阻，后者称为热敏电阻。测量温度所用的热电阻材料必须具有以下特点：大电阻温度系数，以便提高热电阻灵敏度；大电阻率，以便在相同灵敏度下减少电阻尺寸；小热容量，以提高热电阻的响应速度；在整个测温范围内，具有稳定的物理化学性能，以保证测量准确性；电阻与温度的关系必须有线性或接近线性，以便于实现高精度测量；良好的工艺性，以便于降低成本、批量生产。根据对材料的特性要求及金属材料的性能，目前最广泛使用的热电阻材料是铜和铂。另外随着低温和超低温测量技术的发展，已开始使用铟、锰、碳等作为热电阻材料。工业用热电阻式温度传感器主要由感温元件、连接用的内引线、保护管、绝缘管、接线盒等组成。热电偶传感器是目前接触式测温中应用十分广泛的热电偶传感器，在工业用温度传感器中占有极其重要的地位。它具有结构简单、制造方便、测温范围宽、热惯性小、准确度高、输出信号便于远传等优点。国际电工委员会（IEC）推荐了八种类型的热电偶作为标准化热电偶，常用的热电偶有铜康铜热电偶、镍铬康铜热电偶、镍铬镍硅热电偶、铂铑铂热电偶、铂铑30铂铑热电偶，各种不同材料的热电偶适合不同的测温范围场合。热电偶使用温度与线径有关，线径越粗使用温度越高。热电偶按其本身结构划分为普通热电偶、铠装热电偶、薄膜热电偶、表面热电偶、浸入式热电偶等。热电偶的使用误差主要来自于分度误差、延伸导线误差、动态误差以及使用的仪表误差等。每一种热电偶都有一个代号和分度号，以便选择和配备二次仪表。下面再简单介绍一下非接触式温度传感器，非接触式温度传感器主要式被测物体通过热辐射能量来反应物体温度的高低，这种测温方法可避免与高温被测物体接触，测温不破坏温度场，测温范围宽，精度高，反应速度快，既可测量近距离小目标的温度，又可测量远距离大面积目标的温度。目前运用受限的主要原因一是价格相对较贵，二是非接触式温度传感器的输出同样存在非线性的问题，而且其输出受与被测量物体距离、环境温度等其它因素的影响。3.1.3 温度传感器的选择本系统关键问题之一是温度传感器的确定，目前国际上新型传感器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化和网络化的方向发展。但是智能温度传感器的测温范围达不到工业现场的要求。因为本测量系统要求测量的范围为50600，测量的精度为1，综合价格及后续电路决定采用K型热电偶作为本系统的温度传感器。K型热电偶适应氧化环境及线性度好，适应热加工工业环境，考虑到在实际的热电偶测量中必须进行基础结点温度补偿和热电势放大等工作，否则会造成很大的误差，我们就采用AD595芯片来解决这些问题。 3.2 信号调理电路的设计信号调理电路的作用是将温度传感器采集的微弱的温度信号放大整形，并将其转换成对应的稳定模拟电压信号（05V），作为本系统，由于温度传感器是K型热电偶，因此调理电路完成的是怎样将与温度有关的电阻信号变换为能被A/D转换器接受的电压信号。3.2.1 信号调理电路的设计 图31 信号调理电路 八个通道的K分度号热电偶将温度信号转换成mV级电压信号输入给采集仪。信号调理电路包括多路切换电路和热电偶信号调理专用电路AD595。在实际的热电偶测温中，必须进行冷端补偿、调零、电压放大和线性化等比较繁琐的工作，否则会造成很大的误差。AD595是AD公司针对上述问题设计的专用芯片，内部具有放大、冷端补偿、冰点基准、温差电偶故障报警等电路。被测温度与AD595输出电压的关系是10mV/，芯片在+5V+30V范围内都可正常工作。随所测温度量程增大，电源电压应相应提高。图31是模拟开关电路CD4051与AD595组成的信号调理电路。需注意的是，AD595的第1脚要求接热电偶正极且接地，模拟开关切换的是各热电偶的负极。 AD595的7脚是负电源端，由于不测0以下的温度，不用负压供电，所以7脚可接地。AD595的12、13脚是热偶故障报警电路的输出端，13脚接地后，集电极开路的12脚接上拉电阻。热偶正常时输出高电平，断偶故障时输出低电平。将这个逻辑电平引入单片机，用于对14脚热偶电压的正确判断。3.3 芯片的选择用微型计算机渗透到测试领域并得到充分的发挥，是现代测试技术的发展趋势，也是目前作为智能仪表的设计的一般方法，目前市场上的单片机从数据总线宽度来分主要有8位机、16位机、32位机，其中的32位单片机近年来在信号分析与处理、语言处理、数字图像处理等数字信号处理运用领域得到广泛的运用，但在工业测控现场，占主导地位的还是8位机和16位机，对本课题涉及的温度测量，运用单片机的主要目的是构成一个具有一定判断、运算能力以及具有存储、显示、通信等功能的智能测量仪表，它所处理的信息量和复杂程度由于是温度，所以用8位机就可以了。目前，生产单片机的厂商有很多，尤其是近年来微电子技术、计算机技术的飞速发展，比较著名的企业有Intel、Philps、Microchip、Motorla、Zilog、Atmel等半导体企业。在上述著名的半导体企业产品中，尤其在工业测控场合，运用较多的是Intel公司的MCS-51系列单片机。MCS-51系列单片机是8位增强型，其主要的技术特征是为单片机配置了完善的外部并行总线和具有多级识别功能的串行通讯接口（UART），规范了功能单元的SFR控制模式及适应性控制器特点的布尔处理系统和指令系统。由于单片机具有较高的性能比，国内尤以MCS-51系列单片机应用最为广泛，易于开发、使用灵活、而且体积小、抗干扰能力强，种类众多的支持芯片、较为丰富的软件资源，可以工作于各种恶劣的条件下，工作稳定等特点。主要是考虑到本系统的需要以及本人对芯片的熟悉程度，因此选择MCS-51系列的8031单片机作为本系统的CPU。下面简单介绍一下8031的特性：MCS-51单片机8031采用40引脚的双列直插封装（DIP）形式，如图32所示：8031片内无程序存储器，只有128字节的数据存储器，与常见的微机的配置方式不同，数据存储器和程序存储器是分开的，各有自己的寻址系统，控制信号和功能。片内RAM和ROM最多可以扩展64K字节数据和程序存储器空间。8031是高性能八位单片机，体积小、功能强、硬件电路简单、编程容易、应用方便，选用8031单片机完全可以达到温度检测系统的技术要求。 图32 8031引脚图（1）程序存储器8031是片内不带ROM程序存储器的单片机，需在外部扩展程序存储器。在选择外部程序存储器电路时，考虑以下两个方面：（a）温度监测系统的实时数据和应用程序的容量；(b)电路的读取速度和8031的PSEN 信号匹配。采用12MHZ主振的8031单片机的PSEN信号宽230ns， EOROM2764芯片的读出时间为200ns，系统中应用程序需容量小，所以扩展一片 EPROM2764芯片(8KB)作为程序存储器。8031单片机的引脚EA（程序存储器选择信号输入线）接地，使CPU在取指令周期只能从外部程序存储器中读取指令字节。引脚PSEN是8031对外部程序存储器的选通信号输出线仅当CPU访问外部程序存储器时PSEN才被激活输出负脉冲。P0口（8031的准双向I/O口）转为输入状态，接收外部程序存储器的指令字节。74LS373锁存器构成外部程序存储器的接口逻辑电路。（2） 数据存储器数据存储器用于存储现场的原始数据、运算结果等，所以外部数据存储器应能随机读写。电气设备温度监测过程中所需数据少，而且8031内部已有128个字节的RAM所以只需扩展一片静态RAM6116芯片（2K8），静态RAM6116地址高八位A8A15接8031的P2口（8031的准双向I/O口），低八位地址A0A7接地址锁存器（74LS373）输出端，读写控制信号分别接8031的RD、WE。8031的管脚定义：一个8位CPU一个片内振荡器及时钟电路128字节RAM数据存储器两个16位定时器/计数器可寻址64K外部数据存储器和64K外部程序存储空间的控制电路32条可编程的I/O线（四个8位并行I/O端口）一个可编程全双工串行口具有五个中断源，两个优先级嵌套中断结构时钟频率：1.2MHZ12MHZ3.4 CD4051多路开关由于计算机在任一时刻只能接收一路模拟量信号的采集输入，当有多路模拟量信号时需通过模拟转换开关，按一定顺序选取其中一路进行采集。一般多路转换开关（AMUX）有2n个输入端，N个控制选择端，一个控制端。对N个控制选择端（即地址）进行译码，选中某一个开关闭合。AUMX的一般性能要求是开关通导电阻小，断开电阻无穷大，转换速度快等。 CD4051是微机控制系统中广泛使用的模拟开关直流供电电源为VDD5V15V，输入电压UIN0VDD，它所能传送的数字信号电位变化范围为315V模拟信号峰峰值为15V，当VEE接负电源时，正负模拟电压均可通过。接通电阻小，一般小于80，断开电阻高，在VDDVEE10V时，通过泄漏电流的典型值为10nA（典型）。IN/OUT 模拟多路转换器的作用是用来接通或断开模拟信号。在实际系统 的应用中，对其要求是：接通时，接触电阻小，以减少开关压降，精密传送信号；断开时，截至电阻极大，可靠的断开与其它电路的联系；动作速度快、驱动功率小；使用寿命长。CD4051的引脚图如下图33 所示： IN/OUT 4 1 16 6 2 15 2 OUT/IN 3 14 1 IN/OUTIN/OUT 7 4 CD4051 13 0 5 5 12 3 INH 6 11 A VEE 7 10 B VSS 8 9 C 图33 CD4051引脚图3.5 A/D转换器的选择及其接口设计在本温度监测系统中，采集到的温度信号经过调理电路放大整形后转换成对应的稳定的模拟电压信号，但是系统的智能核心8031单片机不能识别模拟的电压信号，它只能处理数字的信号，所以要通过A/D转换器将模拟信号转换成数字信号。A/D转换器的应用范围极广，品种及类型很多。根据A/D电路的工作原理可分为以下几大类型：双积分型A/D转换器，一般具有精度高、抗干扰性好、价格便宜等优点，但转换速度慢，广泛用于数字仪表；逐次逼近比较型A/D转换器，在精度、速度和价格上都适中；并行A/D转换器，就是一种采用编码技术实现的高速A/D转换器。A/D转换器的重要技术参数有分辨率、量程、转换精度、转换时间、工作温度范围。但是最主要的两个技术指标恐怕是转换的工作温度范围以及转换的精度。因为A/D转换器位数的确定与整个测量控制系统所要测量控制的范围和精度有关。实际选取的A/D转换器的位数应该与其他环节所能达到的精度相适应，只要不低于它们就可以了。对于A/D转换器位数的另外一点考虑是如果微处理机是8位的，则采用8位以下的A/D转换器，其接口电路最为简单，因为绝大多数A/D转换器的数据输出都有TTL电平，而且数据输出寄存器具有可控三态输出功能，可直接挂在数据总线上，当采用8位以上的A/D转换器时，就要加缓冲器接口，数据要分两次读出。因为温度监测系统采用的微处理机是8位的8031单片机，考虑到为使接口电路尽量简单，所以选择8位的A/D转换器，再考虑到本系统测量的路数是8路。而8位的A/D转换器中ADC0809的内部除了A/D转换电路外，还有一个8路模拟开关，其作用可根据地址译码信号来选择8路模拟输入，是8路模拟输入共用一个A/D转换器进行转换。无论在与CPU接口的简化、匹配，还是价格因素上，ADC0809都有很明显的优势。因此本系统中，选用该芯片作为A/D转换器件，下面对改器件作简单的介绍。3.5.1 ADC0809简介ADC0809是采用CMOS工艺制造的双列直插式单片8位逐次逼近式A/D转换器，分辨率8位，精度7位，其内部有一个8位“三态输出锁存器”可以锁存A/D转换后的数字量，故它本身既可以看作一种输入设备，也可以认为式并行I/O接口芯片。所以ADC0809可以和微机直接接口，也可以通过像8155这样的其他接口芯片连接。大多数情况下，8031 是和ADC0809直接相连的。1）ADC0809的主要特点8位分辨率A/D转换器每个通道的转换时间大约100110s8个模拟输入通道最大可调节误差LSB启动信号为脉冲启动方式工作温度范围为4085功耗为15mw输入电压范围为05V单一5V电源供电片内系统时钟 2）ADC0809的引脚功能ADC0809 的引脚图如下图34所示： 图34 ADC0809管脚图ADC0809的引脚功能介绍如下：IN0IN7：路输入通道的模拟量输入端。A、B、C：位地址输入，个地址输入端的不同组合选择八路模拟量输入。ALE：地址锁存启动信号，在ALE的上升沿，将地址选择信号A、B、C上的通道地址锁存到内部的地址锁存器。START：启动A/D转换器控制信号，输入，上升沿有效。当START为正脉冲，便立即启动A/D转换器，同时使EOC变为低电平。EOC： A/D转换结束信号，高电平有效，当EOC上升为高电平时，表明内部A/D转换已完成。OE：输出允许控制端，高电平有效。该端由低电平变为高电平时，打开三态输出缓冲器，输出转换结果。UREF(+)和UREF(-)：参考电压正端和负端。CLK:时钟输入信号，0809的时钟频率范围在101200kHz，典型值为640kHz。Vcc：芯片的工作电压。3.5.2 ADC0809的工作原理要正确的运用ADC0809，就必须简单了解ADC0809的数据输入格式和工作时序。ADC0809的原理框图如下图35所示： 图35 ADC0809的原理框图1）据输入格式ADDA、ADDB和ADDC为ADC0809的8位模拟开关的3位地址选通输入端，用于选择IN0IN7上哪一路模拟电压送给比较器进行A/D转换，其对应关系如表32所示：表32 地址码与输入通道的对应关系地址码对应的输入通道CBA000INT0001INT1010INT2011INT3100INT4101INT5110INT6111INT72）ADC0809的工作时序ADC0809所需时钟信号可以由8031的ALE信号提供。8031的ALE信号通常使每个机器周期出现两次，故它的频率是单片机时钟频率的1/6。本系统8031主频是6MHZ，使8031的ALE上信号经过2分频后接到ADC0809的CLOCK输入端，就可获得500KHZ的 A/D转换脉冲，当然ALE上脉冲会在MOVEX指令的每个机器周期少出现一次，但通常情况下影响不大。ADC0809的时序图为：t:最小起动脉宽，典型值为100ns，最大值为200ns；t:最小ALE脉宽，典型值为100ns，最大值为200ns；t:模拟开关延时，典型值为1s，最大值为2.5s；t:转换时间，当f=640KHZ时，典型值为100s，最大值为116s；t:转换结