1、 东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第 I 页毕 业 设 计 （ 论 文 ）基于单片机的智能流量测量控制仪设计学 院 控 制 工 程 学 院专业名称 控 制 技 术 与 仪 器班级学号学生姓名指导教师2013 年 6 月 13 日东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第 I 页基于单片机的智能流量测量控制仪设计摘 要智能化测量控制仪表是含有微型计算机或者微型处理器的测量仪器，拥有对数据的存储运算逻辑判断及自动化操作等功能。智能仪表的出现，极大地扩充了传统仪器的应用范围，近年来，智能化测量控制仪表的发展尤为迅速。国内市场上已经出现了多种多样智能化测量控制仪表，例如，能够自动进行差压补偿的智能节流
2、式流量计，能够进行程序控温的智能多段温度控制仪，能够实现数字 PID 和各种复杂控制规律的智能式调节器，以及能够对各种谱图进行分析和数据处理的智能色谱仪等。智能仪器凭借其体积小、功能强、功耗低等优势，迅速地在家用电器、科研单位和工业企业中得到了广泛的应用。本论文设计的基于单片机的智能流量测量控制仪适用于工业企业生产现场，其用途是：对管道内流体选择流量设定值并通过温度校准程序消除在管道内因液体流动导致温度升高造成的流量值与设定值的偏差。该仪器包括流量计、温度计、控制阀、显示器、键盘、控制芯片等部分组成。本系统选用合适的流量计和温度测量设施来监控流量的准确数据，通过 ADC0809 芯片将收集到的
3、现场模拟数据转换为数字信号传输到控制器 AT89S52 芯片，经 PID 运算得到控制信号后经 DAC0832LCN 转换为数字信号输入到步进电机，以驱动调节阀控制流量在设定值水平，保证仪器的正常使用。该智能流量测量控制仪的开发是对智能化测量控制仪表的丰富，有利于对工业现场流体流速进行更精准控制。关键词：智能仪表、流量控制、温度校准Intelligent flow measurement instrument designAuthor：Li Yawei东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第 II 页Tutor：Jin WeiAbstractIntelligent measurement and
4、 control instrumentation is contained microcomputer or microprocessor measuring instruments, with the data stored on the arithmetic logic judgment and automation capabilities. The emergence of smart meters, which greatly expanded the scope of application of traditional instruments, in recent years,
5、intelligent measurement and control instrumentation developing rapidly. Domestic market has seen a variety of intelligent measurement and control instruments, for example, can automatically compensate for differential pressure orifice flow meter smart, intelligent temperature control procedures can
6、be performed multi-zone temperature control device, and a variety of digital PID can be achieved complex control law smart regulator, and the ability of various spectral analysis and data processing intelligent chromatograph. With its small size, intelligent instruments, strong function, low power c
7、onsumption advantages, rapidly in household appliances, research institutes and industrial enterprises have been widely used.In this thesis, microcontroller-based intelligent flow measurement and control instruments used in industrial production site, and its purpose is: Select the pipeline fluid fl
8、ow setpoint temperature calibration procedure by eliminating internal fluid flow in the pipeline resulting temperature rise caused by traffic value and set value bias. The apparatus includes meter, thermometer, control valves, monitor, keyboard, controller chips and other components. The system sele
9、cts the appropriate flow and temperature measurement facility to monitor the flow of accurate data, collected through ADC0809 chip will live analog data is converted to digital signal transmission to the controller chip AT89S52, PID operation is controlled by the signal converted by DAC0832LCN digit
10、al signal input to the stepper motor to drive the flow control valve at the set value level, to ensure the normal use of the instrument.The intelligent flow measurement and control instrument development is a wealth of intelligent measurement and control instrumentation; it is beneficial for the ind
11、ustrial field for more precise control of fluid flow.KEY WORDS: Smart meters（Intelligent measurement, flow control, temperature calibration东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第 III 页目录1 绪论 11.1 智能化流量控制测量仪设计发展概况 11.2 课题研究来源 11.3 课题研究意义 21.4 本文的主要工作 22 主要技术介绍 42.1 传感器概述 42.1.1 传感器可选型 42.1.2 传感器选型结果 62.2 执行器 72.2.1 执行器选
12、型标准 72.2.2 执行器可选型 82.2.3 执行器选型结果 82.3 芯片选择 93 流量测量控制仪 103.1 系统框架设计 103.1.1 系统原理框图 103.1.2 PID 算法 113.1.3 系统概述 123.1.4 系统结构框图 133.2 电路设计 133.2.1 总电路图（见附录 F ）133.2.2 矩阵键盘电路 133.2.3 AT89S52 管脚以及电路设定 143.2.4 A/D 和 D/A 电路 183.2.5 LCD 显示电路:203.2.6 温度采集电路 223.2.7 复位电路 233.2.8 时钟电路 233.3 软件程序编写 24东北大学秦皇岛分校毕
13、业设计（论文） 第 IV 页3.3.1 主程序 243.3.2 温度读取函数 263.2.3 A/D、 D/A 转换函数 273.3.4 PID 调整函数 283.3.5 LCD 显示函数 293.3.6 键盘扫描函数 304 系统联调 324.1 各按键作用 324.2 正常运行状况 32结论 35致谢 36参考文献 37附录 38附录 A 主程序 38附录 B 温度调节程序 44附录 C LED 显示程序 46附录 D IC 总线驱动程序 49附录 E 键盘扫描程序 53附录 F 总电路 57附录 G 英文参考文献 58东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第 1 页1 绪论1.1 智能化流
14、量控制测量仪设计发展概况智能化流量控制测量仪是以生产过程的流量参量为被控制量使之接近给定值或保持在给定范围内的自动控制仪表。这里“过程”是指在生产装置或设备中进行的物质和能量的相互作用和转换过程（表征过程的主要参量有温度、压力、流量、液位、成分、浓度等） 。通过对过程参量的控制，可使生产过程中产品的产量增加、质量提高和能耗减少。一般的过程控制系统通常采用反馈控制的形式，这是过程控制的主要方式。智能化流量控制测量仪其目的和意义可以归结到以下几点：a.随着计算机技术与过程控制技术的发展，人们对过程控制的目标已经提高到完善生产管理、提高产品质量、节约能源降及低生产成本的水平上来；这样就对当前过程控制
15、的发展提出了很多新的要求，如何利用控制技术对生产过程进行更好的管理与控制，已越来越为企业所关注，实现整个生产流水线监控，实现企业的管控一体化已成为企业发展的必由之路。b.自动控制的主要目标是在保证人身和设备安全的情况下，稳定生产工艺状况，避免人为因素造成产品质量和产量的剧烈波动，确保生产能够获得最大的效益c.人难免会出现纰漏，智能仪器并不会出现主观的紊乱，还能为安全提供保证1.2 课题研究来源中国的工业自动化已经进入到 21 世纪，我国制造业的高速发展，拉动了对自动化仪器仪表与控制系统向国际水平发展的需求，我国新上的大型项目所用自动化仪器仪表和控制系统的先进程度的需求已经处于世界先进水平。当前
16、我国正处于工业化中期。工业化、信息化、现代化、市场化和国际化“五化”息息相关。智能化测量控制仪表是含有微型计算机或者微型处理器的测量仪器，拥有对数据的存储运算逻辑判断及自动化操作等功能。智能仪表的出现，极大地扩充了传统仪器的应用范围，近年来，智能化测量控制仪表的发展尤为迅速。国内市场上已经出现了东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第 2 页多种多样智能化测量控制仪表，例如，能够自动进行差压补偿的智能节流式流量计，能够进行程序控温的智能多段温度控制仪，能够实现数字 PID 和各种复杂控制规律的智能式调节器，以及能够对各种谱图进行分析和数据处理的智能色谱仪等。智能仪器凭借其体积小、功能强、功耗低等
17、优势，迅速地在家用电器、科研单位和工业企业中得到了广泛的应用。1.3 课题研究意义改革开放以来，中国社会经济高速发展，对于智能化流量检测仪的需求也与日俱增，随着工业技术的发展，检测已由手工向工业自动化方向发展，而且自动化的程度越来越高，所以智能化流量检测仪的应用也越来越广泛，并深入到国民经济的多个领域。生产出结构紧凑、可靠、高效、低能耗、低维护要求和使用寿命长的智能化流量检测仪，并用合格的智能化流量检测仪达到相应要求是我国测控行业努力的目标。广大国内企业要持续地研究和开发智能化流量检测仪，确保智能化流量检测仪的技术不断完善，力争领先地位，为我国测控事业的发展加力。1.4 本文的主要工作本论文设
18、计的基于单片机的智能流量测量控制仪适用于工业企业生产现场，其用途是：对管道内流体选择流量设定值并通过温度校准程序消除在管道内因液体流动导致温度升高造成的流量值与设定值的偏差。该仪器包括流量计、温度计、控制阀、显示器、键盘、控制芯片等部分组成。本系统选用合适的流量计和温度测量设施来监控流量的准确数据，通过 ADC0809 芯片将收集到的现场模拟数据转换为数字信号传输到控制器 AT89S52 芯片，经 PID 运算得到控制信号后经 DAC0832LCN 转换为数字信号输入到步进电机，以驱动调节阀控制流量在设定值水平，保证仪器的正常使用。东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第 3 页控制器流量计工业
19、现场执行器4*3 矩阵键盘温度计A/D 转换器D/A 转换器手动复位LCD 显示图 1.1 系统的整体构成东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第 4 页2 主要技术介绍2.1 传感器概述2.1.1 传感器可选型流量传感器按测量物理量可分为体积流量和质量流量；按结构类型可分为差压式、涡轮式、电磁式、流体振动式、转子式、往复活塞式、旋转活塞式、冲击板式、分流旋翼式、热动式和推导式质量流量传感器。1. 差压式流量传感器是利用伯努利定律制作而成的， 被测流量由节流变送器输送到压力传输通道，再到压力差传感器直到信号输出。图 2.1 差压式流量传感器2. 涡轮式流量传感器是通过测量涡轮转速来读出流度，进而
20、转化成流量。水表就是一种典型的涡轮式流量传感器。图 2.2 涡轮式流量传感器3. 电磁式流量传感器是基于电磁感应原理做成的，所以不能用于磁性流体的场合。东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第 5 页图 2.3 电磁式流量传感器4. 流体振动式流量传感器有涡街流量传感器和旋进式流量传感器两种类型。这是种新型的流量传感器，在将来很有发展前途。转子式流量传感器是种面积流量传感器，它有转子和锥管所组成，转子的高度就是流量读数。图 2.4 流体振动式流量传感器5. 往复活塞式流量传感器象一个容器，可以测量累计的流量。它几乎不受流体性质的影响而且精度很高。图 2.5 往复活塞式流量传感器6. 旋转式活塞流
21、量传感器是在有压力差的情况下致使活塞运动，活塞的速度跟流量成正比，然后通过转化测量总流量。东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第 6 页图 2.6 旋转式活塞流量传感器7. 冲击板式流量传感器可以测量固定流量，它由冲击板和流量仪所组成，一般所测物体的单个重量不超过冲击板重量的百分之五。 分流旋翼式流量传感器主要用于测量气体流量，它具有体积小、重量轻、水平垂直都可安装的直接安装的有点。 图 2.7 冲击板式流量传感器8. 推导式流量计是种质量流量计，其实它是通过测量体积再乘以密度，然后由运算器计算得出质量。按照补偿类型有密度和温度、压力两大类。图 2.8 推导式流量计2.1.2 传感器选型结果本
22、文假设的是用于非可燃化学药剂的流量测量。因此，选用 DS18B20 数字温度传感器。东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第 7 页图 2.9DS18B20 数字温度传感器DS18B20 数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，型号多种多样，有 LTM8877，LTM8874 等等。主要根据应用场合的不同而改变其外观。封装后的 DS18B20 可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。应用范
23、围：1、 该产品适用于冷冻库，粮仓，储罐，电讯机房，电力机房，电缆线槽等测温和控制领域2、 轴瓦，缸体，纺机，空调，等狭小空间工业设备测温和控制。3、 汽车空调、冰箱、冷柜、以及中低温干燥箱等。4、 供热/制冷管道热量计量，中央空调分户热能计量和工业领域测温和控制2.2 执行器2.2.1 执行器选型标准在过程控制系统中，执行器由执行机构和调节机构两部分组成。调节机构通过执行元件直接改变生产过程的参数，使生产过程满足预定的要求。执行机构则接受来自控制器的控制信息把它转换为驱动调节机构的输出（如角位移或直线位移输出） 。它也采用适当的执行元件，但要求与调节机构不同。执行器直接安装在生产现场，有时工
24、作条件严苛。能否保持正常工作直接影响自动调节系统的安全性和可靠性。东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第 8 页在本文中的执行器是调节阀。调节阀又名控制阀，在工业自动化过程控制领域中，通过接受调节控制单元输出的控制信号，借助动力操作去改变介质流量、压力、温度、液位等工艺参数的最终控制元件。一般由执行机构和阀门组成。如果按行程特点，调节阀可分为直行程和角行程；按其所配执行机构使用的动力，按其功能和特性分为线性特性，等百分比特性及抛物线特性三种。调节阀适用于空气、水、蒸汽、各种腐蚀性介质、泥浆、油品等介质。英文名：control valve，调节阀常用分类：气动调节阀，电动调节阀，液动调节阀，自力
25、式调节阀。选择执行器时须注意以下几点a. 考虑工艺条件：如介质，温度，流量，b. 考虑介质性质：如黏度，毒性，状态，纯净程度c. 考虑系统要求：可调比，噪声，泄漏量2.2.2 执行器可选型执行器按其使用能源可分为：a. 电动：利用电动执行机构进行操作的。能源取源方便，具有信号传递迅速的优点，但是结构复杂，防火防爆能力差。b. 液动：利用液压原理推动执行机构，其推力大，适用于符合较大的场合，但是设备笨重，应用很少。c. 气动：利用压缩空气为动力能源的一种自动调节阀。结构简单，工作可靠，价格便宜，维护方便以及有防爆防火功能，普遍应用。2.2.3 执行器选型结果在本次智能化流量测量控制仪设计中我选择
26、了电动调节阀作为执行器。与传统的气动调节阀相比具有明显的优点：电动调节阀节能（只在工作时才消耗电能） ，环保（无碳排放） ，安装快捷方便（无需复杂的气动管路和气泵工作站） 。其工作原理为：通过接收工业自动化控制系统的信号（如：420mA）来驱动阀门改变阀芯和阀座之间的截面积大小控制管道介质的流量、温度、压力等工艺参数。实现自动化调节功能。工作电源：DC24V,AC220V,AC380V 等电压等级。东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第 9 页2.3 芯片选择表 2.1 芯片选择芯片名称 型号单片机 AT89S52A/D 和 D/A 转换器 PCF8951P显示器 LCD16023 流量测量控
27、制仪3.1 系统框架设计3.1.1 系统原理框图当今的自动控制技术都是基于反馈的概念。反馈理论的要素包括三个部分：测量、比较和执行。测量关心的变量，与期望值相比较，用这个误差纠正调节控制系统的响应。东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第 10 页给定值 控制器 执行器 输出传感器传感器校正+-图 3.1 系统原理框图本设计采用的是闭环控制系统。闭环控制系统（closed-loop control system）是指被控对象的输出（被控制量）会反送回来影响控制器的输入，形成一个或多个闭环。闭环控制系统有正反馈和负反馈，若反馈信号与系统给定值信号相反，则称为负反馈（ Negative Feedba
28、ck） ，若极性相同，则称为正反馈，一般闭环控制系统均采用负反馈，又称负反馈控制系统。一阶闭环系统传递函数：= (3.1)(sHSY)(1f0SG一阶闭环系统传递函数微分方程= = (3.2)()(SCT)(R )(T1S3.1.2 PID 算法目前，PID 控制及其控制器或智能 PID 控制器（仪表）已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的 PID 控制器产品，各大公司均开发了具有 PID参数自整定功能的智能调节器 (intelligent regulator） ，其中 PID 控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。它由于用途广泛、使用灵活，已有系
29、列化产品，使用中只需设定三个参数（Kp， Ti 和 Td）即可。在很多情况下，并不一定需要全部三个单元，可以取其中的一到两个单元，但比例控制单元是必不可少的。东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第 11 页首先，PID 应用范围广。虽然很多工业过程是非线性或时变的，但通过对其简化可以变成基本线性和动态特性不随时间变化的系统，这样 PID 就可控制了。其次，PID 参数较易整定。也就是，PID 参数 Kp，Ti 和 Td 可以根据过程的动态特性及时整定。如果过程的动态特性变化，例如可能由负载的变化引起系统动态特性变化，PID 参数就可以重新整定。第三，PID 控制器在实践中也不断的得到改进，PI
30、D 控制器参数的工程整定，各种调节系统中 P.I.D 参数经验数据以下可参照：温度 T: P=2060%,T=180600s,D=3-180s压力 P: P=3070%,T=24180s,液位 L: P=2080%,T=60300s,流量 F: P=40100%,T=660s。PID 控制规律为：= (3.3)(uttekpT1Ddt)(t0te)(因此它的传递函数为= = (3.4)(SGEU1(pkst)TD其中 为比例系数；Tt 为积分时间常数；TD 为微分时间常数kp1、比例增益变频器的 PID 功能是利用目标信号和反馈信号的差值来调节输出频率的，一方面，我们希望目标信号和反馈信号无限
31、接近，即差值很小，从而满足调节的精度：另一方面，我们又希望调节信号具有一定的幅度，以保证调节的灵敏度。解决这一矛盾的方法就是事先将差值信号进行放大。比例增益 P 就是用来设置差值信号的放大系数的。任何一种变频器的参数 P 都给出一个可设置的数值范围，一般在初次调试时， P 可按中间偏大值预置或者暂时默认出厂值，待设备运转时再按实际情况细调。2、积分时间东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第 12 页如上所述比例增益 P 越大，调节灵敏度越高，但由于传动系统和控制电路都有惯性，调节结果达到最佳值时不能立即停止，导致“超调” ，然后反过来调整，再次超调，形成振荡。为此引入积分环节 I ，其效果是，
32、使经过比例增益 P 放大后的差值信号在积分时间内逐渐增大 ( 或减小 ) ，从而减缓其变化速度，防止振荡。但积分时间 I 太长，又会当反馈信号急剧变化时，被控物理量难以迅速恢复。因此， I 的取值与拖动系统的时间常数有关：拖动系统的时间常数较小时，积分时间应短些；拖动系统的时间常数较大时，积分时间应长些。3、微分时间微分时间 D 是根据差值信号变化的速率，提前给出一个相应的调节动作，从而缩短了调节时间，克服因积分时间过长而使恢复滞后的缺陷。D 的取值也与拖动系统的时间常数有关：拖动系统的时间常数较小时，微分时间应短些；反之，拖动系统的时间常数较大时， 微分时间应长些。4、调整原则PID 参数的
33、预置是相辅相成的，运行现场应根据实际情况进行如下细调：被控物理量在目标值附近振荡，首先加大积分时间 I ，如仍有振荡，可适当减小比例增益 P。被控物理量在发生变化后难以恢复，首先加大比例增益 P ，如果恢复仍较缓慢，可适当减小积分时间 I ，还可加大微分时间 D。3.1.3 系统概述智能仪器是含有微型计算机或者微型处理器的测量仪器，拥有对数据的存储运算逻辑判断及自动化操作等功能。这里设计的智能流量测量计是包括流量测量，温度校准，以及自动控制一体化的仪器等。本论文设计的基于单片机的智能流量测量控制仪适用于工业企业生产现场，其用途是：对管道内流体选择流量设定值并通过温度校准程序消除在管道内因液体流
34、动导致温度升高造成的流量值与设定值的偏差。该仪器包括流量计、温度计、控制阀、显示器、键盘、控制芯片等部分组成。本系统选用合适的流量计和温度测量设施来监控流量的准确数据，通过 ADC0809 芯片将收集到的现场模拟数据转换为数字信号传输到东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第 13 页控制器 AT89S52 芯片，经 PID 运算得到控制信号后经 DAC0832LCN 转换为数字信号输入到步进电机，以驱动调节阀控制流量在设定值水平，保证仪器的正常使用。3.1.4 系统结构框图控制器流量计工业现场执行器4*3 矩阵键盘温度计A/D 转换器D/A 转换器手动复位LCD 显示图 3.2 系统结构框图3
35、.2 电路设计3.2.1 总电路图 （见附录 F ）3.2.2 矩阵键盘电路本设计采用的是 3*4 矩阵键盘P1.1、P1.2、P1.3 为行，P1.4、P1.5、P1.6 、P1.7 为列。东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第 14 页图 3.3 矩阵键盘确定矩阵式键盘上何键被按下可以使用“行扫描法” 。行扫描法又称为逐行（或列）扫描查询法，是一种最常用的按键识别方法，如上图所示键盘，过程如下： 1. 判断键盘中有无键按下 将全部行线 P1.1-P1.3 置低电平，然后检测列线的状态。只要有一列的电平为低，则表示键盘中有键被按下，而且闭合的键位于低电平线与 4 根行线相交叉的 4 个按键之
36、中。若所有列线均为高电平，则键盘中无键按下。 2. 判断闭合键所在的位置 在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的过程。其方法是：依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其它线为高电平。在确定某根行线位置为低电平后，再逐行检测各列线的电平状态。若某列为低，则该列线与置为低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。3.2.3 AT89S52 管脚以及电路设定AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS 8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上 Flash 允许程序存储器
37、在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 AT89S52 在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第 15 页图 3.4 AT89S52 芯片P0 口：P0 口是一个 8 位漏极开路的双向 I/O 口。作为输出口，每位能驱动 8 个TTL 逻 辑电平。对 P0 端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。 当访问外部程序和数据存储器时，P0 口也被作为低 8 位地址/数据复用。在这种模式下， P0 不具有内部上拉电阻。 在 flash 编程时，P0 口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序
38、校验 时，需要外部上拉电阻。P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。此外，P1.0 和 P1.1 分别作定时器/计数器 2 的外部计数输入（P1.0/T2）和定时器/计数器 2 的触发输入（P1.1/T2EX）。 在 flash 编程和校验时，P1 口接收低 8 位地址字节。引脚号第二功能：P1.0 T2（定时器/计数器 T2 的外部计数输入），时钟输出P1.1 T2EX（定时器/计数器 T2 的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.5 MOSI（在系统编程用）东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第 16 页P1.6
39、MISO（在系统编程用）P1.7 SCK（在系统编程用）P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动 AT89S52 引脚图 PLCC 封装 4 个 TTL 逻辑电平。对 P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。 在访问外部程序存储器或用 16 位地址读取外部数据存储器（例如执行 MOVX DPTR） 时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送 1。在使用 8 位地址（如 MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2
40、 口输出 P2 锁存器的内容。 在 flash 编程和校验时，P2 口也接收高 8 位地址字节和一些控制信号。P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，p3 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。 P3 口亦作为 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。 在 flash 编程和校验时，P3 口也接收一些控制信号。端口引脚第二功能：P3.0 RXD(串行输入口)P3.1 TXD(串行输出口)P3.2 INTO(外中断 0)P3.3 INT1(外中断 1)P3.4 TO(定时/计数器 0)P3.5 T1(定时/计数器 1)P3.6 WR(外部数据存储器
41、写选通)P3.7 RD(外部数据存储器读选通)此外，P3 口还接收一些用于 FLASH 闪存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是单片机复位。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：每当访问外部数据东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第 17 页存储器时将跳过一个 ALE 脉冲。对 FLASH 存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG
42、）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的 8EH 单元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。该位置位后，只有一条 MOVX 和 MOVC 指令才能将 ALE 激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置 ALE 禁止位无效。PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当 AT89S52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次 PSEN 有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次 PSEN 信号。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
43、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：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第 18 页图 3.5 AT89S52 电路3.2.4 A/D 和 D/A 电路图 3.6PCF8591P 电路PCF8591 是一个单片集成、单独供电、低功耗、8-bit CMOS
44、数据获取器件。PCF8591 具有 4 个模拟输入、1 个模拟输出和 1 个串行 IC 总线接口。PCF8591 的 3个地址引脚 A0, A1 和 A2 可用于硬件地址编程，允许在同个 IC 总线上接入 8 个PCF8591 器件，而无需额外的硬件。在 PCF8591 器件上输入输出的地址、控制和数据信号都是通过双线双向 IC 总线以串行的方式进行传输。PCF8591 的功能包括多路模拟输入、内置跟踪保持、8-bit 模数转换和 8-bit 数模转换。PCF8591 的最大转化速率由IC 总线的最大速率决定。PCF8591 特性单独供电PCF8591 的操作电压范围 2.5V-6V 低待机电
45、流通过 IC 总线串行输入/ 输出PCF8591 通过 3 个硬件地址引脚寻址PCF8591 的采样率由 IC 总线速率决定4 个模拟输入可编程为单端型或差分输入自动增量频道选择PCF8591 的模拟电压范围从 VSS 到 VDDPCF8591 内置跟踪保持电路东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第 19 页8-bit 逐次逼近 A/D 转换器通过 1 路 模 拟 输 出 实 现 DAC 增益图 3.7 PCF8591PAIN0AIN3：模拟信号输入端。A0A3：引脚地址端。VDD、VSS：电源端。 （2.56V）SDA: IC 总线的数据线。SCL：IC 总线的时钟线。OSC：外部时钟输入端
46、，内部时钟输出端。EXT：内部、外部时钟选择线，使用内部时钟时 EXT 接地。AGND：模拟信号地。AOUT：D/A 转换输出端。VREF：基准电源端。3.2.5LCD 显示电路:采用的是 LCD1602 显示屏。控制位为 P2.5-2.7，数据位为 P0.0-0.7东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第 20 页原理：1602 液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了 160 个不同的点阵字符图形,这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等,每一个字符都有一个固定的代码,比如大写的英文字母“A”的代码是 01000001B（41H）,显示时模块把地址 41
47、H 中的点阵字符图形显示出来,我们就能看到字母“A” 。图 3.7 LCD 显示工业字符型液晶，能够同时显示 16x02 即 32 个字符。 （16 列 2 行）1602 液晶也叫 1602 字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个 5X7 或者 5X11 等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义 CGRAM，显示效果也不好） 。1602LCD 是指显示的内容为 16X2,即可以显示两行，每行 16 个字符液晶模块（显示字符和数
48、字） 。市面上字符液晶大多数是基于 HD44780 液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于 HD44780 写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第 21 页图 3.8 LCD1602管脚功能:1602 采用标准的 16 脚接口，其中：第 1 脚：VSS 为电源地第 2 脚：VCC 接 5V 电源正极第 3 脚：V0 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会 产生“鬼影” ，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度） 。第 4 脚：RS 为寄存器选择，高电平 1 时选择数据寄存器、低电平
49、 0 时选择指令寄存器。第 5 脚：RW 为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。第 6 脚：E(或 EN)端为使能(enable)端,高电平（1）时读取信息，负跳变时执行指令。第 714 脚：D0D7 为 8 位双向数据端。第 1516 脚：空脚或背灯电源。15 脚背光正极，16 脚背光负极。3.2.6 温度采集电路采用的是数字温度传感器 DS18B20。DALLAS 公司单线数字温度传感器 DS18B20 是一种新的“一线器件” ，它具有体积小、适用电压宽等特点。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。DS18B20 支持“一线总线”接口，测量温度范围为-55+125 ，在-10 +85范围内，精度为0.5；通过编程可实现东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第 22 页912 位的数字值读数方式； 可以分别在 93.75ms 和 750ms 内将温
