发布时间 : 星期五 文章基于单片机的温度巡检系统的设计更新完毕开始阅读
4.096212?0.001V，能分辨的最小温度变化为
400212?0.001v?0.0976?C，能达到题目的基
本要求。为进一步提高精度，可以直接采用16位AD转换器，也可以采用过采样和求均值技术来提高测量分辨率[7]。系统采用了后一种方法。
所谓过采样技术是指以高于奈奎斯特频率的采样频率进行采样，也就是说当ADC以高于系统所需采样频率fs的速率对信号采样时，能增加有效位数。每增加一位分辨率，信号必须被以4倍的速率过采样，即
fos?4w?fs
其中w——希望增加的分辨率位数；
fs——初始采样频率要求； fos——过采样频率。
图3.4 模数转换电路原理图
假设每秒钟输出一个温度值（1Hz）。为了将测量分辨率增加到16位，按下式计算过采样频率，即：
fos?4?1(Hz)?256Hz
4因此，如果以fs=256Hz的采样频率对温度信号进行采样，则将在所要求的采样周期内采集到足够的样本，对这些样本求均值便可得到16位的输出数据。为此，先累加（将256个连续样本加在一起），然后将总和除以16。这样得到的结果便是16位的有效数据，增加了4位有效数据。
用过采样和求均值技术后，新的AD分辨率计算如下：
最小分辨电压=
这样，可以测量的最小温度变化为
4002164.096216?0.625mV
?0.0000625V?0.0061?C，在采用过采样和
求均值技术的情况下，用同一个12位ADC可以测量的最小温度变化为0.0061℃，就允许了
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以高于
1100?C[8]
的精度对温度进行测量。
另外，为了减小工频信号引起的误差，我们设计了在40ms（20ms的两倍）时间内采样，然后再取平均值，将工频信号误差滤除。 （2） 所用器件的介绍
MAX186：MAX186是美信公司推出的12位A／D转换芯片，内部含有采样／保持电路，单5 V操作电源，转换速度为8．5μs，具有片上4．096 V参考电压，模拟量输入范围为0～VBEF。三线串行接口，兼容SPI，QSPI，MicroWire总线，设计精巧，工作速度快。小巧的封装体积适合在传感器中使用。
MAX186有8个引脚，引脚1：+5V电源。引脚2：模拟量输入，范围0～VBEF 。引脚3：操作模式选择，低电平为休眠模式。正常操作模式为高电平或悬空。高电平时使用内部参考，悬空时禁止内部参考。引脚4：参考电压，内部参考为4.096V，使用内部参考时此引脚对地接一个4.7μF，电容，使用外部参考时，接2.5V—VDD的基准电压。引脚5：接地。引脚6：数据输出。引脚7：片选。引脚8：时钟，最高为5MHz.
MAX186用采样／保持电路和逐位比较寄存器将输入的模拟信号转换为12位的数字信号，其采样／保持电路不需要外接电容。MAX186有2种操作模式：正常模式和休眠模式，将
置为低电平进入休眠模式，这时的电流消耗降到10μA以下。
置为高电平或
悬空进入正常操作模式。
使用内参考时，在电源开启后，经过20 ms后参考引脚的4．7μF电容充电完成，可进行正常的转换操作。A/D转换的工作过程是：当
为低电平时，在下降沿MAX186的T／H
电路进入保持状态，并开始转换，8.5μs后DOUT输出为高电平作为转换完成标志。这时可在SCLK端输入一串脉冲将结果从DOUT端移出，读入单片机中处理。数据读取完成后将为高电平。要注意的是：在
置
置为低电平启动A/D转换后，检测到DOUT有效（或者延时
置
8.5μs以上），才能发SCLK移位脉冲读数据，SCLK至少为13个[9]。发完脉冲后应将为高电平。
3.3.1信号处理和显示单元
（1） 电路的设计
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图3.5 从机单片机部分原理图
信号处理及显示单元采用8051单片机作为信息处理单元，它是从机的核心器件，对传感器采集来的数字信号进行处理，转换成相应的温度信号，送液晶进行显示。而且从机能够通过通讯电路将测量数据上传，接收主机数据（包括系统时间信息、修正值和报警上下限）进行自身信息设置。
该系统用动态扫描的方式进行显示。在硬件设计中将所有位数码管的段选线并联在一起，由位选线控制是哪一位数码管有效。选亮数码管采用动态扫描显示。动态扫描显示的原理是轮流向各位数码管送出字形码和相应的位选，利用发光管的余辉和人眼视觉暂留作用，使人的感觉好像各位数码管同时都在显示。动态显示的亮度比静态显示要差一些，所以在选择限流电阻时应略小于静态显示电路中的。该方案与静态显示相比，硬件电路比较复杂，成本较高。动态显示模块电路图如下图所示.在该电路中选用限流电阻为330Ω,但一定要加上它，因为每一个段码的发光二极管所能承受的最大电流为10mA-20mA。在电源电压为5V时，如果不加限流电阻，则流过发光二极管的电流会有几百毫安，这样很快会烧坏发光二极管。 还需要说明的一点是，该系统选用共阳极数码管，这样在段码控制端口（P0口）为低电平时数码管导通点亮。为什么选用共阳极数码管呢？因为51单片机中或者是其它的一些集成电路中，它的灌电流要大于其输出电流，所以要选用共阳极数码管，让P0口以灌电流的方式提供驱动电流，以提高驱动能力。还需要特别说明的一点是，用端口不能直接去驱动每个数码管的位选端口，因为51单片机的每个端口只能提供20mA的电流，如果去驱动的话，会很快烧坏单片机的端口。
330ΩR31D1D2AA16D3AA16D4AA16R38330ΩabcdefgdpP2.0P2.1P2.2P2.3a10b9c8d5e4f2g3dp7abcdefgDPR21Ka10b9c8d5e4f2g3dp7abcdefgDPR31Ka10b9c8d5e4f2g3dp7abcdefgDPR41Ka10b9c8d5e4f2g3dp7abcdefgDPR51KAA16VCCT49012T19012T29012T39012
（2） 器件的介绍
MCS-51：MCS-51单片机是美国INTE公司于1980年推出的产品，与MCS-48单片机相比，
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它的结构更先进，功能更强，在原来的基础上增加了更多的电路单元和指令,指令数达111条，MCS-51单片机可以算是相当成功的产品[10]，一直到现在，MCS-51系列或其兼容的单片机仍是应用的主流产品。
MCS-51系列单片机主要包括8031、8051和8751等通用产品，其主要功能如下： 8位CPU
4kbytes 程序存储器(ROM) 128bytes的数据存储器(RAM) 32条I/O口线
111条指令，大部分为单字节指令 21个专用寄存器 2个可编程定时/计数器 5个中断源，2个优先级 一个全双工串行通信口
外部数据存储器寻址空间为64kB 外部程序存储器寻址空间为64kB 逻辑操作位寻址功能 双列直插40PinDIP封装单一+5V电源供电
MCS-51以其典型的结构和完善的总线专用寄存器的集中管理，众多的逻辑位操作功能及面向控制的丰富的指令系统，堪称为一代“名机”，为以后的其它单片机的发展奠定了基础。正因为其优越的性能和完善的结构，导致后来的许多厂商多沿用或参考了其体系结构，有许多世界大的电气商丰富和发展了MCS-51单片机，像PHILIPS，Dallas，ATMEL等著名的半导体公司都推出了兼容MCS-51的单片机产品，就连我国的台湾WINBOND公司也发展了兼容C51(人们习惯将MCS-51简称C51,如果没有特别声明，二者同指MCS-51系列单片机)的单片品种。近年来C51获得了飞速的发展，C51的发源公司INTEL由于忙于开发PC及高端微处理器而无精力继续发展自己的单片机，而由其它厂商将其发展，最典型的是PHILIPS和ATML公司，PHILIPS公司主要是改善其性能，在原来的基础上发展了高速I/O口，A/D转换器，PWM(脉宽调制)，WDT等增强功能，并在低电压微功耗，扩展串行总线(I2C)和控制网络总线(CAN)等功能加以完善a 输入输出口
8051有4组8位I/O口：P0、P1、P2和P3口，P1、P2和P3为准双向口，P0口则为双向三态输入输出口，下面我们分别介绍这几个口线： P0口和P2口：
电路中包含一个数据输出锁存器和两个三态数据输入缓冲器，另外还有一个数据输出的驱动和控制电路。这两组口线用来作为CPU与外部数据存储器、外部程序存储器和I/O扩展
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