内蒙古科技大学课程设计说明书
第1章．热电偶测温仪原理与方框图
1.1、热电偶测温原理
热电偶传感器是一种将温度变化转化为电势变化的传感器，它是由两种不同的金属A和B构成一个闭合回路，当两个接触端温度不同，即T>T0时，回路中会产生热电势EAB（T，T0），如图1所示。其中，T称为热端，T0称为冷端，A和B称为热电极。热电势EAB（T，T0）的大小是由两种材料的接触电势和单一材料的温差电势所决定的。EAB（T，T0）= E（T，Tn）+ E（Tn，T0）其中Tn是参考温度，T0零温。
图1 热电偶
1.2、热电偶测温仪系统方框图
基于热电偶的温度检测框图如图2，温度由K型热电偶检测，并经冷端温度补偿和线形化转化后送到模拟多路开关，由模拟开关切换后，经放大器放大，再由A/D转化器转换成数字信号。AT89C51单片机读取转换的数字信号并进行必要的处理后，将结果存入RAM，同时送LED显示器显示。另外，AT89C51单片机还将依据由键盘输入的温度上下限报警温度值对所检测的温度进行越限光报警处理。
其中温度传感器选用的是K型热电偶（镍铬-镍硅热电偶），测温范围选用 0—800度，冷端温度补偿选用补偿导线法。放大电路选用自动调零放大电路，A/D转换器选用TLC0832，单片机选用AT89C51，并另外扩存储器EPROM，RAM，显示选用4段LED数码管，并加报警器，选用一个LED数码管，灯亮表示超过测温上限。
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LEDEPROM74LS164热电偶E(0~800度)放大电路A/D转换器（TLC0832）单片机（AT89C51）报警键盘RAM
图2 热电偶测温仪方框图
第2章．器件说明
本设计中使用的硬件有AT89C51单片机，TLC0832 A/D转换芯片，74LS164驱动器，X2045看门狗，共阴极LED数码管，+5V标准电源，万用表。 2.1、AT89C51单片机
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 2.1.1、主要特性 ·与MCS-51 兼容
·4K字节可编程闪烁存储器。寿命：1000写/擦循环。数据保留时间：10年 ·全静态工作：0Hz-24Hz ·三级程序存储器锁定 ·128*8位内部RAM ·32可编程I/O线
·两个16位定时器/计数器
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·5个中断源 ·可编程串行通道
·低功耗的闲置和掉电模式 ·片内振荡器和时钟电路
2.1.2、管脚说明
AT89C51管脚分布如图3所示：
图3 AT89C51管脚分布图
VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，
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由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： 口管脚 备选功能
P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1） P3.4 T0（记时器0外部输入） P3.5 T1（记时器1外部输入）
P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 2.1.3、振荡器特性
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 2.1.4、芯片擦除
整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。
此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。
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2.2、LED数码显示器
在数字电路中，常用的显示器是数码显示器。LC5011-11就是一种共阴极数码显示器。它的管脚排列如图4.3所示，X为共阴极，DP为小数点。其内部是段发光二极管的负极连在一起的电路。当在它的a、b、c、d、e、f、g、DP加上正向电压时，各段发光二极管就点亮。共阳极数码显示器的阳极是连在一体的，它的工作情况与共阴极数码管是相反的，它的各段加上低电平时，所对应的发光二极管就点亮。LC5011-11管脚图4如下：
图4 LED管脚分布图及内外部结构图
用单片机驱动LED数码管有很多方法，按显示方式分，有静态显示和 动态（扫描）显示，按译码方式可分硬件译码和软件译码之分。静态显示就是显示驱动电路具有输出锁存功能，单片机将所要显示的数据送出后就不再管，直到下一次显示数据需要更新时再传送一次新数据，显示数据稳定，占用很少的CPU时间。动态显示需要CPU时刻对显示器件进行数据刷新，显示数据有闪烁感，占用的CPU时间多。这两种显示方式各有利弊；静态显示虽然数据稳定，占用很少的CPU时间，但每个显示单元都需要单独的显示驱动电路，使用的硬件较多；动态显示虽然有闪烁感，占用的CPU时间多，但使用的硬件少，能节省线路板空间。 硬件译码就是显示的段码完全由硬件完成，CPU只要送出标准的BCD码即可，硬件接线有一定标准。软件译码是用软件来完成硬件的功能，硬件简单，接线灵活，显示段码完全由软件来处理，是目前常用的显示驱动方式。本设计选用LED静态显示和软件译码。 2.3、74LS164(8位并行输出串行移位寄存器)
74LS164为8位移位寄存器，管脚定义如下图5所示： CLOCK 时钟输入端
CLEAR 同步清除输入端（低电平有效） A，B串行数据输入端 QA-QH为输出端
当清除端（CLEAR）为低电平，输出端（QA-QH）均为低电平；串行数据输
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