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图5.1 控制电路框图
单片机选用AT89C51,扩展一片24C256（用作键盘接口）和一片74HC138（用作显示器接口和三个LED灯）系统时钟电路和看门狗电路。
键盘与显示器是人机联系的接口，键盘由10个数字键和6个命令键组成，供操作者输入命令和参数。显示屏由四片LED段显示器和三个LED灯组成。四片显示器用来显示温度，三个LED灯用来指示启动、加温、冷却、结束。一个命令键用于选择淬火温度，另3个键分别为自动、启动、停止键。
过程量通道I/O包括包括模拟量输入，执行信号和开关量的输出。温度检测时通过以下过程来完成的；从被加热工件辐射出来的光，经过WDL-2型光电温度计进行光电耦合，产生一个电信号；再经过信号调理电路进行放大滤波，然后通过A/D转换器至CPU进行数字处理、标度变换，最后输出并显示温度[11，
15]
。
5.1.1 芯片的功能引脚介绍
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存（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，如图5.2所示。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。AT89C51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。AT89C51的芯片管脚图如图5.2。
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1234567891011121314151617181920P1.0/TP1.1/TP1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RESETP3.0(RXD)P3.1(TXD)P3.2(INT0)P3.3(INT1)P3.4(T0)P3.5(T1)P3.6(WR)P3.7(RD)XTAL2XTAL1GNDVCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EA/VPALE/PPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.04039383736353433323130292827262524232221
图5.2 AT89C51的结构
VCC：供电电压。GND：接地。 1) 数据地址口功能介绍
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
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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，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。
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低位字节。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（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) 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。
3) 芯片擦除：
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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。 5.1.2 A/D转换器设计
单片机只能识别数字信号，这就要求我们把采集的信号都要转换成数字的。ADC0809是广泛使用的模/数转换器。A/D转换电路是数据采集系统的核心电路。目前A/D转换电路的种类繁多，但大量投放市场的单片集成或模块A/D按其转换原理主要分为逐次逼近式、双积分式、量化反馈式和并行式A/D转换器。
双积分式A/D转换器转换精度高，抗干扰能力强、价格低，但转换速度较慢;并行式转换器速度快，但价格高;逐次逼近式A/D转换器，转换精度较高、速度快，大约在几微妙到几百微妙之间，但抗干扰能力相对弱。总的来讲逐次逼近式A/D转换器的性价比最高，应用最广泛，国内使用较多的芯片有ADC0808/0809,ADC0801-ADCO805及ADC0816/0817和AD574等，本系统选用中速、低廉的逐次逼近式ADC0809模数转换芯片。
A/D转换器的主要技术指标为:
1)分辨率表示输出数字量变化一个相邻数码所需输入模拟电压的变化量，习惯上以输出的二进制位数或BCD码位数表示。
2)量化误差由A/D转换器的有限分辨率而引起的误差。
3)转换精度反映一个实际A/D转换器在量化值上与理想A/D转换器的差值。
4)转换速率指能够重复进行数据转换的速度，即每秒转换的次数。 AD0809的技术指标： 1）分辨率 8位； 2）总的不可调误差 ±1/2LSB；
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3）第一电源 5V；
4）温度范围 -40℃～+85℃； 5）低功耗 15mV-W； 6）变换时间 100μS；
7）按比例操作，或参考电压接直流5V，或接可调的模拟电压。
本设计主要是将负载的温度模拟信号转换为数字信号送给单片机，以达到对淬火加热温度的控制。在可不采用外部总线结构的单片机系统中（如由AT89C51组成的系统）。ADC0809的数据线直接与单片结构的P0口相连，并由单片机的P0口直接对ADC0809进行控制。 5.1.3 时钟电路的设计
单片机的时钟信号用来提供单片机片内各种微操作的时间基准，时钟信号通常用两种电路形式得到:内部振荡和外部振荡。MCS-51单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，引脚XTALl和XTAL2分别是此放大电器的输入端和输出端，由于采用内部方式时，电路简单，所得的时钟信号比较稳定，实际使用中常采用这种方式，如图5.3所示在其外接晶体振荡器(简称晶振)或陶瓷谐振器就构成了内部振荡方式，片内高增益反向放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起可构成一个自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。图5.3中外接晶体以及电容C2和C3构成并联谐振电路，它们起稳定振荡频率、快速起振的作用，其值均为30pF左右，晶振频率选6MHz[13]。 5.1.4 复位电路的设计
为了初始化单片机内部的某些特殊功能寄存器，必须采用复位的方式，复位后可使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初始状态开始正常工作。单片机的复位是靠外电路来实现的，在正常运行情况下，只要RST引脚上出现两个机器周期时间以上的高电平，即可引起系统复位，但如果RST引脚上持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。复位后系统将输入/输出(I/O)端口寄存器置为FFH，堆栈指针SP置为07H, SBUF内置为不定值，其余的寄存器全部清0，内部RAM的状态不受复位的影响，在系统上电时RAM的内容是不定的[20]。复位操作有两种情况，即上电复位和手动(开关)复位。本系统采用上电复位方式。