基于AT89S51的温度控制系统大学设计说明

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1、 摘要摘 要：本设计是以一个纸盒为控制对象，以AT89S51为控制系统核心，通过单片机系统设计实现对箱子温度的显示和控制功能。本温度控制系统是一个闭环反馈调节系统，由温度传感器LM35对纸盒温度进行检测，经A/D转换芯片得到相应的温度值，将所得的温度值与设定温度值相比较得到偏差。通过对偏差信号的处理获得控制信号，去调节加热器的通断，从而实现对保温箱温度的控制。本文主要介绍了保温箱温度控制系统的工作原理和设计方法，论文主要由三部分构成。 系统整体方案设计。 硬件设计，主要包括温度检测电路、A/D转换电路、显示电路、键盘设计和控制电路。 系统软件设计。关键词：单片机；传感器；温度检测Abstrac

2、tAbstract: The design is based on a thermal insulation box as the control object, with AT89S51 as the control system core, through the SCM system design and implementation of temperature control and display function. The temperature control system is a closed-loop feedback control system, which is c

3、omposed of a temperature sensor LM35temperature detection, through the A / D conversion chip corresponding temperature value, the temperature value and temperature value is compared with that obtained deviation. Deviation through the signal processing control signal to control the on-off, heater, th

4、us realizing the temperature display and control. This paper introduces the temperature control system principle of work and the design method, the paper mainly consists of three parts. The system overall plan design. The hardware design, including the temperature detection circuit, A / D conversion

5、 circuit, display circuit, keyboard circuit design and control. The system software design.Key words: single chip microcomputer; sensor; temperature detection目录摘要1Abstract1目录2第1章绪论31.1课题设计背景和目的31.2国外研究状况和发展趋势31.3温度检测的主要方法41.4课题设计的主要容4第2章系统总体方案设计62.1系统设计方案62.2中央处理器AT89S5172.3温度传感器LM35102.4 ADC0808112

6、.5 数码管显示132.6控制电路152.7半导体制冷片16第3章系统软件仿真193.1 keil uVision193.2程序设计203.3 proteus软件介绍233.4 仿真27第4章 PCB板制作294.1 Protel DXP 软件介绍294.2原理图334.3 PCB板图344.4实物图35结论37致38参考文献39第1章 绪论1.1课题设计背景和目的在现代化的工业生产中电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。温度作为一个基本物理量，它是一个与人们的生活环境、生产活动密切相关的重要物理量。在现代化的工业生产过程中温度作为一种常用的主要被控参数，在很多生产

7、过程中我们需要对温度参数进行检测。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测。采用单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。 因此单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。本次设计采用MCS-51系列单片机与各种外围电路构成单片机温度自动检测和控制系统，实现对温度的实时检测和控制。通过本次设计掌握温度检测控制系统的硬件设计方法和软件编写方法。熟悉Protel软件的使用方法。通过课题的研

8、究进一步巩固所学的知识，同时学习课程以外的相关知识，培养综合应用知识的能力。锻炼动手能力与实际工作能力，将所学的理论与实践结合起来。1.2国外研究状况和发展趋势随着国外工业的日益发展，温度检测技术也有了不断的进步。温度测量系统主要由两部分组成，一部分是传感器，它将温度信号转换为电信号。另一部分是电子装置，它主要完成对信号的接收、处理、对测点进行控制、温度显示等功能。对应于不同的温度段与测量精度要求，测温装置也不尽一样，从传感器方面看，己出现有各种金属材料、非金属材料、半导体材料制成的传感器，也有红外传感器。仪器本身也趋向小型化，多采用集成度较高的芯片或元件组成电路。对于测点较多，并具有报警、巡

9、测、控制等多功能测温装置，一般采用单片机电路。目前的温度检测技术原理很多，大致包括以下几种:(1)物体热胀冷缩原理(2)热电效应(3)热阻效应(4)利热辐射原理。传统的温度传感器(如,热电偶、铂电阻、双金属开关等)虽然有着各自不可替代的优点,但由于自身因自热效应影响了测量精度,从而制约了它们在微型化高端电子产品中的应用。与之相比较,半导体温度传感器具有灵敏度高、体积小、功耗低、时间常数小、自热温升小、抗干扰能力强等诸多优点,无论是电压、电流还是频率输出,在相当大的温度围( - 55150 )都与温度成线性关系,适合在集成电路系统中应用。目前,半导体温度传感器工作的温度围还限于- 50150 。

10、未来主要的研究方向将是如何扩大它的温度适用围,以与智能化、网络化等方面。近年来，在温度检测技术领域中，多种新的检测原理与技术的开发应用己取得了具有实用性的重大进展。新一代温度检测元件正在不断出现和完善化，主要包括以下几种。(1)晶体管温度检测元件(2)集成电路温度检测元件(3)核磁共振温度检测器(4)热噪声温度检测器(5)石英晶体温度检测器(6)光纤温度检测器(7)激光温度检测器。目前国外的温度控制方式越来越趋向于智能化，温度测量首先是由温度传感器来实现的。测温仪器由温度传感器和信号处理两部分组成。温度测量的过程就是通过温度传感器将被测对象的温度值转换成电的或其它形式的信号,传递给信号处理电路

11、进行信号处理转换成温度值显示出来。温度传感器随着温度变化而引起变化的物理参数有: 膨胀、电阻、电容、热电动势,磁性能、频率、光学特性与热噪声等等。随着生产的发展,新型温度传感器还会不断出现,目前,国外通用的温度传感器与测温仪大致有以下几种: 热膨胀式温度计、电阻温度计、热电偶、辐射式测温仪表、石英温度传感器测温仪。1.3温度检测的主要方法温度的测量方法多采用集成的半导体模拟温度传感器，传感器输出的电压或电流与温度在一定围呈线性关系。通过放大，采样得到被测量。另一种温度测量方法是使用热电偶，其测量精度较高，但测试过程复杂，测量时间长，而且采用电桥测量的系统抗干扰能力较差，误差较大。随着集成电路技

12、术的迅速发展新型的数字化温度传感器其精度、稳定性、可靠性与抗干扰能力都优于模拟的温度传感器。数字温度传感器也越来越的到广泛的应用。温度检测的方法根据敏感元件和被测介质接触与否，可以分为接触式与非接触式两大类。接触式检测的方法主要包括基于物体受热体积膨胀性质的膨胀式温度检测仪表；基于热电效应的热电偶温度检测仪表。非接触式检测方法是利用物体的热辐射特性与温度之间的对应关系，对物体的温度进行检测，主要有亮度法、全辐射法和比色法等。接触式测温是使测温敏感元件与被测介质接触，当被测介质与感温元件达到热平衡时，感温元件与被测介质的温度相等。这类传感器结构简单、性能可靠、精度高、稳定性好、价格低、应用十分广

13、泛，因此，本方案采用接触式测温法，选用相关类型的传感器。由单片机组成的温度测控系统,通过在单片机外部添加各种接口电路，可构成单片机最小系统，用以实现对温度控制对象的温度的显示和控制。同时也能根据实际情况实现多路巡回检测、数据处理、报警与记录,对各个参数以一定的周期进行检查和测量,检测的结果经计算机处理后再进行显示、打印和报警,以提醒操作人员注意或直接用于生产控制。1.4课题设计的主要容本温度控制系统是一个闭环反馈控制系统，它用温度传感器将检测到的温度信号经AD转换后送入单片机中进行数据处理并显示当前温度值，用当前温度值与设定温度值进行比较。根据比较的结果得到控制信号用以控制继电器的通断，实现对

14、加热器的控制。通过这种控制方式实现对保温箱的温度控制。本课题设计的容主要包括硬件设计和软件设计两部分。系统功能由硬件和软件两大部分协调完成,硬件部分主要完成主机电路、数据采集电路、键盘显示电路、控制执行等电路的设计。软件程序编写主要用来实现对温度的检测、LED显示、继电器控制等数据处理功能。第2章 系统总体方案设计2.1系统设计方案本温度控制系统是一个闭环反馈控制系统，它用温度传感器将检测到的温度信号经AD转换后送入单片机中进行数据处理并显示当前温度值，用当前温度值与设定温度值进行比较。根据比较的结果得到控制信号用以控制继电器的通断，实现对加热器的控制。通过这种控制方式实现对箱子的温度控制。本

15、课题设计的容主要包括硬件设计和软件设计两部分。系统功能由硬件和软件两大部分协调完成,硬件部分主要完成主机电路、数据采集电路、键盘显示电路、控制执行等电路的设计。软件程序编写主要用来实现对温度的检测、标度转换、LED显示、继电器控制等数据处理功能。本次设计采用MCS-51单片机作为控制芯片，采用半导体集成温度传感器ADC0808采集温度信号。通过温度传感器将采集的温度信号转换成与之相对应的电信号，送入A/D转换器进行A/D转换，将模拟信号转换成数字信号送入到控制芯片进行数据处理。通过在芯片外围添加显示、控制等外围电路来实现对保温箱温度的实时检测和控制功能。本系统功能由硬件和软件两大部分协调完成,

16、硬件部分主要完成传感器信号的采集处理,信息的显示等;软件主要完成对采集的温度信号进行处理与显示控制等功能。温控电路由传感器电路、A/D采样电路、单片机系统、输出控制电路、加温电路、降温电路构成。电路基本工作原理：传感器电路将感受到的温度信号以电压形式输出到输入到 A/D采样电路， 由 A/D转换器将数字量值送给单片机系统， 单片机系统根据设计的温度要求判断是否需要接通加温电路或降温电路。当温度量值低于设定值时，使加温电路接通，降温电路停止工作。当温度量值高于设定温度时，加温电路停止工作，降温电路工作。2.2中央处理器AT89S51AT89S51芯片AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8

17、位单片机，片含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统与80C51引脚结构，芯片集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，AT89S51在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。主要性能特点1、4k Bytes Flash片程序存储器；2、128 bytes的随机存取数据存储器（RAM）；3、32个外部双向输入/输出（I/O）口； 4、5个中断优先级、2层中断嵌套中断； 5、6个中断源； 6、2个16位可编程定时器/计数器

18、； 7、2个全双工串行通信口； 8、看门狗（WDT）电路； 9、片振荡器和时钟电路； 10、与MCS-51兼容； 11、全静态工作：0Hz-33MHz； 12、三级程序存储器锁定； 13、可编程串行通道； 14、低功耗的闲置和掉电模式。管脚说明VCC：电源电压输入端。 GND：电源地。 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

19、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，它利用部上拉优势，当对外部八位地址

20、数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的容。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。P3口除了作为普通I/O口，还有第二功能： 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（T0定时器的外部计数输入） P3.5 T1（T1定时器的外部计数输入） P

21、3.6 /WR（外部数据存储器的写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器的读选通） P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 I/O口作为输入口时有两种工作方式，即所谓的读端口与读引脚。读端口时实际上并不从外部读入数据，而是把端口锁存器的容读入到部总线，经过某种运算或变换后再写回到端口锁存器。只有读端口时才真正地把外部的数据读入到部总线。89C51的P0、P1、P2、P3口作为输入时都是准双向口。除了P1口外P0、P2、P3口都还有其他的功能。 RST：复位输入端，高电平有效。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：地址锁存允许/编程脉冲信号端

22、。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，低电平有效。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

23、外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 EA/VPP：外部程序存储器访问允许。当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 XTAL1：片振荡器反相放大器和时钟发生器的输入端。 XTAL2：片振荡器反相放大器的输出端。下载程序AT89SXX系列单片机实现了ISP下载功能，故而取代了89CXX系列的下载方式，也是因为这样，ATMEL公司已经停止生产89CXX系列的单片机，现在市

24、面上的AT89CXX多是停产前的库存产品。2.3温度传感器LM35LM35 温度传感器 LM35 是NS 公司生产的集成电路温度传感器系列产品之一，它具有很高的工作精度和较宽的线性工作围，该器件输出电压与摄氏温度线性成比例。因而，从使用角度来说， LM35 与用开尔文标准的线性温度传感器相比更有优越之处， LM35 无需外部校准或微调，可以提供1/4的常用的室温精度。 工作电压：直流430V； 工作电流：小于133A 输出电压：+6V-1.0V 输出阻抗：1mA 负载时0.1；精度：0.5精度（在+25时）； 漏泄电流：小于60A； 比例因数：线性+10.0mV/； 非线性值：1/4； 校准方

25、式：直接用摄氏温度校准； 封装：TO-46、TO-92、SO-8； 使用温度围：-55+150额定围。 引脚介绍： 正电源Vcc；输出；输出地/电源地。2.4 ADC0808ADC0808是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行模/数转换的器件。其部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。ADC0808是ADC0809的简化版本，功能基本一样。一般在硬件仿真时采用ADC0808进行A/D转换，实际使用时采用ADC0809进行A/D转换。1.ADC0808管脚图2.部结构ADC0808是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，它有8路模

26、拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器。3.引脚功能（外部特性）ADC0808芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如上图所示。各引脚功能如下： 15和2628（IN0IN7）：8路模拟量输入端。 8、14、15和1721：8位数字量输出端。 22（ALE）：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。 6（START）： A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。 7（EOC）： A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。 9（OE）：数据输出允许信号，输

27、入，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。 10（CLK）：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。 12（VREF（+）和16（VREF（-）：参考电压输入端 11（Vcc）：主电源输入端。 13（GND）：地。 2325（ADDA、ADDB、ADDC）：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路 4.通道选择地址码对应的输入通道23(ADDA)24(ADDB)25(ADDB)000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN75.极限参数电源电压（Vcc）：6.5V 控制端输入电压：-0.3

28、V15V 其它输入和输出端电压：-0.3VVcc+0.3V 贮存温度：-65+150功耗（T=+25）：875mW 引线焊接温度：气相焊接（60s）：215；红外焊接(15s)：220抗静电强度：400V6.输出端注意out7为最低位-out0为最高位，out7-out0分别接单片机的P0.0到P0.7端。2.5 数码管显示数码管相关容四位数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管 。能显示4个数码管叫四位数码管。数码管按段数分为七段数码管 和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管 单元（多一个小数点显示）；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管 。共阳数码

29、管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。 4位数码管的驱动方式1、静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机 的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行

30、驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要58=40根I/O端口来驱动，要知道一个89S51单片机 可用的I/O端口才32个呢：），实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。2、数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到一样的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路

31、的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象与发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。4位数码管的参数8字高度：8字上沿与下沿的距离。比外型高度小。通常用英寸来表示。围一般为0.25-20英寸。长*宽*高：长数码管正放时，水平方向

32、的长度；宽数码管正放时，垂直方向上的长度；高数码管的厚度。时钟点：四位数码管中，第二位8与第三位8字中间的二个点。一般用于显示时钟中的秒。 4位数码管区分共阴阳极的方法首先数码管有共阴极和共阳极之分，区别他们的方法是若公共端接地，其他端接电源，若各段测试能亮，说明是共阴的，反之共阳的；若公共端接电源，其他端分别接的，测得各端亮，则说明是共阳的，反之为共阴的。世面上的四位一体的数码管一般都没有datasheet，所以掌握他们管脚的分布是很重要的一个环节。下面是一四位一体数码管引脚分布图4位一体数码管，其部段已连接好，引脚如图所示（正面朝自己，小数点在下方）。a、b、c、d、e、f、g、dP为段引

33、脚，1、2、3、4分别表示四个数码管的位。即：12-9-8-6为公共端，A-11 B-7 C-4 D-2 E-1 F-10 G-5 DP-32.6控制电路电磁继电器的构造与工作原理： 如图所示，A是电磁铁、B是衔铁、C是弹簧、D是动触点、E是静触点；电磁继电器的工作电路可分为：、低压控制电路；、高压工作电路； 、低压控制电路：包括A、B、低压电源U1、开关S；、高压工作电路：包括高压电源U2、M、电磁继电器的触点部分D、E；工作原理：闭合低压控制电路中的开关S，电流通过电磁铁A的线圈产生磁场，从而对衔铁B产生引力，使动、静触点D、E接触，工作电路闭合，电动机工作。当断开低压控制开关S时，线圈中

34、的电流消失，电磁铁的磁性消失，衔铁B在弹簧的作用下，使动、静触点D、E脱离（断开），工作电路断开，电动机停止工作。电磁继电器作用：利用电磁继电器可以用低电压、弱电流的控制电路来控制高电压、强电流的工作电路，并且能实现遥控和生产自动化，电磁继电器被广泛地应用于自动控制（如：冰箱、汽车、电梯、机床里的控制电路）和通信领域。应用举例：电铃水位报警器温度报警器2.7半导体制冷片半导体制冷片，也叫热电制冷片，是一种热泵。它的优点是没有滑动部件，应用在一些空间受到限制，可靠性要求高，无制冷剂污染的场合。利用半导体材料的Peltier效应，当直流电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时，在电偶的两端即可分别吸

35、收热量和放出热量，可以实现制冷的目的。它是一种产生负热阻的制冷技术，其特点是无运动部件，可靠性也比较高。利用半导体制冷的方式来解决LED照明系统的散热问题，具有很高的实用价值。原理在原理上，半导体的制冷片只能算是一个热传递的工具，虽然制冷片会主动为芯片散热，但依然要将热端的高于芯片的发热量散发掉。在制冷片工作期间，只要冷热端出现温差，热量便不断地通过晶格的传递，将热量移动到热端并通过散热设备散发出去。因此，制冷片对于芯片来说是主动制冷的装置，而对于整个系统来说，只能算是主动的导热装置，因此，采用半导体制冷装置的ZENO96智冷版，依然要采取主动散热的方式对制冷片的热端进行降温。 风扇以与散热片

36、的作用主要是为制冷片的热端散热，通常热端的温度在没有散热装置的时候会达到100度左右，极易超过制冷片的承受极限，而且半导体制冷效率的关键就是要尽快降低热端温度以增大两端温差，提高制冷效果，因此在热端采用大型的散热片以与主动的散热风扇将有助于散热系统的优良工作。在正常使用情况下，冷热端的温差将保持在4065度之间。 当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联结成电偶对时，在这个电路中接通直流电流后，就能产生能量的转移，电流由N型元件流向P型元件的接头吸收热量，成为冷端由P型元件流向N型元件的接头释放热量，成为热端。吸热和放热的大小是通过电流的大小以与半导体材料N、P的元件对数来决定，以下三点是热

37、电制冷的温差电效应。 1、塞贝克效应（SEEBECKEFFECT） 一八二二年德国人塞贝克发现当两种不同的导体相连接时，如两个连接点保持不同的温差，则在导体中产生一个温差电动势：ES=S.T 式中：ES为温差电动势 S为温差电动势率（塞贝克系数） T为接点之间的温差 2、珀尔帖效应（PELTIEREFFECT） 一八三四年法国人珀尔帖发现了与塞贝克效应的效应，即当电流流经两个不同导体形成的接点时，接点处会产生放热和吸热现象，放热或吸热大小由电流的大小来决定。 Q=.I=aTc 式中：Q为放热或吸热功率 为比例系数，称为珀尔帖系数 I为工作电流 a为温差电动势率 Tc为冷接点温度 3、汤姆逊效应

38、（THOMSONEFFECT） 当电流流经存在温度梯度的导体时，除了由导体电阻产生的焦耳热之外，导体还要放出或吸收热量，在温差为T的导体两点之间，其放热量或吸热量为： Q=.I.T Q为放热或吸热功率 为汤姆逊系数 I为工作电流 T为温度梯度 以上的理论直到本世纪五十年代，联科学院半导体研究所约飞院士对半导体进行了大量研究，于一九五四年发表了研究成果，表明碲化铋化合物固溶体有良好的制冷效果，这是最早的也是最重要的热电半导体材料，至今还是温差制冷中半导体材料的一种主要成份。 约飞的理论得到实践应用后，有众多的学者进行研究到六十年代半导体制冷材料的优值系数，才达到相当水平，得到大规模的应用，也就是

39、我们现在的半导体制冷片件。 中国在半导体制冷技术开始于50年代末60年代初，当时在国际上也是比较早的研究单位之一，60年代中期，半导体材料的性能达到了国际水平，60年代末至80年代初是我国半导体制冷片技术发展的一个台阶。在此期间，一方面半导体制冷材料的优值系数提高，另一方面拓宽其应用领域。中国科学院半导体研究所投入了大量的人力和物力，获得了半导体制冷片，因而才有了现在的半导体制冷片的生产与其两次产品的开发和应用。 优点和特点半导体制冷片作为特种冷源，在技术应用上具有以下的优点和特点： 1、不需要任何制冷剂，可连续工作，没有污染源没有旋转部件，不会产生回转效应，没有滑动部件是一种固体片件，工作时

40、没有震动、噪音、寿命长，安装容易。 2、半导体制冷片具有两种功能，既能制冷，又能加热，制冷效率一般不高，但制热效率很高，永远大于1。因此使用一个片件就可以代替分立的加热系统和制冷系统。 3、半导体制冷片是电流换能型片件，通过输入电流的控制，可实现高精度的温度控制，再加上温度检测和控制手段，很容易实现遥控、程控、计算机控制，便于组成自动控制系统。 4、半导体制冷片热惯性非常小，制冷制热时间很快，在热端散热良好冷端空载的情况下，通电不到一分钟，制冷片就能达到最大温差。 5、半导体制冷片的反向使用就是温差发电，半导体制冷片一般适用于中低温区发电。 6、半导体制冷片的单个制冷元件对的功率很小，但组合成

41、电堆，用同类型的电堆串、并联的方法组合成制冷系统的话，功率就可以做的很大，因此制冷功率可以做到几毫瓦到上万瓦的围。 7、半导体制冷片的温差围，从正温90到负温度130都可以实现。 半导体温差电片件应用围通过以上分析，半导体温差电片件应用围有：制冷、加热、发电，制冷和加热应用比较普遍，有以下几个方面： 1、军事方面：导弹、雷达、潜艇等方面的红外线探测、导行系统。 2、医疗方面；冷力、冷合、白障摘除片、血液分析仪等。 3、实验室装置方面：冷阱、冷箱、冷槽、电子低温测试装置、各种恒温、高低温实验仪片。 4、专用装置方面：石油产品低温测试仪、生化产品低温测试仪、细菌培养箱、恒温显影槽、电脑等。 5、日

42、常生活方面：空调、冷热两用箱、饮水机、电子信箱等。此外，还有其它方面的应用，这里就不一一提了。第3章 系统软件仿真3.1 keil uVision1.产品介绍Keil uVision2是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，使用接近于传统c语言的语法来开发，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用,而且大大的提高了工作效率和项目开发周期,他还能嵌入汇编，您可以在关键的位置嵌入，使程序达到接近于汇编的工作效率。KEILC51标准C编译器为8051微控制器的软件开发提供了C语言环境,同时保留了汇编代码高效,快速的特点。

43、C51编译器的功能不断增强， 使你可以更加贴近CPU本身，与其它的衍生产品。C51已被完全集成到uVision2的集成开发环境中，这个集成开发环境包含：编译器，汇编器，实时操作系统，项目管理器，调试器。uVision2 IDE可为它们提供单一而灵活的开发环境。2.系统功能Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面，使您能在很短的时间就能学会使用keil c51来开发您的单片机应用程序 。 另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体

44、现高级语言的优势。3.2程序设计源程序如下：#include #define uchar unsigned char int a,temp,h; /*a为数字；c为符号位；temp为温度；h为延时*/unsigned char num12=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xa7;/*num0num9为 09；num10为 c*/uchar getdata;sbit P2_0=P20;sbit P2_1=P21;sbit P2_2=P22;sbit P2_3=P23;sbit P2_4=P24;sbit P2_5=P25;sb

45、it P2_6=P26;sbit P3_4=P34;sbit OE=P35;sbit EOC=P36;sbit ST=P37;main()TMOD=0x01; /*T/C0工作在方式1定时*/EA=1; /*CPU开中断*/PX1=1;ET0=1; /*T/C0开中断*/TR0=1; /*启动T/C0开始计数*/EX0=1;IT0=1;EX1=1;IT1=1;TH0=(65536-1)/256; /*预置计数初值*/TL0=(65536-1)%256;while(1)ST=0;OE=0;ST=1;ST=0;while(!EOC);OE=1;getdata=P1; /读取AD采样值OE=0;te

46、mp=(int)getdata; /AD转换VIN=Vref*getdata/(28-1) ，显示为三位，故扩大100倍，参考电压2.55VP0=num0;P2_3=1;P2_4=0;P2_5=0;P2_6=0;for(h=0;h50;h+);P0=0xff;P0=numa/10;P2_3=0;P2_4=1;P2_5=0;P2_6=0;for(h=0;h50;h+);P0=0xff;P0=numa%10;P2_3=0;P2_4=0;P2_5=1;P2_6=0;for(h=0;h50;h+);P0=0xff;P0=num10;P2_3=0;P2_4=0;P2_5=0;P2_6=1;for(h=0

47、;h50;h+);P0=0xff;if(atemp)P2_0=0; /*反向加热*/P2_1=0;P2_2=1; int0() interrupt 0a+;if(a50)a=50; timer0() interrupt 1TH0=(65536-1)/256; /*重赋初值*/TL0=(65536-1)%256;P3_4=!P3_4;int1() interrupt 2a-;if(a0)a=0;3.3 proteus软件介绍界面软件简介Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为风标电子技术）。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功

48、能，还能仿真单片机与外围器件。它是目前最好的仿真单片机与外围器件的工具。虽然目前国推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理

49、器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。 功能特点Proteus软件具有其它EDA工具软件（例：multisim）的功能。这些功能是： 1原理布图 2PCB自动或人工布线 3SPICE电路仿真 革命性的特点1互动的电路仿真 用户甚至可以实时采用诸如RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。 2仿真处理器与其外围电路 可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型 上编程，再配合显示与输出，能看到运行后输入输出的效果。配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示

50、波器等，Proteus建立了完备的电子设计开发环境。 基本操作1、选择元件：P按钮常用元件所在库与名称名称所在库名元件名51单片机MicroprocessorAT89C51电阻Resistors排阻ResistorsRESPACK电容Capacitors晶振MiscellaneousCRYSTAL继电器Switches&RelaysG2R三级管Transistors7段数码管Optoelectronics 7SEG-COM-AN（共阳）7SEG-COM-CAT（共阴）LEDOptoelectronicsLED-BLUE/GREEN2、选择要使用的元件在Pick Device窗口双击相应元件名称

51、，即可将元件添加到主界面左侧的列表中 3、放置元件到绘图区单击列表中的元件，然后在右侧的绘图区单击，即可将元件放置到绘图区。（每单击一次鼠标就绘制一个元件，在绘图区空白处单击右键结束这种状态） 4、删除元件右击元件一次表示选中（被选中的元件呈红色），选中后再一次右击则是删除。 5、移动元件右击选中，然后用左键拖动。 6、旋转元件左下角旋转工具栏 7、元件连线在引脚上鼠标指针变成X状，单击，移动到目的引脚，再次单击。 8、删除连线同删除元件 9、绘制电源和地单击工具栏上的左起第8个工具（Inter-Sheet Terminal），左侧工具栏显示TERMINALS，可在其中选择POWER或GROU

52、ND，像放置元件一样放置到绘图区。 功能模块（1）智能原理图设计（ISIS）丰富的器件库：超过27000种元器件，可方便地创建新元件； 智能的器件搜索：通过模糊搜索可以快速定位所需要的器件； 智能化的连线功能：自动连线功能使连接导线简单快捷，大大缩短绘图时间； 支持总线结构：使用总线器件和总线布线使电路设计简明清晰； 可输出高质量图纸：通过个性化设置，可以生成印刷质量的BMP图纸，可以方便地供WORD、POWERPOINT等多种文档使用。 （2）完善的电路仿真功能（Prospice）ProSPICE混合仿真：基于工业标准SPICE3F5，实现数字/模拟电路的混合仿真； 超过27000个仿真器件

53、：可以通过部原型或使用厂家的SPICE文件自行设计仿真器件，Labcenter也在不断地发布新的仿真器件，还可导入第三方发布的仿真器件； 多样的激励源：包括直流、正弦、脉冲、分段线性脉冲、音频（使用wav文件）、指数信号、单频FM、数字时钟和码流，还支持文件形式的信号输入； 丰富的虚拟仪器：13种虚拟仪器，面板操作逼真，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、直流电压/电流表、交流电压/电流表、数字图案发生器、频率计/计数器、逻辑探头、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器等； 生动的仿真显示：用色点显示引脚的数字电平，导线以不同颜色表示其对地电压大小，结合动态器件（如电机、显示器件、按钮）的使用可以

54、使仿真更加直观、生动； 高级图形仿真功能（ASF）：基于图标的分析可以精确分析电路的多项指标，包括工作点、瞬态特性、频率特性、传输特性、噪声、失真、傅立叶频谱分析等，还可以进行一致性分析； （3）独特的单片机协同仿真功能（VSM）支持主流的CPU类型：如ARM7、8051/52、AVR、PIC10/12、PIC16、PIC18、PIC24、dsPIC33、HC11、BasicStamp、8086、MSP430等，CPU类型随着版本升级还在继续增加，如即将支持CORTEX、DSP处理器； 支持通用外设模型：如字符LCD模块、图形LCD模块、LED点阵、LED七段显示模块、键盘/按键、直流/步进/

55、伺服电机、RS232虚拟终端、电子温度计等等，其COMPIM（COM口物理接口模型）还可以使仿真电路通过PC机串口和外部电路实现双向异步串行通信； 实时仿真：支持UART/USART/EUSARTs仿真、中断仿真、SPI/I2C仿真、MSSP仿真、PSP仿真、RTC仿真、ADC仿真、CCP/ECCP仿真； 编译与调试：支持单片机汇编语言的编辑/编译/源码级仿真，带8051、AVR、PIC的汇编编译器，也可以与第三方集成编译环境（如IAR、Keil和Hitech）结合，进行高级语言的源码级仿真和调试； （4）实用的PCB设计平台原理图到PCB的快速通道： 原理图设计完成后，一键便可进入ARES的

56、PCB设计环境，实现从概念到产品的完整设计； 先进的自动布局/布线功能：支持器件的自动/人工布局；支持无网格自动布线或人工布线；支持引脚交换/门交换功能使PCB设计更为合理； 完整的PCB设计功能：最多可设计16个铜箔层，2个丝印层，4个机械层（含板边），灵活的布线策略供用户设置，自动设计规则检查，3D 可视化预览； 多种输出格式的支持：可以输出多种格式文件，包括Gerber文件的导入或导出，便利与其它PCB设计工具的互转（如protel）和PCB板的设计和加工。 资源丰富1Proteus可提供的仿真元器件资源：仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件，有30多个元件库。 2Proteus可提

57、供的仿真仪表资源 ：示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、交直流电流表。理论上同一种仪器可以在一个电路中随意的调用。 3除了现实存在的仪器外，Proteus还提供了一个图形显示功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出来，其作用与示波器相似，但功能更多。这些虚拟仪器仪表具有理想的参数指标，例如极高的输入阻抗、极低的输出阻抗。这些都尽可能减少了仪器对测量结果的影响。 4Proteus可提供的调试手段 Proteus提供了比较丰富的测试信号用于电路的测试。这些测试信号包括模拟信号和数字信号。 电路仿真在PROTEUS绘制好原理图

58、后，调入已编译好的目标代码文件：*.HEX，可以在PROTEUS的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。 PROTEUS 是单片机课堂教学的先进助手。 PROTEUS不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程形象化。前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则是实物演示实验难以达到的效果。 它的元器件、连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能，例：元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改、软件调试、运行结果等。 3.4 仿真仿真图如下：第4章 PCB板制作4.1 Protel DXP 软件介绍Altium公司作为EDA领

59、域里的一个领先公司，在原来Protel 99SE的基础上，应用最先进的软件设计方法，率先推出了一款基于Windows2000和Windows XP操作系统的EDA设计软件Protel DXP。简介Protel DXP在前版本的基础上增加了许多新的功能。新的可定制设计环境功能包括双显示器支持，可固定、浮动以与弹出面板，强大的过滤和对象定位功能与增强的用户界面等。Protel DXP是第一个将所有设计工具集于一身的板级设计系统，电子设计者从最初的项目模块规划到最终形成生产数据都可以按照自己的设计方式实现。Protel DXP运行在优化的设计浏览器平台上，并且具备当今所有先进的设计特点，能够处理各种

60、复杂的PCB设计过程。通过设计输入仿真、PCB绘制编辑、拓扑自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术融合，Protel DXP提供了全面的设计解决方案。 设计理念Protel DXP2004是Altium公司于2004年推出的最新版本的电路设计软件，该软件能实现从概念设计，顶层设计直到输出生产数据以与这之间的所有分析验证和设计数据的管理。当前比较流行的Protel 98、Protel 99 SE，就是它的前期版本。 Protel DXP 2004已不是单纯的PCB（印制电路板）设计工具，而是由多个模块组成的系统工具，分别是SCH（原理图）设计、SCH（原理图）仿真、PCB（印制电路板）设计、A

61、uto Router（自动布线器）和FPGA设计等，覆盖了以PCB为核心的整个物理设计。该软件将项目管理方式、原理图和PCB图的双向同步技术、多通道设计、拓朴自动布线以与电路仿真等技术结合在一起，为电路设计提供了强大的支持。 与较早的版本Protel99相比，Protel DXP 2004不仅在外观上显得更加豪华、人性化，而且极强化了电路设计的同步化，同时整合了VHDL和FPGA设计系统，其功能大大加强了。 特点Protel DXP 2004新特点： 1. 整合式的元件与元件库 在Protel DXP 2004中采用整合式的元件,在一个元件里连结了元件符号(Symbol)、元件包装(Footprint)、SPICE元件模型(电路仿真所使用的)、