基于单片机的多路温度采集系统文档格式.docx

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其电路外形如图2所示，它采用金属壳3脚封装，其中1脚为电源正端V＋；

2脚为电流输出端I0；

3脚为管壳，一般不用。

集成温度传感器的电路符号如图3所示。

图2AD590的外形图3AD590的电路符号

AD590的主特性参数如下：

工作电压：

4～30V；

工作温度：

－55～＋150℃；

保存温度：

－65～＋175℃；

正向电压：

＋44V；

反向电压：

－20V；

灵敏度：

1μA／K。

（2）温度采样电路如图4，在设计测温电路时，首先应将电流转换成电压。

由于AD590为电流输出元件，它的温度每升高1K，电流就增加1μA。

当AD590的电流通过一个10kΩ的电阻时，这个电阻上的压降为10mV，即转换成10mV／K。

图4所示是一个电流／电压和绝对／摄氏温标的转换电路，其中运算放大器U1A被接成电压跟随器形式，以增加信号的输入阻抗。

而运放U1B的作用是把绝对温标转换成摄氏温标，给A2的同相输入端输入一个恒定的电压（如1．235V），然后将此电压放大到2．73V。

这样，A1与A2输出端之间的电压即为转换成的摄氏温标。

U1C是一个减法器将A1与A2相减后输出。

图4温度采样输入电路

2.2.2A/D转换电路

ADC0809是带有8位A/D转换器、8个模拟量输入通道，有通道地址译码锁存器，输出带三态地址锁存器。

启动信号为脉冲启动方式，最大可调误差为

1LS。

ADC0809内部设有时钟电路，故CLK时钟需要由外部输入，

允许范围为500Khz-1MHz，典型值为640KHz。

引脚结构：

ADC0809采用双列直插式封装，共有28条引脚。

其引脚结构图如图5所示。

IN0-IN7:

8条模拟量通道。

ADC0809对输入模拟量要求：

信号单极性,电压范围是0-5v，若信号太小，必须进行放大；

输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。

图5ADC0809引脚图

地址输入和控制线：

4条。

ALE为地址锁存允许输入线,高电平有效。

当ALE现为高电平时，地止锁存与译码器将ADDA、ADDB和ADDC三条地址输入线，用于选通IN0~IN7上的一路模拟量输入。

数字量输出及控制线：

11条。

START为转换启动信号。

当START上跳沿时，所有内部寄存器清零；

下跳沿时，开始进行A/D转换；

在转换期间，START应保持低电平。

EOC位转换结束信号。

当EOC为高电平时，表明转换结束；

否则，表明正在进行A/D转换。

OE为输出允许信号，用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。

OE=1,输出转换得到的数据；

OE=0，输出数据线呈高阻状态。

D7-D0为数字数出线。

电源线及其他：

5条。

CLOCK为时钟输入信号线。

因ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须有外界提供，通常使用频率为500KHz的时钟信号。

Vcc为+5V电源线。

GND为地线。

Vref（+）和Vref（-）为参考电压输入，参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。

本系统中ADC0809通过单片机程序选择多路输入中的一路模拟信号，并将将采样的模拟信号转换为数字信号送入单片机。

2.3键盘控制的设计

键盘按结构的不同可分为独立式按键和行列式键盘两类，每类按译码方式的不同又分为编码式和非编码式两种。

本设计采用独立式按键方式，如图6所示，主要通过4个键，S1、S2、S3、S4来实现指定显示某一电路，当S1断开时，为巡回检测电路，当S1闭合时，指定显示电路的通道数与S2、S3、S4的关系见下表1。

图6键盘电路

表1S键对应的通道数

S4

S3

S2

对应通道数

#0

1

#1

#2

#3

#4

#5

#6

#7

“1’”表示键闭合，“0”表示键断开。

2.4显示系统的设计

显示系统是单片机控制系统的重要组成部分，主要用于显示各种参数的值，以便使现场工作人员能够及时掌握生产过程。

2.4.1YH310401K三位一体数码管

本文采用YH310401K三位一体数码管，如图7所示，采用12脚双列直插式封装，a-g、dp为段引脚，SEG1-3为位引脚，采用共阳结构。

本文中的显示精度为一位小数点。

图7SR410561K数码管外形及电路符号

2.4.2LED显示电路设计

LED的显示有静态显示方式和动态显示方式。

在静态显示方式下，N块显示器件都处于选通状态；

每一块显示器件的段选线和一个8位的并行口相连，只要控制显示位的段选码，就可显示出相应的字幅。

由于显示器件由不同的I/O控制，所以静态显示方式中的每一位都可以独立显示，在同一时刻每一位显示的字符可以各不相同。

LED动态显示就是将所有显示位的段选线并联在一起，有一个8位I/O口控制，而位选线则有其他的I/O口控制，通过程序控制，不断循环输出相应的段选码和位选码，由于人的视觉暂留效应，就可以获得视觉稳定的显示状态。

本设计选用的是串行口动态扫描显示，其电路图如8所示。

74LS164为串行输入/8位并行输出的移位寄存器。

由于单片机输出的电流驱动能力较小，为此，使用了未级驱动三极管作为地址驱动。

图8串行动态LED扫描电路

2.5报警系统的设计

图9报警系统的电路图

报警系统的电路图如图9所示。

报警是单片机控制系统的一项重要功能，主要用于保证设备正常运行和安全等。

在工作过程中控制系统实时检测环境温度，当超出允许范围时，控制系统便会发出报警信号，引起操作者的注意以便采取相应的处理措施。

2.6系统的电源设计

稳压电源是单片机测控系统的重要组成部分，它不仅为测控系统提供多路电源电压，还直接影响到系统的技术指标和抗干扰性能。

近年来，传统的线性稳压电源正逐步被高效率的开关电源所取代。

特别是单片开关电源的迅速推广应用，为设计新型、高效、节能电源创造了良好的条件。

线性集成稳压器分固定式输出、可调式输出两种类型，本文中选用78L05和78L09，其电路图如图10所示。

此系统中除了提供主系统电源外，还需要提供+9V电源。

图10电源电路原理图

3系统软件设计

3.1温度检测程序设计

温度检测程序主要由以下几个方面构成：

（1）采样周期T的确定：

如果对控制系统的速度要求不高，且计算机的工作任务较少，采样周期可通过软件程序实现；

否则应通过扩展时钟芯片实现。

（2）采样开关通道号的控制：

控制采样开关选择要监测数据的通道。

（3）A/D转换：

实现模拟量到数字量的转换。

3.1.1主程序的设计

图11主程序程序流程图

主程序流程图如图11所示，其功能为：

设置定时器0、外部中断0、和外部中断1的中断程序入口；

设置定时器0的工作方式为1；

定时时间为100ms；

设置计数单元（30H）初值。

初始化程序完成后启动定时器，等待中断。

此程序等待中断处为死循环，当中断程序完成后，装入定时器初始值，继续等待中断，如此一直重复下去，直到关闭主电源为止。

3.1.2定时器中断程序的设计

定时器0中断功能：

实现8秒定时，通过检测计数单元的数据判断定时事件是否到8秒，8秒时间到，触发外部中断0，执行数据采样程序。

定时器中断程序流程框图12

所示。

图12定时器中断程序流程图

3.1.3数据采样程序的设计

数据采样程序功能：

温度检测通道，控制存放数据的地址和采样次数。

数据检测的方式是先对8个通道各采样一次，然后再采集第二次……共采集五次。

采样程序采用中断方式。

在设置通道初值、通道数、采样次数和存放数据的开始地址后，启动A/D转换，随后检测标志位状态。

标志位被清零，标志着本通道的A/D转换已经结束，在修改通道号和数据存放地址后，对下一通道继续检测。

当8个通道的检测工作完成后，判断5次采样是否全部完成，若没完成，则对8个通道继续采样，直至完成5次采样工作。

数据采样程序流程框图如3-3所示。

图13数据采样程序流程图

3.1.4A/D转换程序流程图

A/D转换完成中断功能：

将标志位清零，读取转换后的温度数据并存放在RAM中。

A/D转换完成中断程序流程图如图14所示。

程序说明：

程序实现5次采样，每次检测8个通道。

图14A/D转换完成中断程序流程图

3.2LED显示程序设计

动态显示程序流程图如图15所示。

图15动态显示程序流程图

3.3报警系统的程序设计

报警处理程序一般都需要根据系统的要求编写，如有的报警系统要求能够发出声光报警信号、记录报警时间参数或进行自动处理等。

虽然不同的系统的报警处理程序是不一样的，但报警程序的设计基本思想是相同的。

报警程序主要有以下几个步骤组成：

（1）采样被测参数。

图16报警程序流程框图

（2）比较采样值和给定的上下限。

（3）根据比较结果执行相应的处理程序。

报警程序的设计思想是预设允许的连续异常的次数为N，将采样值和预先设定的报警值进行比较，如果发现采样值超过报警值，则判断上一次采样值是否正常。

如果正常，则重置允许的连续不正常的次数N，并设置本次采样不正常标志，然后继续采样。

如果上一次采样值不正常，则判断是否连续N次采样异常，不是则设置本次采样不正常标识以及计算允许的连续异常次数，然后继续采样；

否则发出执行报警处理程序。

设上限报警值存放在Amax单元，下限报警值存放在Amin单元，采样值存放在SAMP单元，允许的连续异常次数存放在NUM单元。

FLAG为上次采样异常标志位，FLAG=0,上次采样正常；

FLAG=1,上次采样异常。

报警程序流程框图16所示。

总结

本文以MCS-51单片机系统为基础，通过热电阻AD590的阻值随温度的变化而得到的模拟信号进行采集，连接ADC0809实现多路模拟信号的采集，并通过A/D转换器对模拟信号进行数模转换，把转换得到的数字信号送入单片机,通过单片机进行控制操作。

本文测量的温度范围为零下40到120摄氏度，若超出这个温度范围则报警。

参考文献：

[1]余锡存,曹国华.单片机原理与实用技术[M].西安:

西安电子科技大学出版社,2007.9.

[2]王为青,程国刚.单片机KeilCx51应用开发技术[M].北京:

人民邮电出版社,2006.12:

223-226.

[3]陈学平.protel2004快速上手[M].北京:

人民邮电出版社,2005.9..

[4]康华光.电子技术基础摸拟部分[M].北京:

高等教育出版社,2006.1.

[5]康华光.电子技术基础数字部分[M].北京:

[6]郁有文等.传感器原理及工程应用[M].西安:

西安电子科技大学出版社,2008.7:

215-238.

附录1：

程序清单

初始化程序清单：

ORG0000H

AJMPSTART

ORG0003H

AJMPSAMPLE

ORG0013H

AJMPEOC

START：

MOVTMOD，#01H

MOVTH0,#3CH

MOVTL0,#0B0H

MOV30H,#00H

SETBIT0

SETRIT1

SETBEX0

SETBET0

SETBEA

SETBTR0

HERE：

AJMPHERE

定时器中断程序程序清单：

TIME0：

CLREA

INC30H

MOVA,30H

XRLA,#50H

JZS_8

AJMPRECOUN

S_8：

SETBP3.2

NOP

CLRP3.2

RECOUN：

MOVTL0,#0B0H

SETBEA

RET1

数据采样程序程序清单：

SAMPLE：

SETB00H

MOVDPTR,#0F00H

MOVR6,#08H

MOVR7,#05H

MOVR0,#40H

TRANS：

MOVX@DPTR,A

WAIT：

JB00H,WAIT

SETB00H

INCDPTR

INCR0

INCR0

DINZR6,#TRAN_S

MOVDPTR,#0F00H

DJNZR7,TRAN_S

……

RETI

A/D转换完成中断程序程序清单：

EOC中断处理程序

EOC：

MOVXA,@DPTR

MOV@R0,A

CLR00H

串行显示的程序清单：

ORG0100H

MOVSCON,#00H

MAIN:

MOVR3,#OOH

LOOP:

MOVR4,#0E8H

DELAY:

ACALLDISPLAY

DJNZR4,DELAY

INCR3

CJNER3,#0AH,LOOP

AJMPMAIN

DISPLAY:

CLRP3.3

ACALLDISP

ACALLDELAY1

SETBP3.3

DISP:

MOVA,R3

MOVDPTR,#TABLE

MOVCA,@A+DPTR

MOVBUFF,A

WAIT:

JNBTI,WAIT

CLRTI

RET

DELAY1:

MOVR6,#10H

LOOP1:

MOVR7,#38H

LOOP2:

DJNZR7,LOOP2

DJNZR6,LOOP1

TABLE:

DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,

DB92H,82H,0F8H,80H,90H

END

报警程序清单：

MOVNUM,#03H

CHECK:

CLRC

MOVA,Amax

SUBBA,SAMP

JCABNORMAL

MOVA,Amin

JNCABNORMAL

AJMPRETU

ABNORMAL:

JBFLAG,ABNOR-L

MOVNUB,#03H

SETBFLAG

AJMPRETU

ABNOR-L:

MOVA,NUM

JZALARM

DECNUM

SERBFLAG

ALARM1:

…

RETU:

RET

附录2：

电路原理图