基于8086微处理器的温度测控系统设计改.docx

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基于8086微处理器的温度测控系统设计改

基于8086微处理器的温度测控系统设计

摘要：

本文介绍了一种基于8086微处理器的温度测控系统，采用温度传感器AD590采集温度数据，用CPU控制温度值稳定在预设温度。

当温度低于预设温度值时系统启动电加热器，当这个温度高于预设温度值时断开电加热器。

该系统通过实验，取得了较为满意的控制效果。

可应用在一些精度要求不太高的系统中。

为了降低整个系统的成本，在满足性能的要求下，选择低成本器件，简化系统设计。

关键词：

8086微处理器温度传感器A/D转换器温度测控系统

前言

随着科技的不断发展，传统的温度监测方法由于工作量大，操作不方便，测量准确度低，难以满足各个领域的要求。

目前，微处理器8086在工业控制系统诸多领域得到了广泛的应用,由于它具有极好的稳定性，更快和更准确的运算精度得到了广泛应用。

由于模拟温度传感器输出为模拟信号，需要经A/D转换后获得数字信号传输给微处理器接口，使得硬件电路结构复杂，成本较高。

而新型单总线数字式温度传感器将温度测量和A/D集合成一体，直接输出数字量，使得硬件电路结构简单，8086微处理器具有丰富的外设且功耗很低，工作稳定，方便调试。

本文设计了一种基于8086微处理器单片机和温度传感器AD590采集温度数据的温度测控系统，具有较强的推广应用价值。

1．方案设计

1．1方案一

设计一种温度控制方法将温度控制在某一设定值。

在该实验利用PC机键盘输入设定温度值。

当系统采集的温度值低于设定值时，开通加热系统，反之，当温度高于设定值时，关闭加热系统。

仍然利用8255的PC6口控制加热系统。

分析和讨论：

该系统实现了将温度控制到一设定值，并保持稳定，但温度值只能设定一次。

当在控制过程中，如果有时想将温度再调高点就办不到了，为此引入了方案二。

1.2方案二

设计一种温度控制方法将温度控制到某一设定值，并保持稳定。

同时还可以根据实际需要重新设置温度并进行重新控制调节，使温度达到一新的设定值，并保持稳定。

这里的重新设置和控制可以进行无限多次，当然这个设置值得在某一最大值范围之内，这里把最大值设为76℃。

当设置温度大于76℃时，系统就会报错并退出系统。

经过对以上两方案得分析、比较，我觉得方案二比较完善些，于是我采用方案二作为本场次设计的总体方案。

其流程图如图4-1所示

2．温度控制系统的总体概况

2.1温度控制系统的总体结构

温度信息由温度传感器测量并转换成微安级的电流信号，经过运算放大电路将温度传感器输出的小信号进行跟随放大，输入到A/D转换器（ADC0809）转换成数字信号输入主机。

数据经过标度转换后，一方面通过数码管将温度显示出来；另一方面，将该温度值与设定的温度值进行比较，调整电加热炉的开通情况，从而控制温度。

在断开电加热器，温度仍然异常，报警器发出声音报警，提示采取相应的调整措施。

其温度控制系统的原理框图如图1-1所示。

图2-1系统原理框图

2.2系统硬件选择和设计

2.2.1系统扩展接口的选择

本次设计采用的是8086微处理器，选择8255A可编程并行接口作为系统的扩展接口，8255A的通用性强，适应灵活，通过它CPU可直接与外设相连接。

2.2.2温度传感器与A\D转换器的选择

本系统选用温度传感器AD590构成测温系统。

AD590是一种电压输入、电流输出型集成温度传感器，测温范围为-55℃~150℃，非线性误差在±0。

30℃，其输出电流与温度成正比，温度没升高1K（K为开尔文温度），输出电流就增加1uA。

其输出电流I=（273+T）uA。

本设计中串联电阻的阻值选用2KΩ，所以输出电压V+=（2730+10T）MV.另外，为满足系统输入模拟量进行处理的功能，对其再扩展一片ADC0809，以进行模拟—数字量转化。

2.2.3显示接口芯片

为满足本次设计温度显示的需要，我们选择了8279芯片，INTEL8279芯片是一种通用的可编程的键盘、显示接口器件，单个芯片就能完成键盘键入和LED显示控制两种功能。

备注：

系统硬件接线应尽量以插接形式连接，这样便于多用途使用和故障的检查和排除。

3．系统主要元件功能与原理介绍

3.18086微处理器及其体系结构

3.1.18086微处理器的一般性能特点

（1）16位的内部结构，16位双向数据信号线；

（2）20位地址信号线，可寻址1M字节存储单元；

（3）较强的指令系统；

（4）利用第16位的地址总线来进行I/O端口寻址，可寻址64K个I/O端口；

（5）中断功能强，可处理内部软件中断和外部中断，中断源可达256个；

（6）单一的＋5V电源，单相时钟5MHz。

另外，Intel公司同期推出的Intel8088微处理器一种准16位微处理器，其内部寄存器，内部操作等均按16位处理器设计，与Intel8088微处理器基本上相同，不同的是其对外的数据线只有8位，目的是为了方便地与8位I/O接口芯片相兼容。

3.1.28086CPU的编程结构

编程结构：

是指从程序员和使用者的角度看到的结构，亦可称为功能结构。

从功能上来看，8086CPU可分为两部分，即总线接口部件BIU（BusInterfaceUnit）和执行部件EU（ExecutionUnit）。

8086CPU的内部功能结构如图3－1所示:

图3-18086CPU内部功能结构图

4．系统工作原理及软件设计

4．1、系统工作原理

4．1．1温度测量显示部分

温度通过AD590温度传感集成芯片，将温度变化量转换成电压值变化量，经过OP07一级跟随后输入到电压放大电路，放大后的信号输入到A/D转换器将模拟信号转换成数字信号，然后将该数字信号通过然间编程转化为十进制BCD码，并送到8279进行温度值的显示。

4．1．2温度控制部分

温度的上升或下降，通过给加热系统通断电来实现。

当需要加热时，8255的PC6输出低电平，启动加热系统。

当需要降温时，8255的PC6输出高电平，关闭加热系统。

加热或降温的控制信号通过8255的PA0读取拨动开关的状态来实现。

4．2系统软件设计

本设计的目的是以8086微处理器为控制器，将温度传感器输出的小信号经过放大和低通滤波后，送至A/D转换器；微控制器实时采集、显示温度值（要求以摄氏度显示），同时系统还应可设定、控制温度值，使系统工作在设定温度。

4.3系统流程图

4．3．1主程序

通过开始界面，显示提示信息，调用温度子程序，设置温度。

通过模数转换器采集A\D值并求其平均值。

调用BCD码转换子程序将其转换为十进制温度值；调用显示子程序，如果温度高于实际温度，就加热，反之拨动开关关闭，停止加热。

在此过程中，还可以重复设置温度值。

其流程图如图4-1所示。

图4-1

4．3．2BCD码转换子程序

设定温度为0摄氏度时变换放大电路送出的模拟量为0.0V，此时A/D输出的数字量为00H；温度为76.5℃时变换器送出对应电压4.98V，此时A/D输出的数字量为FFH，即每0.3℃对应1LSB的变化量，对应电压值为19.5mV。

报警温度设定为76.8℃，此时，输出电压约为5.0V左右。

其流程图如图5-2所示。

图4-2

4．3．3显示子程序

采用动态显示方式，其流程图如图5-3所示。

4．4．4温度值设置子程序

问了避免加热温度过高，在程序设计中加了一条，即设定值不能大于76.8℃，否则就认为有错系统报警。

其流程图如图5-4所示。

图4-3

5．系统调试

通过前一部分的介绍说明，我们对系统的工作情况有了大体的了解。

为了进一步了解系统的工作过程，这里介绍一下系统调试过程及调试过程中出现的一些具体的问题。

我们的实验调试软件运行于DOC环境下，其步骤如下：

一、根据硬件图和原理图连接好线路。

二、在PC机上敲入程序，并对其进行的查错，编译，连接，最后生成可执行文件。

三、接上电源，敲入可执行文件的文件名，系统就开始了工作过程。

1）这是DOC屏幕上会出现的一些提示信息，如

’ENTERANYKEYTOBEGIN!

’

’***LETPA0=0TOADJUSTTHETEMPERATUREVALUE!

***’

’***LETPA0=1TOINPUTA

NEWTEMPERATUREVALUE!

***’

这里后两条只作注释用。

2）然后敲任意一个键，系统就开始进行温度测量和显示，屏幕上就会显示

’INPUTTHETEMPERATURE：

’

在这一条信息之后敲入一温度值。

注意这里敲入的温度值不能大于76摄氏度，否则屏幕将会显示’INPUTVALUEERROR!

’并返回DOC。

（以后重新设定温度时也是如此）

3）在正常情况下，敲入设定温度后系统就开始进行控制调节，当实际温度小鱼设定值时，系统就开始进行加热，如果不加改变，它就会加热一直稳定到设定的温度值；如果这是想重新设置一温度，只要把8255的PA0读取拨动开关拨到1，屏幕上就会显示：

‘INPUTANEWTEMPERATURE:

’

这里又得注意一下，在敲入一个新的设定温度之前，得先把PA0读取拨动开关拨到0，否则，在敲完设定温度之后，屏幕上又会显示同样一条信息。

因为它是根据PA0是0还是1来决定是去重新输入设定温度还是去调节温度。

如果不先把PA0拨为0，它就是一直让你输入却不进行调节。

另外，这里温度值的设定的次数没有限制。

6．结论

本设计采用的单片机是作为现代工业中最常用的集成芯片。

具有体积小、重量轻、抗干扰能力强、对环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、易于推广应用等显著优点，通过软件逻辑控制实现对温度的控制和调节。

本文的温度控制系统，只是单片机广泛应用于各行各业中的一例。

本设计中应用了许多单片机芯片和单片机常用的外部设，单片机芯片如：

ADC0809，8255等。

单片机外部设备如：

温度检测元件AD590，键盘和显示系统中的LED显示器等。

该系统的主要优点如下：

一、本系统本着简单可靠的原则完成了设计要求，尽量做到线路简单，充分利用软件编程，安装比较灵活而且价格较低。

二、在系统的硬件和软件设计中，都加有安全设计部分，避免加热过高造成设备的损坏。

同时，该系统在测量过程中会带来系统误差。

参考文献

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[2]武锋《单片机应用系统设计---系统配置与接口技术》1998.8北京航空航天大学出版社

[3]何克忠《计算机控制系统》2002清华大学出版社

[4]朱善君《汇编语言程序设计》1998.3清华大学出版社

[5]颜永军《protel99电路设计与应用》2001.1国防工业出版社