单片机温度采集系统.docx

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单片机温度采集系统

课程设计

课程设计名称：

温度采集装置

班级：

数控技术0901

学号：

课程设计时间：

2011.12.5—12.11

1设计任务………………………………………………………………………

2确定设计方案…………………………………………………………………

2.1温度传感器—AD22100K…………………………………………………

2.2A/D转换器—ADC0809…………………………………………………

2.3单片机的选择—80C51…………………………………………………

2.4显示器接口—LED动态显示接口………………………………………

3硬件电路的设计…………………………………………………………

3.1温度传感器与A/D转换器的接口电路………………………………

3.2A/D转换器与89C51的接口电路………………………………………

3.389C51与显示器间的接口电路…………………………………………

3.4晶振电路和复位电路的设计…………………………………………

4软件设计……………………………………………………………………

4.1温度采集的主程序流程图………………………………………………

4.2程序清单…………………………………………………………………

5心得体会………………………………………………………………………

附录………………………………………………………………………………

温度采集装置

1、设计任务

设计一个温度采集系统，要求按1路/s的速度顺序检测8路温度点，测温范围为+20℃～+100℃，测量精度为±1%。

要求用5位数码管显示温度，最高位显示通道号，次高位显示“—”，低三位显示温度值。

2、设计方案

2.1温度传感器—AD22100K

AD22100K是有信号调节的单片温度传感器，工作温度范围为-50～+150,信号调节不需要调节电路、缓冲器和线性化电路，简化了系统设计。

输出温度与电压和电源电压的乘积（比率测量）成比例。

输出电压摆幅为0.25V（对应-50℃）和4.75V（对应150℃），用5V单电源工作。

2.1.1AD22100K的引脚图如2.1.1

图2.1.1AD22100K的引脚图

注：

1.V电源4.GND接地

2.U输出3、5～8NC不连接

2.1.2AD22100K主要参数

1.工作电压4V～6V

2.工作温度范围-50℃～+150℃

3.精度优于±2%FS；线性度优于±1%FS;温度系数22.5mV/℃

4.单电源工作，反向电压保护；高电平低阻抗输出；封装形式为TO-92SOIC

2.2A/D转换器—ADC0809　

根据题意，测量精度为±1%，所以采用8位的ADC0809即可满足要求，在显示温度时最低单位为0.1。

ADC0809是8位逐次逼近式A/D模数转换器。

其内部有一个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。

2.2.1ADC0809主要特性

　　1）8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位。

　　2）具有转换起停控制端。

　　3）转换时间为100μs（时钟为640kHz时），130μs（时钟为500kHz时）　　　4）单个+5V电源供电　　5）模拟输入电压范围0～+5V，不需零点和满刻度校准。

　　6）工作温度范围为-40～+85摄氏度　　7）低功耗，约15mW。

2.2.2ADC0809内部结构

　　ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，内部结构如图所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器、逐次逼近寄存器、逻辑控制和定时电路组成。

2.2.3ADC0809外部特性（引脚功能）

图2.2.3ADC0809外部引脚

　　ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图所示。

下面说明各引脚功能。

　　IN0～IN7：

8路模拟量输入端。

　　2-1～2-8：

8位数字量输出端。

　　ADDA、ADDB、ADDC：

3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路　　ALE：

地址锁存允许信号，输入，高电平有效。

　　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）。

　　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）。

　　OE：

数据输出允许信号，输入，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。

　　CLK：

时钟脉冲输入端。

要求时钟频率不高于640KHZ。

　　REF（+）、REF（-）：

基准电压。

　　Vcc：

电源，单一+5V。

　　GND：

地。

2.2.4ADC0809的工作过程

　　首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。

此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。

START上升沿将逐次逼近寄存器复位。

下降沿启动A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。

直到A/D转换完成，EOC变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。

当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。

　　转换数据的传送A/D转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。

数据传送的关键问题是如何确认A/D转换的完成，因为只有确认完成后，才能进行传送。

为此可采用下述三种方式。

（1）定时传送方式　　对于一种A/D转换器来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。

例如ADC0809转换时间为128μs，相当于6MHz的MCS-51单片机共64个机器周期。

可据此设计一个延时子程序，A/D转换启动后即调用此子程序，延迟时间一到，转换肯定已经完成了，接着就可进行数据传送。

（2）查询方式　　A/D转换芯片由表明转换完成的状态信号，例如ADC0809的EOC端。

因此可以用查询方式，测试EOC的状态，即可确认转换是否完成，并接着进行数据传送。

　　（3）中断方式　　把表明转换完成的状态信号（EOC）作为中断请求信号，以中断方式进行数据传送。

　　不管使用上述哪种方式，只要一旦确定转换完成，即可通过指令进行数据传送。

首先送出口地址并以信号有效时，OE信号即有效，把转换数据送上数据总线，供单片机接受。

2.3单片机的选择—80C51

2.3.180C51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-24MHz　　·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　　·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

2.3.280C51的引脚图及管脚说明

图2.3.280C51的引脚图

　　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/

地址的低八位。

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，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　　P3.0RXD（串行输入口）　　P3.1TXD（串行输出口）　　P3.2/INT0（外部中断0）　　P3.3/INT1（外部中断1）　　P3.4T0（记时器0外部输入）　　P3.5T1（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。

2.3.3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。

由于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。

2.4显示器接口—LED动态显示器接口

2.4.1七段式LED的结构与工作原理

LED显示器是由发光二极管显示字段的显示器件，也可称为数码管。

其外形结构如图2.4.1所示，由图可见它由8个发光二极管组成，通过不同的组合可用来显示0－9、A-F及小数点“.”等字符。

数码管通常有共阴极和共阳极两种接法。

限流电阻是外接的，一般共阳极数码管必须外接电阻，共阴极不一定外接电阻。

要显示某字形就应使此字形的相应字段点亮，实际就是送一个用不同电平组合代表的数据至数码管。

这种装入数码管中显示字形的数据称为字形码。

图2.4.1LED外部引脚

本次设计采用共阳极数码管，字形与字形码的关系，对照图2.4.1，字形码各位定义如下：

数据线D0与a段对应，D1与b段对应……,以此类推。

共阳极常用的显示字形如上表所示。

按照显示字符顺序排序。

通常显示代码存放在程序存贮器的固定区域中，构成显示代码表。

当要显示某字符时，可根据地址及显示字符查表。

2.4.2LED动态显示器接口的选择

七段式LED显示器有静态显示与动态扫描两种方式，动态显示需要耗费大量的CPU时间，且亮度不够；而静态亮度高，CPU负担很小，但所需硬件驱动芯片较多,在位数较多时，字符更新速度慢，电路比较复杂，成本较高。

因此在此温度采集装置中采用动态显示方式。

3、硬件电路设计

3.1温度传感器与A/D转换器的接口电路

3.2A/D转换器与80C51的接口电路

80C51单片机与ADC0809接口时必须注意事项（80C51单片机与ADC0809接口如图3.2A/D转换器与80C51的接口电路）

图3.2A/D转换器与80C51的接口电路

（1）在START端送一个100ns宽的启动正脉冲

（2）获取EOC端上的状态信息，因为它是A/D转换的结束标志

（3）给“三台输出锁存器”分配一个端口地址，也就是给OE端送一个地址译码器的输出信号

3.380C51与显示器件的接口电路

在单片机系统中，LED显示一般采用静态显示和动态扫描两种驱动方式。

本次设计采用的是动态扫描驱动方式。

所谓动态显示就是指一位一位地轮流点亮各个显示器，对于每一位显示器来说，每隔一段时间点亮一次。

点亮时间通常1左右，相隔时间为20。

动态显示器件与80C51间的接口如图3.380C51与显示器件的接口电路所示。

图3.380C51与显示器件的接口电路

图3.380C51与显示器件的接口电路中，74LS373-1的输出为段数据口，接显示器的各个段极，74LS373-2的输出为位扫描口，接LED的公共极。

显示时，首先使74LS373-2的Q0为低电平，Q1～Q7为高电平，则仅第一位显示器的公共阴极为低电平（被选通）；同时74LS373-1输出第一个显示数据的段码，这时第一位显示器将显示出第一个显示数据。

持续1左右后，使Q0为低电平，关闭第一个显示器，随后使Q1为低电平，并选通第二位显示器，并由74LS373-1输出第二个显示数据，并持续1左右。

有类似的方法一次选通第3，第4，…第8位即完成依次循环显示。

3.4晶振电路与复位电路的设计

3.4.1晶振电路的设计

要给CPU提供其工作时的时序要求就要有相关的硬件电路—晶振电路，即振荡器和时钟电路。

80C51系列单片机内部有一个高增益方向放大器，用于构成振荡器，但要构成时钟，外部还需要附加电路。

80C51的时钟产生方法有内部时钟方式和外部时钟方式两种。

图3.4.1晶振电路

本次设计采用的是内部时钟方式。

利用芯片内部的振荡器，然后在引脚XTAL1和XTAL2两端跨接晶体或陶瓷谐振器，就构成了稳定的自己振荡器，其发出的脉冲直接送入内部时钟电路，见图3.4.1晶振电路。

3.4.2复位电路的设计

复位是单片机的初始化操作，单片机在启动运行时，都需要先复位，它的作用是使CPU和系统中其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。

单片机本身一般是不能自动进行复位的，必须配合相应的外部电路才能实现。

单片机的外部复位电路有上电自动复位和按键手动复位（按键手动复位又分为按键电平复位和按键脉冲复位）两种，本次设计采用的是按键手动复位的按键电平复位，见图3.4.2复位电路。

按键电平复位相当于按复位键后复位端通过电阻与电源接通。

图3.4.2复位电路

4、软件设计

4.1主程序流程图

4.2程序清单

根据题意设计电路如附录A所示。

图中数码管采用共阴极，采用8位的ADC0809转换器，单片机工作频率为12MHZ，采用定时器0定时为50ms.其地址分配及编程如下：

；===================================================================

DM-ADDREQU0DFFFH;数码管段码地址

WM-ADDREQU0BFFFH;数码管位码地址

ADC-ADDREQU07FF0H;AD0809转换通道0地址

；………………………………………………………………………………………

POSITIONEQU30H;显示位码寄存器

CHANNELEQU31H;通道寄存器

DISPLAY1EQU38H；显示数据寄存器（高位）

DISPLAY2EQU39H·

DISPLAY3EQU3AH·

DISPLAY4EQU3BH·

DISPLAY5EQU3CH；显示数据寄存器（低位）

CONEQU3DH；秒计数器

；………………………………………………………………………………………

ORG0000H

LJMPMAIN

ORG000BH

LJMPTIMER0；转10ms定时中断程序

ORG0030H

MAIN:

MOVSP,#50H；修改堆栈指针

MOVPOSITION,#0FEH；设置位码寄存器

MOVTMOD,#01H；设置定时器0工作方式

MOVTH0，#0D8H；定时器0定初值（10ms）

MOVTL0，#0F0H

SETBTR0；启动定时器0

SETBET0；允许定时器0中断

SETBEA；开中断

CLR10H；秒标志位清0

MOVCON,#100H；秒计数器置初值

START:

MOVCHANNEL,#00H；通道设置（0通道）

EX5A:

MOVDPTR,#ADC-ADDR

MOVA,DPL

ADDA,CHANNEL；计算通道地址

MOVDPL,A

MOVX@DPTR,A；启动A/D转换

NOP

JBINT1，$；等待转换结束

MOVXA,@DPTR；读取结果

LCALLBCD；条结果转换子程序

MOVDISPLAY1，CHANNEL；送当前显示通道号

MOVDISPLAY2，#0AH；段码表中“-”的位置偏移量

DISP1：

LCALLDISP；调结果显示子程序

JB10H,DISP1；1秒不到，等待

CLR10H

MOVCON,#100；秒计数器重置初值

INCCHANNEL；下一通道

MOVA,CHANNEL

CJNEA,#08H,EX5A；不是最后一通道，转EX5A

LJMPSYART；循环

；………………………………………………………………………………………

；将00～FFH的十六进制数转换成000～999的十进制数，显示单位位0.1

；转换近似公式位：

A*1003D/256D，结果存入R2（H）R3（L）中，其中A:

00～FFH,1003=3EBH

；将BCD结果送入寄存器DISPLAY3～DISPLAY5中

BCD:

MOVR2，A

MOVB,#0EBH；R2*1003D（3EBH）

MULAB

MOVR4，A

MOVR3，B

MOVA,R2

MOVB,#03H

MULAB

ADDA,R3

MOVR3，A

MOVA,B

ADDCA,#00H

MOVR2，A

CJNER4，#80H,BCD1；与80H比较决定4舍5入

BCD1:

JCBCD2

MOVA,R3

ADDA,#01H

MOVR3，A

MOVA,R2

ADDCA,#00H

MOVR2，A

BCD2：

XCHA,R3

XCHA,B

XCHA,R2

MOVR0，#DISPLAY3

MOVR6，#00H

MOVR5,#64H

LCALLSUM；调除法子程序

MOVR6，#00H

MOVR5，#0AH

LCALLSUM

XCHA,B

MOV@R0，A

；………………………………………………………………………………………

SUM:

MOVR7，#00H

SUM0：

CLRC

XCHA,B

SUBBA,R5

XCHA,B

SUBBA,R6

INCR7

JNCSUM0

DECR7

XCHA,B

ADDA,R5

XCHA,B

ADDCA,R6

XCHA,R7

MOV@R0，A

XCHA,R7

INCR0

RET

；………………………………………………………………………………………

DISP:

MOVDPTR,#WM-ADDR；位控口地址

MOVA,#OFFH

MOVX@DPTR,A；关显示

MOVR0，DISPLAY1；指向显示缓冲区首址

MOVPOSITION,#0FEH；指向显示器最高位

MOVR4,#250；置显示延时值

DISP2：

MOVR3，#5

DISP3：

MOVDPTR,#WM-ADDR；数码管位码地址

MOVA,POSITIONG

MOVX@DPPTR,A；输出位控码

MOVA,@R0；取出显示数据

MOVDPTR,#TAB；字形码地址

MOVCA,@A+DPTR；查表，字形码送A

MOVDPTR,#DM-ADDR；数码管（字形）码地址

MOVX@DPPTR,A；输出字形码

INCR0；指向下一缓冲单元

MOVA,POSTITION

RRA；位选字右移

MOVPOSITION,A

DJNZR3,,DISP3

DJNZR4,DISP2

RET

TAB:

DB3FH,06H,5BH,4FH,66H

DB6DH,7DH,07H,7FH,6FH,40H

TIMER0：

PUSHPSW；保护现场

PUSHACC

PUSHDPH

PUSHDPL

CLRTF0；清溢出标志

MOVTH0，#0D8H；重置初值

MOVTL0，#0F0H

DECCON

MOVA,#100

CJNEA,CON,TIEND

SETB10H；置1秒到标志

TIEND:

POPDPL；恢复现场

POPDPH

POPACC

POPPSW

RETI；中断返回

5、心得体会

通过这次单片机课程设计，我不仅加深了对单片机理论的理解，更重要的是将学习到的理论应用到实际当中去，理解并掌握了单片机的一些基本功能，同时也发现了自己的许多相关方面的知识都还很欠缺，还仍需不断的学习、不断的提高。

同时意识到要想真正的把学到的理论知识在实际生活中灵活应用，必须把基本的理论知识真正的掌握并做到真正的理解，同时还要不断拓展自己的知识面。

附录

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