基于51单片机的多路温度采集控制系统设计.docx
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基于51单片机的多路温度采集控制系统设计
基于51单片机的多路温度采集控制系统设计
前言：
随着现代信息技术的飞速发展，温度测量控制系统在工业、农业及人们的日常生活中扮演着一个越来越重要的角色，它对人们的生活具有很大的影响，所以温度采集控制系统的设计与研究有十分重要的意义。
本次设计的目的在于学习基于51单片机的多路温度采集控制系统设计的基本流程。
本设计采用单片机作为数据处理与控制单元，为了进行数据处理，单片机控制数字温度传感器，把温度信号通过单总线从数字温度传感器传递到单片机上。
单片机数据处理之后，发出控制信息改变报警和控制执行模块的状态，同时将当前温度信息发送到LED进行显示。
本系统可以实现多路温度信号采集与显示，可以使用按键来设置温度限定值，通过进行温度数据的运算处理，发出控制信号达到控制蜂鸣器和继电器的目的。
我所采用的控制芯片为AT89c51，此芯片功能较为强大，能够满足设计要求。
通过对电路的设计，对芯片的外围扩展，来达到对某一车间温度的控制和调节功能。
关键词：
温度多路温度采集驱动电路
正文：
1、温度控制器电路设计
本电路由89C51单片机温度传感器、模数转换器ADC0809、窜入并出移位寄存器74LS164、数码管、和LED显示电路等组成。
由热敏电阻温度传感器测量环境温度，将其电压值送入ADC0809的IN0通道进行模数转换，转换所得的数字量由数据端D7-D0输出到89C51的P0口，经软件处理后将测量的温度值经单片机的RXD端窜行输出到74LS164，经74LS164窜并转换后，输出到数码管的7个显示段，用数字形式显示出当前的温度值。
89C51的P2.0、P2.1、P2.2分别接入ADC0809通道地址选择端A、B、C，因此ADC0809的IN0通道的地址为F0FFH。
输出驱动控制信号由p1.0输出，4个LED为状态指示，其中，LED1为输出驱动指示，LED2为温度正常指示，LED3为高于上限温度指示，LED4为低于下限温度指示。
当温度高于上限温度值时，有p1.0输出驱动信号，驱动外设电路工作，同时LED1亮、LED2灭、LED3亮、LED4灭。
外设电路工作后，温度下降，当温度降到正常温度后，LED1亮、LED2亮、LED3灭、LED4灭。
温度继续下降，当温度降到下限温度值时，p1.0信号停止输出，外设电路停止工作，同时LED1灭、LED2灭、LED3灭、LED4亮。
当外设电路停止工作后，温度开始上升，接着进行下一工作周期。
2、温度控制器程序设计
本软件系统有1个主程序，6个子程序组成。
6个子程序为定时/计数器0中断服务程序、温度采集及模数转换子程序ADCON、温度计算子程序CALCU、驱动控制子程序DRVCON、十进制转换子程序METRICCON及数码管显示子程序DISP。
（1）主程序
主程序进行系统初始化操作，主要是进行定时/计数器的初始化。
（2）定时/计数器0中断服务程序
应用定时计数器0中断的目的是进行定时采样，消除数码管温度显示的闪烁现象，用户可以根据实际环境温度变化率进行采样时间调整。
每当定时时间到，调用温度采集机模数转换子程序ADCON，得到一个温度样本，并将其转换为数字量，传送给89C51单片机，然后在调用温度计算子程序CALCU，驱动控制子程序DRVCON，十进制转换子程序MERTRICCON，温度数码显示子程序DISP。
（3）温度采集及模数转换子程序ADCON
该子程序进行温度采样并将其转换为8位数字量传送给89C51的P0口。
采样得到的温度数据存放在片内RAM的20H单元中。
（4）温度计算子程序CALCU
根据热敏电阻的分度值和电路参数计算出出一张温度表，存放在DATATAB数据表中，由于篇幅关系，本程序只给出0-49℃的温度数据。
一个温度有两个字节组成，前一字节为温度值，后一字节为该温度所对应的热敏电阻上的电压的数字量。
根据采样值，通过查表及比较的方法计算出当前的温度值，并将其存入片内RAM的21H单元。
采用查表法计算温度值时为了克服热敏电阻的阻值——温度特性曲线的非线性，提高测量精度。
（5）驱动控制子程序DRVCON
该子程序调节温度，当温度高于上限温度时（本程序设为30℃），P1.0输出驱动控制信号，驱动外设工作降温；当温度下降到下限温度时（本程序设为25℃），P1.0停止输出，温度上升，周而复始；工作状态有LED1-LED4指示。
（6）十进制转换子程序METRICCON
将存放于内部RAM21H单元的当前温度值得二进制数形式转换为十进制数（BCD码）形式，以便输出显示，转换结果存放在片内RAM的32H单元（百位）、31H（十位）、30H单元（个位）。
（7）数码显示子程序DISP
该子程序利用89C51串口的方式0串行移位寄存器工作方式，将片内RAM的30H、31H、32H单元的BCD码查表转换为七段码后由RXD端串行发出去，然后经74LS164串并转换，将七段值传送给数码管，以十进制形式显示出当前温度值。
根据以上分析画出的部分程序设计流程图如图1-0至图1-4所示。
图1-0部分程序设计流程图的设计框架
图1-1主程序流程图
图1-2T0中断服务程序流程图
图1-3温度采样及模数转换子程序流程图
图1-4温度计算子程序流程图
3、具体内容
（1）温度控制器电器原理图设计
按以上分析及相关知识设计出的温度控制器电路原理图如图1-5所示。
图1-5温度控制电路原理图
（2）温度数据表
在图1-5所示的电路中，热敏电阻的连接如图1-6所示。
R8
100k
图1-6热敏电阻的连接
本设计所使用的热敏电阻的分度表及ADC0809转换后的电压数字量见附表1-1所示
转换后的电压数字量的计算方法为：
热敏电阻与R8并并联后的总电阻：
R=（Rt*R8）/（Rt+R8）
R与R7串联电路中R的分压值（即输入ADC0809的模拟量）：
V=5R/（R+R7）
5V被分成256等分（8位量化），则每份的电压值：
△=5/256
输入的模拟量电压经8位量化后的数字量：
D=V/△
例如，热敏电阻在温度为20℃时的阻值为62.254千欧，则根据上述方法计算出的电压数字量为169，注意在计算中R7用实测值19.6千欧代入进入计算。
在实际做该电路时，可根据自己所选择的热敏电阻的分度表计相关电路参数，按上述方法计算出ADC0809转换后的各温度对应的电压数字量。
程序中的温度数据表构成：
1个温度数据占2个字节，前一字为温度值，后一个字节为该温度下热敏电阻上的模拟电压转换成德8位数字量。
如在20℃时，热敏电阻对应的电压数字量为169，则20，169组成一个温度为20℃的温度数据。
按这样方法组成的0-49℃的温度数据表如下：
DATATAB：
DB0，194，1，193，2，192，3，191，4，190
DB5，189，6，188，7，187，8，186，9，185
DB10，184，11，182，12，181，13，180，14，178
DB15，177，16，175，17，174，18，173，19，171
DB20，169，21，168，22，166，23，165，24，163
DB25，161，26，159，27，158，28，，156，29，154
DB30，152，31，150，32，149，33，147，34，145
DB35，143，36，141，37，139，38，147，39，135
DB40，133，41，131，42，129，43，127，44，125
DB45，123，46，121，47，118，48，116，49，114
在温度采样机模数转换子程序中，采样得到的当前温度下热敏电阻上的数字电压存于20H单元，在温度计算子程序中通过查表的方法从表中的第一个温度（0℃）下热敏电阻上的数字电压开始，依次取出各温度下热敏电阻上的十字电压，与与存于20H单元的当前温度下热敏电阻上的的数字电压比较，如小于当前温度的数字电压，则在取出下一温度的数字电压与当前温度的数字电压比较；直到大于或等于当前的温度数字电压，比较结束。
如大于则取出前一温度作为当前温度存于21H单元，如等于则将该温度作为但前温度存于20H单元。
这种温度计算方法，避免了温度特性曲线的非线性对温度计算精确性的影响，计算出的温度非常精确。
（3）温度控制程序设计
在本设计中，晶体振荡器频率为6MHz，T0定时时间为100ms，T0工作于方式1，则T0的初值为：
X=（最大计数值M―定时时间t/及其周期Tm）=216-100ms/2us=15536=3CB0H
按以上任务分析设计出的源程序如下：
ORG0000H;跳转到主程序
LJMPMAIN;
ORG000BH;
LJMPT0INT;跳转到T0中断服务程序；
主程序
ORG0100H;
MAIN:
MOVR1,#10;T0100马上定时溢出计数寄存器R1赋初值10
MOVP1,#0FFH;所有指示灯灭
MOVSP,#60H;堆栈指针赋初值60H
MOVTMOD,#01H;T0定时、方式1、软启动
MOVTL0,#0B0H;T0赋初值
MOVTH0,#3CH;
MOVIE,#82H;开放T0中断
SETBTR0;启动T0
SJMP$;
定时/计数器0中断服务程序
ORG0200H;
T0INT:
DJNZR1,NEXT;T0溢出10次，即1s进一次采样处理
LCALLADCON;调用温度采样及模数转换子程序
LCALLCALCU;调用温度计算子程序
LCALLDRVCON;调用驱动控制子程序
LCALLMETRICCON;调用十进制转换子程序
LCALLDISP;调用数码管显示子程序
MOVR1,#10;R1重赋值10
NEXT:
MOVTL0,#0B0H;T0重装初值
MOVTH0,#3CH;
RETI;
温度采样及模数转换子程序
ORG0300H;
ADCON:
MOVDPTR,#0F0FFH;选通ADC0809通道0
MOVA,#00H;
MOVX@DPTR,A;启动A/D转换
HERE:
JNBP3.3,HERE;判断数据转换是否结束，没结束则等待
MOVXA,@DPTR;读取转换后的数据
MOV20H,A;将从ADC0809中读取的当前温度下热敏电阻上的电压值存于20H单元
RET；
温度计算子程序
ORG0400H;
CALCU:
MOVR2,#01H;R2为数据表的索引值寄存器
MOVDPTR,#DATATAB;温度数据表首地址送DPTR
NEXT1:
MOVA,R2;索引值送A
MOVCA,@A+DPTR;查表取出某一温度的数字电压值
CJNEA,20H,K1;与当前温度的数字电压值比较
DECR2;等于当前温度的数字电压值，则查表取出该温度值作为当前温度值
MOVA,R2;
MOVCA,@A+DPTR;
LJMPK3;
K1:
JNCK2;大于当前温度的数字电压值，则继续取出下一温度的数字电压进行比较
DECR2;小于当前温度的数字电压值，则查表取出前一个温度值作为当前温度值
DECR2
DECR2
MOVA,R2;
MOVCA,@A+DPTR;
LJMPK3;
K2:
INCR2;
INCR2;
LJMPNEXT1;
K3:
MOV21H,A;将当前温度值存于21H单元
RET;
DATATAB;DB0,194,1,193,2,192,3,191,4,190；温度数据表
DB5,189,6,188,7,187,8,186,9,185
DB10,184,11,182,12,181,13,180,14,178
DB15,177,16,175,17,174,18,173,19,171
DB20,169,21,168,22,166,23,165,24,163
DB25,161,26,159,27,158,28,156,29,154
DB30,152,31,150,32,149,33,147,34,145
DB35,143,36,141,37,139,38,137,39,135
DB40,133,41,131,42,129,43,127,44,125
DB45,123,46,121,47,118,48,116,49,114
驱动控制子程序
ORG0500H;
DRVCON:
MOVA,21H;取出当前温度值
CJNEA,#30,J1;与上限温度值（30℃）比较
LJMPGO;
J1:
JNCDRV1;若高于上限温度，则输出驱动信号，同时高于上限温度指示灯点亮
CJNEA,#25,J2;与显现温度（25℃）比较
LJMPGO;
J2:
JCDRV2;弱低于下限温度，则驱动信号停止输出，同时点亮低于下限温度的指示灯
LJMPGO;
DRV1:
CLRP1.0;
SETBP1.1;
CLRP1.2;
SETBP1.3;
LJMPOVER;
DRV2:
SETBP1.0
SETBP1.1;
CLRP1.2;
SETBP1.3;
LJMPOVER;
DRV2:
SETBP1.0;
SETBP1.1;
SETBP1.1;
SETBP1.2;
CLRP1.3;
LJMPOVER;
GO:
CLRP1.1;在下线温度（25℃）至上限温度（30℃）之间，则驱动信号保持前面状态，同时温度正常指示灯点亮
SETBP1.2;
SETBP1.3;
OVER:
RET;
；十进制转换子程序
ORG0600H;
METRICCON:
MOVR3,#00H;将存于21H单元中的当前温度转换为BCD码
MOVR4,#00H;百位存于32H单元，十位存于31H单元，个位存于30H单元
MOVA,21H;
CLRC;
W1:
SUBBA,#100;
JCW2;
INCR4;
AJMPW1;
W2:
ADDA,#100;
CLRC;
W3:
SUBBA,#10;
JCW4;
INCR3;
AJMPW3;
W4:
ADDA,#10;
MOV30H,A;
MOV31H,R3;
MOV32H,R4;
RET;
；数码管显示子程序
ORG0700H;
DISP:
MOVR5,#03H;将存于32H单元、31H单元、30H单元中的温度BCD码查表转换为七段码
MOVR0,#30H;通过串行通信方式0输出驱动3个数码管，显示当前温度
MOVDPTR,#TAB;
LOOP:
MOVA,@R0;
MOVCA,@A+DPTR;
MOVSBUF,A;
WAIT:
JNBT1,WAIT;
CLRT1;
INCR0;
DJNZR5,LOOP;
RET;
TAB:
DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH；七段码数据表
附表：
1-1
热敏电阻分度表及经ADC0809转换后的电压数字量
温度（℃）
热敏电阻阻值（千欧）
转换后的电压数字量
0
161.608
194
1
153.6308
193
2
146.0833
192
3
138.9435
191
4
132.01901
190
5
125.8025
189
6
119.7608
188
7
114.046
187
8
108.6397
186
9
103.5243
185
10
98.6833
184
11
94.1006
182
12
89.7613
181
13
85.6511
180
14
81.7564
178
15
78.0646
177
16
74.5637
175
17
71.2425
174
18
68.0903
173
19
65.0972
171
20
62.254
169
21
59.5519
168
22
56.9829
166
23
54.5392
165
24
52.2138
16
25
50
161
26
47.8916
159
27
45.8829
158
28
43.9683
156
29
42.1428
154
30
40.4017
152
31
38.7405
150
32
37.1552
149
33
35.6418
147
34
34.1967
145
35
32.8164
143
36
31.4979
141
37
30.238
139
38
29.0339
137
39
27.883
135
40
26.7828
133
41
25.7308
131
42
24.725
129
43
23.763
127
44
22.843
125
45
21.9629
123
46
21.1211
121
47
20.3158
118
48
19.5453
116
49
18.8082
114
50
18.1028
112
51
17.4241
110
52
16.7787
108
53
16.1643
104
54
15.5788
102
55
15.0199
100
56
14.4861
99
57
13.9754
97
58
13.4866
95
59
13.018
93
60
12.5686
91
参考文献：
1.贾好来主编.MCS-51单片机原理及应用.北京：
机械工业出版社，2006.
2.江太辉，石秀芳主编.MCS-51单片机原理及应用.广东：
华南理工大学出版社，2004.
3.曹龙汉，刘安才主编.MCS-51单片机原理及应用.重庆：
重庆出版社，2004.
4.劳动和社会保障部教材办公室主编.单片机应用技术（汇编语言）.北京：
中国劳动社会保障出版社，2006.
5.何立民主编.MCS-51单片机应用系统设计.北京：
北京航天航空大学出版社，1990.
6.朱定华主编.单片机原理及接口技术实验.北京：
北京大学出版社，2002.
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