单片机课设温湿度显示.docx

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单片机课设温湿度显示

辽宁工业大学

单片机原理课程设计（论文）

题目：

温湿度显示仪设计

院（系）：

电气工程学院

专业班级：

自动化061

学号：

0

学生姓名：

方必伟

指导教师：

梅丽凤

教师职称：

起止时刻：

09-06-29至09-07-10

学号

0

学生姓名

方必伟

专业班级

自动化061

课程设计（论文）题目

温湿度显示仪设计

课程设计（论文）任务

设计要求：

1、完成温度和湿度的信号采集及A/D转换。

2、完成开关电路和显示电路的设计。

3、开机或复位后，在LED最右端显示“P”，以提示系统正常。

4、根据开关选择，完成相应的信号采集和显示。

5、要求认真独立完成所规定的全部内容；所设计的内容要求正确、合理。

6、按学校规定的书写格式，撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在4000字以上。

指导教师评语及成绩

成绩：

指导教师签字：

年月日

院（系）：

电气工程学院教研室：

自动化

第1章课程设计方案1

概述1

系统整体结构2

第2章课程设计内容3

方案的比较和论证3

．1温度传感器的选择3

2.1.2湿度传感器的选择3

.3信号搜集通道的选择4

系统子电路的设计5

.1时钟与复位电路的设计5

.2温度搜集电路设计6

.3湿度搜集电路设计8

.4多路开关电路设计9

.5多位LED动态电路设计10

.6A/D转换路设计11

软件流程图及程序设计14

系统硬件电路原理图设计16

第3章课程设计总结18

参考文献19

附表20

第1章课程设计的方案

概述

在某些行业中对温湿度的要求较高，在电力系统中，由于温度太高、太低引发的元件失效或由于湿度太高而引发的爬电、闪络事故时有发生。

为了幸免这些故障，需要在电力设备柜体内安装控温、除湿设备。

采纳单片机开发的的温湿度操纵仪功能齐全、操作简便，专门适用于对温湿度操纵要求较高的继电爱惜柜、仪表箱、计量柜等设备。

防潮、防霉、防腐、防爆是仓库日常工作的重要内容，是衡量仓库治理质量的重要指标。

它直接阻碍到储蓄物资的利用寿命和工作靠得住性。

为保证日常工作的顺利进行，首要问题是增强仓库内温度与湿度的监测工作。

但传统的方式是用与湿度表、毛发湿度表、双金属式测量计和湿度试纸等测试器材，通过人工进行检测，对不符合温度和湿度要求的库房进行通风、去湿和降温等工作。

这种人工测试方式费时费力、效率低，且测试的温度及湿度误差大，随机性大。

因此咱们需要一种造价低廉、利用方便且测量准确的温湿度显示仪。

系统组成整体结构。

温湿度显示仪由温度搜集电路，湿度搜集电路，多路开关电路，A/D转换电路，动态显示电路，时钟电路，复位电路及处置器单片机组成，基于单片机对数字信号的高灵敏和可控性、温湿度传感器能够产生模拟信号，和A/D模拟数字转换芯片的性能，设计了以8031大体系统为核心的一套检测系统，系统由信号搜集、信号分析和信号处置三个部份组成的。

（一）信号搜集由AD590、HM1500及多路开关CD4051组成；

（二）信号分析由A/D转换器MC14433、单片机8031大体系统组成；

（三）信号处置由串行口LED显示器等组成。

以下为该温湿度显示仪系统组成框图。

如图所示：

图系统结构框图

第2章课程设计内容

方案的比较和论证

2.1.1.温度传感器的选择

方案一：

采纳热电阻温度传感器。

热电阻是利用导体的电阻随温度转变的特性制成的测温元件。

现应用较多的有铂、铜、镍等热电阻。

其要紧的特点为精度高、测量范围大、便于远距离测量。

铂的物理、化学性能极稳固，耐氧化能力强，易提纯，复制性好，工业性好，电阻率较高，因此，铂电阻用于工业检测中高周密测温和温度标准。

缺点是价钱贵，温度系数小，受到磁场阻碍大，在还原介质中易被玷污变脆。

按IEC标准测温范围-200～650℃，XX电阻比W（100）=时，R0为100Ω和10Ω，其许诺的测量误差A级为±（℃+|t|），B级为±（℃+|t|）。

铜电阻的温度系数比铂电阻大，价钱低，也易于提纯和加工；但其电阻率小，在侵蚀性介质中利用稳固性差。

在工业顶用于-50～180℃测温。

方案二：

采纳AD590，它的测温范围在-55℃～+150℃之间，而且精度高。

M档在测温范围内非线形误差为±℃。

AD590能够经受44V正向电压和20V反向电压，因此器件反接也可不能损坏。

利用靠得住。

它只需直流电源就能够工作，而且，无需进行线性校正，因此利用也超级方便，借口也很简单。

作为电流输出型传感器的一个特点是，和电压输出型相较，它有很强的抗外界干扰能力。

AD590的测量信号可远传百余米。

综合比较方案一与方案二，方案二更为适合于本设计系统关于温度传感器的选择。

湿度传感器的选择

测量空气湿度的方式很多，其原理是依照某种物质从其周围的空气吸收水分后引发的物理或化学性质的转变，间接地取得该物质的吸水量及周围空气的湿度。

电容式、电阻式和湿涨式湿敏原件别离是依照其高分子材料吸湿后的介电常数、电阻率和体积随之发生转变而进行湿度测量的。

方案一：

采纳HOS-201湿敏传感器。

HOS-201湿敏传感器为高湿度开关传感器，它的工作电压为交流1V以下，频率为50HZ～1KHZ，测量湿度范围为0～100%RH，工作温度范围为0～50℃，阻抗在75%RH（25℃）时为1MΩ。

这种传

感器原是用于开关的传感器，不能在宽频带范围内检测湿度，因此，要紧用于判定规定值以上或以下的湿度电平。

但是，这种传感器只限于必然范围内利历时具有良好的线性，可有效地利用其线性特性。

方案二：

采纳HM15001湿度传感器。

HM1500电容传感器，在电路组成中等效于一个电容器件，其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。

不需校准的完全互换性，高靠得住性和长期稳固性，快速响应时刻，专利设计的固态聚合物结构，由顶端接触（HM1500）和侧面接触（HM1501）两种封装产品，适用于线性电压输出和频率输出两种电路，适宜于制造流水线上的自动插件和自动装配进程等。

相对湿度在1%---100%RH范围内；电容量由16pF变到200pF，其误差不大于±2%RH；响应时刻小于5S；温度系数为pF/℃。

可见精度是较高的。

综合比较方案一与方案二，方案一尽管知足精度及测量湿度范围的要求，但其只限于必然范围内利历时具有良好的线性，可有效地利用其线性特性。

而且还不具有在本设计系统中对温度0～100℃的要求，因此，选择方案二来作为本设计的湿度传感器。

2.1.3.信号搜集通道的选择

在本设计系统中，温度输入信号为4路的模拟信号，这就需要多通道结构。

方案一、采纳多路并行模拟量输入通道。

这种结构的模拟量通道特点为：

（1）能够依照各输入量测量要求选择不同性能档次的器件。

整体本钱能够作得较低。

（2）硬件复杂，故障率高。

（3）软件简单，各通道能够独立编程。

方案二、采纳多路分时的模拟量输入通道。

这种结构的模拟量通道特点为：

（1）对ADC、S/H要求高。

（2）处置速度慢。

（3）硬件简单，本钱低。

（4）软件比较复杂。

综合比较方案一与方案二，方案二更为适合于本设计系统关于模拟量输入的要求，比较其框图，方案二更具有硬件简单的突出优势，因此选择方案二作为信号的输入通道。

图2-1多路并行模拟量输入通道

图2-2多路分时的模拟量输入通道

系统子电路的设计

图时钟电路及复位电路

2.温度搜集电路设计

集成温度传感器AD590是美国模拟器件公司生产的集成两头感温电流源。

一．要紧特性

AD590是电流型温度传感器，通过对电流的测量可取得所需要的温度值。

依照特性分挡，AD590的后缀以I，J，K，L，M表示。

AD590L，AD590M一样用于周密温度测量电路，其电路外形如图3-2所示，它采纳金属壳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，一样不用。

应包括传感器选择、A/D转换器选择及与单片机连接

一、流过器件的电流（μA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即：

IT/T=1μA/K

式中：

IT——流过器件（AD590）的电流，单位μA。

T——热力学温度，单位K。

二、AD590的测温范围-55℃-+150℃。

3、AD590的电源电压范围为4V-30V。

电源电压可在4V-6V范围转变，电流IT转变1μA，相当于温度转变1K。

AD590能够经受44V正向电压和20V反向电压，因此器件反接也可不能损坏。

4、输出电阻为710MΩ。

五、精度高。

AD590共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在-55℃～+150℃范围内，非线形误差±℃。

2AD590的工作原理　　在被测温度一按时，AD590相当于一个恒流源，把它和5～30V的直流电源相连，并在输出端串接一个1kΩ的恒值电阻，那么，此电阻上流过的电流将和被测温度成正比，现在电阻两头将会有1mV／K的电压信号。

二．大体应用电路

图3-8是AD590用于测量热力学温度的大体应用电路。

因为流过AD590的电流与热力学温度成正比，当电阻R1和电位器R2的电阻之和为1kΩ时，输出电压V0随温度的转变为1mV/K。

但由于AD590的增益有误差，电阻也有误差，因此应付电路进行调整，调整的方式为：

把AD590放于冰水混合物中，调整电位器R2，使V0=+25=（mV）。

但如此调整只保证在0℃或25℃周围有较高的精度。

三．摄氏温度测量电路

如图3-5所示，电位器R2用于调整零点，R4用于调整运放LF355的增益。

调整方式如下：

在0℃时调整R2，使输出V0=0，然后在100℃时调整R4使V0=100mV。

如此反复调整多次，直至0℃时，V0=0mV，100℃时V0=100mV为止。

最后在室温下进行校验。

例如，假设室温为25℃，那么V0应为25mV。

冰水混合物是0℃环境，滚水为100℃环境。

本设计系统为4路的温度信号搜集，而MC14433仅为一路输入，故采纳CD4051组成多路分时的模拟量信号搜集电路，其硬件接口如图3-6所示

图四路分时的模拟量信号搜集电路硬件接口

集成湿度传感器HM1500的输出电压在1～4V间随湿度线性转变，考虑到本系统的单电源特点，设计的湿度信号搜集电路如图3所示，该电路的测湿范围为0～100％。

由于湿度传感器的输出电压只有1~4V，故需要一个放大电路来支撑。

图湿度搜集电路

多路开关，有称“多路模拟转换器”。

多路开关通常有n个模拟量输入通道和一个公共的模拟输入端，并通过地址线上不同的地址信号把n个通道中任一通道输入的模拟信号输出，实现有n线到一线的接通功能。

反之，当模拟信号有公共输出端输入时，作为信号分离器，实现了1线到n线的分离功能。

因此，多路开关一般是一种具有双向能力的器件。

在本设计中，由于采纳了温湿度双量操纵，因此在信号搜集中将有两个模拟量被提取，这时选用多路开关确实是很必要的。

本设计选用的是CD4051多路开关，它是一种单片、COMS、8通道开关。

该芯片由DTL/TTL-COMS电平转换器，带有禁止端的8选1译码器输入，别离加上操纵的8个COMS模拟开关TG组成。

图CD4051芯片电路

在多位LED显示时，为了简化电路，降低本钱，将所有位的段选线并联在一路，由一个8位I/O口操纵。

动态显示方式由于能够公用译码驱动电路，因此显示器件能够并联相接，不仅节省器件，而且简化方便了电路布局，在多路显示方面有比较明显的优势。

LED显示器6位，左侧1位显示通道号，右边3位显示温度或湿度，中间2位熄灭。

图LED动态显示电路

D转换电路

在为了把温度、湿度检测电路测出的模拟信号转换成数字量送CPU处置，本系统选用了双积分A/D转换器MC14433，它精度高，分辨率达1/1999。

由于MC14433只有一路输入，而本系统检测的多路温度与湿度信号输入，应选用多路选择电子开关，可输入多路模拟量。

1．MC14433A/D转换器件简介

MC14433是三位半双积分型的A/D转换器，具有精度高，抗干扰性能好的优势，

其缺点是转换速度低，约1—10次/秒。

在不要求高速转换的场合，例如，在低速数据搜集系统中，被普遍采纳。

MC14433A/D转换器与国内产品5G14433完全相同，能够互换。

图MC14433引脚图

各引脚的功能如下：

电源及共地端

VDD：

主工作电源+5V。

VEE:

模拟部份的负电源端，接-5V。

VAG：

模拟地端。

VSS：

数字地端。

VR：

基准电压。

外界电阻及电容端

RI：

积分电阻输入端，VX=2V时，R1=470Ω；VX=200Mv时，R1=27KΩ。

C1：

积分电容输入端。

C1一样为µF。

C01、C02：

外界补偿电容端，电容取值约µF。

R1/C1：

R1与C1的公共端。

CLKI、CLKO：

外界振荡器时钟调剂电阻Rc，Rc一样取470KΩ左右。

转换启动/终止信号端

EOC：

转换终止信号输出端，正脉冲有效。

DU：

启动新的转换，假设DU与EOC相连，每当A/D转换终止后，自动启动新的转换。

过量程信号输出端

/OR：

当|Vx|›VR，过量程/OR输出低电平。

位选通操纵线

DS4----DS1：

选择个、十、百、千位，正脉冲有效。

DS1对应千位，DS4对应个位。

每一个选通脉冲宽度为18个时钟周期，两个相应脉冲之间距离为2个时钟周期。

BCD码输出线

Q0---Q3：

BCD码输出线。

2.MC14433与8031单片机的接口设计

由于MC14433的A/D转换结果是动态分时输出的BCD码，Q0～Q3HEDS1～DS4都不是总线式的。

因此，MCS-51单片机只能通过并行I/O接口或扩展I/O接口与其相连。

关于8031单片机的应用系统来讲，MC14433能够直接和其P1口或扩展I/O口8155/8255相连。

下面是MC14433与8031单片机P1口直接相连的硬件接口，接口电路如下图：

图A/D转换电路

软件流程图设计

1.主程序流程图中断程序流程图

系统硬件电路原理图设计

系统硬件电路原理图如图2.所示。

第3章课程设计总结

这次课程设计中我投入了最大的热情和精力，从设计电路图，选择元器件，利用protel99，其进程中显现了很多的问题，我没有气馁，没有畏缩，踊跃向教师和同窗请教，而且一遍又一遍的重复实践，直到咱们期望的结果实现。

事实也证明咱们的尽力没有白搭，认真严谨的实习态度给咱们带来了成功的喜悦！

这短短一周的实践，我感觉到自己在讲义上学到的理论知识和实践仍有必然的差距。

有的知识，自己感觉已经把握得差不多了，可是实际操作起来就有问题显现了。

我还碰到了很多，花费了很多的时刻。

这让咱们从头反思咱们的学习，感觉这与自己那时不注意实验课是分不开的。

通过这次电子系统设计，咱们把握了设计一个数字电路的大体方式和大体步骤，实际解决了设计中显现的问题，增强了寻觅问题，解决问题的能力。

这次电子设计的成功不仅帮忙咱们更好地把握书本知识，尤其重要的是增强了咱们的自信，培育了咱们独立试探的能力！

本次实习是我到目前为止最头疼也是收成最大的一次实习。

设计是咱们以后必需的专业技术，这次恰恰提供咱们一个应用自己所学的知识的机遇。

从到图书馆、网络中查找资料到电路的设计，都对咱们以前所学过的知识进行了一次查验。

整体来讲，这次实习我收成颇丰。

在试探该如何设计电路使之实现所需功能的进程中，专门有趣，培育了咱们的设计思维，增加了实际操作能力。

在让我体会到了设计电路的艰辛的同时，要熟练地把握讲义上的知识，如此才能对实验中显现的问题进行分析解决

参考文献

[1]梅丽凤，单片机原理及接口技术，北京：

清华大学出版社，2004：

19-48，81-93

[2]何立民，单片机应用系统设计，北京：

航空航天大学出版社，1990：

45—56

[3]张毅刚，单片机原理及应用，北京：

高等教育出版社，2003：

126—135

[4]顾兴源，运算机操纵系统，北京：

冶金工业出版社,1981：

25—40

[5]余永权，运算机操纵系统，北京：

电子工业出版社,2003：

10—27

[6]朱定华，单片机微机原理与应用[M]_北京：

清华大学出版社，2003．

[7]李全利，单片机原理与接口技术[M]．北京：

高等教育出版社，2004．

[8]孙涵芳，单片机原理及应用[M]．北京：

北京航空航天大学出版社，1992，

[9]李树华，郭改枝．温湿度监测系统及非线性软件校正[J]．传感器技术，2003，22（12）：

7O一72

附表

1，主程序设计

ORG000H

LJMPMAIN

ORG000BH

LJMPT0

ORG001BH

LJMPT1

ORG0100H

MAIN：

CLREA

MOVA,#80H

MOV@DPTR,A

MOVTMOD,#11H;T0,T1初始化，工作方式一

MOVTHO，#3CH；置时刻常数，TO，T1按时100ms

MOVTLO,#OBOH

MOVTH1,#3CH

MOVTL1,#0B0H

MOV70,#96H；T0中断次数计数单元

MOV71，#14H；TI中断次数计数单元

MOVR1，#00H

MOVR2，#00H

MOVR0，#60H；显示缓冲单元起始地址

INIDISPMOV@RO,#00H；显示缓冲单元清零

INCR0

CJNER0，#6C，INIDISP

MOV64H，#01H；通道号的显示缓冲单元

MOV68H，#02H

MOVSP，#40H

MOVR7，#60H

SETBETO

SETBET1

SETBEA

SETBTR0

SETBTR1

MC：

MOVR7，73H

ACALLDISP；调显示子程序

AJMPMC

2.按时器0中断效劳程序

TO：

MOVTH0，#03H；重置时刻常数

MOVTL0，#0B0H

DJNZ70H，FH0

MOV70，#96H；重装计数值

PUSH0E0H

PUSH03H

ACALLDTCT

POP03H

POP0E0H

FH0：

RETI

3，按时器1中断效劳程序

T1：

MOVTH1，#3CH；重置时刻常数

MOVTH1，#0B0H

DJNZ71H，FH1；按时2s

MOV71H，#14H；重装计数值

INCR2

CJNER2，#03H，CAL

MOVR1，00H

CAL：

CJNER2，#00H，CNL1；修改显示缓冲区首地址

MOV73H，#64H

SJMPFH1

CNL1：

CJNER2，01H，CNL2

MOV73H，#64H

SJMPFH1

CNL2：

MOV73H，#68H

FH1：

RETI

4，显示主程序

DISP：

MOVR3，#08H

MOVDPTR，#8155C

MOVA，45H

MOV@DPTR，A

DISP1：

MOVA，R3

MOV20H，A

MOVDPTR，#8155A；指向A口

MOVX@DPTR，A

INCDPTR；指向B口

MOVZ，R7

MOVR0，A

MOVA，@R0；取待显示数据

ADDA，#14H；查表偏移量

MOVCA，@+PC；查表求段选码

JB01H，LKDP

SJMPOUT

LKDP：

ADDA，#80H

OUT：

MOVX@DPTRA

ACALLD5MS；调延时子程序

INCR7

MOVA，R3

JB，DISP2

RRA

MOVR3，A

AJMPDISP1

DISP2：

RET

TAB：

DB3FH，06H，5BH，4FH，66H；段选码表

DB6DH，7DH，07H，7FH，6FH

D5MS：

PUSH07H

PUSH06H

MOVR6，#32H

AA：

MOVR7，#16H

DJNZR7，$

DJNZR6，AA

POP06H

POP07H

RET

5，温度搜集子程序

DTCT：

MOVA，R1；读入搜集的通道口

RLA

RLA

ADDA，#06H

MOVR0，A

MOVA，R1

MOV@R0，A

INCR0

MOVR5，#00H

MOVR6，#30H

START：

CJNER1，#00H，AD01；依照R1的内容选择通道口

MOVDPTR，#IN0

SJMPTRAN

AD01：

CJNER1，#01H，AD02

MOVDPTR，#IN1

SJMPTRAN

AD02：

MOVDPTR，#IN2

TRAN：

MOVX@DPTR,A

NOP；启动A/D转换

NOP；延时

JNB,$；检测EOC信号，等待转换完毕

MOVA,@DPTR；读取转换结果

CLRC

RRCA

CLRC

RRCA

ADDA，R5

MOVR5，A

DJNZR6，TRAN；是不是搜集4次

MOVA，R5；保留平均值

MOVB，#03H；标度变换

DIVAB

MOVR3，B

MOVB，#0AH；变换结果的整数部份进行BCD码转换

DIVAB

MOV@R0,A；显示缓冲单元（十位，个位）

INCR0

MOV@R0，B

INCR0

MOVA，R3；标度变换结果的余数部份处置

RLA

MOVB，#0AH

DIVAB

MOV@R0,B；送显示缓冲单元

INCR1；指向下一个通道

CJNER1，#03H，DTCT

MOVR1，#00H；指向通道0

RET

5，湿度搜集子程序

TEM：

MOVA，R1；读入搜集的通道口

RLA

RLA

ADDA，#06H

MOVR0，A

MOVA，R1

MOV@R0，A

INCR0

MOVR5，#00H

MOVR6，#30H

START：

CJNER1，#00H，AD01；依照R1的内容选择通道口

MOVDPTR，#IN0

SJMPTRAN

AD01：

CJNER1，#01H，AD02

MOVDPTR，#IN1

SJMPTRAN

AD02：

MOVDPTR，#IN2

TRAN：

MOVX@DPTR,

NOP；启动A/D转换

NOP；延时

JNB,$；检测EOC信号，等待转换完毕

MOVA,@DPTR；读取转换结果

CLRC

RRCA

CLRC

RRCA

ADDA，R5

MOVR5，A

DJNZR6，TRAN；是不是搜集4次

MOVA，R5；保留平均值

MOVB，#03H；标度变换

DIVAB

MOVR3，B

MOVB，#0AH；变换结果的整数部份进行BCD码转换

DIVAB

MOV@R0,A；显示缓冲单元（十位，个位）

INCR0

MOV@R0，B