温度检测设计王尚杰.docx

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温度检测设计王尚杰

湖南工程学院

课程设计

课程名称单片机原理与应用

课题名称温度检测设计

专业电气工程及其自动化

班级电气0603班

学号200601010315

姓名王尚杰

指导教师李世军老师

2009年7月3日

湖南工程学院

课程设计任务书

课程名称单片机原理与应用

课题温度检测设计

专业班级电气工程0603

学生姓名王尚杰

学号200601010315

指导老师李世军老师

审批

任务书下达日期2009年6月22日

任务完成日期2009年7月3日

设计内容与设计要求

设计内容：

本课题以单片机为核心，实现设计温度的检测。

用可调电阻调节电压值（0-5V）作为模拟温度的输入量，当温度低于30度时，发出长嘀声报警和光报警，当温度高于60度时，启动直流电机散热。

测量温度范围在0-99度。

1、1路模拟电压输入，电压范围0-5V；

2、通过两位LED数码管显示其转换的数字量（00—FFH）

3、当其转换的数字量为（00-4DH）,则通过发光二极管闪烁报警，当其转换数字量为（9A-FFH）时，启动直流电机散热。

设计要求：

1）确定系统设计方案；

2）进行系统的硬件设计；

3）完成必要的参数计算与元器件选择；

4）完成应用程序设计；

5）进行单元电路及应用程序的调试；

6）写出使用说明书。

主要设计条件

1、MCS-51单片机实验操作台1台；

2、PC机及单片机调试软件；

3、单片机应用系统板1套；

4、制作工具1套；

5、系统设计所需的元器件。

说明书格式

1.课程设计任务书

2.目录

3.说明书内容

1）课题的设计要求、目的、意义

2）系统总体方案选择与说明

3）系统结构框图与工作原理

4）各单元硬件设计说明及计算方法

5）软件设计与说明（包括流程图）

6）调试结果与必要的调试说明

7）使用说明

8）程序清单

9）总结

10）参考文献

附录

附录A系统原理图

附录B程序清单

评分表

进度安排

设计时间为两周

第一周

星期一、上午：

布置课题任务，讲课及课题介绍

下午：

借阅有关资料，总体方案讨论

星期二、确定总体设计方案

星期三、硬件模块方案设计

星期四、软件模块方案设计

星期五、各硬件模块设计

第二周

星期一、各硬件模块设计

星期二、各软件模块设计

星期三、各软件模块设计

星期四、写说明书

星期五、上午：

写说明书，整理资料

下午：

交设计资料，答辩

参考文献

[1]张迎新.《单片微型计算机原理、应用及接口技术》.国防工业出版社

[2]房小翠.《单片机实用系统设计技术》.国防工业出版社

[3]何立民.《单片机应用系统设计》.北航出版社

[4]王迎旭.《单片机原理及及应用》.机械工业出版社.2004年7月

目录

一、设计任务与要求…………………………………………

（1）

二、80C51单片计算机的组成原理………………………

（2）

1.组成框图及内部总体结构……………………………

（2）

2.单片机各口及其负载能力、接口要求………………（3）

3.MCS—51单片机的引脚功能……………………………（5）

三、硬件电路设计……………………………………………（6）

1.温度检测和变送器……………………………………（6）

2.显示器接口电路……………………………………（7）

3.温度检测系统总电路…………………………………（7）

四、软件的设计………………………………………………（8）

4.1软件设计总体流程……………………………………………（8）

4.2.主程序与各部分程序…………………………………（9）

3.程序调试…………………………………………………（9）

五、程序调试结果与使用说明

六、总结…………………………………………………………（10）

参考文献………………………………………………………（

一概述

自动控制系统在各个领域尤其是工业领域中有着及其广泛的应用，温度控制是控制系统中最为常见的控制类型之一。

随着单片机技术的飞速发展，通过单片机对被控对象进行控制日益成为今后自动控制领域的一个重要发展方向， 电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。

例如：

在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。

采用MCS-51单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。

因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。

1.1课题的设计要求、目的、意义

要求：

以单片机为核心，设计一个温度的检测系统。

用可调电阻调节电压值（0-5V）作为模拟温度的输入量，当温度低于30度时，发出长嘀声报警和光报警，当温度高于60度时，启动直流电机散热。

测量温度范围在0-99度。

具体如下：

（1）1路模拟电压输入，电压范围0-5V；

（2）通过两位LED数码管显示其转换的数字量（00—FFH）

（3）当其转换的数字量为（00-4DH）,则通过发光二极管闪烁报警，当其转换数字量为（9A-FFH）时，启动直流电机散热。

目的与意义：

加深对数模转换原理和应用，并了解ADC0808完成模数转换的原理，掌握ADC0808与89C51接口硬件电路的设计方法及编程方法；掌握可编程芯片AT89C51与显示器连接的工作原理与程序设计方法。

能够熟练的运用单片机编程的基础知识，来学会较复杂的设计和编程，提高对单片机在工程中的运用能力。

1.2系统总体方案选择与说明

本次设计以AT89C51单片机和ADC0808为核心，设计一个温度检测系统，要求用0～5V模拟电压模拟信号经ADC0808转换所得的数字量送到AT89C51按照芯片内所编程序进行处理和控制。

即当温度低于30度时，发出长嘀声报警和光报警，当温度高于60度时，启动直流电机散热。

测量温度范围在0-99度，可通过LED显示器显示。

采集到的模拟信号0～5V用一个滑动变阻器分压实现，模拟信号数字化是通过ADC0808实现的，其主要功能和要求的实现是通过可编程芯片AT89C51单片机达到的，并经过LED显示器显示出来。

用软件仿真时是用一个光报警代替直流电机散热的。

二80C51单片计算机的组成原理

2.1组成框图及内部总体结构

图2-1为80C51单片机功能结构框图

80C51芯片内部集成了CPU、RAM、ROM、定时/计数器和I/O口等各功能部件，并由内部总线把这些不见连接在一起。

80C51单片机内部包含以下一些功能部件：

（1）一个8位CPU；

（2）一个片内振荡器和时钟电路；

（3）4KBROM（80C51有4KB掩膜ROM，87C51有4KBEPROM，80C31片内有无ROM）；

（4）128B内RAM；

（5）可寻址64KB的外ROM和外RAM控制电路；

（6）两个16位定时/计数器；

（7）21个特许功能寄存器；

（8）4个8位并行I/O口，共32条可编程I/O端线；

（9）一个可编程全双工串行口；

（10）5个中断源，可设置成2个优先级。

外时钟源外部事件计数

中断控制并行口串行通信

图2-180C51单片机功能结构框图

2.2单片机各口及其负载能力、接口要求

80C51共有4个8位并行I/O端口,共32个引脚

（1）P0口——8位双向I/O口。

在不并行扩展外存储器（包括并行扩展I/O口）时,P0口可用作双向I/O口。

在并行扩展外存储器（包括并行扩展I/O口）时,P0口可用于分时传送低8位地址（地址总线）和8位数据信号（数据总线）。

位结构如图2-4所示。

P0口能驱动8个LSTTL门。

图2-2P0口位结构

（2）P1口——8位准双向I/O口（“准双向”是指该口内部有固定的上拉电阻）。

位结构如图2-5所示。

P1口能驱动为4个LSTTL门。

图2-3P1口位结构

（3）P2口——8位准双向I/O口。

在不并行扩展外存储器（包括并行扩展I/O口）时,P2口可用作双向I/O口。

在并行扩展外存储器（包括并行扩展I/O口）时,P2口可用于传送高8位地址（属地址总线）。

P2口能驱动4个LSTTL门。

P2口的位结构如图2-6所示，引脚上拉电阻同P1口。

在结构上，P2口比P1口多一个输出控制部分。

图2-4P2口位结构

（4）P3口——8位准双向I/O口。

可作一般I/O口用,同时P3口每一引脚还具有第二功能,用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。

P3口驱动能力为4个LSTTL门。

图2-5P3口位结构

P3口第二功能如下表:

上述4个I/O口,各有各的用途。

在不并行扩展外存储器（包括并行扩展I/O口）时,4个I/O口都可作为双向I/O口用。

在并行扩展外存储器（包括并行扩展I/O口）时,P0口专用于分时传送低8位地址信号和8位数据信号,P2口专用于传送高8位地址信号。

P3口根据需要常用于第二功能,真正可提供给用户使用的I/O口是P1口和一部分未用作第二功能的P3口端线。

2.3MCS—51单片机的引脚功能

80C51单片机一般采用双列直插DIP封装，共40个引脚，图2-2a为引脚排列图。

图2-2b为逻辑符号图。

40个引脚大致可分为4类：

电源、时钟、控制和I/O引脚。

图2-680C51（80C31、87C51）引脚图

三硬件电路设计

3.1温度检测和变送器

（1）热敏电阻温度转换原理

热敏电阻是近年来发展起来的一种新型半导体感温元件，由于它具有灵敏度高、体积小、重量轻、热惯性小、寿命长以及价格便宜等优点,因此应用非常广泛。

热敏电阻与普通热电阻不同，它具有负的电阻温度特性，当温度升高时，电阻值下降，其特性曲线如图3-1所示。

图3-1热敏电阻特性曲线

热敏电阻的阻值-温度特性曲线是一条指数曲线，非线性度较大，因此，在使用时要进行线性化处理。

线性化处理虽然能改善热敏电阻的特性曲线，但比较复杂。

为此，在要求不高的一般应用中，常常作出在一定的温度范围内温度与阻值成线性关系的假定，以简化计算。

使用热敏电阻是为了感知温度，给热敏电阻通以恒定电流，电阻两端就可测到一个电压，然后通过下面公式求得温度：

—被测温度;

—与热敏特性有关的温度参数；

—热敏电阻有关的系数；

—热敏电阻两端的电压。

根据这一公式，如能测得热敏电阻两端的电压，再知道参数

和参数

，则可计算出热敏电阻的环境温度，也就是被测得温度。

这样，就把电阻随温度的变化关系转化为电压随温度的变化关系了。

数字式电阻温度计设计工作的主要内容，就是把热敏电阻两端电压值经A/D转换变成数字量，然后通过软件方法计算出温度值，再进行显示等处理。

所以采取ADC0809芯片来读取电压值。

3.2显示器接口电路

图3-2 LED显示器接口电路

3.3温度检测系统总电路

图3-3单片机温度检测系统电路原理图

四软件的设计

4.1软件设计总体流程

软件总体设计主要完成各部分的软件控制和协调。

本系统主程序模块主要完成的工作是对系统的初始化，包括扫描键盘和液晶的初始化，启动无线接收模块，发送显示数据，同时对键盘进行扫描，等待外部中断，程序的流程图如图4-1所示

图4-1流程图

4.2主程序与各部分程序

由于排版和格式要求，主程序和部分程序见附录B中的程序清单。

五程序调试结果与使用说明

具体的调试过程中就是对数据进行采集、转换和显示。

通过定位器改变模拟量的输入，使模拟电压在0.0V～5.0V之间变化。

调试步骤：

1.接线：

实验台译码器模块的CS1接CS0809；CS0接CS8255（代替AT89C51）；定位器可变端子连接到ADC0808的模拟信号输入端；PB0、PB1接发光二极管的输入LED1、LED2；

ADC0808的EOC接P2.6；PA0～PA7接LEDA～LEDH。

2.将硬件接好，打开实验台开关。

设置好仿真器，将所编程序输入伟幅仿真软件，进行编译检查和修改，直到编译成功。

3.将编译好的程序输入到单片机中。

采用全速运行调试，若不能实现要求，用单步跟踪检查并修改程序，直至调试成功。

4.转动定位器，改变输入模拟电压量的大小，观察LED数码管显示器的显示。

调试结果：

在伟幅仿真软件中进行编译与运行后，可以观察到通过转动定位器改变模拟输入量的大小，LED数码管显示器的显示也随之相应变化。

且当调试的温度低于30度时，单片机将会使蜂鸣器启动，并点亮发光二极管L1；而当温度高于60度时，单片机也会使蜂鸣器启动，并点亮发光二极管。

六总结

忙碌的的日子总是觉得短暂，充实紧张的两周单片机课程设计转眼就要结束了，我喜欢这种节奏的学习生活。

在这短暂而又充实的两周课程设计的时间里，让我获益良多，受益匪浅，张老师耐心细致的指导讲解答疑，个人积极紧张的筹备思考操作，团队各成员之间繁杂仔细的商量探讨和热情的鼓励帮助，使这两周的日子变得忙碌而又充实美好。

课程设计的第一天，面对着李老师布置下来的设计课题，有些茫然而不知所措，不知该如何着手开始。

心想，怎么这个单片机的课程设计会如此的难，如此的不好下手，更不知道该怎么办才好。

但转头一看，发现其他同学和我的感觉竟然一样，同样的茫然同样的无助，顿时心里释怀不少。

于是对自己说，别人也不会，不急，慢慢来，总会找到解决的办法的。

离开教室回到宿舍，首先下载了李老师给我们准备好的课程设计任务书，了解了该课题的详细要求后，直接去图书馆借来了相关的资料拿回来阅读参考。

接下来的几天，渐渐的开始有了一些头绪，明白了该从何处着手，心中有了课程设计的初步框图。

接下来的时间里，查阅了不少的相关资料，随着理解的加深，设计程序及流程渐渐的变得细致，确定了设计要求及操作实施步骤，随着设计中问题的逐个解决，操作开始变得简单有趣，我开始乐于做好课程设计中的各部分环节要求，乐于和同组的同学相互探讨争论，解决我们这个温度检测设计，单片机课程设计中的难点，并取得共同的进步。

按照这种方式与解决办法，解决了不少设计中的问题。

随着日子一天天的流逝，课程设计也接近了尾声。

经过两周的奋战我的课程设计终于完成了。

在没有做课程设计以前觉得课程设计只是对这学期所学单片机知识的单纯总结，但是通过这次做课程设计发现自己的看法有点太片面。

课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。

通过这两周的单片机课程设计，使我对单片机这门课程的知识内容有了进一步的扩展和深入的理解，书本上的知识，只有通过自己动手去操作去运用才会变得实际有用，这才是真正的学习，感谢张老师给了我们这么一个学习的好机会。

我更懂得了个人努力的重要性，这让我感觉充实自信，这种满足感与成就感真是无与伦比。

明白了什么叫做团队，群体的力量，一起探讨，一起争论，一起协作着解决问题。

最后要感谢张老师对我悉心的指导，感谢他给我的帮助。

在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。

在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。

而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。

再次感谢张老师在这单片机课程设计中辛劳的付出！

谢谢您！

辛苦了！

参考文献

[1]张迎新.《单片微型计算机原理、应用及接口技术》.国防工业出版社

[2]张鑫。

单片机原理及应用北京：

电子工业出版社

[3]何立明MCS-51单片机应用系统设计（系统配置与接口技术）北京：

北京航空航天大学出版社

[4] 陈明荧.8051单片机课程设计实训教材  北京:

清华大学出版社 

[5] 胡汉才.单片机原理及其接口技术  北京:

清华大学出版社 

[6] 徐淑华 程退安 姚万生 .单片机微型机原理及应用 哈尔滨工业大学出版社 

[7]余永权权，汪明慧，黄英编著。

单片机在控制系统中的应用。

北京：

电子工业出版社

[8]武锋PIC系列单片机的开发应用技术。

北京：

电子工业出版社

附录

附录A系统原理图

附录B程序清单

ED_0EQU30H

LED_1EQU31H

LED_2EQU32H

ADCEQU35H

TCNTAEQU36H

TCNTBEQU37H

H_TEMPEQU38H;温度上限

L_TEMPEQU39H;温度下限

FLAGBIT00H

H_ALMBITP3.0

L_ALMBITP3.1

SOUNDBITP3.7

CLOCKBITP2.4

STBITP2.5

EOCBITP2.6

OEBITP2.7

ORG00H

SJMPSTART

ORG0BH

LJMPINT_T0

ORG1BH

LJMPINT_T1

START:

MOVLED_0,#00H

MOVLED_1,#00H

MOVLED_2,#00H

MOVDPTR,#TABLE

MOVH_TEMP,#153

MOVL_TEMP,#77

MOVTMOD,#12H

MOVTH0,#245

MOVTL0,#0

MOVTH1,#（65536-1000）/256

MOVTL1,#（65536-1000）MOD256

MOVIE,#8aH

CLRC

SETBTR0;为ADC0808提供时钟

WAIT:

SETBH_ALM

SETBL_ALM

CLRST

SETBST

CLRST;启动转换

JNBEOC,$

SETBOE

MOVADC,P1;读取AD转换结果

CLROE

MOVA,ADC

SUBBA,#77;判断是否低于下限

JCLALM

MOVA,H_TEMP

MOVR0,ADC

SUBBA,R0;判断是否高于上限

JCHALM

CLRTR1

LJMPPROC

PROC:

MOVA,ADC;数值转换

MOVB,#100

DIVAB

MOVLED_2,A

MOVA,B

MOVB,#10

DIVAB

MOVLED_1,A

MOVLED_0,B

LCALLDISP

SJMPWAIT

INT_T0:

CPLCLOCK;提供ADC0808时钟

RETI

INT_T1:

MOVTH1,#（65536-1000）/256

MOVTL1,#（65536-1000）MOD256

CPLSOUND

INCTCNTA

MOVA,TCNTA

DISP:

MOVA,LED_0;数码显示子程序

MOVCA,@A+DPTR

CLRP2.3

MOVP0,A

LCALLDELAY

SETBP2.3

MOVA,LED_1

MOVCA,@A+DPTR

CLRP2.2

MOVP0,A

LCALLDELAY

SETBP2.2

MOVA,LED_2

MOVCA,@A+DPTR

CLRP2.1

MOVP0,A

LCALLDELAY

SETBP2.1

RET

DELAY:

MOVR6,#10

D1:

MOVR7,#250

DJNZR7,$

DJNZR6,D1

RET

DELAY2:

MOVR5,#20

D2:

MOVR6,#20

D3:

MOVR7,#250

DJNZR7,$

DJNZR6,D3

DJNZR5,D2

RET

TABLE:

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

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

END

电气与信息工程系课程设计评分表

项目

评价

设计方案的合理性与创造性

开发板焊接及其调试完成情况

硬件设计或软件编程完成情况*

硬件测试及软件调试结果*

设计说明书质量

设计图纸质量

答辩汇报的条理性和独特见解

答辩中对所提问题的回答情况

完成任务情况

独立工作能力

组织纪律性（出勤率）

综合评分

指导教师签名：

________________

日期：

________________

注：

表中标*号项目是硬件制作或软件编程类课题必填内容；

此表装订在课程设计说明书的最后一页。

课程设计说明书装订顺序：

封面、任务书、目录、正文、评分表、附件（非16K大小的图纸及程序清单）。