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工业大学
《单片机与接口技术》课程设计（论文）
题目：
4路温度采集与显示系统设计
院（系）：
专业班级：
学号：
学生姓名：
指导教师：
教师职称：
起止时间：
课程设计（论文）任务及评语
院（系）：
信息科学与工程学院教研室：
自动化
学号
学生姓名
专业班级
课程设计（论文）题目
4路温度采集与显示系统设计
课程设计（论文）任务
该系统应具备如下功能要求
采用8751单片机作控制器，选用ADC0809、显示电路及外扩的RAM、EPROM一起构成4路温度采集与显示系统。
1、采用8051单片机。
2、采用3位LED数码管，显示整数值。
3、外扩2KBRAM和4KBEPROM
4、检测范围是0℃┈+100℃。
5、开机或复位后，在LED最右端显示“H”，以提示系统正常；
6、正常运行时，不断采集温度并送显示。
自选合适的单片机芯片组成单片机应用系统，该系统应满足如下设计要求：
1、单片机最小系统设计；
2、单片机与A/D转换接口电路设计；
3、温度检测及变换电路设计；
4、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；
5、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
第1章方案论证
1引言
在日常生活中经常要检测环境温度,不同的环境对测量温度的范围要求不同。
这里利用LM35D实现了局部温度范围的监测。
即利用电压型温度传感器LM35D采集室温并产生10mv/℃的电压信号；采用A/D转换器将放大后的模拟信号转化为数字信号；实时显示转换后的室温；通过单片机实现高温，低温报警。
经实验调试，用该方法对0-100℃范围温度测温时，测量误差为+0.4℃。
LM35D是精度集成的电路温度传感器，线性好（10Mv/℃），宽量程（0℃-100℃），它的输出电压与摄氏温度线性成比例，无需外部校准或微调来提供±0.4的常用的室温精度，编程时易于实现。
LM35D采集到的微弱电压信号经过放大器OP07放大十倍后送入A/D转换器（ADC0809）的输入端，ADC0809将模拟信号转化为数字信号后传给8051，选用4个共阴极8段数码显示管用于静态显示当前测量温度。
用单片机RXD和TXD外接74LS164移位寄存器驱动数码管，使LED八段数码管动态显示室温。
2结构框图
此次设计的四路温度采集与显示系统主要有四部分组成：
温度采集部分、A/D转换部分、3位LED数码管显示系统、单片机、外部扩展2KBRAM和4KBEPROM。
系统总体结构框图如下：
图1-1系统总体结构框图
3位数字显示系统
温度采集
A/D转换
8051单片机
外扩4KBEPROM外扩2KBRAM
第2章硬件设计
2.1四路温度采集与显示系统原理
四路温度采集与显示主要由温度采集与A/D转换、8051单片机、外扩2KBRAM、外扩4KBEPROM和3位数字显示系统五部分组成。
构成整个系统的五部分功能如下：
1温度采集电路。
（1）电压型温度传感器LM35D
LM35D输出电压正比摄氏温度成正比，其灵敏度为10mV/℃；温度范围0℃-100℃；电压为4-30V，可直接用温控电路的电源，但要加一个隔离二极管及平滑电容C；精度为±1℃；最大线性误差为±0.5℃；静态电流为80uA；输出电压接数字万用表2V直流电压档，可读出分辨率为0.1℃的温度读数。
如表上读数为28mV，即温度为28.7℃。
该传感器的最大特点是使用时无需外围元件，也无需调试和校正（标定），把测温传感器与放大电路做在一个硅片上，形成一个集成温度传感器。
（2）放大电路
图1为系统的放大电路部分。
LM35D灵敏度为10mV/℃，如果室温为26℃，那么经LM35D采集室温后得到的电压信号为0.26mV，将此信号在整个硬件系统和软件系统中放大100倍，之后将其送入驱动电路，即可在LED数码管上显示室温。
LM35D的输出端经过15k的电阻和10uF的电容可使采集到的与温度成比例（10mV/℃）的电压信号更稳定；在放大电路中，取R6为1K是因为好计算放大倍数，R5用20K的滑动变阻器使这个0.26mV的微弱电压信号在0—20的放大倍数范围内可调试，在此，将其放大5倍，因此需要将R5调至10K，这样经放大器OP07放大后的6脚输出就为放大十倍的电压信号2.6V。
放大电路如图2-1所示：
2A/D转换电路由ADC0809来完成。
ADC0809的引脚功能如下：
ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。
它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。
图2-1放大电路
ADC0809的引脚结构图如图2-2所示：
IN0－IN7：
8条模拟量输入通道
ADC0809对输入模拟量要求：
信号单极性，电压范围是0－5V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。
地址输入和控制线：
4条
图2-2ADC0809的引脚结构图
ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。
当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A，B，C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。
A，B和C为地址输入线，用于选通IN0－IN7上的一路模拟量输入。
通选择表如下表所示。
表2-1通道选择表
C
B
A
选择的通道
0
0
0
IN0
0
0
1
IN1
0
1
0
IN2
0
1
1
IN3
1
0
0
IN4
1
0
1
IN5
1
1
0
IN6
1
1
1
IN7
数字量输出及控制线：
11条
ST为转换启动信号。
当ST上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D转换；在转换期间，ST应保持低电平。
EOC为转换结束信号。
当EOC为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D转换。
OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。
OE＝1，输出转换得到的数据；OE＝0，输出数据线呈高阻状态。
D7－D0为数字量输出线。
CLK为时钟输入信号线。
因ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500KHZ，
VREF（＋），VREF（－）为参考电压输入。
ADC0809与8051的接线图如图2-3所示：
图2-3ADC0809与8051的接线图
38051单片机是ROM型单片机，内部有4KB的掩膜ROM，即单片机生产厂家固化在程序存储器中，8051单片机具有如下特性：
（1）面向控制的8位CPU；
（2）128B的片内数据存储器；
（3）可以寻址64KB的片外程序存储器和64KB的片外数据存储器；
（4）32根双向和可单独寻址的I/O线；
（5）一个全双工和可单独寻址的I/O线；
（6）两个16位定时/计数器；
（7）5个中断源，两个中断优先级；
（8）有片内时钟振荡器；
（9）采用高性能的HMOS生产工艺生产；
（10）有布尔处理（位操作）能力。
（11）含基本指令111条，其中单机器周期指令64种
8051单片机的引脚图如图2-4所示：
一、引脚简要说明
1、主电源引脚Vcc和Vss
Vcc（40脚）：
主电源接＋5V
图2-48051的引脚图
Vss（20脚）：
接地
2、时钟电路引脚XTAL1和XTAL2
XTAL2（18脚）：
接外部晶体振荡器的一端。
片内是一个振荡电路反相放大器的输出端。
XTAL1（19脚）：
接外部晶体振荡器的另一端。
片内是一个振荡电路反相放大器的输入端。
3、控制信号RST/Vpd、ALE/（/PROG）、（/EA）/Vpp和/PSEN
RST/Vpd（9脚）：
复位端。
高电平有效，宽度在24个时钟周期宽度以上，使单片机复位。
该引脚有复用功能，Vpd为备用电源输入端，防止主电源掉电。
ALE/（/PROG）（30脚）：
地址锁存信号端。
访问片外存贮器时，ALE作低八位地址的锁存控制信号。
平时不访问片外存贮器时，该端以六分之一的时钟振荡频率固定输出脉冲。
ALE端负载驱动能力为8个LSTTL门。
该引脚有复用功能，为片内程序存贮器编程（固化）的编程脉冲输入。
/PSEN（29脚）：
片外程序存贮器读选通信号端。
负载能力为8LSTTL门。
（/EA）/Vpp（31脚）：
/EA端接高电平时，CPU取指令从片内程序存贮器自动顺延至片外程序存贮器。
/EA端接低电平时，CPU仅从片外程序存贮器取指令。
该引脚有复用功能，Vpp为片内程序存贮器编程时的编程电压。
4、输入/输出引脚P0、P1、P2和P3口
P0.0～P0.7（39～32脚）：
访问片外存贮器时作为低八位地址线和八位数据线（复用）。
负载能力为8个LSTTL门。
P1.0～P1.7（1～8脚）：
8位准双向I/O口。
负载能力为3个LSTTL门。
P2.0～P2.7（21～28脚）：
访问片外存贮器时作为高八位地址线。
P3.0～P3.7（10～17脚）：
8位准双向I/O口。
负载能力为3个LSTTL门。
另外还有专门的第二功能。
4外扩4KBEPROM。
EPROM是一种用电信号编程，也用电信号进行擦除的只读存储器。
此处，用来扩展的4KBEPROM是一片2732EPROM，2732是4K×8位紫外线擦除可编程只读存储器，单一+5V电源供电，最大工作电流为100mA,维持电流为35mA，读出时间最大为250ns.2732为24脚双列直插式封装。
它与单片机的接口电路如图2-7所示。
5外扩2KBRAM，8051片内有128B的RAM存储器，在实际应用中仅靠这128B的数据存储器是远远不够的。
这种情况下可以利用8051单片机所具有的扩展功能，扩展外部数据存储器。
此处，扩展2KB的RAM由一片6116来完成。
6116是2K×8静态随机存储器，采用CMOS工艺制造，单一+5V电源供电，额定功率为160mW,典型存取时间200ms，读出时间最大为250ns，为24线双列直插式封装。
它与单片机的接口电路如图2-7所示。
63位数字显示系统
图2-5是静态显示电路示意图。
静态显示是LED数码管的各个段都与一个固定驱动端相连接，每个数码管有七段，N个数码管就有7N固定固定驱动端与其相连接。
图中外接74LS164移位寄存器对应于各个数码管。
8051的串行口设定为方式0输出。
由于被显示的字形是以字形码的形式出现。
因此，首先在程序中要建立一个字形表SEGPT。
该表以16进制数的次序，存放其相应字形码，把表格的首地址SEGPT，送入基址寄存器DPTR，把要显示的数作为偏移量送入变址寄存器A，然后执行查表指令MOVCA，＠A+DPTR，从表中取出对应字符的字形码送到累加器。
另外，还要开辟一个显示缓冲区DISMO-DISMN，缓冲区中每个单元对应一个LED数码管。
显示子程序的作用就是依次将显示缓冲区中的内容（16进制数据）取出，并查表变换成要显示字符的字形码，送往数码中显示。
因此，凡是需要调整、更新显示内容时，必须先向显示缓冲区的单元送数，然后再调用显示子程序。
图2-5所示的静态显示电路是使用串行口的静态LED驱动接口。
利用串行口和移位寄存器作为显示器的驱动接口，可以简化设计，节省CPU的显示接口。
在图2-5中，串行接口工作于方式0。
RXD作为输出端接到移位寄存器74LS164的两个输入端A和B，前一个移位寄存器的输出端也与下一个移位寄存器74LS164的A、B相连，这样首尾相接，直到传送3位显示数为止。
当显示完以后，先送出的数显示在最右端，最后送出的数显示在最左边一位，所以在显示缓冲区存数时要特别注意。
图2-5静态显示电路示意图
2.2单片机最小系统设计
在单片机的程序调试和运行时，有时需要用复位键进行复位，正确的复位是单片机得以正常远行的前提。
所以复位电路是单片机系统必不可少的一部分。
此处，复位电路如图2-6所示。
图2-6复位电路
2.3扩展系统设计
单片机扩展系统的设计如图2-7所示。
图2-7中8D锁存器74LS373的三态控制端1引脚OE接地，以保持输出常通。
其三态输出还有一定的驱动能力，G端与11引脚与ALE相连接，每当ALE下跳变时，外部扩展的4KBEPROM芯片2732是4K×8位EPROM器件，有12根地址线A0-A11，2732与8051的连接方法如图2-3,其中低8位地址线通过锁存器与8051的P0口相连,高4位地址线与8051的P2.0-P203相连.当8051发出12位地址信息时,可以选中4kB程序存储器中任何单元.同样,2732的8根数据线直线与8051的P0口相连.2732的OE端直接与8051的PSEN端相连.
2732的片选信号CE接地,显然该2732占有的地址空间可以为1000H-0FFFH.
6116与8051的硬件连接如图2-7所示.6116的地址线,数据线的接法同程序存储器的接法一样,6116的写允许WE和读允许OE分别与8051的WR（P3.6）和RD（3.7）连接,以实现读写控制,6116的片选控制端CE接地常选通.在扩展RAM时,这是一种最简单的连接方法.
图2-7扩展4KBEPROM和2KBRAM
4路温度采集与显示系统的整机电路设计如图2-8所示：
图2-84路温度采集与显示系统的整机电路
第3章软件设计
3.1程序框图
N
系统正常？
Y
显示缓冲区首地址22H送H，其它字节送暗字符
显示输出
启动传感器温度传感器采集
启动A/D转换
存储采集温度的数字值
读取温度值
显示几路传感器采集0.5s
十进制转换
显示输出
全部显示一次？
Y
N
图3-1程序结构框图
3.2程序设计
这个系统只显示0℃-100℃温度的整数部分，整个系统的程序设计如下：
ORG0000H;
MOVR0,#22H；将显示缓存器首地址送入＠R0
MOV@R0,#A1H;
INCR0;
MOV@R0,#FFH;
INCR0;
MOV@R0,#FFH;
LJMPDISPLAY;
LJMPDELAY;
LJMPDISPLAY；调用显示子程序，显示系统正常运行
MOV55H，#01H；将几路传感器工作送入22H单元
SET：
LJMPSTART；调用A/D转换程序
MOV22H，55H；显示几路传感器工作
MOV@R0,22H;
INCR0;
MOV@R0,#FFH;
INCR0;
MOV@R0,#FFH;
MOVA，55H;
INCA;
MOV55H，A;
LJMPDISPLAY；显示几路传感器工作
MOVDPTR，30H;
MOVXA，＠DPTR;
LJMPDATA；调用十进制转换子程序
INCDPTR;
LJMPDISPLAY；调用显示子程序
DJNZ55H，#04H，SET；四路全部显示完成后重新显示第一路
LJMPSET;
END
2十进制转换子程序
DATA：
MOVDPTR，30H
MOVXA，@DPTR;
MOVB，#64H;
DIVAB;
MOV24H，A；百位数进24H
MOVA，B;
MOVB，#0AH;
DIVA，B;
MOV23H，A；十位数进23H
MOVA，B
MOV22H，A；个位数进22H
RET
3显示子程序
DISPLAY：
ORG60H
DISB:
DS3；示缓冲区3字节
ORG1000H
DSP:
MOVR7,#3；数位计数器值为3
MOV@R0,22H；R0指向显示器缓冲区首址
MOVA,@R0；取要显示的数据
ADDA,@0AH；加上到SGTAB的偏移量
MOVCA,@A+PC；字型的段码
MOVSBUF,A；送串行口输出
DSP2:
JNBTI,DSP2；等待输出结束
CLRTI；输出结束清TI标志
INCRO；指向显示缓冲区下一位
DJNZR7,DSP1；未显示完3为则循环
RET；显示完则返回
SGTAB:
DB08H；0
DB9FH；1
DB25H；2
DB0DH；3
DB99H；4
DB49H；5
DB41H；6
DB1FH；7
DB01H；8
DB19H；9
DBA1H；H
DBFFH；暗字符
4延时子程序，因为系统不需要精度太高的延时，所以使用这个延时子程序。
DELAY：
DEL：
MOVR5，#100；延时0.5s
DEL1：
MOVR7，#125;
DEL2：
MOVR6，200;
DEL3：
DJNZR6，DEL3;
DJNZR7，DEL2;
DJNZR5，DEL;
RET
5A/D转换程序
START：
MOVR0，#30H；RAM缓冲区地址置初值
MOVR6，#04H；通道计数器置初值
MOVR7，#04H；循环计数器置初值
CONV1：
MOVDPTR，#0FE8H；通道地址寄存器置初值
CONV2：
MOV＠DPTR，A；启动A/D转换
MOVR5，#0AH；等待延时
DLX：
DJNZR5，DLX;
WAIT：
JBP3.3，WAIT；等待A/D转换结束
MOVXA，＠DPTR；读取A/D转换结果
MOV＠R0，A；保存A/D转换结果
INCR0；修改存储单元地址
INCDPTR；指向下一通道
DJNZR6，CONV2；8个通道全完否？
MOVR6，#03H
DJNZR7，CONV1；8次A/D转换完成否？
ACALLDATADSB；数据的数字处理
RET
第4章课程设计总结
此次课程设计中我投入了极大的热情和精力，使用protel99se设计电路，并运用所学的汇编语言知识编程，其过程中出现了不少的问题，我没有气馁，没有退缩，积极向老师和同学请教，并且一遍又一遍的重复实践，直到我们期望的结果实现。
事实也证明我们的努力没有白费，认真严谨的实习态度给我们带来了成功的喜悦！
通过这短短一周的实践，我感觉到自己在课本上学到的理论知识和实践仍有一定的差距。
有的知识，自己感觉已经掌握得差不多了，但是实际操作起来就有问题出现了。
就拿8051单片机来说，没有弄明白其工作原理具体工作情况和并没有完全了解了A/D转换的实质，对DS18B20温度传感器不了解等问题。
我们还遇到了不少，花费了很多的时间。
这让我们重新反思我们的学习，觉得这与自己当时不注意实验课是分不开的。
通过这次单片机课程设计，我们掌握了设计一个4路温度采集与显示系统的基本方法和基本步骤，实际解决了设计中出现的问题，增强了寻找问题，解决问题的能力。
此次单片机设计的成功不仅帮助我们更好地掌握书本知识，尤其重要的是增强了我们的自信，培养了我们独立思考的能力！
参考文献
[1]梅丽凤,王艳秋,汪毓铎.单片机原理及接口技术.北京：
清华大学出版社,2003,5
[2]余永泉，李小青，陈康林.单片机应用系统的功率接口技术.北京：
北京航空航天大学出版社,1992,9
[3]宋浩，田丰.单片机原理及应用.北京：
清华大学出版社,北京交通大学出版社，2005
[4]张建民，杨旭.利用单片机实现温度检测系统.微计算机信息（嵌入式与SOC）.2007
（2）:
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