基于MCS51单片机的温度测量系统.docx
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基于MCS51单片机的温度测量系统
第一章MSC51单片机的结构与原理
1.1MSC51单片机的发展
随着集成电路技术的发展，单片微型计算机的功能也不断增强，许多高性能的新型机种不断涌现出来。
单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，称为自动化和各个测控领域中广泛应用的器件，在工业生产中称为必不可少的器件，尤其是在日常生活中发挥的作用也越来越大。
单片机作为微型计算机的一个重要分支，应用面很广，发展很快。
自单片机诞生至今，已发展为上百种系列的近千个机种。
1.2单片机的结构
1.2.1MSC51单片机的基本结构
图1.1单片机的基本结构
图中包括:
1.一个8位中央处理器CPU数据处理、测试位，置位，复位，位操作
2. 数据存储器RAM（128B与SFR）在程序运行时存储工作变量和资料
3.程序存储器ROM（4KB或8KB）永久性存储应用程序，掩模ROM、EPROM、EEPROM
4.并行输入/输出口（I/O）作系统总线、扩展外存、I/O接口芯片
5.串行输入/输出口（2条）串行通信、扩展I/O接口芯片
6.定时/计数器（16位）计满溢出、中断标志置位、向CPU提出中断请求，与CPU之间独立工作
7.中断控制系统2个外中断、2个定时/计数器中断、1个串行口终端
8.时钟电路内振外振
1.2.2单片机的内部结构
单片机由CPU、存储器（包括RAM和ROM）、I/O接口、定时/计数器、中断控制功能等均集成在一块芯片上，片内各功能通过内部总线相互连接起来。
图1.2单片机的内部结构
1.3单片机的引脚
单片机实际有效的引脚共有40个，有三种封装形式。
引脚主要有：
主电源引脚GND和VCC,时钟电路引脚，控制信号引脚，输入输出引脚，RST复位引脚，XTAL1、XTAL2接外部晶体的引脚等。
下图是DIP封装形式，这是普通的40脚双列直插形式。
为了尽可能缩小体积，减少引脚数，单片机的不少引脚具有第二功能，也称为复用功能。
图1.3单片机引脚图
1.4MCS51的存储器结构
MCS-51的程序存储器与数据存储器是分开的，体系结构为哈佛结构。
1.4.1程序存储器ROM
1、程序存储器作用及寻址范围
作用：
存放指令（程序）的存储器，用PC作地址指针。
寻址范围：
0000～FFFFH，共64KB；片内、片外统一编址。
片内：
PC=0000～0FFFH；片外：
PC=1000～FFFFH
2、ROM低端的几个特殊入口地址
0000H：
CPU开始执行指令时的第一个取指单元，执行时PC的内容从0000H开始；
0003H～0002B：
中断专用固定入口地址（系统规定）；
1.4.2数据存储器RAM
1、片内128字节的数据存储器可分为三部分
（1）工作寄存器区0～3区
地址从00H~1FH，共有32个字节。
每8个字节（记作R0~R7）构成一个区，共4个区。
工作寄存器区的选择由程序状态字PSW中的RS1和RS0位的值来确定。
（2）位寻址区
该区域地址从20H到2FH，共16个字节，128位，使用指令可寻址到位。
（3）数据区
地址从30H到7FH，共80个字节，可作为用户数据存储器，按字节访问。
用户堆栈通常在该区域开辟。
2、特殊功能寄存器区SFR
8051把CPU中的专用寄存器、并行端口锁存器、串行口与定时器/计数器内的控制寄存器等集中安排到一个区域，离散地分布在地址80H~FFH范围内，这个区域称为特殊功能寄存器区SFR。
图1.4片内数据存储器RAM地址空间
第二章温度控制系统硬件设计
2.1系统使用的仪器设备及芯片
此温度控制系统使用的仪器和设备主要有PC机、WAVE软件、E51/S仿真器+POD8X5X仿真头、MULT_51C实验板、仿真器专用电源等，所使用的芯片有串行E2PROM芯片AT24C02、串行A/D转换芯片TLC1549、8D锁存器74573、LED数码显示器等。
2.2实验相关芯片介绍
2.2.1串行E2PROM芯片AT24C02
AT24C02是带I2C总线接口的E2PROM存储器，具有掉电记忆功能，并内含256×8位存储空间，具有+5V单电源供电、二线串行接口、低功耗CMOS技术、双向数据传输协议、8字节页面写模式、允许写部分页面、自定时写周期、内部结构256X8（2K）、工作电压宽（2.5～5.5V）、擦写次数多（大于10000次）、写入速度快（小于10ms）高可靠性，数据保留时间长等特点。
图2.1AT24C02芯片工作及引脚图
表2.1AT24C02芯片引脚功能说明
序号
符号
功能
直流电压（V）
1
A0
地址输入
0
2
A1
地址输入
0
3
A2
地址输入
0
4
GND
接地
0
5
SDA
串行数据输入/输出
4.5
6
SCL
串行时钟输入
4.5
7
WP
写保护
0
8
Vcc
电源
5
I2C数据传送过程如下：
图2.2数据传送过程
在数据传送过程中，必须确认数据传送的开始和结束。
当时钟线SCL为高电平时，数据线SDA由高电平跳变为低电平定义为“开始”信号；当SCL线为高电平时，SDA线发生低电平到高电平的跳变为“结束”信号。
开始和结束信号都是由主器件产生。
在开始信号以后，总线即被认为处于忙状态；在结束信号以后的一段时间内，总线被认为是空闲的。
在设计硬件中，该芯片串行实现与单片机传输数据的传送。
该芯片的SCL和SDA与单片机的P1.5与P1.6连接。
该设计中式实现设定温度的存储。
2.2.2串行A/D转换芯片TLC1549
TLC1549是以10位开关电容逐次逼近式A/D转换器为基础而构造的一种低价位、高性能的8位CMOSA/D转换器，它以8位开关电容逐次逼近的方法实现A/D转换，其转换速度小于17us，它能方便地采用三线串行接口方式与各种微处理器连接，构成各种廉价的测控应用系统。
具有片内提供4MHz内部系统时钟，并与操作控制用的外部I/OCLOCK相互独立、存取与转换时间转换速率达40000次／秒、差分高阻抗基准电压输入等特点。
图2.3TLC1549芯片的引脚图
表2.2LTC1549芯片引脚功能说明
序号
符号
功能
电压（V）
1
REF+
正基准电压输入端
2.5V≤REF+≤Vcc+0.1
2
ANALOG
模拟信号输入端
1或0
3
REF-
负基准电压输入端
-0.1V≤REF-≤2.5V
4
GND
接地
0
5
/CS
芯片选择输入端
VIN≥2V或≤0.8V
6
DATAOUT
转换结果数据串行输出端
高位在前，低位在后
7
I/OCLOCK
外接输入/输出时钟输入端
0
8
Vcc
电源
3V~6V
单片机的P1口相关引脚相连，温度传感器和电阻分压后经其转换为数字量，将温度转换为数字量传入单片机。
本系统的温度采集模块，主要采用的是热敏电阻器NTC对温度进行测量，测量的温度的模拟量送入到A/D转换器（TLC549），经转换成数字量输出。
实验图如下
图2.4串行A/D转换图
2.2.38D锁存器74573
74HC373的输出端O0～O7可直接与总线相连。
当三态允许控制端OE为低电平时，O0~O7为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。
当OE为高电平时，O0～O7呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。
当锁存允许端LE为高电平时，O随数据D而变。
当LE为低电平时，O被锁存在已建立的数据电平。
图2.58D锁存器74573的引脚排列
在硬件电路中使用两个74573，通过OC选通其中一个锁存器，一个用于控制LED数码管的字段，通过P0口输入要显示的数码管字段所表示的8位，另一个用于控制LED数码管的字位，将其输出端控制scanf0--scanf4选择哪一个数码管工作，scanf5与P2口联系，将其键盘输入读入，判断哪一个键按下。
2.3LED数码管显示器
单片机中通常使用的是由7个发光二极管，即七段LED按“日”字排列成的数码管。
七段LED的阳极连在一起称为共阳极接法，而阴极连在一起称为极接法。
每段LED的笔画分别称为a、b、c、d、e、f、g，另有一段构成小数点。
图2.6（a）LED器件（b）共阳极接法（c）共阴极接法
在选用共阴的LED时，只要在某一个发光二极管加上高电平，该段即点亮，反之则暗。
而选共阳的LED时，要使某一段发光二极管发亮，则需加上低电平，反之则暗，为了保护各段LED不被损坏，需外加限流电阻。
为了要显示某个字形，则应使此字形的相应段点亮，也即送一个不同的电平组合代表的数据来控制LED的显示字形，此数据称为字符的段码。
数据字位数与LED段码的关系如表所示：
表2.3数据字位数与LED段码的关系
数据位数
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
LED段码
dp
g
f
e
d
c
b
a
在该设计中用到4个LED显示数码管，分别显示设计的温度和实际测量的温度。
与上述的锁存器配合，显示相应的数值。
实验电路图如下：
图2.7静态按键、LED显示
第3章温度控制系统软件设计
3.1温度控制系统软件实验内容
温度传感器和电阻分压后的电压经TLC1549连续采样、转换为数字量，通过编程得到实际温度值，送入DISP3和DISP4两个内部RAM单元中；通过键盘输入温度设定值，送入AT24C02中保存。
显示时从AT24C02中取出温度设定值，送入DISP1和DISP2两个内部RAM单元中。
显示程序将DISP1～DISP4中的内容显示在4位LED上。
通过对温度的设定值与实际值的比较、判断，实现温度控制。
3.2软件设计
此程序是由4位LED数码管动态显示、静态按键显示、I2C总线实验—AT24C02串行E2PROM、串行A/D转换器TLC549等实验综合写成。
1.主函数MAIN子程序
首先初始化所有的寄存器的值，包括定时器的初始值，设定温度的初始值，显示的初始值，按调用按键扫描，判断有无键按下，然后修改温度的设定值，再将设定后的值送入DISPLAY1/2中，在通过显示的时间是否为500ms，时间没到的话就继续循环等待，到了500MS后就可以通过AT24C02存储器写入重新设定的值，而同时由中断系统始终不断输出实测的和设定的温度。
2.数码管动态显示子程序
经过定时器T1中断处理实现显示，分别调用DISOUT0实现选中数码管，在调用DISOUT1中的查表来实现数码管显示温度数值目的。
3.按键处理子程序
通过按键控制设置温度加减，循环查询，通过检测p2口的按键，利用CJNEA,#0F0H,MAY_KEY比较用SCAN5判断是否有键按下，按键“1”时，设定的温度值加1，按键“2”时，设定的温度值减1。
4.A/D转换程序
利用TRANS调用ADCA实现采样温度的模拟值转换为数字值，再通过程序MOVCA，A+@DPRT查表得到实际的温度值。
5.读写功能（数据写入、读出子程序）
写入或者读出数据时，通过软件实现串行读出（BD_DATA）或写入（WD_DATA）数据到ACC中。
同时实现开始信号（BSTRAR）、停止信号（BSTOP）、读写字节R/WBATE）的软件编写。
6.延时子程序
通过循环判断DJNE延时或定时器检查TFO是否为1（JBCTFO,LP1）延时。
7.查表程序
利用DB来实现查询。
3.3程序的修改
在源程序的基础上修改了一段程序：
将原来按键“1”设定的温度值加1，按键“2”设定的温度值减1修改为相反功能。
原来的程序修改的程序
WAIT:
WAIT:
；*******按键处理*********；*******按键处理*********
MOVA,TEMP_SETMOVA,TEMP_SET
SUBBA,TEMPCJNEA,TEMP,LOOP
JCOVER0LOOP:
JCOVER0
CLRRELAYCLRRELAY
AJMPPROAJMPPRO
OVER0:
OVER0:
SETBRELAYSETBRELAY
PRO:
PRO:
LCALLKEY_SCANLCALLKEY_SCAN
JZPRO1_ENDJZPRO1_END
CJNEA,#1,NO_1KEYCJNEA,#1,NO_1KEY
MOVA,TEMP_SETMOVA,TEMP_SET
CJNEA,#99,CMP1JZPRO_END
CMP1:
JNCPRO_END
INCTEMP_SETDECTEMP_SET
AJMPPRO_ENDAJMPPRO_END
NO_1KEY:
NO_1KEY:
CJNEA,#2,PRO_ENDCJNEA,#2,PRO_END
MOVA,TEMP_SETMOVA,TEMP_SET
JZPRO_ENDCJNEA,#99,CMP1
DECTEMP_SETCMP1:
JNCPR0_END
AJMPPRO_ENDINCTEMP_SET
AJMPPRO_END
3.4程序流程图
图3.1程序流程图
第四章心得体会
对于单片机的学习，我很是苦恼，刚开始我什么也不懂。
一个简单的程序也要看一个晚上。
可能是太幼稚了，刚开始为了计算机二级，自考根本就没有时间看单片机。
在忙完了这些才开始从头抓起，真的好吃力。
有时在课堂上我也会提出许多简单的问题（在同学看来都是不是问题的问题）可是我不会。
刚开始还是问可是后来就不问了但在课余时间我用了N备的时间为了一个简单的程序在不断的写，不断的记忆。
我知道只有先背过了,才有可能去了解，去运用。
虽然二级勉强过了，可是发觉比别人落后了一步总觉的落后了好多。
曾经一度的后悔，可是已经成为事实，此刻只有用不多的时间才能赶上。
在背了部分的程序后对程序渐渐有了信心，但还是总觉的不如别人，我就不断的告诉自己我不如别人，只有这样，我才能不断的激励自己要坚持学下去。
可是对于知识的积累还需要漫长的过程。
很遗憾的是考完试了，和其他的人一起放纵直到课程设计才回到课本中。
通过这次课程设计，使我对单片机有了进一步的了解，我不知道以后能够用到多少可我觉的既然我学了这一课程，我就要尽力将他学好。
考试只是一个阶段的东西，考试只能说还行，不过我觉的我懂的太少，要想掌握还需要未来的不断努力。
课程设计为我们提供了一个从课本过度到工作中的一个平台。
但这次的课程设计老师已经把程序给了我们，开始我都看不懂，我想假如让我去编写一个程序，此时的我是编不出的。
要能够编出一个完整的程序需要走的路还很长。
学了单片机，我们此刻也只是在婴儿阶段，还是刚出生的婴儿，在学习的过程中，都是付出是别人几倍的时间，可是也得到了和别人相似或差些的成绩。
但是我始终相信机会给于有准备的人。
感谢在我成长中给与我帮助的同学和老师。
附录（源程序）
SEL0EQUP3.5
SEL1EQUP3.7
DOUTEQUP1.1
CIOEQUP1.0
CSEQUP1.2
RELAYEQUP1.3
DISP1EQU30H
DISP2EQU31H
DISP3EQU32H
DISP4EQU33H
COUNTEQU34H
TEMPEQU35H
TMPEQU38H
TEMP_SETEQU36H
KEY_LASTEQU37H
CNT500MSEQU39H
F_500MSEQU21H.0
SCANEQU20H
SCAN1EQU20H.0
SCAN2EQU20H.1
SCAN3EQU20H.2
SCAN4EQU20H.3
SCAN5EQU20H.4
SCAN6EQU20H.5
SCAN7EQU20H.6
SCLEQUP1.5
SDAEQUP1.6
ORG0000H
LJMPMAIN
ORG001BH
AJMPDISPLAY
MAIN:
MOVTMOD,#00010000B；T1定时器方式1定时
MOVTH1,#0ECH；T1初始值
MOVTL1,#78H
SETBET1；允许T1中断
SETBPT1；设T1为高优先级
SETBEA；允许CPU中断
SETBTR1；开启T1工作
MOVCOUNT,#0
MOVCNT500MS,#0
CLRSET0
CLRSEL1
MOVDISP1,#2
MOVDISP2,#0
MOVDISP3,#0
MOVDISP4,#6
MOVR0,#00H
CLRF_500MS
LCALLRD_DATA；读出芯片的初始值
CJNEA,#99,CMP0；判断温度是否超出99
CMP0:
JCNO_OVER99
MOVR0,#00H；芯片的片地址
MOVR1,#20；设初始温度
LCALLWR_DATA；重新写入初始温度
LCALLRD_DATA；再读出温度
NO_OVER99:
MOVTEMP_SET,A
MOVTMP，A
MOVB,#10；将温度转化为BCD码输出
DIVAB
MOVDISP2,B
MOVDISP1,A
WAIT:
;****************按键处理***********************
MOVA,TEMP_SET；将温度再次写入A中
CJNEA,TEMP,LOOP；所设温度与实测的温度比较
LOOP:
JCOVER0；判断是否溢出
CLRRELAY；没溢出继电器不响
AJMPPR0
OVER0:
SETBRELAY；若溢出继电器响
PR0:
LCALLKEY_SCAN；调用键盘扫描
JZPR01_END；判断是否有键盘按下
CJNEA,#1,NO_1KEY；判断是否为1键
MOVA,TEMP_SET
JZPRO_END；若小于0则不能再减1
DECTEMP_SET；温度减1
AJMPPRO_END
NO_1KEY:
CJNEA,#2,PRO_END；判断按键是否为2键
MOVA,TEMP_SET
CJNEA,#99,CMP1
CMP1:
JNCPRO_END；若大于99则不能加1
INCTEMP_SET；温度加1
AJMPPRO_END
PRO_END:
MOVA,TEMP_SET；这一段将温度转化为BCD码显示
MOVB,#10
DIVAB
MOVDISP2,B
MOVDISP1,A
PRO1_END:
;**************************************************
JNBF_500MS,MYDS；判断是否已经过500MS
CLRF_500MS；若已经经过则清0
AJMPDS_PRO
MYDS:
AJMPWAIT；若没经过则跳转到WAIN继续等待
DS_PRO:
MOVA,TMP；将之前的温度给A
CJNEA,TEMP_SET,NO_XD；判断现设温度是否与之前设的温度相等
AJMPNO_PROSET；若相等直接跳转到NO_PROSET
;*******************不相等则记忆该函数****************
NO_XD:
MOVTMP,TEMP_SET；若不想等则重新刷新温度
MOVR0,#0
MOVR1,TEMP_SET；将重新的而温度赋给R1
LCALLWR_DATA；把重设的温度送入芯片内
;*******************相等则不记忆********************
NO_PROSET:
LCALLTRANS；调用数模转换，等到实测外部的温度
MOVB,#10
DIVAB
MOVDISP3,A；显示实测的温度
MOVDISP4,B
AJMPWAIT
DISOUT1:
MOVDPTR,#TAB；温度查表地址
MOVCA,@A+DPTR；将查表的温度送给A
MOVP0,A；将温度送给P0口显示
SETBSEL1；选中控制字段锁存器
NOP
CLRSEL1
RET
DISOUT0:
MOVA,SCAN；将控制允许端送给A
MOVP0,A；在送给P0口
SETBSEL0；选中控制字位
NOP
CLRSEL0
RET
;**************************************************
;显示程序
;**************************************************
DISPLAY:
MOVTH1,#0ECH；重新给T1赋值
MOVTL1,#78H
PUSHACC；保护现场
PUSHPSW
;********500MS产生程序****************中断延时
INCCNT500MS
MOVA,CNT500MS
CJNEA,#100,NO_500MS
MOVCNT500MS,#0
SETBF_500MS
NO_500MS:
;****************************
INCCOUNT；控制数码管的显示顺序
MOVA,COUNT
CJNEA,#1,NO_DIS1；显示第一个数码管
CLRSCAN1
SETBSCAN2
SETBSCAN3
SETBSCAN4
LCALLDISOUT0
MOVA,DISP1
LCALLDISOUT1
MOVA,DISP1
AJMPT1_END
NO_DIS1:
CJNEA,#2,NO_DIS2；显示第二个数码管
SETBSCAN1
CLRSCAN2
SETBSCAN3
SETBSCAN4
LCALLDISOUT0
MOVA,DISP2
LCALLDISOUT1
AJMPT1_END
NO_DIS2：
CJNEA,#3,NO_DIS3；显示第三个数码管
SETBSCAN1
CLRSCAN3
SETBSCAN2
升级会员 