单片机课设4路温度采集与显示系统设计徐.docx

1、单片机课设4路温度采集与显示系统设计徐 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2KB RAM和4KB E

2、PROM4、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1 设计任务要求利用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

3、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74

4、LS164移位寄存器驱动数码管，使LED八段数码管动态显示室温。2 方案比较方案一 采用8031作为控制核心,以使用最为普遍的器件ADC0809作模数转换,控制上使用对电阻丝加电使其升温和开动风扇使其降温。此方案简易可行,器件的价格便宜,但8031内部没有程序存储器,需要扩展,增加了电路的复杂性,且ADC0809是8位的模数转换,不能满足本题目的精度要求。 方案二 采用比较流行的AT80C51作为电路的控制核心, AT80C51不但与8051，8052 指令，管脚完全兼容，而且其片内的程序存储器采用FLASH 工艺，用户可以用电的方式瞬间擦除、改写。AT80C51 单片机还支持在线编程，用户通

5、过简单的电路连接就可以将电脑里的程序下载到单片机中，减少调试程序时不断拆卸和插入给芯片带来的损坏。此外AT80C51单片机有8 KB的程序存储器和256 B 的数据存储器，不需外部扩展存储芯片，可以降低硬件电路的复杂度。此方案电路简单并且可以满足题目中的各项要求的精度。综上所述，我们选择方案二。3单元电路设计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2KB RAM、外扩4KB EPROM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LM35DLM35D输出电压正比摄氏温度成正比，其灵敏度为10mV/；温度范围0-1

6、00；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

7、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020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：2 A/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

8、接接口。 图2-1 放大电路ADC0809的引脚结构图如图2-2所示：IN0IN7：8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05V，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2-2 ADC0809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IN0IN7上的一路模拟量输入。通选择表如下表所示。表2-1

9、 通道选择表CBA选择的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7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。OE1，输出转换得到的数据；OE0，输出数据线呈高阻状态。D7D0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

10、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2-3 ADC0809与8051的接线图3 8051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

11、；（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VssVcc（40脚）：主电源接5V图2-4 8051的引脚图Vss（20脚）：接地2、时钟电路引脚XTAL1 和XTAL2XTAL2（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/PSENRST/V

12、pd（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

13、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P0.0P0.7（3932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。P1.0P1.7（18脚）： 8位准双向I/O口。负载能力为3个LSTTL门。P2.0P2.7（2128脚）：访问片外存贮器时作为高八位地址线。P3.0P3.7（1017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4KB EPROM。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

14、，用来扩展的4KB EPROM是一片2732 EPROM，2732是4K8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2KB RAM，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2 KB的RAM由一片6116来完成。6116是2K8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

15、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。6 3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MOVC A，

16、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

17、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4元件选择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A

18、LE相连接，每当ALE下跳变时，外部扩展的4KB EPROM芯片2732是4K8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

19、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4KB EPROM和2KB RAM 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 2-8 4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？YN图3-1 程序结构框图3.

20、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：ORG 0000H ;MOV R0, #22H ；将显示缓存器首地址送入R0MOV R0, #A1H;INC R0 ;MOV R0, #FFH ;INC R0 ;MOV R0, # FFH;LJMP DISPLAY;LJMP DELAY;LJMP DISPLAY ；调用显示子程序，显示系统正常运行 MOV 55H， #01H ；将几路传感器工作送入22H单元SET： LJMP START ；调用A/D转换程序MOV 22H， 55H ；显示几路传感器工作MOV R0, 22H ;INC R0 ;MOV R0, #FFH

21、 ;INC R0 ;MOV R0, # FFH;MOV A， 55H;INC A;MOV 55H， A ;LJMP DISPLAY ；显示几路传感器工作MOV DPTR， 30H; MOVX A， DPTR;LJMP DATA ；调用十进制转换子程序INC DPTR;LJMP DISPLAY ；调用显示子程序DJNZ 55H，#04H，SET ；四路全部显示完成后重新显示第一路LJMP SET;END2 十进制转换子程序DATA： MOV DPTR， 30H MOVX A， DPTR;MOV B， #64H;DIV AB;MOV 24H， A ； 百位数进 24HMOV A， B;MOV B，

22、 #0AH;DIV A， B;MOV 23H， A ；十位数进 23HMOV A， BMOV 22H， A ；个位数进 22H RET3 显示子程序DISPLAY：ORG 60H DISB: DS 3 ；示缓冲区3字节 ORG 1000H DSP: MOV R7,#3 ；数位计数器值为3 MOV R0,22H ；R0指向显示器缓冲区首址 MOV A,R0 ；取要显示的数据 ADD A,0AH ；加上到SGTAB的偏移量 MOVC A,A+PC ；字型的段码 MOV SBUF,A ；送串行口输出 DSP2: JNB TI,DSP2 ；等待输出结束 CLR TI ；输出结束清TI标志 INC RO

23、 ；指向显示缓冲区下一位 DJNZ R7,DSP1 ；未显示完3为则循环 RET ；显示完则返回 SGTAB: DB 08H ；0 DB 9FH ；1 DB 25H ；2 DB 0DH ；3 DB 99H ；4 DB 49H ；5 DB 41H ；6 DB 1FH ；7 DB 01H ；8 DB 19H ；9 DB A1H ；H DB FFH ；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： MOV R5，#100 ；延时0.5sDEL1： MOV R7，#125;DEL2： MOV R6，200;DEL3： DJNZ R6，DEL3; DJNZ R7，DEL2; DJNZ R5，DEL; RET