温度采集系统设计Word格式文档下载.docx

1、3. 用protel或proteus软件绘制电路原理图。4. 软件设计，给出流程图及源代码并加注释4主要参考文献：1. 顾德英. 计算机控制技术（第二版）.北京邮电大学出版社,20052. 李顺增，吴国东，赵河明，乔志伟.微机原理及接口技术. 机械工业出版社，20045设计成果形式及要求：1. 电路原理图2. 软件流程图和程序清单3. 编写课程设计报告。6工作计划及进度： 2013 12月15日 12月17日 查找资料，确定方案12月18日 12月21日 设计硬件电路，绘制电路原理图12月22日 12年25日 软件设计，并调试通过 12月26日 12月28日 编写课程设计报告，答辩或成绩考核系

2、主任审查意见： 签字：年 月 日1 引言 12 计设计目的任务和要求 12.1 设计目的 12.2 设计内容和要求 1 3 系统总体方案设计 13.1 方案设计 13.2 原理框图 14 硬件设计 24.1 硬件控制电路 24.2 传感器电路 24.3 显示电路的选择 34.4 CPU的选择 34.5 8位A/D转换器ADC0809芯片 54.6 AT89C51与ADC0809接口电路 64.7 单片机控制电路 75 软件设计 75.1 绘制程序流程图 75.2 编制汇编源程序 86 调试及仿真 106.1 电路接线图 106.2 仿真及结果 107 结论及心得体会 11附录 13参考文献 1

3、41 引言 温度是工业控制中主要的被测参数，随着电子技术和微型计算机的迅速发展，微机的测量和控制技术在工业发展中起到了举足轻重的作用。单片机具有处理能力强、运行速度快、功耗低等优点。应用在温度测量方面简单方便、测量范围广、精度高，从而提高了生产效率。一般来说一个测温系统由以下三部分组成：测量部分、控制部分、显示部分。因此本设计就是以单片机为核心设计温度采集系统，将采集的信号通过转换以数字方式显示。2 设计目的任务和要求21 设计目的 本设计包括确定控制任务、系统总体方案设计、硬件系统设计、软件程序的设计等，使学生进一步学习与理解计算机控制系统的构成原理、接口电路与应用程序，巩固与综合专业基础知

4、识和相关专业课程知识，提高学生运用理论知识解决实际问题的实践技能；22 设计内容和要求 以8086CPU（或单片机）为核心设计一个温度采集系统，系统可以实现一路温度的采集，在3位LED显示器上显示当前温度。 本设计所用器件主要有传感器，A/D转换器，8086CPU（或单片机），可编程并行接口8255（或不用），LED显示器等。首先传感器把所测的温度转换为电压，输入A/D转换器中进行转换，然后再把得到的二进制数经CPU在LED上显示出来。3 系统总体方案设计31 方案设计 以8086CPU为核心设计一个温度巡回监测系统（A/D采用ADC0809）.系统可实现温度信号的采集，在3位LED显示器上显

5、示当前的温度。经标度变换后送LED显示器显示，只进行一路采集。该系统主要用于温度检测，并在LED上显示当前的温度值。当温度信号改变时，LED显示的值也随之改变。32 原理框图温度传感器LED显示ADC08098086控制器并行接口8255图3-1原理框图4 硬件设计41 硬件控制电路首先应用温度传感器进行温度测量。当外界环境温度发生变化，传感器的输出电压也会发生对应的变化，电桥的输出信号与ADC0809的模拟量输入端IN0连接，经A/D转换后，ADC0809的输出引脚与AT89C51的P0口连接。42 传感器电路在自动控制、机电整合的应用中，温度的测量为常见的需求，感测温度的产品有多种型态，依

6、特性可概分为膨胀变化型、颜色变化型、电阻变化型、电流变化型、电压变化型、频率变化型等，常见的电压变化型的温度传感器有LM35、LM335，其不同点为 LM35 之输出电压是与摄氏温标呈线性关係，而 LM335则是与凯氏温标呈线性关系。由於摄氏温标较常使用，因此本文将针对LM35做介绍。 LM35是由National Semiconductor所生产的温度感测器，其输出电压与摄氏温标呈线性关係，转换公式如式（1），0C时输出为0V，每升高1C，输出电压增加10mV。 公式（1）LM35有多种不同封装型式。在常温下，LM35不需要额外的校准处理即可达到1/4C的准确率。其电源供应模式有单电源与正负

7、双电源两种，正负双电源的供电模式可提供负温度的量测；单电源模式在25C下静默电流约50A，非常省电。下图是利用LM35温度传感器及晶体管IN914组成单电源供电的测温电路（一般需正负电源）。图4-1 利用LM35温度传感器及晶体管IN914组成单电源供电的测温电路43 显示电路的选择 在单片机应用中常用的显示器是LED，因为LED显示器具有功耗低、配置灵活、线路简单、安装方便、寿命长且价格低廉等优点。本设计用8155芯片控制七段显示器动态显示数据。44 CPU的选择本次设计以CPU选用AT89C5l作为控制芯片AT89C51的结构简单并可以在编程器上实现闪烁式的电擦写达几万次以上使用方便等优点

8、。AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。AT89C51的引脚结构图所图示, 其管脚说明如下：VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收

9、输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功

10、能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此

11、频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器 图4-2 AT89C51管脚图周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），

12、不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。45 8位A/D转换器ADC0809芯片目前应用较多的A/D转换器是ADC0809，ADC0809是一种八路模拟输入八路数字输出的转换器件，主要特性如下：分辨率：8位转换时间：次/64个时钟周期电源：+5V模拟输入电压范围：单极性0-5V，具有可控三态输出锁存器。以上数据满足设计要求，所以选用ADC0809ADC0809的引

13、脚排列如图4-3所示，各功能如下：IN0IN7：8个模拟量输入端。START：启动A/D转换。当START为高电平时，开始A/D转换。EOC：转换结束后。当A/D转换完毕时，此信号可用作A/D转换是否完成的查询信号或向CPU请求中断的信号。OE：输出允许信号，或称为A/D数据信号。当此信号为高电平时，可从A/D转换器中读取数据。CLK：实时时钟，最高允许值为640kHz，可通过外接电路提供频率信号，也可由系统ALE分频获得。ALE：地址锁存允许，高电平有效。当ALE为高电平时，允许ADDC、ADDB、ADDA锁存到通道地址锁存器，并选择对应通道的模拟输入送A/D转换器。ADDA、ADDB、AD

14、DC：通道地址输入，C为最高位，A为最低位。D0D7：数字量输出。VREF（+）、VREF（-）：正、负参考电压，用来提供D/A转换器的基准参考电压。一般VREF（+）接+5V，VREF（-）接地。VCC、GND：电源电压VCC接+5V，GND接地。 图4-3 ADC0809芯片管脚图46 AT89C51与ADC0809接口电路如图3-4所示，系统中的ADC0809转换器的片选信号接P2.7，其通道地址IN0IN7分别为7FF8H7FFFH。当AT89C51产生写信号时，由一个或非门产生转换器的启动信号START和地址锁存信号ALE（高电平有效），同时将通道地址ADDA、ADDB、ADDC送地

15、址总线，模拟量通过被选中的通道送到A/D转换器，并在START下降沿时开始逐位转换，当转换结束时，转换结束信号EOC变高电平，经反相器可向CPU发中断请求。也可采用查询方式，当AT89C51产生读信号时，则由一个或非门产生OE输出信号（高电平有效），使A/D转换结果读入AT89C51单片机。ADC0809转换器所需时钟信号可以由AT89C51的ALE信号分频获得。图 4-4 AT89C51与ADC0809接口电路图47 单片机控制电路（1）由于设计要求利用3位数码管显示温度，故在P1、P2、P3口进行数码管连接。由于只显示整数位，小数点不进行连接，因此数码管连接7只引脚即可。（2）由于本系统使

16、用片内程序存储器，故EA引脚接高电平即可。 综上所述，要实现单片机的温度采集及显示，控制电路如图3-5所示：图 4-5 单片机控制电路图5 软件设计51 绘制程序流程图本控制程序结构流程图如5-1图。图 5-1 控制程序结构流程图52 编制汇编源程序1.ADC0809调试程序ORG 0000HMOV R1,#20HMOV R2,#08H；设定8个通道 MOV TL0,#00H MOV TH,#0B8H MOV TMOD,#01H；给计数器设定初值并初始化 CLR ET0；SETB TR0；启动计数器 MOV SCON,#40H MOV DPTR,#78FFH；置DPTR，使模拟通道对应的入口地

17、址为78FFHLOOP： MOV A,R2 SUBB A,R1 JNZ LOOP2；跳转至LOOP2 MOV R1,#00H MOV DPTR ,#78FFHLOOP1：JNB TF0,LOOP1 CLR TF0 MOV TH0,#0B8H；重新给计数器设初值LOOP2：MOVX DPTR,A；重启A/DLOOP3：JP P1.0,LOOP3LOOP4：JNP P1.0,LOOP4；由P1.0查询ADC0809的EOC信号，确定转换是否完成 MOVX A,DPTR；查询结果 MOV R1,A；保存结果 INC DPH；查询下一模拟通道 INC R1;同时将下一通道的值保存 LJMP LOOP

18、END2.程序执行过程： ORG 0000H LJMP MAIN13 ORG 0D00H MAIN13: MOV SP，#50H MOV P2，#0FFH MOV A，#81H MOV DPTR，#0FF23H MOVX DPTR，A MOV 79H，#00H LOOP0: LCALL DISPLAY MOV A，#00H MOV DPTR，#0FF80H MOVX DPTR，A MOV R7，#0FFH LOOP1: DJNZ R7，LOOP1 MOVX A，DPTR MOV 79H，A SJMP LOOP0DISPLAY: MOV A，79H MOV B，#10 DIV AB MOV DP

19、TR，#TAB2 MOVC A，A+DPTR MOV P2，A MOV A，B MOV P1，A MOV A，R3 RET ORG 0E30H TAB2： DB 0C0H，0F9H，0A4H DB 0B0H，99H，92H DB 82H，0F8H，80H DB 90H END 6 调试及仿真61 电路接线图图 6-1电路接线图62 仿真及结果图 6-2 仿真结果图（一）图 6-3 仿真结果图（二）7 结论及心得体会该课程是以单片机8051为核心，以热敏电阻为测温元件对温度进行有效的测量,通过ADC0809芯片将电压信号转化为数字信号，经过单片机处理后通过8155芯片扩展的I/O以动态方式显示，

20、再加上相应的时钟电路、复位电路、分频电路，最后编写程序，温度采集系统的设计就完成了。在设计之初因为对该课题不是很熟悉，所以只能每天找资料，在找了一些相关课题的资料后才着手此次课题的设计。除了了解相关设计的硬件原理电路图外，还要了解具体的型号，熟悉相关软件的使用，如Protel、Word等，虽然在实际操作过程中遇到了很多困难，但经过不懈努力还是完成了本课程的设计。附录参 考 文 献1 与海生.电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真.机械工业出版社，20062 贾伯年.传感器技术M.南京：东南大学出版社，20073 李顺增，吴国东，赵河明，乔志伟.微机原理及接口技术. 机械工业出版社，20044 顾德英. 计算机控制技术（第二版）.北京邮电大学出版社，20055 朱群峰.基于DS18B20 的多路温度采集系统J. 船电技术，2009 ，Vol.29 No.2.6 wertet.DS1820 单线数字温度计Z.2009