計(jì)算機(jī)控制課程設(shè)計(jì) 數(shù)字溫度計(jì)

1、洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）高精度四位數(shù)字溫度計(jì)摘 要隨著人們生活水平的提高，數(shù)字化無(wú)疑是人們追求的目標(biāo)之一它給人帶來(lái)的方便也是不可否定的，其中數(shù)字溫度計(jì)就是一個(gè)典型的例子。本文介紹了基于AD590與8031單片機(jī)的一種溫度采集系統(tǒng)，該電路采用了AD574作為A/D轉(zhuǎn)換元件，降A(chǔ)D590采集的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，傳輸?shù)近c(diǎn)偏激內(nèi)部，最后總是共陰極LED顯示出來(lái)，溫度測(cè)量范圍085攝氏度，小數(shù)點(diǎn)后顯示一位，要求能夠正確的顯示溫度傳感器的溫度，使用4位LED模塊顯示，顯示測(cè)量溫度值。本文系統(tǒng)主要包括：數(shù)據(jù)采集模塊、控制模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊。首先繪制出流程圖，然后繪出硬件電路，寫出匯編程序，用匯編

2、語(yǔ)言編程時(shí)，使用了顯示模塊程序，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)存取程序，A/D轉(zhuǎn)換程序。關(guān)鍵詞：8031、AD590、AD574、數(shù)字溫度計(jì)I目 錄前言3第1章 數(shù)字溫度計(jì)簡(jiǎn)介41.1 溫度計(jì)的簡(jiǎn)介41.2 液晶模塊的簡(jiǎn)介4第2章 數(shù)字溫度計(jì)的硬件設(shè)計(jì)62.1 設(shè)計(jì)目的62.2 數(shù)字溫度計(jì)的總體設(shè)計(jì)62.3 電源電路設(shè)計(jì)72.4 控制電路設(shè)計(jì)82.5 溫度采集模塊設(shè)計(jì)92.6 數(shù)據(jù)顯示模塊設(shè)計(jì)10第3章 數(shù)字溫度計(jì)的軟件設(shè)計(jì)133.1主程序流程圖133.2 溫度轉(zhuǎn)換流程圖14結(jié)論15謝 辭16參考文獻(xiàn)17附錄18洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）前言溫度計(jì)是常用的熱工儀表，常用語(yǔ)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)作為過(guò)程的溫度測(cè)量。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程

3、中，不僅需要了解當(dāng)前溫度讀數(shù)，而且希望能了解過(guò)程中的溫度變化情況。隨著工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，對(duì)溫度測(cè)量?jī)x表的要求越來(lái)越高，而數(shù)字溫度表具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，功耗小，可靠性高，速度快等優(yōu)點(diǎn)，更加適合于工業(yè)過(guò)程中以及科學(xué)實(shí)驗(yàn)中對(duì)溫度進(jìn)行在線測(cè)量的要求。近年來(lái)，數(shù)字溫度計(jì)廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，它與模擬式溫度計(jì)相比較，歸納起來(lái)有如下特點(diǎn)：（1）準(zhǔn)確度高，（2）測(cè)量范圍寬，靈敏度高，（3）測(cè)量速度快，（4）使用方便，操作簡(jiǎn)單，（5）抗干擾能力強(qiáng)，（6）自動(dòng)化程度高，（7）讀數(shù)清晰，直觀方便。數(shù)字溫度計(jì)的高速發(fā)展，使它成為實(shí)現(xiàn)測(cè)量自動(dòng)化，提高工作效率不可缺少的儀表。數(shù)字化是當(dāng)前計(jì)量?jī)x器儀表發(fā)展的主要方向之

4、一。提高準(zhǔn)確度數(shù)字溫度計(jì)的出現(xiàn)，又使溫度計(jì)進(jìn)入了粳米標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量領(lǐng)域。與此相適應(yīng)，測(cè)量的可靠性，準(zhǔn)確性顯得越來(lái)越重要。 第1章 數(shù)字溫度計(jì)簡(jiǎn)介1.1 溫度計(jì)的簡(jiǎn)介最早的溫度計(jì)是在1593年由意大利科學(xué)家伽利略發(fā)明的。他的第一支溫度計(jì)是一根一段敞口的玻璃管，另一端帶有核桃大的玻璃泡。使用時(shí)先給玻璃泡加熱，然后把玻璃管插入水中，隨著溫度的變化，玻璃管中的睡眠就會(huì)上下移動(dòng)。根據(jù)移動(dòng)的多少就可以判定溫度的變化和溫度的高低。溫度計(jì)有熱脹冷縮的作用所以這種溫度計(jì)，受外界大氣壓強(qiáng)等環(huán)境因素影響較大，所以測(cè)量誤差大。后來(lái)，法國(guó)人列繆爾也設(shè)計(jì)制造了一種溫度計(jì)，他專心研究用酒精作為測(cè)溫物質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，反復(fù)實(shí)踐，最終把冰點(diǎn)

5、和沸點(diǎn)之間分成80份，定位溫度計(jì)分度，這就是列式溫度計(jì)。列式溫度計(jì)出現(xiàn)30多年之后，瑞典人攝爾修斯與石勒摩爾于1742年改進(jìn)了滑輪海特溫度計(jì)的刻度，把水的冰點(diǎn)定為0度，費(fèi)電定位100度，成了現(xiàn)在的百分溫度，即攝氏溫度。1.2 液晶模塊的簡(jiǎn)介L(zhǎng)M016L的結(jié)構(gòu)及功能：LM016L液晶模塊采用HD44780控制器，hd44780具有簡(jiǎn)單而功能較強(qiáng)的指令集，可以實(shí)現(xiàn)字符移動(dòng)、閃爍等功能。LM016L與單片機(jī)MCU通訊可采用8位或4位并行傳輸兩種方式，hd44780控制器由兩個(gè)8位寄存器、指令寄存器（IR）和數(shù)據(jù)寄存器（DR）忙標(biāo)志（BF）顯示數(shù)RAM（DDRAM）字符發(fā)生器ROMA（CGOROM）字

6、符發(fā)生器RAM（CGRAM），地址計(jì)數(shù)器RAM(AC)。IR用于寄存指令碼，只能寫入不能讀出，DR用于寄存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)由內(nèi)部操作自動(dòng)寫入DDRAM和CGRAM，或者暫存從DDRAM和CGRAM讀出的數(shù)據(jù)。BF為1時(shí)，液晶模塊處于內(nèi)部模式，不響應(yīng)外部操作指令和接受數(shù)據(jù)。DDTAM用來(lái)存儲(chǔ)顯示的字符，能存儲(chǔ)80個(gè)字符碼。CGROM由8位字符碼生成5*7點(diǎn)陣字符160中和5*10點(diǎn)陣字符32種。8位字符編碼和字符的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以查看參考文獻(xiàn)9中的表4. CGRAM是為用戶編寫特殊字符留用的，它的容量?jī)H64字節(jié)，可以自定義8個(gè)5*7點(diǎn)陣字符或者4個(gè)5*10點(diǎn)陣字符。AC可以存儲(chǔ)DDRAM和CGRAM的地

7、址。如果地址碼隨指令寫入IR，則IR自動(dòng)把地址碼裝入AC，同時(shí)選擇DDRAM或CGRAM。第2章 數(shù)字溫度計(jì)的硬件設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)目的 通過(guò)對(duì)數(shù)字溫度計(jì)的工作原理的分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、編程、及上機(jī)調(diào)試工作的實(shí)踐，了解電器控制系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)思路，熟悉和掌握外圍電路系統(tǒng)和軟件設(shè)計(jì)的方法。2.2 數(shù)字溫度計(jì)的總體設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的各部分電源均有總電源供電，8031單片機(jī)作為中央處理器及控制中心，控制數(shù)字溫度計(jì)采集溫度，溫度傳感器采集到溫度后經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后，傳給單片機(jī)進(jìn)行處理，單片機(jī)將傳回的二進(jìn)制數(shù)據(jù)處理后轉(zhuǎn)換成為相應(yīng)的溫度，由譯碼顯示電路以是in執(zhí)行時(shí)顯示在數(shù)碼管上。圖2-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖整個(gè)系

8、統(tǒng)如圖2-1所示，采用8031為控制電路，包含了溫度采集模塊，A/D轉(zhuǎn)換模塊，控制模塊及數(shù)據(jù)顯示模塊。2.3 電源電路設(shè)計(jì)電源電路的種類繁多，如變壓器降壓，橋式整流電路全波整流，LC、RC濾波，三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓等。具體采用什么電路合適，則根據(jù)主體電路及執(zhí)行機(jī)構(gòu)不同和可靠、廉價(jià)、有效益等要求進(jìn)行選用。電源的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如下： 圖2-2 電源結(jié)構(gòu)框圖電源電路部分結(jié)構(gòu)如下：圖2-3 電源電路結(jié)構(gòu)圖 電源電路中，CON1口經(jīng)變壓器降壓的低壓交流電，二極管D1、D2、D3、D4組成橋式整流電路，三段穩(wěn)壓器LM7805穩(wěn)壓，穩(wěn)壓后在進(jìn)行一次濾波，發(fā)光二級(jí)管D5與電阻R1構(gòu)成電源工作指示電路，R1起限流作用。作為

9、濾波電容的C1、C2、C3、C4屈指均來(lái)自LM7805器件資料典型應(yīng)用電路。電路通過(guò)CON2口輸入穩(wěn)定+5V供給整個(gè)系統(tǒng)。2.4 控制電路設(shè)計(jì)此系統(tǒng)的控制電路主要由單片機(jī)8031控制，8031的引腳圖及功能如下：圖2-4 8031引腳圖1、 主電源引腳VCC和VSS VCC（40腳）接+5V電壓； VSS（20腳）接地。2、 外接晶體引腳XTAL1和XTAL2 XTAL1（19腳）接外部晶體的一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反向放大器的輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，對(duì)HMOS單片機(jī)，此引腳應(yīng)接地；對(duì)CHMOS單片機(jī)，此引腳作為驅(qū)動(dòng)端。 XTAL2（18腳）接外晶體的另

10、一端。在單片機(jī)內(nèi)部，接至上述振蕩器的反相放大器的輸出端。采用外部振蕩器時(shí)，對(duì)HMOS單片機(jī)，該引腳接外部振蕩器的信號(hào)，即把外部振蕩器的信號(hào)直接接到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端；對(duì)XHMOS，此引腳應(yīng)懸浮。3、控制或與其他電源復(fù)用引腳RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPP4、輸入、輸出（I/O）引腳P0、P1、P2、P3（共32根） 作為第一功能使用時(shí)，就作為普通I/O口用，功能和操作方法與P1口相同。 作為第二功能使用時(shí)，各引腳的定義如表所示。 值得強(qiáng)調(diào)的是，P3口的每一條引腳均可獨(dú)立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。2.5 溫度采集模塊設(shè)計(jì)溫度采集模塊使用了集成溫度傳感器AD5

11、90，AD590是美國(guó)ANALOGDEVICES公司的單片集成兩端感溫電流源。主要特性：AD590產(chǎn)生的電流與絕對(duì)溫度成正比，它可接收的工作電壓為4V-30V，監(jiān)測(cè)的溫度范圍為-55-+150攝氏度，它有非常好的線性輸出性能，溫度每增加一度，其電流增加1uA。傳感器輸出電流是以絕對(duì)零度為基準(zhǔn)，每增加一度，它會(huì)增加1uA輸出電流，因此在室溫25度時(shí)，其輸出電流為298uA。測(cè)量V時(shí)，不可分出任何電流，所以再應(yīng)用時(shí)我們還要通過(guò)運(yùn)算放大器來(lái)作相應(yīng)處理才能達(dá)到測(cè)量V的目的。電路圖如圖2-5所示。圖2-5 傳感器信號(hào)放大電路10電路分析：AD590的輸出電流I=（273+T）uA（T為攝氏溫度），因此測(cè)

12、量的電壓為2V。為了將電壓測(cè)量出來(lái)有無(wú)須使輸出電流I不分流出來(lái)，我們使用電壓跟隨器使其輸出電壓V2等于輸出電壓V。由于一般電源供應(yīng)較多器件之后，電源是帶雜波的，因此我們使用齊納二極管作為穩(wěn)壓元件，再利用可變電阻分壓，其輸出電壓V1需調(diào)整2.73V接下來(lái)我們使用差動(dòng)其輸出Vo為（100K/10K）*（V2-V1）=T/10，如果現(xiàn)在為攝氏28度，輸出電壓為2.8V，輸出電壓接AD轉(zhuǎn)換器，那么AD轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)字量就和攝氏溫度形成線性比例關(guān)系。AD590溫度與電流的關(guān)系如表2-1所示。表2-1AD590溫度與電流的關(guān)系2.6 數(shù)據(jù)顯示模塊設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)顯示模塊我們采用了四位八段式LED數(shù)碼管。其原理圖如下

13、：圖2-6 數(shù)碼管部分原理圖 其中引腳圖的兩個(gè)COM端連在一起，是公共端，共陰數(shù)碼管要將其接地，共陰數(shù)碼管將其接正5伏電源，一個(gè)八段數(shù)碼管稱為一位，多個(gè)數(shù)碼管并列在一起可構(gòu)成多位數(shù)碼管，他們的段選線（即a,b,c,d,e,f,g,dp）連在一起，而各自的公共端稱為選位線。顯示時(shí)，都從段選線送入字符編碼，而選中哪個(gè)位選線，那個(gè)數(shù)碼管便會(huì)被點(diǎn)亮。數(shù)碼管的8段，對(duì)應(yīng)一個(gè)字節(jié)的8位，a對(duì)應(yīng)最低位，dp對(duì)應(yīng)最高位。所以如果想讓數(shù)碼管顯示數(shù)字0，那么共陰數(shù)碼管的字符編碼為00111111，即0x3f；共陽(yáng)數(shù)碼管的字符編碼為11000000，即0xc0.可以看出兩個(gè)編碼的各位正好相反。四位一體數(shù)碼管的引腳圖

14、如下：圖2-7 數(shù)碼管引腳圖數(shù)碼管顯示對(duì)照表如下表所示：表2-2 數(shù)碼管顯示對(duì)照表第3章 數(shù)字溫度計(jì)的軟件設(shè)計(jì)3.1主程序流程圖程序初始化，然后調(diào)用子程序顯示，到1s，則初次上電，否則就重新調(diào)用子程序。上電后發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令。否則讀出溫度值，進(jìn)行計(jì)算，處理數(shù)據(jù)的顯示與刷新。圖3-1 主程序流程圖3.2 溫度轉(zhuǎn)換流程圖開始運(yùn)行后，若溫度為零下，則補(bǔ)碼標(biāo)示為“”，否則為“+”，然后，再計(jì)算小數(shù)位溫度BCD值，之后計(jì)算整數(shù)位溫度BCD值，最后結(jié)束，顯示成功。具體溫度轉(zhuǎn)換流程圖如下圖所示：圖3-2 溫度轉(zhuǎn)換流程圖19 結(jié)論本次課程設(shè)計(jì)我的主要任務(wù)是用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字溫度計(jì)的功能。一個(gè)平?？此坪?jiǎn)單使用方

15、便的數(shù)字溫度計(jì)，其實(shí)并不是那么容易就做成的。設(shè)計(jì)的數(shù)字溫度計(jì)的功能主要是對(duì)溫度進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，通過(guò)對(duì)單片機(jī)的程序輸入達(dá)到測(cè)量溫度的目的。這次設(shè)計(jì)課題的效果是：根據(jù)外界溫度，準(zhǔn)確的測(cè)量且進(jìn)行溫度的準(zhǔn)確顯示。本設(shè)計(jì)的結(jié)果能夠滿足設(shè)計(jì)需求，課題的效果明確，雖然顯示溫度位數(shù)不多，但是理論明確且統(tǒng)一，在此基礎(chǔ)上可以增加輸入與輸出端口，以滿足人們?cè)谏钪械男枨?！洛?yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文謝 辭本次課程設(shè)計(jì)我們的主要任務(wù)是用PLC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)售貨機(jī)的功能。一個(gè)平?？此坪?jiǎn)單使用方便的自動(dòng)售貨機(jī)，其實(shí)并不是那么容易就做成的。我們本次設(shè)計(jì)所做的只是PLC編程部分，以此實(shí)現(xiàn)它的功能。在接到題目后，起初感覺無(wú)從下手，在思考過(guò)

16、一段時(shí)間后，我和同組同學(xué)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)以及去圖書館查閱資料，獲得了一些有關(guān)自動(dòng)售貨機(jī)以及PLC編程方面的信息。基于我們本學(xué)期所學(xué)習(xí)的PLC課程，我們自己嘗試著編寫了程序。經(jīng)過(guò)多次修改以及調(diào)試，我們最終獲得成功，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的功能。在設(shè)計(jì)中我們用到了光電開關(guān)、電磁閥、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等我們沒怎么接觸過(guò)的電子器件，之前我對(duì)這些元器件不是很了解，由于在設(shè)計(jì)中用到了，我查閱了一些資料，對(duì)它們的原理以及應(yīng)用有了深刻地認(rèn)識(shí)。經(jīng)過(guò)不斷的學(xué)習(xí)、研究以及經(jīng)過(guò)老師的指導(dǎo).終于按時(shí)完成了課程設(shè)計(jì).設(shè)計(jì)主要研究的是自動(dòng)售貨機(jī)中有關(guān)于PLC的部分.自動(dòng)售貨機(jī)是由于勞動(dòng)密集型的產(chǎn)業(yè)構(gòu)造向技術(shù)密集型社會(huì)轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。自動(dòng)售貨機(jī)可以充分補(bǔ)充人

17、力資源的不足，適應(yīng)消費(fèi)環(huán)境和消費(fèi)模式的變化，24小時(shí)無(wú)人售貨的系統(tǒng)可以更省力，運(yùn)營(yíng)時(shí)需要的資本少、面積小，有吸引人們購(gòu)買好奇心的自身性能，可以很好地解決人工費(fèi)用上升的問題等各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。所以說(shuō),自動(dòng)售貨機(jī)是今后小商品和飲料銷售方式的一個(gè)很好的發(fā)展趨勢(shì).它的出現(xiàn)將極大的方便人們購(gòu)買所需要的小商品.通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，我的收獲很大，對(duì)PLC的編程有了更進(jìn)一步的掌握，增加了我的實(shí)踐動(dòng)手能力。我看到了理論知識(shí)在實(shí)踐應(yīng)用中的重要性，同時(shí)也看到理論并不等同于實(shí)踐。另外，我還學(xué)會(huì)了一些基本軟件的應(yīng)用，比如GX7CH等。本次課程設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)整體的掌控，對(duì)局部的取舍，以及對(duì)細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗(yàn)得

18、到了豐富，在今后的學(xué)習(xí)和工作中我將會(huì)受益匪淺。這將為將來(lái)我們走入社會(huì)，工作打下基礎(chǔ)。21參考文獻(xiàn)01何宏主編.單片機(jī)原理與接口技術(shù).北京：國(guó)防工業(yè)出版社.2006.07 02楊西明,朱騏主編.單片機(jī)編程與應(yīng)用入門.北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2004.06 03先鋒工作室編著.單片機(jī)程序設(shè)計(jì)實(shí)例.北京:清華大學(xué)出版社.2003.01 04謝宜仁主編.單片機(jī)實(shí)用技術(shù)問答.北京:人民郵電出版社.2003.02 05孫江宏,李良玉等編著.Protel99電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用.北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2004.07 06房小翠,王金鳳編著.單片機(jī)實(shí)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù).北京:國(guó)防工業(yè)出版社.1999.06 07秦曾煌主編.電工學(xué)（電子技術(shù)）.北京：高等教育出版社，2004 08何立民.單片機(jī)高級(jí)教程應(yīng)用與設(shè)計(jì).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2000 09劉國(guó)榮單片微型計(jì)算機(jī)技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996 10王迎旭.單片機(jī)原理與應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004 11于