單片機(jī)課程設(shè)計(jì)多路數(shù)字溫度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目名稱：多路數(shù)字溫度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系： 電 專 業(yè)： 電 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 職 稱： 年 月 日 一、摘要計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和普及提升了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的技術(shù)水平。在生產(chǎn)過程中，應(yīng)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的工藝參數(shù)進(jìn)行采集、監(jiān)視和記錄，以方便人們對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果做出分析判斷?；趨R編語(yǔ)言的多路溫度采集與處理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多路不同溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，通過led顯示當(dāng)前溫度值，可以更直觀的觀察數(shù)據(jù)、更便捷的對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。本課題以內(nèi)置a/d轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)stc12c5a32ad為核心，對(duì)多路的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)巡檢。采用多個(gè)模擬溫度傳感器lm35測(cè)量多路溫度。通過lm

2、358構(gòu)成的同相放大器對(duì)模擬溫度信號(hào)進(jìn)行放大，然后送至單片機(jī)處理。處理后由四位led數(shù)碼管對(duì)八路溫度予以動(dòng)態(tài)顯示。通過獨(dú)立式鍵盤可對(duì)測(cè)量進(jìn)行操控。同時(shí)該系統(tǒng)還具有報(bào)警功能，實(shí)現(xiàn)當(dāng)測(cè)量溫度超出-55125時(shí)發(fā)出報(bào)警。本文結(jié)合實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)，介紹了lm35溫度傳感器在單片機(jī)下的硬件連接及軟件編程，并給出了流程圖。 關(guān)鍵詞:單片機(jī);溫度傳感器;放大器;數(shù)碼管顯示;鍵盤二、總體方案設(shè)計(jì)方案的闡述與特點(diǎn):本設(shè)計(jì)方案以lm35為溫度傳感器、內(nèi)置a/d轉(zhuǎn)換器單片機(jī)stc89le516ad為控制核心組成多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括傳感器及其放大電路、復(fù)位電路、晶振電路、報(bào)警電路、鍵盤與顯示、基準(zhǔn)電壓電路組成。1

3、、本方案系統(tǒng)框圖為： 圖1 總體系統(tǒng)框圖2、 基本工作原理： 如圖1所示本設(shè)計(jì)以lm35模擬溫度傳感器對(duì)八路溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，其輸出電壓經(jīng)由lm358構(gòu)成的同相放大器放大后送至單片機(jī)的a/d輸入口。單片機(jī)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換執(zhí)行軟件程序后，由led數(shù)碼管顯示溫度值，每秒切換一個(gè)通道進(jìn)行輪流顯示。通過鍵盤可以隨時(shí)查看指定通道的溫度值，當(dāng)任何一路溫度的3次平均值超過設(shè)定的下限值或上限值時(shí)，發(fā)出警告。3、它有如下特點(diǎn)：（1）可以監(jiān)測(cè)8路環(huán)境溫度信號(hào)，可以擴(kuò)充；對(duì)8路模擬信號(hào)輸入進(jìn)行循環(huán)采集，每路連線采集三次，取平均值。（2）測(cè)量范圍為-55+125，精度為0.5（3）lcd液晶顯示或用4位led數(shù)

4、碼管進(jìn)行循環(huán)顯示，其中最高位通道提示符ah，低三位顯示實(shí)際溫度值，每秒切換一個(gè)通道進(jìn)行輪流顯示；（4）鍵盤控制，可隨時(shí)查看指定通道的溫度值；（5）可分別設(shè)定每一路的上限制和下限值，若采集平均值超過設(shè)定范圍，則對(duì)應(yīng)通道指示燈閃爍10后一直亮，指示燈閃爍是喇叭發(fā)聲，以示警告。三、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本課題的整個(gè)系統(tǒng)是由傳感器及其信號(hào)放大電路、單片機(jī)、顯示電路、鍵盤電路、穩(wěn)壓電路、晶振電路、復(fù)位電路等構(gòu)成。3.1控制器-單片機(jī)設(shè)計(jì)：本設(shè)計(jì)采用的單片機(jī)為stc12c5a32ad stc12c5a32ad單片機(jī)是單時(shí)鐘/ 機(jī)器周期(1t)的兼容8051 內(nèi)核單片機(jī)，是高速/ 低功耗的新一代單片機(jī)，全新的流水線/

5、 精簡(jiǎn)指令集結(jié)構(gòu)。stc12c5a32ad單片機(jī)主要性能：高速：1個(gè)時(shí)鐘/機(jī)器周期，risc型8051內(nèi)核，速度比普通8051快12倍工作電壓：5.5v-3.3v低功耗設(shè)計(jì)：空閑模式，掉電模式（可由外部中斷喚醒）工作頻率：035mhz時(shí)鐘：外部晶體或內(nèi)部rc 振蕩器可選芯片內(nèi)e2prom 功能 isp/iap，在系統(tǒng)可編程/在應(yīng)用可編程,無(wú)需仿真器 8位8通道adc，轉(zhuǎn)換速度可達(dá)300k/s 2個(gè)硬件16位定時(shí)器，兼容普通8051 的定時(shí)器。再加上2 路pca 還可再實(shí)現(xiàn)2個(gè)16位定時(shí)器硬件看門狗（wdt）全雙工異步串行口(uart),由于stc12系列單片機(jī)是高速的8051，可再用定時(shí)器或p

6、ca軟件實(shí)現(xiàn)多串口如圖3.1為stc12c5a32ad引腳圖,各引腳功能說明如下: 圖3.1 stc12c5a32ad引腳圖 vcc: 電源 gnd: 地 p0 口：p0口是一個(gè)8位的雙向i/o口。對(duì)p0端口寫“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，p0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。 p1 口：p1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向i/o 口，同時(shí)也是模擬量輸入口，可以對(duì)8路模擬量進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。 p2 口：p2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向i/o 口。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行movx dptr）時(shí)，p2 口送出高八位地址。

7、 p3 口：p3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向i/o 口。p3口亦作為特殊功能口使用，如表3-1所示。 表3-1 stc12c5a32ad引腳號(hào)特殊功能p3.0 rxd（串行輸入）p3.1 txd（串行輸出）p3.2 int0（外部中斷0）p3.3 int0（外部中斷0）p3.4 t0（定時(shí)器0外部輸入和定時(shí)器0時(shí)鐘頻率輸出）p3.5 t1（定時(shí)器1外部輸入和定時(shí)器1時(shí)鐘頻率輸出）p3.6wr（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）p3.7 rd（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） rst: 復(fù)位輸入，晶振工作時(shí)，rst腳持續(xù)2個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 ale：地址鎖存控制信號(hào)（ale）是訪問外部程序存儲(chǔ)

8、器時(shí)，鎖存低8 位地址的輸出脈沖。 xtal1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。 xtal2:振蕩器反相放大器的輸出端。3.2傳感器檢測(cè)電路設(shè)計(jì)：lm35 是由national semiconductor 所生產(chǎn)的溫度傳感器，其輸出電壓與攝氏溫度成正比，具有10mv/的靈敏度,工作溫度范圍為4v30v；輸出阻抗為0.1。lm35溫度傳感器,由于它采用內(nèi)部補(bǔ)償，所以輸出可以從0開始，器件有三個(gè)引腳，分別是電源負(fù)gnd，電源正vcc，信號(hào)輸出端。電路需要兩路運(yùn)算放大電路，所以選擇雙路運(yùn)算放大器，一路作跟隨器另一路作同向放大器，lm358 內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)

9、算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場(chǎng)合。 圖3.2.傳感器檢測(cè)電路3.3顯示電路設(shè)計(jì)：如圖3.3所示，本顯示方案采用單片機(jī)i/o口外擴(kuò)74hc573驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)4位led數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示，所謂動(dòng)態(tài)顯示就是在任何時(shí)刻只有一位led數(shù)碼管處于顯示狀態(tài)，即單片機(jī)采用掃描的方式控制各個(gè)數(shù)碼管的輪流顯示。動(dòng)態(tài)顯示具有編程簡(jiǎn)單，占用i/o口線少的優(yōu)點(diǎn)。 圖3.3顯示電路3.4鍵盤電路設(shè)計(jì)：其原理圖如下：本設(shè)計(jì)中由于所用鍵盤不多，所以采用獨(dú)立連接式的編程掃描方式鍵盤就能夠滿足設(shè)計(jì)要求。鍵盤接

10、口與鍵盤程序的根本任務(wù)就是要檢測(cè)有沒有鍵按下？按下的是那個(gè)位置的鍵？鍵值是多少？在本次設(shè)計(jì)中采用了軟件掃描的方法。通過對(duì)鍵盤接口p3的查詢判斷是否有鍵按下。 圖3.4 鍵盤電路3.5晶振電路設(shè)計(jì):晶振電路是單片機(jī)的心臟，它控制著單片機(jī)的工作節(jié)奏。單片機(jī)允許的時(shí)鐘頻率是因型號(hào)而異的，其典型值為12mhz。stc12c5a32ad內(nèi)部有一個(gè)反相振蕩放大器，xtal1和 xtal2分別是該反向振蕩放大器的輸入端和輸出端。該反向放大器可配置為片內(nèi)振蕩器，石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。本設(shè)計(jì)采用的晶振頻率為12mhz。其晶振電路如圖3.5所示。此外還可使用外部時(shí)鐘。在使用外部時(shí)鐘時(shí)，外部時(shí)鐘必須從xtal

11、1輸入，而xtal2懸空。 圖3.5晶振電路3.6復(fù)位電路的設(shè)計(jì): 復(fù)位使單片機(jī)處于起始狀態(tài)，并從該起始狀態(tài)開始運(yùn)行。stc12c5a32ad的rst引腳為復(fù)位端，該引腳連續(xù)保持2個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)時(shí)鐘振動(dòng)周期）以上高電平，則可使單片機(jī)復(fù)位。復(fù)位后，只影響sfr中的內(nèi)容，內(nèi)部ram中的數(shù)據(jù)不受影響。外部復(fù)位有上電復(fù)位和按鍵電平復(fù)位。由于單片機(jī)運(yùn)行過程中，其本身的干擾或外界干擾會(huì)導(dǎo)致出錯(cuò)，此時(shí)我們可按復(fù)位鍵重新開始運(yùn)行。為了便于本設(shè)計(jì)運(yùn)行調(diào)試，復(fù)位電路采用按鍵復(fù)位方式。如圖3.6 圖3.6 復(fù)位電路3.7報(bào)警電路設(shè)計(jì)：為了實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，本課題采用stc12c5a32ad單片機(jī)作為主控

12、制器，采用掃描的方式對(duì)多點(diǎn)溫度傳感器獲取對(duì)應(yīng)該位置的溫度值，經(jīng)處理后，如溫度不在設(shè)定的范圍內(nèi)，給出報(bào)警信號(hào)。系統(tǒng)總體硬件電路圖如下所示: 圖3.7 報(bào)警電路3.8 3v穩(wěn)壓電路為了給stc89le516ad單片機(jī)提供精確的3v基準(zhǔn)電壓，本設(shè)計(jì)采用了lm117三端可調(diào)正穩(wěn)壓集成電路。它的輸出電壓范圍是1.2v至37v,負(fù)載電流最大為1.5a。僅需外接兩個(gè)電阻就可以設(shè)置輸出電壓。此外它的線性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率都比較好。 圖3.8 3v穩(wěn)壓電路3.9總電路見附錄四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)主程序流程圖主程序主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的初始化，溫度數(shù)據(jù)采集與處理，鍵值處理，顯示數(shù)據(jù)，報(bào)警。 系統(tǒng)的初始化包括寄存器的初

13、始化（控制寄存器、堆棧、中斷寄存器等），led顯示的初始化，輸出端口的初始化，采集、累計(jì)數(shù)據(jù)的初始化。 圖4.1 主程序流程圖4.2測(cè)溫子程序的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采樣程序功能：溫度檢測(cè)通道，控制存放數(shù)據(jù)的地址和采樣次數(shù)。數(shù)據(jù)檢測(cè)的方式是先對(duì)8個(gè)通道各采樣一次，共采集三次。采樣程序采用中斷方式。在設(shè)置通道初值、通道數(shù)、采樣次數(shù)和存放數(shù)據(jù)的開始地址后，啟動(dòng)a/d轉(zhuǎn)換，隨后檢測(cè)標(biāo)志位狀態(tài)。標(biāo)志位被清零，標(biāo)志著本通道的a/d轉(zhuǎn)換已經(jīng)結(jié)束，在修改通道號(hào)和數(shù)據(jù)存放地址后，對(duì)下一通道繼續(xù)檢測(cè)。當(dāng)8個(gè)通道的檢測(cè)工作完成后，判斷三次采樣是否全部完成，若沒完成，則對(duì)8個(gè)通道繼續(xù)采樣，直至完成三次采樣工作。數(shù)據(jù)采樣程序流程框

14、圖如4.2所示。 圖4.2 測(cè)溫子程序4.3報(bào)警子程序設(shè)計(jì)（1） 采樣被測(cè)參數(shù)（2）比較采樣值和給定的上下限。（3）根據(jù)比較結(jié)果執(zhí)行相應(yīng)的處理程序。如果發(fā)現(xiàn)采樣值超過報(bào)警值，發(fā)出執(zhí)行報(bào)警程序。報(bào)警程序流程框圖4.3所示。 4.3 報(bào)警子程序流程圖 4.4顯示子程序設(shè)計(jì) 四位led數(shù)碼管進(jìn)行輪流顯示，其中最高位顯示通道提示符ah，低三位顯示實(shí)際溫度。 圖4.4 顯示子程序流程圖 五、結(jié)論1、課題總結(jié) 本課題主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度進(jìn)行多點(diǎn)同時(shí)測(cè)量并準(zhǔn)確顯示。整個(gè)系統(tǒng)由單片機(jī)控制，將能夠接受傳感器的數(shù)據(jù)并顯示出來(lái)，可以從鍵盤輸入命令，系統(tǒng)根據(jù)命令選擇對(duì)應(yīng)的傳感器，并由驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)溫度顯示，對(duì)異常情況進(jìn)行報(bào)

15、警。2、心得六、參考文獻(xiàn)1王為青, 程國(guó)剛. 單片機(jī)keil cx51應(yīng)用開發(fā)技術(shù)m. 北京: 人民郵電出版社, 2006.223-226.2方佩敏編著智能化集成溫度傳感器原理與應(yīng)用m.北京：電子工業(yè)出版社，2002.35-42.3張毅剛,彭喜元，彭宇.單片機(jī)原理及應(yīng)用m.北京：高等教育出版社，2008.18-20,253-255,219-220,198-201.4劉篤人，韓保軍.傳感器及應(yīng)用技術(shù)m.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2003.112-124.5童詩(shī)白. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)m.北京: 高等教育出版社, 2004. 213-216.6閻石數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)m第五版北京：高等教育出版社,2

16、006.524-535.7閆玉德，葛龍，俞虹. 單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)原理與設(shè)計(jì)m.北京： 中國(guó)電力出版社，2010.112-154,197-199. 8 郁有文. 傳感器原理及工程應(yīng)用m. 西安: 西安電子科技大學(xué)出版社, 2008.215-238. 七、附錄：1.系統(tǒng)程序： ;*;常數(shù)定義;*tmel equ 0e0h ；20ms，定時(shí)器0時(shí)間常數(shù)tmeh equ 0b1htmephead equ 36h;*;工作內(nèi)存定義;*bitst data 20htimeisok bit bitst.1temponeok bit bitst.2templ data 26htemph data 27htem

17、phc data 28htemplc data 29h;*; 引腳定義;* tempdin bit p3.7;*; 中斷向量區(qū);*org 000hljmp start org 00bh ljmp t0it;*;系統(tǒng)初始化;* org 100hstart: mov sp,#60hclsmem: mov r0,#20h mov r1,#60hclsmem1: mov r0,#00h inc r0 djnz r1,clsmem1 mov tmod,#00100001b mov th0,#timel mov tl0,#timeh sjmp initerror: nop ljmp start nopin

18、it: nop setb et0 setb tr0 setb ea mov psw,#00h clr temponeok ljmp main;*; 定時(shí)器0中斷服務(wù)程序;*t0it: push psw mov psw,#10h mov th0,#timeh mov tl0,#timel inc r7 cjne r7,#32h，t0iti mov r7,#00h setb timeisoktoit1: pop psw reti;*; 主程序;*main: lcall lm35_1 jnb time1sok,main clr time1sokjnb temponeok,main2lcall rea

19、dtemp1lcall convtemplcall lm35_1main2: lcall readtempsetb temponeokljmp main;*;子程序區(qū);*; resetlm35;*inilm35: setb tempdinnop nopclr tempdinmov r6,#0a0hdjnz r6,$mov r6,#0a0h djnz r6,$ setb tempdin mov r6,#32h djnz r6,$ mov r6,#3chlooplm35: mov c,tempdinjc inilm35utdjnz r6,looplm35mov r6,#064hdjnz r6,$s

20、jmp inilm35ret;inilm35ut: setb tempdinret; *; 讀lm35的程序，從lm35中讀出一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù); *readlm35: mov r7,#08hsetb tempdinnopnopreadlm35loop: clr tempdinnopnopnopsetb tempdinmov r6,#07hdjnz r6,$mov c,tempdinmov r6,#3chdjnz r6,$rrc asetb tempdindjnz r7,readlm35loopmov r6,#3chdjnz r6,$ret; *; 寫lm35的程序，從lm35中寫一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù);

21、 *writelm35: mov r7,#08hsetb tempdinnopnopwritelm35lop: clr tempdinmov r6,#07hdjnz r6,$rrc amov tempdin,cmov r6,#34hdjnz r6,$setb tenpdindjnz r7,writelm35lopret; *; read temp; *readtemp: lcall initelm35mov a,#0cchlcall writelm35mov r6,#34hdjnz r6,$mov a,#44hlcall writelm35mov r6,#34hdjnz r6,$retread

22、temp1: lcall inilm35mov a,#0cchlcall writelm35mov r6,#34hdjnz r6,$mov a,#0behlcall writelm35mov r6,#34hdjnz r6,$mov r5,#09hmov r0,#tempheadmov b,#00hreadtemp2: lcall readlm35mov r0,ainc r0readtemp21: lcall crc8caldjnz r5,readtemp2mov a,bjnz readtempoutmov a,temphead+0mov templ,amov a,temphead+1mov t

23、emph,areadtempout: ret; *; 處理溫度bcd碼子程序; *convteamp: mov a,temphanl a,#80hjz tempc1clr cmov a,templcpl aadd a,#01hmov templ,amov a,temphcpl aaddc a,#00hmov temph,amov temphc,#0bhsjmp tempchtempc1: mov temphc,#0ahtempc11: mov a,temphcswap amov temphc,amov a,templanl a,#0fhmov dptr,#tempdottabmovc a,a+

24、dptrmov templc,amov a,templanl a,#0f0hswap amov templ,amov a,temphanl a,#0fhswap aorl a,templlcall hex2bcd1mov templ,aanl a,#0f0hswap aorl a,temphcmov temphc,amov a,templanl a,#0fhswap aorl a,templcmov templc,amov a,r7jz tempc12anl a,#0fhswap amov r7,amov a,temphcanl a,#0fhorl a,r7mov temphc,atempc1

25、2: ret; *; 小數(shù)部分碼表; *tempdottab: db 00h, 01h, 01h, 02h, 03h, 03h, 04h,04h,05h,06hdb 06h,07h,08h,09h,09h; *; 顯示區(qū)bcd碼溫度值刷新子程序; *lmbcd: mov a,templcanl a,#0fhmov 70h,amov a,templcswap aanl a,#0fhmov 71h,amov a,temphcanl a,#0fhmov 72h,amov a,temphcswap aanl a,#0fhmov 73h,amov a,temphcanl a,#0f0hcjnz a,#010h,dispbcd0sjmp dispbcd2lmbcd0: mov a,temphc anl a,#0fh jnz dispbcd2 mov a,temphc swap aanl a,#0fhm