#基于51單片機(jī)的多路溫度采集控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)57975

1、基于 51 單片機(jī)的多路溫度采集控 制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 言：隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展， 溫度測(cè)量控制系統(tǒng)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)及人 們的日常生活中扮演著一個(gè)越來(lái)越 重要的角色，它對(duì)人們的生活具有很 大的影響，所以溫度采集控制系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)和研究有十分重要的意義。本次設(shè)計(jì)的目的在于學(xué)習(xí)基于 51 單片機(jī)的多路溫度采集控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì)的基本流程。本設(shè)計(jì)采用單片機(jī) 作為數(shù)據(jù)處理和控制單元，為了進(jìn)行 數(shù)據(jù)處理，單片機(jī)控制數(shù)字溫度傳感器，把溫度信號(hào)通過(guò)單總線從數(shù)字溫 度傳感器傳遞到單片機(jī)上。單片機(jī)數(shù) 據(jù)處理之后，發(fā)出控制信息改變報(bào)警 和控制執(zhí)行模塊的狀態(tài)，同時(shí)將當(dāng)前 溫度信息發(fā)送到 LED進(jìn)行顯示。本系 統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多路溫度

2、信號(hào)采集和顯 示，可以使用按鍵來(lái)設(shè)置溫度限定 值，通過(guò)進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理， 發(fā)出控制信號(hào)達(dá)到控制蜂鳴器和繼 電器的目的。我所采用的控制芯片為 AT89c51 ，此芯片功能較為強(qiáng)大，能 夠滿足設(shè)計(jì)要求。通過(guò)對(duì)電路的設(shè) 計(jì)，對(duì)芯片的外圍擴(kuò)展，來(lái)達(dá)到對(duì)某- 2 -一車(chē)間溫度的控制和調(diào)節(jié)功能。關(guān)鍵詞： 溫度 多路溫度采集 驅(qū) 動(dòng)電路 正文 ：1、溫度控制器電路設(shè)計(jì)本電路由 89C51 單片機(jī)溫度傳感 器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC080、9 竄入并出 移位寄存器 74LS164、數(shù)碼管、和 LED 顯示電路等組成。由熱敏電阻溫度傳 感器測(cè)量環(huán)境溫度，將其電壓值送入 ADC0809的 IN0 通道進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)

3、換， 轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量由數(shù)據(jù)端 D7-D0輸 出到 89C51 的 P0 口，經(jīng)軟件處理后 將測(cè)量的溫度值經(jīng)單片機(jī)的 RXD端竄行輸出到 74LS164，經(jīng) 74LS164 竄并 轉(zhuǎn)換后，輸出到數(shù)碼管的 7 個(gè)顯示段， 用數(shù)字形式顯示出當(dāng)前的溫度值。89C51的 P2.0 、P2.1、P2.2 分別接入 ADC0809通道地址選擇端 A、B、C， 因此 ADC0809的 IN0 通道的地址為 F0FFH。輸出驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)由 p1.0 輸 出，4 個(gè) LED為狀態(tài)指示， 其中，LED1 為輸出驅(qū)動(dòng)指示， LED2為溫度正常指 示，LED3為高于上限溫度指示， LED4 為低于下限溫度指示。當(dāng)溫度

4、高于上 限溫度值時(shí)，有 p1.0 輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)， 驅(qū)動(dòng)外設(shè)電路工作，同時(shí) LED1 亮、 LED2滅、 LED3亮、 LED4滅。外設(shè)電 路工作后，溫度下降，當(dāng)溫度降到正常溫度后， LED1 亮、 LED2 亮、 LED3 滅、LED4滅。溫度繼續(xù)下降，當(dāng)溫度 降到下限溫度值時(shí)， p1.0 信號(hào)停止輸 出，外設(shè)電路停止工作，同時(shí) LED1 滅、 LED2滅、 LED3滅、 LED4亮。當(dāng) 外設(shè)電路停止工作后，溫度開(kāi)始上 升，接著進(jìn)行下一工作周期。2、溫度控制器程序設(shè)計(jì) 本軟件系統(tǒng)有 1 個(gè)主程序， 6 個(gè) 子程序組成。 6 個(gè)子程序?yàn)槎〞r(shí) / 計(jì)數(shù) 器 0 中斷服務(wù)程序、溫度采集及模數(shù) 轉(zhuǎn)換子

5、程序 ADCO、N溫度計(jì)算子程序 CALCU、驅(qū)動(dòng)控制子程序 DRVCO、N十 進(jìn)制轉(zhuǎn)換子程序 METRICCO及N數(shù)碼管 顯示子程序 DISP。（1）主程序 主程序進(jìn)行系統(tǒng)初始化操作，主 要是進(jìn)行定時(shí) / 計(jì)數(shù)器的初始化。（2）定時(shí)/ 計(jì)數(shù)器 0中斷服務(wù)程序 使用定時(shí)計(jì)數(shù)器 0 中斷的目的是 進(jìn)行定時(shí)采樣，消除數(shù)碼管溫度顯示 的閃爍現(xiàn)象，用戶(hù)可以根據(jù)實(shí)際環(huán)境 溫度變化率進(jìn)行采樣時(shí)間調(diào)整。每當(dāng) 定時(shí)時(shí)間到，調(diào)用溫度采集機(jī)模數(shù)轉(zhuǎn) 換子程序 ADCON ，得到一個(gè)溫度樣 本，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，傳送給 89C51 單片機(jī)，然后在調(diào)用溫度計(jì)算 子程序 CALCU ，驅(qū)動(dòng)控制子程序DRVCON ， 十

6、 進(jìn) 制 轉(zhuǎn) 換 子 程 序MERTRICCON ，溫度數(shù)碼顯示子程- 6 -序 DISP 。（3）溫度采集及模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序 ADCON 該子程序進(jìn)行溫度采樣并將其轉(zhuǎn)換為 8 位數(shù)字量傳送給 89C51的 P0 口。采樣得到的溫度數(shù)據(jù)存放在片內(nèi) RAM 的 20H 單元中。（4）溫度計(jì)算子程序 CALCU 根據(jù)熱敏電阻的分度值和電路 參數(shù)計(jì)算出出一張溫度表，存放在 DATATAB 數(shù)據(jù)表中， 由于篇幅關(guān)系， 本程序只給出 0-49的溫度數(shù)據(jù)。一 個(gè)溫度有兩個(gè)字節(jié)組成，前一字節(jié)為 溫度值，后一字節(jié)為該溫度所對(duì)應(yīng)的 熱敏電阻上的電壓的數(shù)字量。根據(jù)采樣值，通過(guò)查表及比較的方法計(jì)算出 當(dāng)前的溫度值，并

7、將其存入片內(nèi) RAM 的 21H 單元。采用查表法計(jì)算溫度值 時(shí)為了克服熱敏電阻的阻值溫 度特性曲線的非線性，提高測(cè)量精 度。（5）驅(qū)動(dòng)控制子程序 DRVCON 該子程序調(diào)節(jié)溫度，當(dāng)溫度高于 上限溫度時(shí)（本程序設(shè)為 30），P1.0 輸出驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)外設(shè)工作降 溫；當(dāng)溫度下降到下限溫度時(shí)（本程 序設(shè)為 25），P1.0 停止輸出，溫度 上升，周而復(fù)始；工作狀態(tài)有LED1-LED4 指示。（6）十 進(jìn) 制 轉(zhuǎn) 換 子 程 序- 8 -METRICCON將存放于內(nèi)部 RAM21H 單元的當(dāng)前溫度值得二進(jìn)制數(shù)形式轉(zhuǎn)換為 十進(jìn)制數(shù)（ BCD 碼）形式，以便輸出 顯示，轉(zhuǎn)換結(jié)果存放在片內(nèi) RAM

8、的 32H 單元（百位）、31H（十位）、30H 單元（個(gè)位）。（7）數(shù)碼顯示子程序 DISP 該子程序利用 89C51串口的方式0 串行移位寄存器工作方式，將片內(nèi) RAM 的 30H、31H、32H 單元的 BCD 碼查表轉(zhuǎn)換為七段碼后由 RXD 端串 行發(fā)出去，然后經(jīng) 74LS164 串并轉(zhuǎn)換， 將七段值傳送給數(shù)碼管，以十進(jìn)制形 式顯示出當(dāng)前溫度值。根據(jù)以上分析畫(huà)出的部分程序設(shè)計(jì) 流程圖如圖 1-0 至圖 1-4 所示。圖 1-0 部分程序設(shè)計(jì)流程圖的設(shè)計(jì)框架- 10 - 11 -圖 1-1 主程序流程圖T0 中斷- 12 -服務(wù)程序流程圖圖 1-3 溫度采樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換 子程序流程圖- 1

9、3 -將該溫度值存于21H 單元返回圖 1-4 溫度計(jì)算子- 14 -程序流程圖3、具體內(nèi)容（1）溫度控制器電器原理圖設(shè)計(jì) 按以上分析及相關(guān)知識(shí)設(shè)計(jì)出 的溫度控制器電路原理圖如圖 1-5 所 示。- 15 -+5VR5200 R3輸出控制1234R1 LED1R2 200綠 LED2紅 LED3200R4 黃 LED4200151431291011P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RSTT1T0EA/VpPSENRXDTXD2LAT81IC1AT89C511LAT6MHzC2C330pF30pFcomP0.0D0P0.1D1P0.2D2P0.3D3P0.4D4P0.5D5

10、P0.6D6P0.7D7P2.0AP2.1IC3A74LS0291226774LS02IC3B4106138143715368351834193320322121252224232339 17P2.4P2.5P2.6P2.725262728RD1716WRINT012P2.2P2.3INT113ALE30IC2VR(+)VR(-)IN0OEIN1ALEIN2SCIN3IN4EOCIN5IN6CLKIN7ADC0809BCdp g f e d c b a1216262728R720k2345dp g f e d c b a3comdp g f e d c b a2470 x2110LRCIC55

11、3474LS164gf e d cb a01IC674LS164AB2C0 10 20 30405060 7074LS164AB12IC774LS16412IC8圖 1-5 溫度控制電路原理圖（2）溫度數(shù)據(jù)表- 16 -在圖 1-5 所示的電路中，熱敏電阻的 連接如圖 1-6 所示。17141581819202125D0D1D2D3D4D5D6D7IC212VccVR（+）VR-）16R720k2423ADC080922710OEALESCEOCCLKIN0IN1IN2IN3 IN4 IN5 IN6 IN7IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7262728RTR9R9R8100k圖

12、1-6 熱敏電阻的連接 本設(shè)計(jì)所使用的熱敏電阻的分 度表及 ADC0809 轉(zhuǎn)換后的電壓數(shù)字- 17 -量見(jiàn)附表 1-1 所示 轉(zhuǎn)換后的電壓數(shù)字量的計(jì)算方法為：熱敏電阻和 R8 并并聯(lián)后的總電 阻：R=（Rt*R8）/（Rt+R8） R 和 R7 串聯(lián)電路中 R 的分壓值（即 輸入 ADC0809 的模擬量）： V=5R/ （R+R7） 5V 被分成 256 等分（ 8 位量化），則 每份的電壓值： =5/256 輸入的模擬量電壓經(jīng) 8 位量化后的數(shù) 字量： D=V/ 例如，熱敏電阻在溫度為 20時(shí)的阻 值為 62.254 千歐，則根據(jù)上述方法計(jì) 算出的電壓數(shù)字量為 169，注意在計(jì) 算中 R

13、7 用實(shí)測(cè)值 19.6 千歐代入進(jìn)入- 18 -計(jì)算。在實(shí)際做該電路時(shí)，可根據(jù)自己 所選擇的熱敏電阻的分度表計(jì)相關(guān) 電路參數(shù)，按上述方法計(jì)算出 ADC0809 轉(zhuǎn)換后的各溫度對(duì)應(yīng)的電 壓數(shù)字量。程序中的溫度數(shù)據(jù)表構(gòu)成： 1 個(gè) 溫度數(shù)據(jù)占 2 個(gè)字節(jié)，前一字為溫度 值，后一個(gè)字節(jié)為該溫度下熱敏電阻 上的模擬電壓轉(zhuǎn)換成德 8 位數(shù)字量。 如在 20時(shí)，熱敏電阻對(duì)應(yīng)的電壓數(shù) 字量為 169，則 20，169 組成一個(gè)溫 度為 20的溫度數(shù)據(jù)。 按這樣方法組 成的 0-49的溫度數(shù)據(jù)表如下：DATATAB ：DB 0，194，1 ，193 ，- 19 -2 ，192，3， 191，4，190DB 5

14、，189，6， 188， 7187，8，186，9，185DB10，184，11，182，12，181，13，180，14，178DB 15，177，16，175，17，174，18，173，19，171DB 20，169，21，168，22，166，23，165，24，163DB 25，161，26，159，27，158，28，156，29，154DB 30，152，31，150，32，149，33，147，34，145DB 35，143，36，141，37，139，38，147，39，135- 20 -DB40，133，41，131，42，129，43，127，44，125DB45，123

15、，46，121，47，118，48，116，49，114在溫度采樣機(jī)模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序 中，采樣得到的當(dāng)前溫度下熱敏電阻 上的數(shù)字電壓存于 20H 單元，在溫度 計(jì)算子程序中通過(guò)查表的方法從表 中的第一個(gè)溫度（ 0）下熱敏電阻 上的數(shù)字電壓開(kāi)始，依次取出各溫度 下熱敏電阻上的十字電壓，和和存于20H 單元的當(dāng)前溫度下熱敏電阻上的 的數(shù)字電壓比較，如小于當(dāng)前溫度的 數(shù)字電壓，則在取出下一溫度的數(shù)字電壓和當(dāng)前溫度的數(shù)字電壓比較；直 到大于或等于當(dāng)前的溫度數(shù)字電壓， 比較結(jié)束。如大于則取出前一溫度作 為當(dāng)前溫度存于 21H 單元，如等于則 將該溫度作為但前溫度存于 20H 單 元。這種溫度計(jì)算方法，避免

16、了溫度 特性曲線的非線性對(duì)溫度計(jì)算精確 性的影響，計(jì)算出的溫度非常精確。（3）溫度控制程序設(shè)計(jì) 在本設(shè)計(jì)中，晶體振蕩器頻率為 6MHz ，T0 定時(shí)時(shí)間為 100ms，T0 工 作于方式 1，則 T0 的初值為： X=（最大計(jì)數(shù)值 M 定時(shí)時(shí)間 t/及其 周 期 Tm ） =216 -100ms/2us=15536=3CB0H 按以上任務(wù)分析設(shè)計(jì)出的源程序如- 22 -下：ORG 0000H;跳轉(zhuǎn)到主程序LJMP MAIN;ORG 000BH;LJMP T0INT; 跳轉(zhuǎn)到 T0 中斷服務(wù)程 序；主程序ORG 0100H;MAIN:MOV R1,#10;100 馬上定時(shí)溢出計(jì)數(shù)寄存器 初值 1

17、0T0R1 賦MOV P1,#0FFH; 示燈滅所有指MOV SP,#60H; 針賦初值 60H堆棧指MOV TMOD,#01H;T0 定- 23 -時(shí)、方式 1、軟啟動(dòng)MOV TL0,#0B0H;T0 賦初值MOV TH0,#3CH;MOV IE,#82H;開(kāi)放T0 中斷SETB TR0;啟動(dòng) T0SJMP $;定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0 中斷服務(wù)程序ORG 0200H;T0INT:DJNZ R1,NEXT;T0 溢出 10 次，即 1s 進(jìn)一次采樣處理LCALL ADCON;調(diào)用溫度采樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序LCALL CALCU;調(diào)用溫度計(jì)算子程序- 24 -調(diào)用LCALL DRVCON; 驅(qū)動(dòng)控制子

18、程序LCALL METRICCON; 調(diào)用 十進(jìn)制轉(zhuǎn)換子程序LCALL DISP;調(diào)用數(shù)碼管顯示子程序MOV R1,#10; R1 重賦值 10NEXT:MOV TL0,#0B0H;T0 重裝初值MOV TH0,#3CH;RETI; 溫度采樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序ORG 0300H;ADCON:MOV DPTR,#0F0FFH ; 選通 ADC0809 通道 0- 25 -MOV A,#00H;MOVX DPTR,A; 啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換HERE:JNB P3.3,HERE;判斷數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換是否結(jié)束，沒(méi)結(jié)束則等待 MOVX A,DPTR;讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)MOV 20H,A; 將從 ADC0809 中讀取

19、的當(dāng)前溫度下熱敏 電阻上的電壓值存于 20H 單元 RET ；溫度計(jì)算子程序ORG 0400H;CALCU:MOV R2,#01H; R2 為 數(shù)據(jù)表的索引值寄存器- 26 -MOV DPTR,#DATATAB; 溫度 數(shù)據(jù)表首地址送 DPTR NEXT1:MOV A,R2;索引值送AMOVC A,A+DPTR;查表取出某一溫度的數(shù)字電壓值CJNE A,20H,K1;和當(dāng)前溫度的數(shù)字電壓值比較DEC R2;等于當(dāng)前溫度的數(shù)字電壓值，則查表取出該 溫度值作為當(dāng)前溫度值MOV A,R2;MOVC A,A+DPTR;LJMP K3;大于當(dāng)前溫K1:JNC K2;度的數(shù)字電壓值，則繼續(xù)取出下一溫度的數(shù)

20、字電壓進(jìn)行比較DEC R2; 小于當(dāng)前溫 度的數(shù)字電壓值，則查表取出前一個(gè) 溫度值作為當(dāng)前溫度值DEC R2DEC R2MOV A,R2;MOVC A,A+DPTR;LJMP K3;K2:INC R2;INC R2;LJMP NEXT1;K3:MOV 21H,A; 當(dāng)前溫度值存于 21H 單元RET;DATATAB;DB0,194,1,193,2,192,3,191,4,190；溫度數(shù)據(jù)表- 28 -DB5,189,6,188,7,187,8,186,9,185DB10,184,11,182,12,181,13,180,14,178DB15,177,16,175,17,174,18,173,1

21、9,171DB20,169,21,168,22,166,23,165,24,163DB25,161,26,159,27,158,28,156,29,154DB30,152,31,150,32,149,33,147,34,145DB35,143,36,141,37,139,38,137,39,135DB40,133,41,131,42,129,43,127,44,125DB45,123,46,121,47,118,48,116,49,114驅(qū)動(dòng)控制子程序ORG 0500H;DRVCON:MOV A,21H; 取出當(dāng)- 29 -前溫度值CJNE A,#30,J1; 和上限 溫度值（ 30）比較LJ

22、MP GO;J1:JNC DRV1; 若高于 上限溫度，則輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，同時(shí)高 于上限溫度指示燈點(diǎn)亮CJNE A,#25,J2; 和顯現(xiàn) 溫度（ 25）比較LJMP GO;J2:JC DRV2; 弱低于 下限溫度，則驅(qū)動(dòng)信號(hào)停止輸出，同 時(shí)點(diǎn)亮低于下限溫度的指示燈LJMP GO;DRV1:CLR P1.0;SETB P1.1;- 30 -CLR P1.2;SETB P1.3;LJMP OVER;DRV2:SETB P1.0SETB P1.1;CLR P1.2;SETB P1.3;LJMP OVER;DRV2:SETB P1.0;SETB P1.1;SETB P1.1;SETB P1.2;CLR

23、 P1.3;LJMP OVER;GO:CLR P1.1; 在下線溫 度（25）至上限溫度 （30）之間， 則驅(qū)動(dòng)信號(hào)保持前面狀態(tài)，同時(shí)溫度正常指示燈點(diǎn)亮SETB P1.2;SETB P1.3;- 31 -OVER:RET; ；十進(jìn)制轉(zhuǎn)換子程序 ORG 0600H;METRICCON:MOV R3,#00H; 將存于 21H 單元中的當(dāng)前溫度轉(zhuǎn)換為BCD 碼MOV R4,#00H; 百位存于 32H 單元，十位存于 31H 單 元，個(gè)位存于 30H 單元MOV A,21H;CLR C;W1:SUBB A,#100;JC W2;INC R4;AJMP W1;W2:ADD A,#100;CLR C;

24、W3:SUBB A,#10;JC W4;- 32 -INC R3;AJMP W3;W4:ADD A,#10;MOV 30H,A;MOV 31H,R3;MOV 32H,R4;RET; ；數(shù)碼管顯示子程序ORG 0700H;DISP:MOV R5,#03H; 將存于32H 單元、 31H 單元、 30H 單元中的 溫度 BCD 碼查表轉(zhuǎn)換為七段碼MOV R0,#30H; 通過(guò)串 行通信方式 0 輸出驅(qū)動(dòng) 3 個(gè)數(shù)碼管， 顯示當(dāng)前溫度MOV DPTR,#TAB;LOOP:MOV A,R0; MOVC A,A+DPTR;- 33 -MOV SBUF,A;WAIT:JNB T1,WAIT;CLR T1;

25、INC R0;DJNZ R5,LOOP;RET;TAB:DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH ；七段碼數(shù)據(jù) 表附表： 1-1熱敏電阻分度表及經(jīng) ADC0809 轉(zhuǎn)換后的電壓數(shù)字量溫度熱敏電阻阻轉(zhuǎn)換后的電壓）值（千歐）數(shù)字量0161.6081941153.63081932146.0833192- 34 -3138.94351914132.019011905125.80251896119.76081887114.0461878108.63971869103.52431851098.68331841194.10061821289.76131811385.65111801481.75641781578.064617716