溫度采集系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

1、溫度采集系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)溫度采集系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)15/15溫度采集系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)中北大學(xué)計(jì)算機(jī)控制課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)序言1.1單片機(jī)歸納單片機(jī)是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把擁有數(shù)據(jù)辦理能力的中央辦理器CPU隨機(jī)儲(chǔ)藏器RAM、只讀儲(chǔ)藏器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、準(zhǔn)時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路變換器、A/D變換器等電路）集成到一塊硅片上組成的一個(gè)小而完滿的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)，是典型的嵌入式微控制器（MicrocontrollerUnit），常用英文字母的縮寫(xiě)MCU表示單片機(jī)，它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有CPU的專

2、用辦理器發(fā)展而來(lái)。最早的設(shè)計(jì)理念是經(jīng)過(guò)將大量外面設(shè)備和CPU集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更簡(jiǎn)單集成進(jìn)復(fù)雜的而對(duì)體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備中間。單片機(jī)比專用辦理器更適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它獲得了最多的應(yīng)用。它又稱單片微控制器,它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片,而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)，和計(jì)算機(jī)對(duì)照，單片機(jī)只缺少了I/O設(shè)備。歸納的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格低價(jià)、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開(kāi)發(fā)供應(yīng)了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最正確選擇。1.2溫度采集設(shè)計(jì)背景隨著科技的不斷發(fā)展，現(xiàn)代社會(huì)對(duì)各種信息參數(shù)的正確度和精確

3、度的要求都有了幾何級(jí)的增添，而如何正確而又迅速的獲得這些參數(shù)就需要受制于現(xiàn)代信息基礎(chǔ)的發(fā)展水平。在三大信息信息采集(即傳感器技術(shù))、信息傳輸(通信技術(shù))和信息處理(計(jì)算機(jī)技構(gòu)中，傳感器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，特別是溫度傳感器技術(shù)，在我國(guó)各領(lǐng)域己經(jīng)引用的特別廣泛，可以說(shuō)是浸透到社會(huì)的每一個(gè)領(lǐng)域，人民的生活與環(huán)境的溫度息息相關(guān)，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中需要實(shí)時(shí)測(cè)量溫度，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也離不開(kāi)溫度的測(cè)量，因此研究溫度的測(cè)量方法和裝置擁有重要的意義。測(cè)量溫度的要點(diǎn)是溫度傳感器，溫度傳感器的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段:傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器模擬集成溫度傳感器第1頁(yè)共15頁(yè)中北大學(xué)計(jì)算機(jī)控制課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)智能溫度傳

4、感器當(dāng)前的智能溫度傳感器(亦稱數(shù)字溫度傳感器)是在20世紀(jì)90年代中期問(wèn)世的，它是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試技術(shù)（ATE）的結(jié)晶，特點(diǎn)是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器(MCU)。社會(huì)的發(fā)展令人們對(duì)傳感器的要求也越來(lái)越高，現(xiàn)在的溫度傳感器正在基于單片機(jī)的基礎(chǔ)上從模擬式向數(shù)字式，從集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向飛速發(fā)展，并朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開(kāi)發(fā)虛假傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測(cè)溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展，本文將介紹AD590的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及控制方法，它是美國(guó)ANALOGDEVICES公司的單片集成兩端感溫電流源，并對(duì)以此傳感器，AT89C51單

5、片機(jī)為控制器組成的數(shù)字溫度測(cè)量裝置的工作原理及程序設(shè)計(jì)作了詳細(xì)的介紹。與傳統(tǒng)的溫度計(jì)對(duì)照，其擁有讀數(shù)方便，測(cè)溫范圍廣，測(cè)溫正確，輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對(duì)測(cè)溫要求比較正確的場(chǎng)所，或科研實(shí)驗(yàn)室使用。該設(shè)計(jì)控制器使用ATMBL公司的AT89C51單片機(jī)，測(cè)溫傳感器使用AD590，最后用LED來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度顯示。設(shè)計(jì)目的任務(wù)和要求2.1設(shè)計(jì)目的本設(shè)計(jì)包括確定控制任務(wù)、系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、軟件程序的設(shè)計(jì)等，使學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)與理解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成原理、接口電路與應(yīng)用程序，牢固與綜合專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和相關(guān)專業(yè)課程知識(shí)，提高學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)責(zé)問(wèn)題的實(shí)踐技術(shù)；2.2設(shè)計(jì)任務(wù)以8086CPU

6、（或單片機(jī)）為核心設(shè)計(jì)一個(gè)溫度采集系統(tǒng)，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)一路溫度的采集，在3位LED顯示器上顯示當(dāng)前溫度。2.3設(shè)計(jì)內(nèi)容本設(shè)計(jì)所用器件主要有傳感器，A/D變換器，8086CPU（或單片機(jī)），可編程并行接口8255（或不用），LED顯示器等。第一傳感器把所測(cè)的溫度變換為電壓，輸入A/D變換器中進(jìn)行變換，爾后再把獲得的二進(jìn)制數(shù)經(jīng)過(guò)CPU在LED上顯示出來(lái)。系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)第2頁(yè)共15頁(yè)中北大學(xué)計(jì)算機(jī)控制課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)3.1方案設(shè)計(jì)該系統(tǒng)主要有溫度測(cè)量和數(shù)據(jù)采集兩部分電路組成，在溫度測(cè)量中用電測(cè)法測(cè)量溫度時(shí)，第一要經(jīng)過(guò)溫度傳感器將溫度變換成電量，溫度傳感器有很多種方式，這里選擇AD590，它是一種半導(dǎo)體

7、感覺(jué)式的，由測(cè)溫電阻、二極管和集成電路器件組成。利用溫度傳感器測(cè)出溫度后，在將隨被測(cè)溫度變化的電壓或電流采集過(guò)來(lái)，利用A/D變換器即ADC0809變換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的辦理，在顯示電路上，將被測(cè)溫度顯示出來(lái)。3.2整體設(shè)計(jì)框圖系統(tǒng)器件的選擇和性能介紹4.1溫度傳感器AD590是一種單片集成的兩端式溫度敏感電流源，它有金屬殼，小型的扁平封裝芯片和不銹鋼等幾種封裝形式，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)利用IC溫度傳感器AD590作為測(cè)溫器，AD590是一種精度和線性度較好的雙端集成溫度傳感器，其輸出電流與絕對(duì)溫度有關(guān)，對(duì)于電源電壓從5-10V變化只引起1A最大電流的變化或1攝氏度等效誤差。第3頁(yè)共15頁(yè)中北大學(xué)

8、計(jì)算機(jī)控制課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)圖（2）傳感器工作原理圖上圖給出了用于獲得正比于絕對(duì)溫度的輸出電流的基本溫度敏感電路，當(dāng)溫度有10的變化時(shí)輸出電壓變化為20mV，即該電路M點(diǎn)電壓隨溫度變化為2mV/。將溫度傳感器輸出的小信號(hào)隨從放大19.2倍左右后，送至8位A/D變換器變換成數(shù)字量。4.2A/D變換器模數(shù)變換采用ADC0809，它是芯片輸出端擁有可控的三態(tài)門(mén)，這種芯片的輸出端可以直接和系統(tǒng)總線相連，由讀信號(hào)控制三態(tài)門(mén)，變換結(jié)束后，CPU執(zhí)行一條輸入指令，從而產(chǎn)生讀信號(hào)，將數(shù)據(jù)從A/D變換器取出。ADC0809是典型的8位8通道逐次逼近式A/D變換器，CMOS工藝，可實(shí)現(xiàn)8路模擬信號(hào)的分時(shí)采集，片內(nèi)有8

9、路模擬選通開(kāi)關(guān)，以及相應(yīng)的通道地址鎖存譯碼電路，其變換時(shí)間為100s左右。ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)以下列圖，圖中多路開(kāi)關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，贊同8路模擬量分時(shí)輸入，共用一個(gè)A/D變換，地址鎖存與譯碼電路完成對(duì)A、B、C3個(gè)地址位進(jìn)行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道選擇。8位A/D變換器是逐次逼近式，由控制與時(shí)序電路、逐次逼近存放器、樹(shù)狀開(kāi)關(guān)以及256R電阻階梯網(wǎng)絡(luò)等組成。輸出器用于存放和輸出變換獲得的數(shù)字量。第4頁(yè)共15頁(yè)中北大學(xué)計(jì)算機(jī)控制課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)圖（3）A/D變換器工作原理圖由于所選的AD0809所變換的電壓范圍不大,這樣一來(lái),當(dāng)所采集的溫度是0時(shí),變換的電壓量是0V,經(jīng)過(guò)A/D變換后所對(duì)

10、應(yīng)的數(shù)字量是00000000。當(dāng)采集的溫度是255時(shí),所變換的電壓量是10V,經(jīng)過(guò)A/D變換后所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量是11111111。這樣看來(lái),從A/D輸出的數(shù)字量和顯示的溫度是一一對(duì)應(yīng)的。若是數(shù)字量是00000011時(shí),經(jīng)過(guò)8255A編程即可在顯示器上顯示3。4.48255并行接口當(dāng)溫度經(jīng)過(guò)AD590后,連續(xù)的物理量變換為連續(xù)的電壓量,電壓信號(hào)輸入到A/D模擬信號(hào)輸入端。當(dāng)工作時(shí),CPU用輸出指令將PC0置零,使B/C端獲得一個(gè)低電平從而啟動(dòng)變換。此后用輸入指令不斷讀端口PC4PC7測(cè)試并判斷PC4可否為零。若是PC4為零則說(shuō)明完成一次A/D變換。此時(shí)在CPU的讀周期作用下它向8255A發(fā)出個(gè)讀信

11、號(hào)。此后便從A端口讀數(shù)據(jù);在寫(xiě)周期的作用下CPU向8255A發(fā)出寫(xiě)信號(hào),此后數(shù)據(jù)就會(huì)從B端口輸出。B端口連接著LED,它們?cè)赑C3PC1的控制下顯示當(dāng)前溫度。8255A方式0的工作特點(diǎn)：方式0也叫基本輸入輸出方式。在這種方式下，端口A和端口B可以經(jīng)過(guò)方式擇字規(guī)定為輸入口也許輸出口，端口C分為兩個(gè)4位端口，高4位一個(gè)端口，低4一個(gè)端口。這兩個(gè)四位端口也可由方式選擇字規(guī)定為輸入口或輸出口。方式0的使用途合有兩種，一種是同步傳達(dá)，另一種是盤(pán)問(wèn)式傳達(dá)。這里采用查方式。盤(pán)問(wèn)式傳輸時(shí)，需要有應(yīng)答信號(hào)。但是，在方式0情況下，沒(méi)有規(guī)定固定的答信號(hào)，因此，第5頁(yè)共15頁(yè)中北大學(xué)計(jì)算機(jī)控制課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)這時(shí)將端口

12、A和端口B作為數(shù)據(jù)端口，把端口C的4個(gè)數(shù)位（高或低4均可）一些控制信號(hào)，而把端口C的別的4個(gè)數(shù)位規(guī)定為輸入口，用來(lái)讀入設(shè)的狀態(tài)。這樣，就利用端口C配合了端口A和端口B的輸入輸出操作。4.5LED介紹由于輸出的電壓量范圍是05V即變換為數(shù)字量后為0FF之間。因此，要使溫度表范圍為085，需把0FF除以3。經(jīng)過(guò)CPU未經(jīng)辦理過(guò)的數(shù)值是以ASCII碼的方顯示在電腦屏幕上的，還需將ASCII碼變換成十進(jìn)制顯示。為了便于讀數(shù)。在LE燈上的顯示將設(shè)計(jì)為8421碼的方式顯示。變換方法在程序中有所注明。系統(tǒng)整體硬件電路5.1主板電路系統(tǒng)整體硬件電路包括，傳感器數(shù)據(jù)采集電路，溫度顯示電路，上下限報(bào)警調(diào)整電路，單

13、機(jī)板電路等，見(jiàn)附錄。其中蜂鳴器可以在被測(cè)溫度不在上下限范圍內(nèi)時(shí)，發(fā)出報(bào)警鳴叫聲音，同LED數(shù)碼管將沒(méi)有被測(cè)溫度值顯示。5.2顯示電路顯示電路是使用74HC373鎖存器和74LS138譯碼器分別控制段選和位選，利用動(dòng)向顯示。處是LED數(shù)碼管數(shù)量大時(shí)，電路簡(jiǎn)單。圖（5）LED電路顯示圖5.3分頻電路ADC0809需要供應(yīng)時(shí)鐘信號(hào)，單片機(jī)在工作時(shí)ALE引腳輸出2MHZ時(shí)鐘信號(hào)，需要分頻后供0809做時(shí)鐘信號(hào)使用。第6頁(yè)共15頁(yè)中北大學(xué)計(jì)算機(jī)控制課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)圖（6）ADC0809芯片的分頻電路5.4時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)晶振的頻率決定了微控制器的時(shí)鐘頻率，8051晶振的頻率范圍，0Hz33MHz。電容器C1、

14、C2起牢固振蕩頻率、迅速起振的作用。電容值一般為2040pf。微控制器內(nèi)部有一個(gè)高增益運(yùn)算放大器和一個(gè)反響電阻器，當(dāng)外接晶振后，就組成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。圖（7）晶振電路原理圖5.5溫度報(bào)警電路本設(shè)計(jì)的發(fā)揮部分，是加入了報(bào)警，若是我們所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是監(jiān)控某一設(shè)備，當(dāng)設(shè)備的溫度達(dá)到我們所設(shè)定的溫度值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生報(bào)警.報(bào)警時(shí)由單片機(jī)產(chǎn)生必然頻率的脈沖，由P2.7引腳輸出，P2.7外接一只PNP的三極管來(lái)驅(qū)動(dòng)楊聲器發(fā)出聲音，以便操作員來(lái)保護(hù)，從而達(dá)到報(bào)警的目的。第7頁(yè)共15頁(yè)中北大學(xué)計(jì)算機(jī)控制課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)圖（8）溫度報(bào)警電路系統(tǒng)流程圖第8頁(yè)共15頁(yè)中北大學(xué)計(jì)算機(jī)控制課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)圖（9

15、）系統(tǒng)流程圖軟件程序設(shè)計(jì)PORTAEQU020H；定義端口地址PORTBEQU021HPORTCEQU022H第9頁(yè)共15頁(yè)中北大學(xué)計(jì)算機(jī)控制課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)PORTDEQU023HDATASEGMENTTABLEDB40HDB4FHDB24HDB30HDB19HDB12HDB02HDB78HDB00HDB10HBUFDA1DB?BUFDA2DB?BUFDA3DB?DATAENDSCODESEGMENTASSUMECS:CODE,DS:DATASTART:MOVAX,DATAMOVDS,AXMOVAL,98HOUTPORTD,AL；8255的初始化;*MOVAL,01OUTPORTC,ALMOV

16、AL,00OUTPORTC,AL；PC0為0，啟動(dòng)A/D變換FIND:INAL,PORTCTESTAL,010H第10頁(yè)共15頁(yè)中北大學(xué)計(jì)算機(jī)控制課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)JNZFIND；讀PC4的值，如為1則連續(xù)盤(pán)問(wèn)MOVAL,01OUTPORTC,AL；使PC0為1，撤消啟動(dòng)信號(hào)INAL,PORTA；讀取變換數(shù)據(jù);*MOVCL,100；計(jì)算百位，十位，個(gè)位DIVCLMOVBUFDA1,ALXORAL,ALMOVCL,10MOVBL,AHMOVAL,BLMOVAH,0DIVCLMOVBUFDA2,ALMOVBUFDA3,AH;*DISPLAY:MOVBX,OFFSETTABLEMOVAL,DI+0XLA

17、T；換碼MOVDX,PORTBOUTDX,ALMOVCX,30H；延緩程序DELAY:LOOPDELAYRET;*MOVCX,30HDISPLAY1:MOVAL,06HOUTPORTD,AL第11頁(yè)共15頁(yè)中北大學(xué)計(jì)算機(jī)控制課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)MOVAL,05HOUTPORTD,ALMOVAL,03HOUTPORTD,ALMOVDI,OFFSETBUFDA1CALLDISPLAY；使LED0工作MOVAL,07HOUTPORTD,ALMOVAL,04HOUTPORTD,ALMOVAL,03HOUTPORTD,ALMOVDI,OFFSETBUFDA2CALLDISPLAY；使LED1工作MOVAL,0

18、7HOUTPORTD,ALMOVAL,05HOUTPORTD,ALMOVAL,02HOUTPORTD,ALMOVDI,OFFSETBUFDA3CALLDISPLAY；使LED2工作LOOPDISPLAY1；延緩;*MOVAH,4CHINT21HCODEENDSENDSTART第12頁(yè)共15頁(yè)中北大學(xué)計(jì)算機(jī)控制課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)總結(jié)心得本課程設(shè)計(jì)是基于AT89C51單片機(jī)的溫室檢測(cè)系統(tǒng)。該課程是以單片機(jī)8051為核心，以熱敏電阻為測(cè)溫元件對(duì)溫度進(jìn)行有效的測(cè)量,經(jīng)過(guò)ADC0809芯片將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)辦理后經(jīng)過(guò)8255芯片擴(kuò)展的I/O以動(dòng)向方式顯示，再加上相應(yīng)的時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、分

19、頻電路，最后編寫(xiě)程序，溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就完成了。在做課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，除了認(rèn)識(shí)相關(guān)設(shè)計(jì)的硬件原理電路圖外，還要認(rèn)識(shí)具體的型號(hào)，熟悉相關(guān)軟件的使用，如AutoCAD、Protel、Word等，誠(chéng)然在實(shí)質(zhì)操作過(guò)程中遇到了很多困難，但經(jīng)過(guò)不懈努力還是完成了本課程的設(shè)計(jì)。在這一周的設(shè)計(jì)中，不但使我增添了很多課堂上所學(xué)不到的知識(shí)，而且還讓我對(duì)A/D變換和擴(kuò)展I/O有了更深入的認(rèn)識(shí)。對(duì)一些單片機(jī)原理及應(yīng)用有了更加深刻的認(rèn)識(shí)。第13頁(yè)共15頁(yè)中北大學(xué)計(jì)算機(jī)控制課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)附圖電路接線仿真圖U374LS373ELC1U2VREF(-)1612VREF(+)1nFU1X113GNDVCC1119391710XTAL1P0.0/AD02-8LSBCLOCK381493CRYSTALP0.1/AD12-7OUTPUTENABLE37157C2P0.2/AD22-6EOC183686U6XTAL2P0.3/AD32-5START35182P0.4/AD42-4LM351nF34195VOUTP0.5/AD52-3IN733204C3P0.6/AD62-2IN6932213RSTP0.7/AD72-1MSBIN50.722IN421221P2.0/A8ALEIN31nF222328P2.1/A9ADDCIN223