溫度采集系統(tǒng)設計

中北大學計算機控制課程設計說明書

××大學

計算機控制課程

設計任務書

學年第學期

學院：

專業(yè)：

學生姓名：

學號：

課程設計題目：

溫度采集系統(tǒng)設計

起迄日期:

12月15日~12月28日

課程設計地點:

電氣工程系綜合實驗室

指導教師:

系主任：

下達任務書日期:×××年×月×日

課程設計任務書

1．設計目的：

本設計包括確定控制任務、系統(tǒng)總體方案設計、硬件系統(tǒng)設計、軟件程序的設計等，使學生進一步學習與理解計算機控制系統(tǒng)的構(gòu)成原理、接口電路與應用程序，鞏固與綜合專業(yè)基礎(chǔ)知識和相關(guān)專業(yè)課程知識，提高學生運用理論知識解決實際問題的實踐技能；

2．設計內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設計要求等）：

以8086CPU（或單片機）為核心設計一個溫度采集系統(tǒng)，系統(tǒng)可以實現(xiàn)一路溫度的采集，在3位LED顯示器上顯示當前溫度。

本設計所用器件主要有傳感器，A/D轉(zhuǎn)換器，8086CPU（或單片機），可編程并行接口8255（或不用），LED顯示器等。首先傳感器把所測的溫度轉(zhuǎn)換為電壓，輸入A/D轉(zhuǎn)換器中進行轉(zhuǎn)換，然后再把得到的二進制數(shù)經(jīng)過CPU在LED上顯示出來。

3．設計工作任務及工作量的要求〔包括課程設計計算說明書(論文)、圖紙、實物樣品等〕：

1．根據(jù)題目要求的指標，通過查閱有關(guān)資料，確定系統(tǒng)設計方案，并設計其硬件電路圖。

2．畫出電路原理圖，分析主要模塊的功能及他們之間的數(shù)據(jù)傳輸和控制關(guān)系

3.用protel或proteus軟件繪制電路原理圖。

4.軟件設計，給出流程圖及源代碼并加注釋

課程設計任務書

4．主要參考文獻：

1.顧德英.計算機控制技術(shù)（第二版）.北京郵電大學出版社,2005

2.李順增，吳國東，趙河明，喬志偉.微機原理及接口技術(shù).機械工業(yè)出版社，2004

5．設計成果形式及要求：

1.電路原理圖

2.軟件流程圖和程序清單

3.編寫課程設計報告。

6．工作計劃及進度：

201312月15日~12月17日查找資料，確定方案

12月18日~12月21日設計硬件電路，繪制電路原理圖

12月22日~12年25日軟件設計，并調(diào)試通過

12月26日~12月28日編寫課程設計報告，答辯或成績考核

系主任審查意見：

簽字：

年月日

目錄

1引言……………1

2計設計目的任務和要求………1

2.1設計目的……………………1

2.2設計內(nèi)容和要求……………1

3系統(tǒng)總體方案設計……………1

3.1方案設計……………………1

3.2原理框圖……………………1

4硬件設計………………………2

4.1硬件控制電路………………2

4.2傳感器電路…………………2

4.3顯示電路的選擇……………3

4.4CPU的選擇………………3

4.58位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809芯片………5

4.6AT89C51與ADC0809接口電路…………6

4.7單片機控制電路……………7

5軟件設計………………………7

5.1繪制程序流程圖……………7

5.2編制匯編源程序……………8

6調(diào)試及仿真……………………10

6.1電路接線圖…………………10

6.2仿真及結(jié)果…………………10

7結(jié)論及心得體會………………11

附錄……………13

參考文獻…………14

1引言

溫度是工業(yè)控制中主要的被測參數(shù)，隨著電子技術(shù)和微型計算機的迅速發(fā)展，微機的測量和控制技術(shù)在工業(yè)發(fā)展中起到了舉足輕重的作用。單片機具有處理能力強、運行速度快、功耗低等優(yōu)點。應用在溫度測量方面簡單方便、測量范圍廣、精度高，從而提高了生產(chǎn)效率。一般來說一個測溫系統(tǒng)由以下三部分組成：測量部分、控制部分、顯示部分。因此本設計就是以單片機為核心設計溫度采集系統(tǒng)，將采集的信號通過轉(zhuǎn)換以數(shù)字方式顯示。

2設計目的任務和要求

2．1設計目的

本設計包括確定控制任務、系統(tǒng)總體方案設計、硬件系統(tǒng)設計、軟件程序的設計等，使學生進一步學習與理解計算機控制系統(tǒng)的構(gòu)成原理、接口電路與應用程序，鞏固與綜合專業(yè)基礎(chǔ)知識和相關(guān)專業(yè)課程知識，提高學生運用理論知識解決實際問題的實踐技能；

2．2設計內(nèi)容和要求

以8086CPU（或單片機）為核心設計一個溫度采集系統(tǒng)，系統(tǒng)可以實現(xiàn)一路溫度的采集，在3位LED顯示器上顯示當前溫度。

本設計所用器件主要有傳感器，A/D轉(zhuǎn)換器，8086CPU（或單片機），可編程并行接口8255（或不用），LED顯示器等。首先傳感器把所測的溫度轉(zhuǎn)換為電壓，輸入A/D轉(zhuǎn)換器中進行轉(zhuǎn)換，然后再把得到的二進制數(shù)經(jīng)CPU在LED上顯示出來。

3系統(tǒng)總體方案設計

3．1方案設計

以8086CPU為核心設計一個溫度巡回監(jiān)測系統(tǒng)（A/D采用ADC0809）.系統(tǒng)可實現(xiàn)溫度信號的采集，在3位LED顯示器上顯示當前的溫度。經(jīng)標度變換后送LED顯示器顯示，只進行一路采集。該系統(tǒng)主要用于溫度檢測，并在LED上顯示當前的溫度值。當溫度信號改變時，LED顯示的值也隨之改變。

3．2原理框圖

溫度傳感器

LED顯示

ADC0809

8086控制器

并行接口8255

圖3-1原理框圖

4硬件設計

4．1硬件控制電路

首先應用溫度傳感器進行溫度測量。當外界環(huán)境溫度發(fā)生變化，傳感器的輸出電壓也會發(fā)生對應的變化，電橋的輸出信號與ADC0809的模擬量輸入端IN0連接，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，ADC0809的輸出引腳與AT89C51的P0口連接。

4．2傳感器電路

在自動控制、機電整合的應用中，溫度的測量為常見的需求，感測溫度的產(chǎn)品有

多種

型態(tài)，依特性可概分為膨脹變化型、顏色變化型、

電阻

變化型、

電流

變化型、電壓變化型、頻率變化型…等，常見的電壓變化型的溫度傳感器有LM35、

LM335

，其不同點為LM35之輸出電壓是與攝氏溫標呈線性關(guān)係，而LM335則是與凱氏溫標呈線性關(guān)系。由於攝氏溫標較常使用，因此本文將針對LM35做介紹。

LM35是由NationalSemiconductor所生產(chǎn)的溫度感測器，其輸出電壓與攝氏溫標呈線性關(guān)係，轉(zhuǎn)換公式如式(1)，0°C時輸出為0V，每升高1°C，輸出電壓增加10mV。

公式(1)

LM35有多種不同封裝型式。在常溫下，LM35不需要額外的校準處理即可達到±1/4C的準確率。其

電源

供應

模式有單電源與正負雙電源兩種，正負雙電源的供電模式可提供負溫度的量測；單電源模式在25°C下靜默電流約50μA，非常省電。

下圖是利用LM35溫度傳感器及晶體管IN914組成單電源供電的測溫電路（一般需正負電源）。

圖4-1利用LM35溫度傳感器及晶體管IN914組成單電源供電的測溫電路

4．3顯示電路的選擇

在單片機應用中常用的顯示器是LED，因為LED顯示器具有功耗低、配置靈活、線路簡單、安裝方便、壽命長且價格低廉等優(yōu)點。本設計用8155芯片控制七段顯示器動態(tài)顯示數(shù)據(jù)。

4．4CPU的選擇

本次設計以CPU選用AT89C5l作為控制芯片．AT89C51的結(jié)構(gòu)簡單并可以在編程器上實現(xiàn)閃爍式的電擦寫達幾萬次以上．使用方便等優(yōu)點。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。AT89C51的引腳結(jié)構(gòu)圖所圖示,其管腳說明如下：

VCC：供電電壓。

GND：接地。

P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。

P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為低八位地址接收。

P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。

P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。

RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。

ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。

/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器圖4-2AT89C51管腳圖

周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。

/EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。

XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。

XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。

4．58位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809芯片

目前應用較多的A/D轉(zhuǎn)換器是ADC0809，ADC0809是一種八路模擬輸入八路數(shù)字輸出的轉(zhuǎn)換器件，主要特性如下：

分辨率：8位

轉(zhuǎn)換時間：次/64個時鐘周期

電源：+5V

模擬輸入電壓范圍：單極性0-5V，具有可控三態(tài)輸出鎖存器。

以上數(shù)據(jù)滿足設計要求，所以選用ADC0809

ADC0809的引腳排列如圖4-3所示，各功能如下：

IN0～IN7：8個模擬量輸入端。

START：啟動A/D轉(zhuǎn)換。當START為高電平時，開始A/D轉(zhuǎn)換。

EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束后。當A/D轉(zhuǎn)換完畢時，此信號可用作A/D轉(zhuǎn)換是否完成的查詢信號或向CPU請求中斷的信號。

OE：輸出允許信號，或稱為A/D數(shù)據(jù)信號。當此信號為高電平時，可從A/D轉(zhuǎn)換器中讀取數(shù)據(jù)。

CLK：實時時鐘，最高允許值為640kHz，可通過外接電路提供頻率信號，也可由系統(tǒng)ALE分頻獲得。

ALE：地址鎖存允許，高電平有效。當ALE為高電平時，允許ADDC、ADDB、ADDA鎖存到通道地址鎖存器，并選擇對應通道的模擬輸入送A/D轉(zhuǎn)換器。

ADDA、ADDB、ADDC：通道地址輸入，C為最高位，A為最低位。

D0～D7：數(shù)字量輸出。

VREF（+）、VREF（-）：正、負參考電壓，用來提供D/A轉(zhuǎn)換器的基準參考電壓。一般VREF（+）接+5V，VREF（-）接地。

VCC、GND：電源電壓VCC接+5V，GND接地。

圖4-3ADC0809芯片管腳圖

4．6AT89C51與ADC0809接口電路

如圖3-4所示，系統(tǒng)中的ADC0809轉(zhuǎn)換器的片選信號接P2.7，其通道地址IN0～IN7分別為7FF8H～7FFFH。當AT89C51產(chǎn)生寫信號時，由一個或非門產(chǎn)生轉(zhuǎn)換器的啟動信號START和地址鎖存信號ALE（高電平有效），同時將通道地址ADDA、ADDB、ADDC送地址總線，模擬量通過被選中的通道送到A/D轉(zhuǎn)換器，并在START下降沿時開始逐位轉(zhuǎn)換，當轉(zhuǎn)換結(jié)束時，轉(zhuǎn)換結(jié)束信號EOC變高電平，經(jīng)反相器可向CPU發(fā)中斷請求。也可采用查詢方式，當AT89C51產(chǎn)生讀信號時，則由一個或非門產(chǎn)生OE輸出信號（高電平有效），使A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果讀入AT89C51單片機。ADC0809轉(zhuǎn)換器所需時鐘信號可以由AT89C51的ALE信號分頻獲得。

圖4-4AT89C51與ADC0809接口電路圖

4．7單片機控制電路

（1）由于設計要求利用3位數(shù)碼管顯示溫度，故在P1、P2、P3口進行數(shù)碼管連接。由于只顯示整數(shù)位，小數(shù)點不進行連接，因此數(shù)碼管連接7只引腳即可。

（2）由于本系統(tǒng)使用片內(nèi)程序存儲器，故EA引腳接高電平即可。

綜上所述，要實現(xiàn)單片機的溫度采集及顯示，控制電路如圖3-5所示：

圖4-5單片機控制電路圖

5軟件設計

5．1繪制程序流程圖

本控制程序結(jié)構(gòu)流程圖如5-1圖。

圖5-1控制程序結(jié)構(gòu)流程圖

5．2編制匯編源程序

1.ADC0809調(diào)試程序

ORG0000H

MOVR1,#20H

MOVR2,#08H；設定8個通道

MOVTL0,#00H

MOVTH,#0B8H

MOVTMOD,#01H；給計數(shù)器設定初值并初始化

CLRET0；

SETBTR0；啟動計數(shù)器

MOVSCON,#40H

MOVDPTR,#78FFH；置DPTR，使模擬通道對應的入口地址為78FFH

LOOP：MOVA,R2

SUBBA,R1

JNZLOOP2；跳轉(zhuǎn)至LOOP2

MOVR1,#00H

MOVDPTR,#78FFH

LOOP1：JNBTF0,LOOP1

CLRTF0

MOVTL0,#00H

MOVTH0,#0B8H；重新給計數(shù)器設初值

LOOP2：MOVX@DPTR,A；重啟A/D

LOOP3：JPP1.0,LOOP3

LOOP4：JNPP1.0,LOOP4；由P1.0查詢ADC0809的EOC信號，確定轉(zhuǎn)換是否完成

MOVXA,@DPTR；查詢結(jié)果

MOV@R1,A；保存結(jié)果

INCDPH；查詢下一模擬通道

INCR1;同時將下一通道的值保存

LJMPLOOP

END

2.程序執(zhí)行過程：

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 LOOP0

DISPLAY: MOVA，79H

MOV B，#10

DIV AB

MOV DPTR，#TAB2

MOVC A，@A+DPTR

MO