溫度采集系統(tǒng)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

××大學(xué)

計(jì)算機(jī)控制課程

設(shè)計(jì)任務(wù)書

學(xué)年第學(xué)期

學(xué)院：

專業(yè)：

學(xué)生姓名：

學(xué)號(hào)：

課程設(shè)計(jì)題目：

溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

起迄日期:

12月15日~12月28日

課程設(shè)計(jì)地點(diǎn):

電氣工程系綜合實(shí)驗(yàn)室

指導(dǎo)教師:

系主任：

下達(dá)任務(wù)書日期:×××年×月×日

課程設(shè)計(jì)任務(wù)書

1．設(shè)計(jì)目的：

本設(shè)計(jì)包括確定控制任務(wù)、系統(tǒng)總體方案設(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)的構(gòu)成原理、接口電路與應(yīng)用程序，鞏固與綜合專業(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)際問(wèn)題的實(shí)踐技能；

2．設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計(jì)要求等）：

以8086CPU（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。

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

3．設(shè)計(jì)工作任務(wù)及工作量的要求〔包括課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(論文)、圖紙、實(shí)物樣品等〕：

1．根據(jù)題目要求的指標(biāo)，通過(guò)查閱有關(guān)資料，確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，并設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)，給出流程圖及源代碼并加注釋

課程設(shè)計(jì)任務(wù)書

4．主要參考文獻(xiàn)：

1.顧德英.計(jì)算機(jī)控制技術(shù)（第二版）.北京郵電大學(xué)出版社,2005

2.李順增，吳國(guó)東，趙河明，喬志偉.微機(jī)原理及接口技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社，2004

5．設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)報(bào)告。

6．工作計(jì)劃及進(jìn)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(shè)計(jì)硬件電路，繪制電路原理圖

12月22日~12年25日軟件設(shè)計(jì)，并調(diào)試通過(guò)

12月26日~12月28日編寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告，答辯或成績(jī)考核

系主任審查意見：

簽字：

年月日

目錄

1引言……………1

2計(jì)設(shè)計(jì)目的任務(wù)和要求………1

2.1設(shè)計(jì)目的……………………1

2.2設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求……………1

3系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)……………1

3.1方案設(shè)計(jì)……………………1

3.2原理框圖……………………1

4硬件設(shè)計(jì)………………………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(jī)控制電路……………7

5軟件設(shè)計(jì)………………………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(huì)………………11

附錄……………13

參考文獻(xiàn)…………14

1引言

溫度是工業(yè)控制中主要的被測(cè)參數(shù)，隨著電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，微機(jī)的測(cè)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(jī)具有處理能力強(qiáng)、運(yùn)行速度快、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用在溫度測(cè)量方面簡(jiǎn)單方便、測(cè)量范圍廣、精度高，從而提高了生產(chǎn)效率。一般來(lái)說(shuō)一個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)由以下三部分組成：測(cè)量部分、控制部分、顯示部分。因此本設(shè)計(jì)就是以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)溫度采集系統(tǒng)，將采集的信號(hào)通過(guò)轉(zhuǎn)換以數(shù)字方式顯示。

2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)總體方案設(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)的構(gòu)成原理、接口電路與應(yīng)用程序，鞏固與綜合專業(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)際問(wèn)題的實(shí)踐技能；

2．2設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求

以8086CPU（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。

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

3系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

3．1方案設(shè)計(jì)

以8086CPU為核心設(shè)計(jì)一個(gè)溫度巡回監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（A/D采用ADC0809）.系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)溫度信號(hào)的采集，在3位LED顯示器上顯示當(dāng)前的溫度。經(jīng)標(biāo)度變換后送LED顯示器顯示，只進(jìn)行一路采集。該系統(tǒng)主要用于溫度檢測(cè)，并在LED上顯示當(dāng)前的溫度值。當(dāng)溫度信號(hào)改變時(shí)，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(shè)計(jì)

4．1硬件控制電路

首先應(yīng)用溫度傳感器進(jìn)行溫度測(cè)量。當(dāng)外界環(huán)境溫度發(fā)生變化，傳感器的輸出電壓也會(huì)發(fā)生對(duì)應(yīng)的變化，電橋的輸出信號(hào)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(dòng)控制、機(jī)電整合的應(yīng)用中，溫度的測(cè)量為常見的需求，感測(cè)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(diǎn)為L(zhǎng)M35之輸出電壓是與攝氏溫標(biāo)呈線性關(guān)係，而LM335則是與凱氏溫標(biāo)呈線性關(guān)系。由於攝氏溫標(biāo)較常使用，因此本文將針對(duì)LM35做介紹。

LM35是由NationalSemiconductor所生產(chǎn)的溫度感測(cè)器，其輸出電壓與攝氏溫標(biāo)呈線性關(guān)係，轉(zhuǎn)換公式如式(1)，0°C時(shí)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(zhǔn)處理即可達(dá)到±1/4C的準(zhǔn)確率。其

電源

供應(yīng)

模式有單電源與正負(fù)雙電源兩種，正負(fù)雙電源的供電模式可提供負(fù)溫度的量測(cè)；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(cè)溫電路（一般需正負(fù)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(cè)溫電路

4．3顯示電路的選擇

在單片機(jī)應(yīng)用中常用的顯示器是LED，因?yàn)長(zhǎng)ED顯示器具有功耗低、配置靈活、線路簡(jiǎn)單、安裝方便、壽命長(zhǎng)且價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)用8155芯片控制七段顯示器動(dòng)態(tài)顯示數(shù)據(jù)。

4．4CPU的選擇

本次設(shè)計(jì)以CPU選用AT89C5l作為控制芯片．AT89C51的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并可以在編程器上實(shí)現(xiàn)閃爍式的電擦寫達(dá)幾萬(wàn)次以上．使用方便等優(yōu)點(diǎn)。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)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(jià)廉的方案。AT89C51的引腳結(jié)構(gòu)圖所圖示,其管腳說(shuō)明如下：

VCC：供電電壓。

GND：接地。

P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(gè)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(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為低八位地址接收。

P2口：P2口為一個(gè)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(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，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(shí)，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(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，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(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。

P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)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(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。

RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。

ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，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(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，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(wú)效。

/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器圖4-2AT89C51管腳圖

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

/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)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(shí)鐘工作電路的輸入。

XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。

4．58位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809芯片

目前應(yīng)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(shí)間：次/64個(gè)時(shí)鐘周期

電源：+5V

模擬輸入電壓范圍：?jiǎn)螛O性0-5V，具有可控三態(tài)輸出鎖存器。

以上數(shù)據(jù)滿足設(shè)計(jì)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～I(xiàn)N7：8個(gè)模擬量輸入端。

START：?jiǎn)?dòng)A/D轉(zhuǎn)換。當(dāng)START為高電平時(shí)，開始A/D轉(zhuǎn)換。

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

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

CLK：實(shí)時(shí)時(shí)鐘，最高允許值為640kHz，可通過(guò)外接電路提供頻率信號(hào)，也可由系統(tǒng)ALE分頻獲得。

ALE：地址鎖存允許，高電平有效。當(dāng)ALE為高電平時(shí)，允許ADDC、ADDB、ADDA鎖存到通道地址鎖存器，并選擇對(duì)應(yīng)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(fù)參考電壓，用來(lái)提供D/A轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)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(hào)接P2.7，其通道地址IN0～I(xiàn)N7分別為7FF8H～7FFFH。當(dāng)AT89C51產(chǎn)生寫信號(hào)時(shí)，由一個(gè)或非門產(chǎn)生轉(zhuǎn)換器的啟動(dòng)信號(hào)START和地址鎖存信號(hào)ALE（高電平有效），同時(shí)將通道地址ADDA、ADDB、ADDC送地址總線，模擬量通過(guò)被選中的通道送到A/D轉(zhuǎn)換器，并在START下降沿時(shí)開始逐位轉(zhuǎn)換，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)EOC變高電平，經(jīng)反相器可向CPU發(fā)中斷請(qǐng)求。也可采用查詢方式，當(dāng)AT89C51產(chǎn)生讀信號(hào)時(shí)，則由一個(gè)或非門產(chǎn)生OE輸出信號(hào)（高電平有效），使A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果讀入AT89C51單片機(jī)。ADC0809轉(zhuǎn)換器所需時(shí)鐘信號(hào)可以由AT89C51的ALE信號(hào)分頻獲得。

圖4-4AT89C51與ADC0809接口電路圖

4．7單片機(jī)控制電路

（1）由于設(shè)計(jì)要求利用3位數(shù)碼管顯示溫度，故在P1、P2、P3口進(jìn)行數(shù)碼管連接。由于只顯示整數(shù)位，小數(shù)點(diǎn)不進(jìn)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(chǔ)器，故EA引腳接高電平即可。

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

圖4-5單片機(jī)控制電路圖

5軟件設(shè)計(jì)

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(shè)定8個(gè)通道

MOVTL0,#00H

MOVTH,#0B8H

MOVTMOD,#01H；給計(jì)數(shù)器設(shè)定初值并初始化

CLRET0；

SETBTR0；啟動(dòng)計(jì)數(shù)器

MOVSCON,#40H

MOVDPTR,#78FFH；置DPTR，使模擬通道對(duì)應(yīng)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(jì)數(shù)器設(shè)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(hào)，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(shí)將下一通道的值保存

LJMPLOOP

END

2.程序執(zhí)行過(guò)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