微機(jī)測控系統(tǒng)

中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書頁中北大學(xué)信息與通信工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書PAGE2目錄1引言 12設(shè)計(jì)要求及內(nèi)容 12.1設(shè)計(jì)要求 12.2設(shè)計(jì)要求 13整體設(shè)計(jì) 24硬件設(shè)計(jì) 24.1硬件電路工作原理 24.2各元件介紹 24.3硬件連接圖及說明 85軟件設(shè)計(jì) 95.1系統(tǒng)的主程序 95.2系統(tǒng)中斷程序 95.3系統(tǒng)的總程序 96調(diào)試與運(yùn)行出現(xiàn)的問題 13參考文獻(xiàn) 141引言隨著電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，微機(jī)測量和控制技術(shù)得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，給人們生活帶來了很多方便。在日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常要用到溫度檢測和控制。單片機(jī)自問世以來，已成為主要的控制工具之一，具有處理能力強(qiáng)、運(yùn)行速度快、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用在溫度測量與控制方面，控制簡單方便，測量范圍廣，精度較高。在現(xiàn)代測控系統(tǒng)中，由于PC機(jī)具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和良好的用戶交互界面，單片機(jī)具有較強(qiáng)的現(xiàn)場抗干擾能力及良好的性價(jià)比，因此以PC機(jī)為上位機(jī)實(shí)施用戶控制和以單片機(jī)為下位機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集的分布式智能化控制系統(tǒng)無疑具有很好的應(yīng)用前景。本文中單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了溫度檢測，具有較好的實(shí)時(shí)性；PC機(jī)完成了數(shù)據(jù)顯示、存儲(chǔ)及統(tǒng)計(jì)分析，繪制了實(shí)時(shí)溫度曲線，并對(duì)系統(tǒng)目前所處狀況做出了評(píng)判。兩者之間以串行口進(jìn)行通信聯(lián)絡(luò)。2設(shè)計(jì)要求及內(nèi)容2.1設(shè)計(jì)要求本課題要求設(shè)計(jì)一個(gè)微機(jī)測控系統(tǒng)，要求如下：下位機(jī)要求：1）用A/D芯片進(jìn)行溫度采集2路溫度(要求以一定周期巡回檢測)2）溫度測量范圍為0-200oC,測量精度為±1oC3）當(dāng)溫度參數(shù)超限并失調(diào)時(shí)，能聲音報(bào)警。4）能實(shí)現(xiàn)下位機(jī)與上位機(jī)的實(shí)時(shí)通訊；上位機(jī)要求：1）能實(shí)現(xiàn)與下位機(jī)的通訊 2）用VB搭建一個(gè)良好的界面3）能顯示下位機(jī)采集到的2路溫度的實(shí)時(shí)曲線2.2設(shè)計(jì)要求硬件設(shè)計(jì)(1)用滑動(dòng)變阻器（代替溫度傳感器PT100），STC89C51、ADC0809、RS232或RS485、串口及相關(guān)電子元件設(shè)計(jì)完整的硬件電路，并焊接于萬能板上；(2)完成相關(guān)程序的編寫并調(diào)試。2)軟件設(shè)計(jì)(1)用VB搭建良好的界面；(2)實(shí)時(shí)顯示硬件電路采集到的2溫度曲線3)課程設(shè)計(jì)說明書3整體設(shè)計(jì)4硬件設(shè)計(jì)4.1硬件電路工作原理把實(shí)際測量的溫度和設(shè)定的上下限進(jìn)行比較,來控制P0.0、P0.1、P0.7端口的高低電平。把P0.0、P0.1、P0.7端口分別與三極管的基極連接來控制溫度和報(bào)警。當(dāng)測量的溫度超過了設(shè)定的最高溫度,P2.2由高電平變成低電平,就相當(dāng)于基極輸入為“0”，這時(shí)三極管導(dǎo)通推動(dòng)小風(fēng)扇和控制電路工作，反之,當(dāng)基極輸入為“1”時(shí)，三極管不導(dǎo)通，報(bào)警器和控制電路都不工作。只要控制單片機(jī)的P0.0、P0.1、P0.7口的高低電平就可以控制模擬電路的工作。4.2各元件介紹4.2.1AT89C51單片機(jī)介紹圖4.1AT89C51中央微處理器AT89S51：AT89S51是一個(gè)低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4kBytesISP(In-systemprogrammable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80S51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISPFlash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。AT89S51具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，4kBytesFlash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。此外，AT89S51設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率，并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式。AT89S51單片機(jī)綜合了微型處理器的基本功能。按照實(shí)際需要，同時(shí)也考慮到設(shè)計(jì)成本與整個(gè)系統(tǒng)的精巧性，所以在本系統(tǒng)中就選用價(jià)格較低、工作穩(wěn)定的AT89S51單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的控制器。①電源引腳

Vcc（40腳）：典型值＋5V。

Vss（20腳）：接低電平。

②外部晶振

X1、X2分別與晶體兩端相連接。當(dāng)采用外部時(shí)鐘信號(hào)時(shí)，X2接振蕩信號(hào)，X1接地

③輸入輸出口引腳：

P0口：I/O雙向口。作輸入口時(shí)，應(yīng)先軟件置“1”。

P1口：I/O雙向口。作輸入口時(shí)，應(yīng)先軟件置“1”。

P2口：I/O雙向口。作輸入口時(shí)，應(yīng)先軟件置“1”。

P3口：I/O雙向口。作輸入口時(shí)，應(yīng)先軟件置“1”。

④控制引腳：

RST/Vpd、ALE/-PROG、-PSEN、-EA/Vpp組成了MSC-51的控制總線。

RST/Vpd（9腳）：復(fù)位信號(hào)輸入端（高電平有效）。

第二功能：加+5V備用電源，可以實(shí)現(xiàn)掉電保護(hù)RAM信息不丟失。

ALE/-PROG(30腳）：地址鎖存信號(hào)輸出端。

第二功能：編程脈沖輸入。

-PSEN（29腳）：外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)。

-EA/Vpp(31腳）：外部程序存儲(chǔ)器使能端。

第二功能：編程電壓輸入端（+21V）。4.2.2單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)鐘電路和復(fù)位電路是單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)中必不可少的。單片機(jī)時(shí)鐘電路圖，如圖3-1所示:XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。復(fù)位是使單片機(jī)或系統(tǒng)中的其他部件處于某種確定的初始狀態(tài)。單片機(jī)的工作就是從復(fù)位開始的，當(dāng)在單片機(jī)的RST引腳引入高電平并保持2個(gè)機(jī)器周期時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)復(fù)位操作（若該引腳持續(xù)保持高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)）。實(shí)際應(yīng)用中，復(fù)位操作有兩種基本的形式：一種是上電復(fù)位，另一種是上電與按鍵均有效的復(fù)位。由于本次設(shè)計(jì)采用的是上電復(fù)位，所以這里只介紹上電復(fù)位，如下圖3-2所示：圖4.2復(fù)位報(bào)警電路圖4.2晶振電路4.2.3ADC-0809芯片介紹及AD轉(zhuǎn)換電路圖4.4ADC0809AD轉(zhuǎn)換電路4.2.4RS-232串口通信介紹EIARS-232C是由美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA（ElectronicIndustryAssociation）在1969年頒布的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。RS（RecommendedStandard）是英文“推薦標(biāo)準(zhǔn)”的縮寫，232為標(biāo)識(shí)號(hào)，C表示修改次數(shù)。RS-232C總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)有25條信號(hào)線，包括一個(gè)主通道和一個(gè)輔助通道。在多數(shù)情況下主要使用主通道，對(duì)于一般雙工通信，僅需幾條信號(hào)線就可實(shí)現(xiàn)，如一條發(fā)送線、一條接收線及一條地線。RS-232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。RS-232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，驅(qū)動(dòng)器允許有2500pF的電容負(fù)載，通信距離將受此電容限制，例如，采用150pF/m的通信電纜時(shí)，最大通信距離為15m；若每米電纜的電容量減小，通信距離可以增加。傳輸距離短的另一原因是RS-232屬單端信號(hào)傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問題，因此一般用于20m以內(nèi)的通信。圖4.5RS232通信電路4.3硬件連接圖及說明硬件部分主要由晶振電路，復(fù)位電路，89C51微處理器系統(tǒng)，報(bào)警系統(tǒng)，AD轉(zhuǎn)換電路，單片機(jī)程序下載和RS232通信電路組成。如圖示圖4.6總體電路圖5軟件設(shè)計(jì)5.1系統(tǒng)的主程序主程序是系統(tǒng)的監(jiān)控程序，在程序運(yùn)行的過程中必須先經(jīng)過初始化，包括鍵盤程序，中斷程序，以及各個(gè)控制端口的初始化工作。流程圖如5.1所示。系統(tǒng)在初始化完成后就進(jìn)入溫度測量程序，實(shí)時(shí)的測量當(dāng)前的溫度并通過顯示電路在LCD上顯示。程序中以中斷的方式來重新設(shè)定溫度的上下限。根據(jù)硬件設(shè)計(jì)完成對(duì)溫度的控制。5.2系統(tǒng)中斷程序MCS-51單片的中斷系統(tǒng)有5個(gè)中斷請(qǐng)求源，用戶可以用關(guān)中斷指令“CLREA”來屏蔽所有的中斷請(qǐng)求，也可以用開中斷指令“SETEA”來允許CPU接收中斷請(qǐng)求。在本設(shè)計(jì)中我們選用INTO來作為中斷請(qǐng)求源。INT1—外部中斷請(qǐng)求0，由INTO引腳輸入，中斷請(qǐng)求標(biāo)志為IE0。ORG 0000HLJMP MAINORG 0003H（中斷入口地址）JMP INT0ORG 0038H（主程序的起始地址）MAIN:（主程序）5.3系統(tǒng)的總程序ORG0000H AJMPMAIN ORG001BH AJMPSERVE ORG0030HMAIN:MOV40H,#00H;通道0的存儲(chǔ)位MOV41H,#00H;通道1的存儲(chǔ)位 MOV42H,#00H;A/D轉(zhuǎn)化暫存位 MOV43H,#00H;串口發(fā)送暫存位 MOVTMOD,#12H SETBET1 SETBEA MOVTH1,#0FFH MOVTL1,#0D0H SETBTR1 LCALLBOTELV;設(shè)置波特率子程序 MOVP1,#00H ;統(tǒng)計(jì)通道0 LCALLADC;A/D轉(zhuǎn)化初程序 MOVA,42H MOV40H,A LCALLBAOJ1;報(bào)警子程序1 MOVA,40H MOV43H,A LCALLCHUANF;串行口發(fā)送程序 MOVP1,#01H ;統(tǒng)計(jì)通道1 LCALLADC MOVA,42H MOV41H,A LCALLBAOJ2 ;報(bào)警子程序2 MOVA,41H MOV43H,A LCALLCHUANF;串行口發(fā)送程序 AJMPMAINADC:PUSHACC PUSHPSW SETBP1.1LCALLTIME;延時(shí)子程序 CLRP1.1 LCALLCXAD;查詢轉(zhuǎn)化完畢的子程序 MOVP2,#0FFH MOVA,P2 MOV42H,A POPPSW POPACC RETI TIME:PUSHACCPUSHPSWMOVR1,#0FAH;延時(shí)子程序TLL1:MOVR0,#0FFHTWL1:DJNZR0,TWL1 DJNZR1,TLL1 NOP NOP POPPSW POPACC RETICXAD:SETBP1.2 ;查詢轉(zhuǎn)化完成的子程序MOVC,P1.2 JNCCXAD RETIBAOJ1:PUSHACCPUSHPSWMOVA,40HCJNEA,#0C8H,BL1 AJMPBL2 BL1:JNC BL2 CLRP3.5 AJMPBL3 BL2:SETBP3.5 BL3:POPPSW POPACC RETIBAOJ2:PUSHACCPUSHPSWMOVA,41HCJNEA,#0C8H,BL5 AJMPBL6 BL5:JNC BL6 CLRP3.6 AJMPBL7 BL6:SETBP3.6 BL7:POPPSW POPACC RETIBOTELV:MOVTL0,#0F3HMOVTH0,#0F3H SETBTR0MOVSCON,#50HRETICHUANF:MOVA,43HMOVSBUF,AWAIT:JBCTI,LOOP5AJMPWAIT;等待發(fā)送完畢LOOP5:RETISERVE:PUSHPSWPUSHACC MOVTH1,#0FFH MOVTL1,#0D0H SETBTR1 CPLP3.7 POPACC POPPSW RETIEND6調(diào)試與運(yùn)行出現(xiàn)的問題（1）由于此前花費(fèi)大量的經(jīng)歷在模塊的流程圖設(shè)計(jì)當(dāng)中因此在模塊調(diào)試的過程中并沒有出現(xiàn)太多的問題主要問題在于語法錯(cuò)誤和一些輸入的錯(cuò)誤并且由于程序過于長難以進(jìn)行完整的軟件調(diào)試調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)的問題主要出現(xiàn)在燒寫調(diào)試過程中。（2）第二個(gè)問題產(chǎn)生的原因主要是比較簡單預(yù)置時(shí)間時(shí)判斷哪個(gè)項(xiàng)目閃爍的優(yōu)先級(jí)和判斷哪個(gè)項(xiàng)目數(shù)值改變的優(yōu)先級(jí)不一致由于是中斷程序和顯示主程序同時(shí)控制這個(gè)功能因此這兩個(gè)優(yōu)先級(jí)必須一樣否則當(dāng)同時(shí)按下兩個(gè)項(xiàng)目的預(yù)置開關(guān)的時(shí)候中斷程序首先判斷一個(gè)開關(guān)有效改變其對(duì)應(yīng)值而顯示主程序卻首先判斷第二個(gè)