基于單片機的多路數(shù)字溫度測量系統(tǒng)

1、河北建筑工程學院單片機課程設(shè)計報告 題目名稱：基于單片機的多路數(shù)字溫度測量系統(tǒng)設(shè)計 系： 電氣工程系 專 業(yè)： 建筑電氣與智能化 班 級： 電智111班 學 號： 學生姓名： 王艷艷 指導教師： 龔志廣 職 稱： 講師 成 績： 2014年 01 月 10 日目錄摘 要I一 系統(tǒng)總體設(shè)計1二 系統(tǒng)的硬件設(shè)計22.1 控制器22.2 傳感檢測電路設(shè)計22.3 LED顯示電路設(shè)計72.4 鍵盤電路設(shè)計102.5 晶振電路設(shè)計102.6 復位電路設(shè)計112.7 報警電路12三 系統(tǒng)軟件設(shè)計133.1主程序流程圖133.2子程序流程圖14四 結(jié)論18附錄20附錄A20附錄B29摘 要隨著科技的不斷進步

2、，在工業(yè)生產(chǎn)中溫度是常用的被控參數(shù)，而采用單片機來對這些被控參數(shù)進行控制已成為當今的主流。本文介紹了多路數(shù)字溫度測量系統(tǒng)的設(shè)計，該設(shè)計采用單片機來實現(xiàn)對溫度的測量顯示。利用單片機、溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器組成多路溫度測量系統(tǒng)測量環(huán)境溫度，并將溫度傳感器顯示在數(shù)碼管上。它的主要組成部分有：AT89C51單片機、溫度傳感器、鍵盤與顯示電路、溫度控制電路。它可以實時的顯示和設(shè)定溫度，實現(xiàn)對溫度的自動顯示與控制。設(shè)計要求：1. 可以檢測八路環(huán)境溫度信號，可以擴充；對八路模擬信號輸入進行循環(huán)采集，每路連續(xù)采集3次，取平均值；2. 測量范圍為-55+125，精度為+0.5；3. 用4位LED數(shù)碼管經(jīng)行輪流

3、顯示；4. .鍵盤控制，可以隨時查看指定通道的溫度值；5. 可以設(shè)定每一路的上限值和下限值，若采集的平均值超過設(shè)定范圍，則對應通道的指示燈閃爍10次后一直亮，指示燈閃爍時喇叭發(fā)聲，以示警告；6. A/D轉(zhuǎn)換器可以選用ADC0809、TLC1543、AD7705等，溫度傳感器可以選用LM35、AD590、DS18B20等采用的技術(shù)方案：模擬溫度傳感器+A/D轉(zhuǎn)換器+單片機(溫度傳感器選用LM35),顯示部分采用專用LED顯示驅(qū)動芯片HD7279實現(xiàn)的驅(qū)動。 關(guān)鍵詞：AT89S51單片機、A/D轉(zhuǎn)換器、專用LED顯示驅(qū)動芯片，獨立鍵盤、報警裝置。一 系統(tǒng)總體設(shè)計時鐘電路溫度傳感器數(shù)據(jù)采 集AT89

4、C51按鍵控制電路復位電路LED顯示器驅(qū)動電路4位LED動態(tài)顯示報警電路圖1.1系統(tǒng)總體設(shè)計方案 通過集成溫度傳感器LM35將溫度轉(zhuǎn)換成與電量有關(guān)的模擬電壓量，經(jīng)放大電路后獲得模擬信號。獲得的模擬信號由A/D轉(zhuǎn)換得到相應的數(shù)字信號，根據(jù)設(shè)計要求，要求能同時輸入8路模擬信號，故在本設(shè)計中采用了8路的模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD0809；由單片機AT89C51提供控制信號控制AD0809，并對采集到的數(shù)據(jù)進行處理，通過軟件編程實現(xiàn)8路溫度自動輪流顯示；為得到8路溫度的數(shù)值進行顯示，本設(shè)計中采用了四個數(shù)碼管，通過驅(qū)動器HD7972譯碼，間接驅(qū)動4個共陽極數(shù)碼管，并通過動態(tài)顯示來顯示4個數(shù)碼管。并添加鍵盤電路，通過

5、鍵盤來選擇顯示選擇通道。并設(shè)置8路報警電路，當通道溫度不符合要求時，通過3-8譯碼器使相應的通道電路報警。系統(tǒng)總體框圖設(shè)計如上圖所示。二 系統(tǒng)的硬件設(shè)計2.1控制器圖2.1單片機引腳及引腳功能使用該單片機時，Vcc接電源電壓；Vss接地端；P0.0-P0.7、P1.0-P1.7、P2.0-P2.7為八位的雙向I/O通道；RET/VPD該引腳上2個機器周期的高電平可以實現(xiàn)復位操作，在掉電情況下將只給片內(nèi)RAM供電；ALE/PROG該引腳主要作用是提供一個適當?shù)亩〞r信號；PSEN低電平時，指令寄存器的內(nèi)容讀到數(shù)據(jù)總線上；EA/Vpp為片選使能引腳；XTAL1、XTAL2為內(nèi)部振蕩器外接晶振的輸入端

6、3。2.2 傳感檢測電路設(shè)計LM352.2.1 傳感器 圖2.2集成溫度傳感器LM35 LM35是電壓輸出型集成溫度傳感器。LM35可以直接校正攝氏溫度；線性溫度系數(shù)+10.0V/;溫度范圍為-55到+150；最適宜遙控；低成本化；工作電壓范圍為4V-30V;非線性度低于+-0.25;輸出阻抗低于0.1歐姆。2.2.2整形電路圖2.3整形電路工作原理：由穩(wěn)壓管獲得LM358的+處電壓，作為基準值進行作為差分放大比較值，作為三極管道通調(diào)件進行整形。2.2.3放大電路圖2.4放大電路工作原理：由放大器的虛短和虛斷原則將經(jīng)測溫電路獲得的電壓放大一定倍數(shù)。2.2.4 AD轉(zhuǎn)換電路圖2.5數(shù)模轉(zhuǎn)換電路（

7、1）主要元件介紹 AD0809圖2.6AD0809數(shù)模轉(zhuǎn)換器1:AD0809轉(zhuǎn)換原理AD0809采用逐次比較的方法完成A/D轉(zhuǎn)換，由單一的+5V電源供電。片內(nèi)具有鎖存功能的8路選一的模擬開關(guān)，由C,B,A的編碼來決定所選通道。AD0809完成一次轉(zhuǎn)換約100us左右，它具有三態(tài)鎖存緩沖器，可直接連到AT89C51單片機的數(shù)據(jù)總線上。通過適當?shù)耐饨与娐房蓪?-5V的模擬信號進行轉(zhuǎn)換。2：引腳功能表2.1 AD0809引腳功能表26,27,28,1,2,3,4,5IN0-IN78路模擬信號輸入端17，14，15，8，18，19，20，21D0-D7轉(zhuǎn)換完畢的8位數(shù)字量輸出端25,24,23,22A

8、,B,C,ALE控制8路模擬輸入通道切換9,6,10OE,START,CLKOE為輸出允許端，START為啟動信號輸入端，CLK為時鐘信號輸入端12,16VREF(+),VREF(-)基準電壓輸入端74LS138圖2.7 74LS138譯碼器1:器件功能：74HC138就是用CMOS門電路組成的3線-8線譯碼器，74HC138有3個附加的控制端是S1,S2,S3。當S1=1，S2+S2=0時，個、Gs輸出高電平，譯碼器處于工作狀態(tài)，否則被禁止，所有輸出端被封鎖在高電平。2:引腳功能：表2.2 74LS138譯碼器7,9，11,12,13,14,15Y0-Y7數(shù)據(jù)輸出，低電平有效1,2,3,A,

9、B,C地址線，選擇數(shù)據(jù)輸出口6G1控制線，高電平有效4,5G2A,G2B控制線，低電平有效74LS373圖2.8 74LS373鎖存器1：功能介紹 74LS373是一種帶三態(tài)門的8D鎖存器，當加到數(shù)據(jù)輸入鎖存器的信號為高電平時，外部數(shù)據(jù)選通到內(nèi)部鎖存器，負跳變時，數(shù)據(jù)鎖存到鎖存器中。2：引腳功能表2.3 74LS373鎖存器引腳及功能3，4，7，8，13，14，17，18D0-D78位數(shù)據(jù)輸入線2，5，6，9，12，15，16，19Q0-Q78位數(shù)據(jù)輸出線11G數(shù)據(jù)輸入鎖存選通信號1OE數(shù)據(jù)輸出允許信號（2）工作原理溫度傳感測量電路獲得的與溫度有關(guān)的模擬電壓信號經(jīng)AD0809轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信

10、號，經(jīng)單片機AT89C51控制在數(shù)碼管顯示溫度。通過AD0809的A,B,C,ALE,可以選擇通道。2.2.5測溫電路圖2.9測溫電路工作原理：LM35可以將溫度轉(zhuǎn)換成與電壓有關(guān)的模擬量，經(jīng)放大電路放大后送到模數(shù)轉(zhuǎn)換電路1。2.3 LED顯示電路設(shè)計器件選擇圖2.10 LED數(shù)碼管LED顯示電路圖2.11 LED數(shù)碼管顯示電路主要元件介紹：圖2.12 HD7279數(shù)碼管驅(qū)動器1：功能介紹HD7279A能同時驅(qū)動8個共陰極LED數(shù)碼管，HD7279控制LED數(shù)碼管采用的是動態(tài)掃描的循環(huán)顯示方式。2：引腳功能表2.4 HD7279驅(qū)動器1，2Vdd正電源3，5NC必須懸空6CS片選信號，低電平有效

11、7CLK同步時鐘輸入端8DATA串行數(shù)據(jù)讀出寫入端9KEY按鍵信號輸出端10-16SG-SALED的g-a端驅(qū)動輸出17DP小數(shù)點驅(qū)動輸出18-25DIG0-DIG7LED為驅(qū)動輸出26CLK0振蕩輸出端27RCRC振蕩器連接端28RESET復位端，低電平有效4Vss地3：工作原理 HD7972內(nèi)部含有譯碼器，可直接接受BCD碼或十六進制碼，同時有兩種譯碼方式，實現(xiàn)LED數(shù)碼管位尋址和段尋址，可以方便的控制每位LED數(shù)碼管是否發(fā)光。2.4 鍵盤電路設(shè)計器件選擇 AT89C51:單片機，控制和微機鍵盤的數(shù)據(jù)傳送。采用獨立式鍵盤設(shè)計鍵盤電路圖2.13 鍵盤控制電路工作原理 獨立式鍵盤的特點是一鍵一

12、線，各鍵相互獨立，每個按鍵各接一條I/O口線，通過檢測I/O輸入線的電平狀態(tài)，可以判斷哪個按鍵被按下。當上拉電阻保證按鍵釋放時，輸入檢測線上有穩(wěn)定的高電平，當某一按鍵按下時，對應的檢測線就變成了低電平，與其他按鍵相連的檢測線仍為高電平，只需讀入I/O輸入線的狀態(tài)，判斷哪條輸入線為低電平，判斷哪個鍵被按下。該電路通過按鍵開關(guān)K0、K1、K2來實現(xiàn)單片機時鐘設(shè)計要求。2.5 晶振電路設(shè)計器件選擇 OSC:晶振，12MHZ的立式晶振。 C1、C2：晶振電路的起振電容，容值為30pF。 XTAL1、XTAL2：單片機的晶振引腳，和晶振電路的兩個對應引腳相連。晶振電路圖2.14 晶振電路工作原理在AT8

13、9C51芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。而在芯片內(nèi)部，XTAL1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。時鐘電路產(chǎn)生的振蕩脈沖經(jīng)過觸發(fā)器進行二分頻之后，才成為單片機的時鐘脈沖信號。 12MHZ晶振的時鐘周期是1/12us,它的一個機器周期是1us.有了晶振就有了時鐘周期，就可以執(zhí)行程序代碼，保證了單片機吧正常工作2.6 復位電路設(shè)計器件選擇 C3、C4：滿足復位電路設(shè)計需求，容值為22uF。 R1、R2:阻值為1k。 RESET：單片機AT89C51的復位輸入信號引腳。 復位電路2.15 復位電路工作原理通電

14、時，電容兩端相當于是短路，于是引腳上為高電平，然后電源通過電阻對電容充電，端電壓慢慢下降，降到一定程度，即為低電平，單片機正常工作。2.7報警電路當某一通道的溫度不符合設(shè)定的溫度時，AT89C51控制74LS138譯碼器進行譯碼，使相應通道的報警路數(shù)進行報警。圖2.16 報警電路三 系統(tǒng)軟件設(shè)計3.1主程序流程圖開始初始化調(diào)用模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序調(diào)用顯示子程序調(diào)用調(diào)溫子程序調(diào)用報警子程序返回圖3.1主程序流程圖工作流程：調(diào)用初始化程序，對單片機進行初始化設(shè)置；調(diào)用AD轉(zhuǎn)換子程序，對由傳感測量電路采集的模擬信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號。調(diào)用顯示子程序，經(jīng)AT89C51控制數(shù)字信號在LED數(shù)碼管上顯示。

15、調(diào)用調(diào)溫子程序，對溫度額定進行設(shè)定。調(diào)用報警子程序，對工作通道進行檢測，當工作通道溫度不符合要求時，進行報警。若無故障，返回主程序，循環(huán)工作。3.2子程序流程圖3.2.1數(shù)模轉(zhuǎn)換子程序開始啟動測試延遲一段時間數(shù)據(jù)存儲求平均值數(shù)據(jù)存儲設(shè)定指定通道加一是否采樣三次通道數(shù)是否小于8返回主程序NNYY圖3.2數(shù)模轉(zhuǎn)換子程序工作流程：設(shè)定數(shù)字信號在AT89C51中的存取空間，啟動AD0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器，進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，延遲一段時間，使模數(shù)轉(zhuǎn)換完成。采樣3次后求數(shù)字信號平均值，存入設(shè)定的存儲單元。8個通道采集完成后，重復上述過程。3.2.2顯示子程序開始發(fā)出讀鍵盤命令寫入HD7972讀鍵值到指定單元十六進制

16、轉(zhuǎn)換成BCD碼顯示選擇譯碼方式圖3.3顯示子程序工作流程：當顯示某一指定通道溫度時，首先把通道標識符寫入HD7972，選擇譯碼方式，進行顯示。再把溫度值寫入HD7972，通過處理后，選擇譯碼方式，進行顯示。3.2.3鍵盤控制子程序主程序指定通道顯示子程序顯示通道溫度判斷是否有按鍵按下YN開始圖3.4鍵盤控制程序流程圖工作流程：按下某一按鍵后，會使鍵盤與單片機AT89C51相連的IO端口的電平發(fā)生改變，從而跳到相應的通道顯示子程序，從而達到通過鍵盤來控制通道顯示的目的.3.2.4:報警子程序開始比較選定通道與設(shè)定最高溫度度進行報警比較選定通道與設(shè)定最低溫度是否大于設(shè)定溫度是否小于設(shè)定溫度NNYY

17、圖3.5報警子程序流程圖工作流程：把某一通道的溫度與設(shè)定的最高溫度進行比較，若高于設(shè)定溫度，AT89C51控制74LS138啟動該通道的報警電路。再和設(shè)定的最低溫度進行比較，若低于設(shè)定溫度，AT89C51控制74LS138啟動該通道的報警電路。四 結(jié)論 以AT89C51為核心制作的多路數(shù)字溫度測量系統(tǒng)可以檢測8路環(huán)境溫度信號，并對其進行循環(huán)采集。測量范圍為-55到+125，精度為+-0.5.可以隨時查看指定通道的溫度值。并且可以設(shè)定每一路的上限制和下限值。當該通道溫度超過設(shè)定溫度時，則制定通道進行報警。 隨著集成電路和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，使電子儀器的整體水平發(fā)生巨大變化，傳統(tǒng)的儀器逐步的被智

18、能儀器所取代。智能儀器的核心部件是單片機，因其極高的性價比得到廣泛的應用與發(fā)展，從而加快了智能儀器的發(fā)展。而傳感器作為測控系統(tǒng)中對象信息的入口，越來越受到人們的關(guān)注。傳感器好比人體“五官”的工程模擬物，它是一種能將特定的被測量信息（物理量、化學量、生物量等）按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可用信號輸出的器件或裝置本次課設(shè)中的半橋電子秤就是在以上儀器的基礎(chǔ)上設(shè)計而成的。因此，只有充分了解有關(guān)智能儀器、單片機、傳感器以及各部分之間的關(guān)系才能達到要求。其次，在這次課程設(shè)計中，我們運用到了以前所學的專業(yè)課知識，如：匯編語言、模擬和數(shù)字電路知識等。雖然過去從未獨立應用過它們，但在學習的過程中帶著問題去學我發(fā)現(xiàn)效率很

19、高，這是我做這次課程設(shè)計的又一收獲。通過這次課設(shè)我認識到，學好單片機這門課程不僅需要扎實的理論基礎(chǔ)，同時還要有很強的動手實踐能力。課程設(shè)計正是為鍛煉動手能力提供機會和平臺。 參考文獻1周慈航著單片機程序設(shè)計基礎(chǔ)M北京：北京航空航天大學出版社，20032方佩敏編著智能化集成溫度傳感器原理與應用M北京：電子工業(yè)出版社，20023張毅剛主編單片機原理及應用M北京：高等教育出版社，20084李道玲，李玲，朱艷編著傳感器電路分析與設(shè)計M武漢：武漢大學出版社，20035劉篤人，韓保軍編著傳感器及應用技術(shù)M西安：西安電子科技大學出版社，20036陳小忠等編著單片機接口技術(shù)實用子程序M北京：人民郵電出版社，2

20、0057李群芳編著 單片機原理、接口及應用嵌入式系統(tǒng)計數(shù)基礎(chǔ)M北京：清華大學出版社8 高峰主編單片微型計算機與接口技術(shù)M.北京：科學出版社，2003. 9 何希才主編傳感器技術(shù)及其應用M. 北京：北京航空航天大學出版社，200510韓志軍主編單片機系統(tǒng)設(shè)計與應用實例M. 北京：機械工業(yè)出版社，2010 附錄附錄A系統(tǒng)程序*系統(tǒng)初始化* ORG 0000H AJMP START ORG 0003H AJMP SAMPLE ORG 0013H AJMP EOCSTART： MOV TMOD，#01H MOV TH0, #3CH MOV TL0, #0B0H MOV 70H, #00H ；8路數(shù)字信

21、號存儲首址 MOV 38H,#90H ;設(shè)定最高溫度初值 MOV 39H,#20H ；設(shè)定最低溫度初值 SETB IT0 SETR IT1 SETB EX0 SETB ET0 SETB EA SETB TR0 HERE： AJMP HERE* 定時器0中斷服務程序*T0IT: PUSH PSW MOV PSW,#10H MOV TH0,#TIMEH MOV TL0,#TIMEL INC R7 CJNE R7,#32H，T0ITI MOV R7,#00H SETB TIMEISOKTOIT1: POP PSW RETI;*; 主程序;*START: LCALL CLEARMEMIO ;進行初始化

22、操作MAIN: LCALL TEST ；調(diào)用模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序 LCALL DISP ；跳轉(zhuǎn)到顯示子程序 JZ P2.0,XIAN1 ；通過鍵盤跳轉(zhuǎn)到相應的通道溫度子程序 JZ P2.1, XIAN2 JZ P2.2, XIAN3 JZ P2.3,XIAN4 JZ P2.4,XIAN5 JZ P2.5,XIAN6 JZ P2.6,XIAN7 JZ P2.7,XIAN8XIAN1: MOV R0,70H LCALL DISP4XIAN2: MOV R0,71H LCALL DISP4XIAN3: MOV R0,72H LCALL DISP4XIAN4: MOV R0,73H LCALL DISP4X

23、IAN5: MOV R0,74HLCALL DISP4XIAN6: MOV R0,75H LCALL DISP4XIAN7: MOV R0,76H LCALL DISP4XIAN8: MOV R0,77H LCALL DISP4 JZ P1.3,TEMH JZ P3.0,TEML TEMH: MOV A,38H ADD A MOV 38H,A TEML MOV A,39H ADD A MOV 39H,A LCALL ALARM AJMP MAIN*子程序區(qū)*數(shù)據(jù)采樣子程序; * SAMPLE： SETB 00H MOV DPTR, #0F00H MOV R6, #08H MOV R7, #05

24、H MOV R0, #40H TRANS： MOVX DPTR,A WAIT： JB 00H,WAIT SETB 00H INC DPTR INC R0 INC R0 INC R0 INC R0 INC R0 DINZ R6,#TRAN_S MOV DPTR,#0F00H INC R0 DJNZ R7,TRAN_S RETI * 數(shù)模轉(zhuǎn)換子程序 * TEST: MOV R1,#28H ;置8路轉(zhuǎn)換溫度數(shù)據(jù)區(qū)存取首地址MOV DPTR,#7FF8H ;端口地址送DPTR,P2.7=0，且指向通道IN0MOV R7，#08H ;置通道個數(shù)MOV R3，#03H ;置采樣次數(shù)LOOP: MOVX D

25、PTR,A ;啟動A/D轉(zhuǎn)換 MOV R6，#0AH ；軟件延時，等待轉(zhuǎn)換結(jié)束DELAY: NOP NOP NOP DJNZ R6，DELAY MOVX A,DPTR ；讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果 ADDC A,R1 ；對采樣結(jié)果求和 MOV R1，A ；存儲轉(zhuǎn)換結(jié)果 DJNZ R3，LOOP ；是否采樣3次 MOV B,#03H MOV A,R1 DIV A,B ；求平均值 MOVX R1，A ；存儲結(jié)果 INC DPTR ；指向下一通道 INC R1 ；修改數(shù)據(jù)區(qū)域指針 DJNZ R7，LOOP1 ；8個通道是否全采樣結(jié)束否？未結(jié)束則繼續(xù) RET ；轉(zhuǎn)換過程結(jié)束LCALL DELAY1 ；延時8SLCA

26、LL TEST ；繼續(xù)采樣 ; *; A/D轉(zhuǎn)換完成中斷程序程序清單：EOC中斷處理程序; * EOC： MOVX A,DPTR MOV R0,A CLR 00H RETI; *; *; 鍵盤控制子程序; *DISP4: MOV 29H,#15H ; LCALL SEND LCALL REST SETB P1.0 MOV A,#60H MOV R1,A MOV B,#84H LCALL SEND LCALL DELY3 MOV 29H,R1 LCALL SEND SETB P1.0 MOV B,#0AH MOV A,R0 DIV A.,B MOV R1,A MOV 29H,#83H LCALL SEND LCALL DELY3 MOV 29H,R1 LCALL SEND SETB P1.0 MOV A,B MOV B,#0AH DIV A,B MOV R1,A MOV 29H,#81H LCALL SEND LCALL DELY3 MOV 29H,R1 LCALL SEND SETB P1.0 MOV 29H,#80H LCALL SEND LCALL DELY3 MOV