畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于單片機(jī)的實(shí)時(shí)溫度采集儀設(shè)計(jì)

1、摘要：本設(shè)計(jì)為基于單片機(jī)8 05l設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)溫度采集儀。采用一個(gè)以單片機(jī)為核心的重小系統(tǒng)。訪問系統(tǒng)有：?jiǎn)纹瑱C(jī)顯示器，鍵盤 、串口通訊、模擬開關(guān)、ad轉(zhuǎn)換器等以及整個(gè)系統(tǒng)中所要需要的電源組成的一個(gè)系統(tǒng)，對(duì)于超過此限的溫度數(shù)據(jù)將產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) 溫度采集 ad轉(zhuǎn)換器引言：近年來，隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，單片機(jī)繼續(xù)朝快速，高性能方向發(fā)展，從位、8位單片機(jī)發(fā)展到16位，32位單片機(jī)。單片機(jī)主要用于控制，它的應(yīng)用領(lǐng)域遍及各行各業(yè)，大到航天飛機(jī)，小至日常生活中的冰箱、彩電，單片機(jī)都可以大顯其能。單片機(jī)在家用電器業(yè)中應(yīng)用得十分廣泛：例如全自動(dòng)冼衣機(jī)、智能玩具；除了上述傳統(tǒng)領(lǐng)域外，汽車、電子工業(yè)

2、在國(guó)外也是單片機(jī)應(yīng)用十分廣泛的一個(gè)領(lǐng)域。它成本低、集成度高j功耗低、控制功能多、能靈活的組裝成各種智能控制裝置，由它構(gòu)成的智能儀表解決了長(zhǎng)期以來測(cè)量?jī)x器中的誤差的修正、線性處理等問題。本文設(shè)計(jì)的就是利用805l單片機(jī)進(jìn)行管理和控制的，具有能采集并顯示溫度，對(duì)于超出范圍的溫度發(fā)出蜂鳴聲警報(bào)的溫度采集系統(tǒng)。 1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用intel公司生產(chǎn)的805l單片機(jī)作為主控制器進(jìn)行對(duì)采集到的信號(hào)處理再輸送給八段數(shù)碼顯示。intel公司生產(chǎn)的8051是一個(gè)低功耗，字長(zhǎng)為8位的單片微型計(jì)算機(jī)，由中央處理器、片內(nèi)128b ram、片內(nèi)4kbrom、兩個(gè)16位的定時(shí)計(jì)數(shù)器、四個(gè)8位的io口(p 0、p l、p 2

3、、p 3)、一個(gè)全雙工的串行口、五個(gè)中斷源以及時(shí)鐘等組成。它具有體積小，重量輕，抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)環(huán)境要求不高，價(jià)格低廉，可靠性高，靈活性好。本設(shè)計(jì)是以單片機(jī)為核心的最小溫度采集系統(tǒng)。它主要是采用熱敏傳感器采集溫度并進(jìn)行信號(hào)處理。再經(jīng)過ad轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后，送給單片機(jī)進(jìn)行信號(hào)處理與計(jì)算。計(jì)算的結(jié)果從顯示臺(tái)上顯示出來。本設(shè)計(jì)中模塊的功能如下：(1)溫度采集電路：將被測(cè)溫度量經(jīng)過溫度傳感器轉(zhuǎn)換為供給ad轉(zhuǎn)換的電量。(2)ad轉(zhuǎn)換電路：是將電量轉(zhuǎn)換成可供單片機(jī)識(shí)別接收的二進(jìn)制數(shù)值。(3)單片機(jī)：對(duì)接收到的二進(jìn)制數(shù)值按照設(shè)計(jì)目的進(jìn)行相應(yīng)的處理。(4)顯示器：是將采集到的溫度并經(jīng)過單片機(jī)的處理完畢

4、后的結(jié)果顯示出來，讓人們能看到此時(shí)此處的溫度值。1.1硬件電路設(shè)計(jì)硬件線路如下圖所示由圖可知，adc0809輸出部分直接與89c51的p1口相連；adc0809的clock端與89c51的ale相連；p2.o與adc0809的start和ale腳相連；adc0809的oe端與p2.1相連，通過對(duì)p2.o和p2.1的置位，啟動(dòng)a/d和讀取a/d轉(zhuǎn)換結(jié)果；p2.2與adc0809 的轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)eoc相連，可以采用查詢測(cè)得；p2.5p2.7分別與adc0809的通道地址線a、b、c相連，通過對(duì)p2.5p2.7分別置位修改來選擇不同的輸入通道；通過串行輸出，其中cd4094(1)作為led顯示的段碼

5、，cd4094(2)分別控制4只led的位選。本設(shè)計(jì)中只用了3路模擬量輸入(in0in2)，模擬檢測(cè)參數(shù)為溫度。溫度的檢測(cè)應(yīng)當(dāng)是由溫度傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再經(jīng)過放大到合適的幅度送ad轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。為了設(shè)計(jì)方便，采用電位器改變電壓來模擬輸入量。2 模塊設(shè)計(jì)及軟件應(yīng)用21電源模塊本系統(tǒng)對(duì)供電要求不高，只要有l(wèi) 2v40ma和5v30ma就足夠了。所以我只采用一塊12v50ina和5v28ma。所以本系統(tǒng)是采用7812與7805兩穩(wěn)壓管構(gòu)成。22溫度采集模塊在溫度采集模塊里面本文采用的是熱電偶。熱電偶是一種感溫元件，它能將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成熱電勢(shì)信號(hào)，通過電氣測(cè)量?jī)x表的配合，就能測(cè)量出被測(cè)的溫度。

6、熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測(cè)元件之一。其優(yōu)點(diǎn)是：(1)測(cè)量精度高。因熱電偶直接與被測(cè)對(duì)象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。(2)測(cè)量范圍廣。常用的熱電偶從一15loo均可連續(xù)測(cè)量，某些特殊熱電偶最低可測(cè)到一269(如金鐵鎳鉻)，最高可達(dá)+2800。(3)構(gòu)造簡(jiǎn)單，使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成而且不受大小和開頭的限制，外有保護(hù)套管，用起來非常方便。常用熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩大類。所調(diào)測(cè)量。而本設(shè)計(jì)所談到的溫度采集系統(tǒng)主要是應(yīng)用在普通場(chǎng)合的測(cè)量，故采用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶。熱電偶的輸出是一個(gè)隨溫度變化的電壓信號(hào)，它必須加上補(bǔ)償電路才能正常工作，并且用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱

7、電勢(shì)與溫度的關(guān)系，允許誤差、并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在使用范圍或數(shù)量級(jí)上均不及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，一般也沒有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊場(chǎng)合的它的輸出也要轉(zhuǎn)換為o10 v的電壓范圍傳送ad轉(zhuǎn)換電路。當(dāng)溫度傳感器感應(yīng)到溫度范圍在一l 5loo，通過放大器進(jìn)行放大，可變電阻阻值變大，把溫度轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷?，通過rdo一，rdo+，rd pout輸出。沒有感應(yīng)到時(shí)，放大器沒有工作，無信號(hào)輸出，rd o一，rdo+，rd p一0ut輸出的電平可以判斷出溫度傳感器是否檢到溫度。溫度采集模塊電路（如圖）23顯示模塊由于各位的段選線并聯(lián)，段選碼的輸出都是相同的。因此

8、，同一時(shí)刻如果各位位選線都處于選通狀態(tài)，4位led將顯示相同的字符。若要各位led能夠顯示出與本位相應(yīng)的字符，就必順采用掃描顯示方式，即在某一時(shí)刻，只讓某一位的位選線處于選通狀態(tài)，而其他各位的位選線處于截止?fàn)顟B(tài)，同時(shí)，段選線上輸出對(duì)應(yīng)顯示位的字符字形碼。4位led輪流選通，由于人限的視覺暫留現(xiàn)象，只要每位顯示間隔足夠短，就可得到多位同時(shí)亮的效果。系統(tǒng)無需擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器?？筛鶕?jù)系統(tǒng)程序大小選擇片內(nèi)帶不同容量閃存的單片機(jī)，這里我采用adc0809，該單片機(jī)每個(gè)io口的拉電流只有l(wèi)2ma，但在灌電流驅(qū)動(dòng)狀態(tài)下能達(dá)到20ma左右，如果采用共陰極管需要加驅(qū)動(dòng)電路，而采用共陽極管則不需要驅(qū)動(dòng)電路，可使電路

9、得到簡(jiǎn)化。24 ad轉(zhuǎn)換模塊241 805l單片機(jī)的引腳描述intel公司生產(chǎn)的8051單片機(jī)為字長(zhǎng)8位的單片微型計(jì)算機(jī)，由中央處理器、片內(nèi)ram、片內(nèi)rom、兩個(gè)16位的定時(shí)計(jì)數(shù)器、四個(gè)8位的ro口(p0、p i、p2、p3)、一個(gè)全雙工的串行口、五個(gè)中斷源以及時(shí)鐘等組成。芯片結(jié)構(gòu)圖如圖6所示。下面按其引腳功能分為四部分?jǐn)⑹鲞@40條引腳的功能。(1)主電源引腳vcc和vssvc c(40腳)接+5v電壓vss一一(2 0腳)接地。(2)外接晶體引腳xtall和xtal2xtall(19腳)接外部晶體的一個(gè)引腳。xtal2(1 8腳)接外晶體的另一端。(3)控制或與其它電源復(fù)用引腳rstvpd

10、、aleprog、psen和eavpp(a)rstvpd(9腳)當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。(b)aleprog(30腳)：當(dāng)訪問外部存貯器時(shí)，ale(允許地址鎖存)的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。即使不訪問外部存儲(chǔ)器，ale端仍以不變的頻率周期性地出現(xiàn)正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的l6。因此，它可用作對(duì)外輸出的時(shí)鐘，或用于定時(shí)目的。對(duì)于eprom單片機(jī)(如8751)，在eprom編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖(p r 0 g)。(c)psen(29腳)：此腳的輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。(d)eavpp(引腳)：當(dāng)ea端保持高電平時(shí)，訪問內(nèi)部程序存

11、儲(chǔ)器，但在pc(程序計(jì)數(shù)器)值超過0fffh(對(duì)851875l80c51)或1fffh(對(duì)8052)時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。當(dāng)ea保持低電平時(shí)，則只訪問外部程序存儲(chǔ)器，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。對(duì)于常用的805 1來說，無內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，所以ea腳必須常接地。(4)輸入輸出(io)引腳po、pl、p2、p 3(共3 2根)(a)po口(39腳至32腳)：是雙向8位三態(tài)io口，在外接存儲(chǔ)器時(shí)，與地址總線的低8位及數(shù)據(jù)總線復(fù)用，能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)ls型的ttl負(fù)載。(b)p1口(1腳至8腳)：是準(zhǔn)雙向8位io口。(c)p2口(21腳至28腳)：是準(zhǔn)雙向8位io口。(d)p

12、3口(1 0腳至17腳)：是準(zhǔn)雙向8位io口，在mcs 5l中，和單片機(jī)直接接口。adc0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)由圖7可知，adc0809由一個(gè)8路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)ad轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成這8個(gè)引腳還用于專門功能，是復(fù)用雙功能口。4.2 74ls164引腳圖及引腳功能（如圖） 74ls164引腳圖clock：時(shí)鐘輸入端clear：同步清除輸入端（低電平有效） a，b：串行數(shù)據(jù)輸入端qaqh：輸出端當(dāng)清除端（clear）為低電平時(shí)，輸出端（qaqh）均為低電平。 串行數(shù)據(jù)輸入端（a，b）可控制數(shù)據(jù)。當(dāng) a、b任意一個(gè)為 低電平，則禁止新數(shù)據(jù)輸入，在時(shí)鐘端（clock）

13、脈沖上升沿作用下q0 為低電平。當(dāng)a、b 有一個(gè)為高電平，則另一個(gè)就允許輸入數(shù)據(jù)，并在clock 上升沿作用下決定q0 的狀態(tài)。242 adc0809轉(zhuǎn)換的原理及應(yīng)用adc0809是帶有8位ad轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的cmos組件。它是逐次逼近武ad轉(zhuǎn)換器，可以。多路開關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用ad轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存ad轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)oe端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。(2)引腳結(jié)構(gòu)(見圖8)圖8 adc0809引腳圖in0一in7：8條模擬量輸入通道。adc0809對(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范

14、圍是05v，若信號(hào)太小，必須進(jìn)行放大，輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持 不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。地址輸入和控制線：4條。ale為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)ale線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將a，b，c三條地址線的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。a，b和c為地址輸入線，用于選通in0一in7上的一路模擬量輸入。數(shù)字量輸出及控制線：l l條st為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。當(dāng)st上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開始進(jìn)行ad轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，st應(yīng)保持低電平。eoc為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。當(dāng)eoc為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行

15、ad轉(zhuǎn)換。o e為輸出允許信號(hào)，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。oe=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)0e=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。d7一do為數(shù)字量輸出線。clk為時(shí)鐘輸入信號(hào)線。因adc0809的內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)必須由外界提供，通常使用頻率為500khz，vref(+)。vref(-)為參考電壓輸入。(3)adc0809應(yīng)用說明(a)adc0809內(nèi)部帶有輸出鎖存器?？梢耘cat89s5 1單片機(jī)直接相連。(b)初始化時(shí)，使st和oe信號(hào)全為低電平。(c)送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到a，b，c端口上。(d)在st端給出一個(gè)至少有10011s寬的正脈沖信號(hào)。(e)是否轉(zhuǎn)換

16、完畢，我們根據(jù)e0c信號(hào)來判斷。(f)當(dāng)eoc變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，這時(shí)給0e為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)了。ad轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率就是能夠重復(fù)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的速度，即每秒轉(zhuǎn)換的次數(shù)。而完成一次ad轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間，則是轉(zhuǎn)換速率的倒數(shù)。啟動(dòng)adc0809的工作過程：先送通道號(hào)地址到addaaddc，由ale信號(hào)鎖存通道號(hào)地址后，讓start有效啟動(dòng)ad轉(zhuǎn)換，即執(zhí)行一條movxdptr，a指令產(chǎn)生wr信號(hào)，使alestart有效，鎖存通道號(hào)并啟動(dòng)ad轉(zhuǎn)換。ad轉(zhuǎn)換完后，eoc端發(fā)出一正脈沖，接著執(zhí)行movx a，dptr產(chǎn)生rd信號(hào)，使0e端有效。，打開鎖存器三態(tài)門，8位數(shù)據(jù)就讀入到cpu中。a 805

17、1單片機(jī)與adc0809的接口連接如圖9所示b 熱敏電阻與adc0809連接方式（如下圖） 熱敏電阻與adc0809連接圖程序流程圖主程序流程圖如圖所示，t0中斷服務(wù)程序流程圖如圖所示，溫度采樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序流程圖如圖所示，溫度計(jì)算子程序流程圖如圖所示。 主程序參考框圖 定時(shí)中斷t0服務(wù)程序參考框圖 定時(shí)中斷t1服務(wù)程序參考框圖 溫度巡回檢測(cè)子程序參考框圖 顯示子程序參考框圖軟件程序： 定時(shí)器to中斷服務(wù)程序定時(shí)器t1中斷服務(wù)程序顯示子程序溫度巡檢子程序4結(jié)語：本課題是設(shè)計(jì)了一個(gè)以單片機(jī)為核心的最小溫度采集系統(tǒng)。它主要是采用熱敏傳感器采集溫度并進(jìn)行信號(hào)處理。經(jīng)過ad轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后，

18、送給單片機(jī)進(jìn)行信號(hào)處理與計(jì)算。計(jì)算的結(jié)果從八段數(shù)碼管上顯示出來。致謝信大學(xué)生活一晃而過，回收走過的歲月，心中倍感激動(dòng)，當(dāng)我寫完這篇畢業(yè)論文的時(shí)候，有一種如釋重負(fù)的感覺，感慨良多。首先誠(chéng)摯的感謝我的論文指導(dǎo)老師東方老師，她在忙碌的教學(xué)工作中擠出時(shí)間來審查、修改我的論文，尤其是對(duì)一個(gè)在校外工作實(shí)習(xí)學(xué)生最大的關(guān)懷，在這里我想對(duì)她說一聲謝謝，還有教過我的所有老師，你們的嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；你們循序善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪.感謝三年中陪伴在我身邊的同學(xué)、朋友，感謝他們?yōu)槲姨岢龅挠幸娴慕ㄗh和意見，有了他們的支持、鼓勵(lì)和幫助，我才能充實(shí)的度過了三年的學(xué)習(xí)生活. 最后要感謝的就是養(yǎng)育我的父母，他們給了我無私的愛，我深知他們?yōu)槲仪髮W(xué)和生活所付出的巨大的犧牲和努力，至今我一直無以為報(bào)，在這里僅表達(dá)我對(duì)他們的深深地思念和感恩。在這里我想對(duì)他們說一聲，爸媽兒子不會(huì)令你們失望的.最后，衷心的感謝在百忙之中抽出時(shí)間審閱論文的各位老師，謝謝！ 8參考文獻(xiàn)1、單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編 何立民.北京航空航天大學(xué)出版社2、51系列單片機(jī)高級(jí)實(shí)例開發(fā)指南 李軍.北京航空航天大學(xué)出版社3、單片機(jī)原理及接口技術(shù)李朝青.北京航空航天大學(xué)出版社4、單片機(jī)原理與應(yīng)用李曉荃.