基于單片機的智能溫度計的畢業(yè)設計論文

1、智能儀器設計課程設計報告 智能溫度計的設計目 錄引言 31 設計任務書 32 方案總體設計與論證 33 硬件電路設計 43.1 傳感器調(diào)理電路模塊設計43.2 a/d轉(zhuǎn)換模塊設計53.3 顯示模塊設計73.4 鍵盤模塊設計83.5 狀態(tài)指示與接口模塊設計83.6 硬件電路總體設計94 軟件設計 104.1 主程序設計114.2 定時中斷服務程序設計144.3 外部中斷0服務程序設計164.4 溫度測量子程序設計184.5 溫度測量轉(zhuǎn)換子程序設計214.6 顯示子程序設計254.7 設置鍵處理子程序設計275 參考文獻 29程序清單 30引 言溫度是日常生活、工業(yè)、醫(yī)學、環(huán)境保護、化工、石油等領

2、域最常遇到的一個物理量。測量溫度的基本方法是使用溫度計直接讀取溫度。最常見到的測量溫度的工具是各種各樣的溫度計，例如，水銀玻璃溫度計，酒精溫度計，熱電偶或熱電阻溫度計等。它們常常以刻度的形式表示溫度的高低，人們必須通過讀取刻度值的多少來測量溫度。利用單片機和溫度傳感器構(gòu)成的電子式智能溫度計就可以直接測量溫度，得到溫度的數(shù)字值，既簡單方便，又直觀準確。1 設計任務書設計一個智能溫度計，并使其具有如下特點： 1、一路水溫檢測, 誤差：0.5；2、溫度3位數(shù)碼顯示(xx.xmm)；3、工作狀態(tài)指示；4、開機自檢；5、配簡單鍵盤；6、配微型打印機接口；7、配置通信接口。2 方案總體設計與論證圖21是智

3、能溫度計的基本組成方框。主要由溫度傳感器（溫敏二極管），信號調(diào)理電路，a/d轉(zhuǎn)換器（a/d574），單片機（80c51），8279鍵盤輸入，led顯示器以及74164，發(fā)光二極管（指示工作狀態(tài)）等組成。溫度傳感器熱敏二極管是把溫度轉(zhuǎn)換成電壓的器件，溫度傳感器輸出電壓的大小隨溫度的高低變化而變化，熱敏二極管在0100溫度變化范圍內(nèi)，電壓值的變化范圍從1個毫伏到200個毫伏。信號調(diào)理電路的主要功能是把微弱的溫度電壓信號放大到（02.44）伏的范圍內(nèi)，以適應ad574單極性輸入的要求。a/d轉(zhuǎn)換器把放大后的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成對應的數(shù)字信號。單片機8051是智能溫度計的核心部分，一方面控制a/d轉(zhuǎn)換器

4、實現(xiàn)模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，另一方面將采集到溫度的數(shù)字信號，經(jīng)過計算處理，得到相應的溫度值的bcd碼，送到74164，由它驅(qū)動led數(shù)碼管顯示器以數(shù)字形式顯示測量的溫度。通過鍵盤輸入要報警的溫度上限值，由單片機檢測哪一位設定的鍵盤被按下，單片機可以直接將該位寄存器中的內(nèi)容自動加一，即可實現(xiàn)相應值的設定。通過緩沖器可以預留出微型打印機的接口和單片機與其他設備的通信接口，由相關的鍵盤控制打印機與單片機是否連接，并且由相應的鍵盤控制單片機否是把數(shù)據(jù)送74164進行顯示還是把數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)端口，與其他設備進行通信。圖21 系統(tǒng)框圖由上圖可知系統(tǒng)硬件基本上由傳感器信號調(diào)理模塊，a/d模塊，鍵盤模塊，顯

5、示模塊，工作狀態(tài)指示模塊，以及接口模塊組成。而軟件設計是緊緊圍繞系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)展開的，軟件主要是配合控制硬件完成預期的設計要求，軟件的基本模塊也是針對上述硬件結(jié)構(gòu)進行相應操作的。下面具體闡述系統(tǒng)各功能模塊的設計。3 硬件電路設計3.1 傳感器調(diào)理電路模塊測溫傳感器選用熱敏二極管傳感器。這種傳感器是利用半導體的溫度特性來實現(xiàn)對溫度的檢測功能。硅二極管的結(jié)電壓在溫度每升高1時，電壓下降2mv，它屬于pn結(jié)型溫度傳感器，它在0100溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出良好的線性，尺寸小，熱時間常數(shù)為0.22s，靈敏度高，測溫范圍是-50150。信號調(diào)理電路中包括電橋和放大部分。將測溫二極管放入電橋的一個橋臂，可直接輸出

6、傳感器相對0時的電壓輸出，再將橋路輸出送給ad620的差分輸入端，進行50倍的放大，在經(jīng)過op07組成的100倍的反相放大電路，使得傳感器感受0100的溫度時，信號調(diào)理電路對應輸出02.44v的電壓值，這個電壓值正好是ad574的010v單端輸入電壓的范圍。圖31 傳感器調(diào)理電路模塊圖圖31是傳感器調(diào)理電路圖。該電路的分分辨率為0.1，在0100范圍內(nèi)精度可達到0.5。該電路的調(diào)節(jié)，先將傳感器放入冰水混合物中，調(diào)節(jié)w1是調(diào)理電路的輸出為0；再將傳感器放入沸水中，調(diào)節(jié)w2使調(diào)理電路的輸出為2.44v。2.44v正好對應ad574輸出為999的輸入電壓（單極性10v輸入），這樣實現(xiàn)了ad574的輸

7、出，正好為外界溫度的情況。這樣就實現(xiàn)了這樣就實現(xiàn)了對溫度的有效測量信號的拾獲和放大。3.2 a/d轉(zhuǎn)換模塊設計ad574是12 位逐次逼近型的 a/d 轉(zhuǎn)換芯片。轉(zhuǎn)換時間為 25 35s。片內(nèi)有數(shù)據(jù)輸出寄存器，并有三態(tài)輸出的控制邏輯。其運行方式靈活，可進行 12 位轉(zhuǎn)換，也可作 8 位轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換結(jié)果可直接 12 位輸出，也可先輸出高 8 位，后輸出低 4 位。可直接與 8 位或 16 位的 cpu 接口。輸入可設置為單極性，也可設成雙極性。片內(nèi)有時鐘電路，無需外部時鐘。圖32 a/d轉(zhuǎn)換模塊圖圖32是ad574與單片機接口電路以，它分兩次將單極性電壓的12位轉(zhuǎn)換結(jié)果送給單片機。具體先由單片機發(fā)

8、出控制信號，使a/d轉(zhuǎn)換器啟動轉(zhuǎn)換，等待轉(zhuǎn)換結(jié)束，單片機再分兩次將轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)讀到內(nèi)存中。按上圖接法ad574是單極性輸入，接成0+10v的接法，按上圖向ff7c寫數(shù)據(jù)，就啟動ad574轉(zhuǎn)換器開始轉(zhuǎn)換，檢測p1.0口即可查看ad574是否轉(zhuǎn)換結(jié)束，從ff7d端口即可讀出轉(zhuǎn)換結(jié)果的高八位，從ff7f端口中即可讀出轉(zhuǎn)換結(jié)果的低四位。3.3 顯示模塊設計利用串口和74164驅(qū)動led顯示器工作，采用靜態(tài)顯示方式。這種方式可避免采用并行i/o接口占用資源較多的缺點。采用共陽極數(shù)碼管，因而各位的com接口接+5v電源，若要顯示某字段，則相應的移位寄存器74164輸出必須為低電平，由于74164在低電平輸出時

9、，允許通過的電流為8ma左右，故不用再加驅(qū)動電路了，只需向串口發(fā)送要顯示三位數(shù)的顯示控制代碼（段碼），即可在led顯示器上顯示出所要的字符，只需將各位的小數(shù)點控制位接低電平，使其顯示，其他位的小數(shù)點控制位均接高電平即可，注意加限流電阻。圖33 顯示模塊原理圖3.4 鍵盤模塊設計因為本設計中需要的按鍵不多，故設計采用獨立式按鍵，分別占用p1.4，p1.5，p1.6和p1.7口。它們分別實現(xiàn)選擇是正常運行還是設置模式的功能鍵，溫度上限十位的設置鍵，溫度上限個位的設置鍵以及溫度上限的十分位的設置鍵。鍵盤的防抖動可有軟件來實現(xiàn)，每個引腳上都引入上拉電阻。圖34 鍵盤模塊原理圖3.5 狀態(tài)指示與接口模塊

10、設計當測量溫度達到了上限溫度時，p2.0口輸出高電平，驅(qū)動報警二極管發(fā)光，指示溫度已經(jīng)超過上限值，當溫度下降到設定值以下是，p2.0變成低電平，報警解除。當按下打印摁鍵時，單片機響應外部中斷0，進而要打印的數(shù)碼發(fā)送至打印機的數(shù)據(jù)口，進行打印。打印時，需要先將要打印的字符轉(zhuǎn)換為其ascii碼，將此ascii送入打印機數(shù)據(jù)口進行打印。需要注意要將小數(shù)點也打印出來，打印完十位和個位再將小數(shù)點打印出來，再把十分位進行打印。而擴展接口采用簡單的三線式接口，一線為接收數(shù)據(jù)，一線為發(fā)送數(shù)據(jù)，還有一線為查詢狀態(tài)。由p2.6控制其導通，還是高阻的狀態(tài)。圖35 打印接口原理圖圖36 擴展口及工作狀態(tài)原理圖3.6

11、硬件電路總體設計將上述功能模塊合理有序連接即構(gòu)成整體圖，電路圖參見圖37。圖37 硬件電路總體設計原理圖4 軟件設計4.1 主程序設計4.1.1 主程序流程圖圖41 主程序流程圖4.1.2 主程序匯編語言設計org 0000h ；主程序入口地址ks: ljmp start org 0003h ；外部中斷0服務程序入口地址ljmp int_0 org 000bh ；定時器0中斷服務程序入口地址ljmp int_t0 org 100h tab1: ；字符段碼表格db 0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,99h db 92h,82h,0f8h,80h,90h,88h db 83h, 0c6h,

12、0a1h, 86h, 0ffh start: mov sp,#60h clr eamov r0,#3eh ；運行/設置狀態(tài)寄存器清零mov r0,#0h dec r0 mov r0,#0h dec r0 mov r0,#0h mov r0,#20h ；20h-22h放初始溫度設置上限值50.0mov r,#05h inc r0 mov r0,#0h inc r0 mov r0,#00h setb p1.4 ；設置p1.4p1.7為輸入端口setb p1.5 setb p1.6 setb p1.7 mov r2,#03h ；在led上顯示888dl0: mov a,#80h ；把字符“8”的段碼

13、送給累加器amov sbuf,a ；累加器a循環(huán)三次把段碼發(fā)送到串口，顯示dl1: jnb ti,dl1 clr ti djnz r2 ,dlo lcall delay ；延時mov r2,#03h ；關斷所有l(wèi)eddl0: mov a,#80h ；把關斷的段碼送給累加器amov sbuf,a ；累加器a循環(huán)三次把段碼發(fā)送到串口，關斷l(xiāng)eddl1: jnb ti,dl1 clr ti djnz r2 ,dlo ；以上完成了自檢mov thod,#21h ；設置定時器工作方式mov tl0,#77h ；設置定時器初值mov tho,#oech setb tro ；開定時器中斷setb eto s

14、etb it ；開外部中斷0setb ex0 setb ea ；開總中斷sta0: ljmp sta0 ；等待中斷4.2 定時中斷服務程序設計4.2.1 定時中斷服務程序流程圖圖42 定時中斷服務程序流程圖4.2.2 定時中斷服務匯編語言程序設計int_t0: clr ea ；關中斷 clr tr0 mov tl0, #77h ；重置定時器初值mov th0, #0e0h mov r0, #3dh cjne r0, 55h, int_t01 lcall disp2 mov r6, #20h lcall delay lcall sta3 ljmp int_t04int_t01: mov r0,

15、#3eh lcall disp1 mov r6, #40h lcall delay ljmp int_t03int_t02 : lcall disp0 mov r6, #20h lcall delay cjne r2, #3ch, int_t04 mov r0, #3ch mov r0, #55h int_t03 : lcall sta2 int_t04 : setb tr0 setb et0 setb ea reti4.3 外部中斷0服務程序設計4.3.1 外部中斷0程序流程圖圖43 外部中斷0服務程序流程圖4.3.2 外部中斷0匯編語言程序設計int_0： clr ex0 mov dptr

16、 ,#7fffh loop:movx a, dptr jb acc.7, loop mov r1，#60h mov a， r1 add a， #30h movx dptr, a inc r1 mov a， r1 add a， #30h movx dptr, a inc r1 mov a， #27h movx dptr, a mov a， r1 add a， #30h movx dptr, a setb ex0 reti4.4 溫度測量子程序設計4.4.1 溫度測量子程序流程圖圖44 溫度測量子程序流程圖4.4.2 溫度測量子程序匯編語言設計cl0: mov r0, #40h clr a clr

17、 c mov r0, ainc r0 mov r0, amov r0, #40h clr p3.7 clr p3.6 mov dptr, #ff7ch mov a, #0h movx dptr，a hd: jb p1.0, hd mov dptr, #0ff7dh movx a, dptr mov r7, a mov dptr, #0ff7fh movx a, dptr anl a, #0f0h mov r6, a swap a mov r6, a mov a, r7 swap a mov r7, a anl a, #f0h anl a, r6 ;低八位 mov r6, a mov a, r7

18、 anl a, #0fh ;高八位（最高四位為0） mov r7, amov a, r6mov r0，40hmov a, r6mov r0, ainc r0 mov a, r7mov r0, aclr c lcall bijiaocl3: jb f1 cl4 clr p2.0 ajmp cl2 cl4: setb p2.0 ajmp cl2cl2: ret bijiao:clr c clr f1 mov a,5bh subb a,41h jc big1 clr c mov a,5ah subb a,40h jc big1 clr f1 retbig1: set f1 ret4.5 溫度測量轉(zhuǎn)換

19、子程序設計4.5.1 溫度測量轉(zhuǎn)換子程序流程圖圖45 溫度測量轉(zhuǎn)換子程序流程圖4.5.2 溫度測量轉(zhuǎn)換子程序匯編語言設計sta2 : lcall comp lcall cl0 lcpjjl zh0comp : mov r0,#20h mov a ,r0 mov b ,#64h mul ab mov ro,#5ah mov r0,a inc r0 mov r0,b mov a,21h mov b,#0ah mul ab clr c add a,5ah mov 5ah,a mov a, #0h addc a,5bh mov 5bh,a clr c mov a,22h add a,5ah mov 5

20、ah,a mov a, #0h addc a,5bh mov 5bh,azh0: clr a mov r7,40h mov r6,41hmov r3,a mov r4,a mov r5,a mov r2,#10h hb3： mov a,r7 rlc a mov r7,a mov a,r6 rlc a mov r6,a mov a,r5 addc a,r5 da a mov r5,a mov a,r4 addc a,r4 da a mov r4,a mov a,r3 addc a,r3 mov r3,a djnz r2,hb3 mov a,r5anl a,#0fhmov 6ah,amov a,r

21、5anl a,#f0hswap amov 6bh,amov a,r4anl a,#0fhmov 6ch,aret4.6 顯示子程序設計4.6.1 顯示子程序流程圖圖46 顯示子程序流程圖4.6.2 顯示子程序匯編語言設計disp1:setb rs0 push acc push dph push dpl mov r2,#03h mov r0,#6ah;(若顯示設置值則上一條語句改為mov r0,#22h)dl0: mov a, r0 mov dptr, #tab1 movc a, a +dptr mov sbuf,a dl1: jnb ti,dli clr ti inc ro ;(若顯示設置值則

22、此處改為dec r0) djnz r2 ,dlo clr rs0 pop dpl pop dph pop acc ret4.7 設置鍵處理程序設計4.7.1 設置鍵處理子程序流程圖圖47 設置鍵處理子程序流程圖4.7.2 設置鍵處理子程序流程圖cheng：jb p1.7,che1 lcall delay2 jb p1.7,che1 mov ro,#22h cjne r0,#09h,che4mov r0,#0hajmp che5 che1: jb p1.6,ch2 lcall delay2 jb p1.6,che2 mov r0,#21h cjne r0,#09,che4mov ro,#oh a

23、jmp che5che2: jb p1.5,che5 lcall delay2 jb p1.5,che5 mov r0,#20h cjne r0,#09h, che4 mov r0,#0h ajmp che5che4 : inc ro ajmp che5 che5: mov r0,#3dh mov r0,#55h mov r0,#3eh mov r0,#0h ret 5 參考文獻 石曉晶 智能儀器設計講義，南京: 南京理工大學機械學院， 2009 石曉晶 智能儀器設計實驗指導書，南京: 南京理工大學機械學院， 2009 張迎新 單片機初級教程，北京: 北京航空航天大學出版社， 2006 周杏鵬

24、 仇國富 現(xiàn)代檢測技術(shù)，北京: 高等教育出版社， 2003 朱蘊璞 孔德仁 傳感器原理及應用，北京: 國防工業(yè)出版社， 2005 周 嚴 測控系統(tǒng)電子技術(shù)，北京: 科學出版社， 2007 趙新民 智能儀器設計基礎，哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學出版社， 2009 張國雄 測控電路，北京: 機械工業(yè)出版社， 2008 寇 戈 蔣立平 模擬電路與數(shù)字電路，北京: 電子工業(yè)出版社， 2006程序清單：org 0000h ；主程序入口地址ks: ljmp start org 0003h ；外部中斷0服務程序入口地址ljmp int_0 org 000bh ；定時器0中斷服務程序入口地址ljmp int_t0

25、 org 100h tab1: ；字符段碼表格db 0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,99h db 92h,82h,0f8h,80h,90h,88h db 83h, 0c6h, 0a1h, 86h, 0ffh start: mov sp,#60h clr eamov r0,#3eh ；運行/設置狀態(tài)寄存器清零mov r0,#0h dec r0 mov r0,#0h dec r0 mov r0,#0h mov r0,#20h ；20h-22h放初始溫度設置上限值50.0mov r,#05h inc r0 mov r0,#0h inc r0 mov r0,#00h setb p1.4 ；設置

26、p1.4p1.7為輸入端口setb p1.5 setb p1.6 setb p1.7 mov r2,#03h ；在led上顯示888dl0: mov a,#80h ；把字符“8”的段碼送給累加器amov sbuf,a ；累加器a循環(huán)三次把段碼發(fā)送到串口，顯示dl1: jnb ti,dl1 clr ti djnz r2 ,dlo lcall delay ；延時mov r2,#03h ；關斷所有l(wèi)eddl0: mov a,#80h ；把關斷的段碼送給累加器amov sbuf,a ；累加器a循環(huán)三次把段碼發(fā)送到串口，關斷l(xiāng)eddl1: jnb ti,dl1 clr ti djnz r2 ,dlo ；

27、以上完成了自檢mov thod,#21h ；設置定時器工作方式mov tl0,#77h ；設置定時器初值mov tho,#oech setb tro ；開定時器中斷setb eto setb it ；開外部中斷0setb ex0 setb ea ；開總中斷sta0: ljmp sta0 ；等待中斷;*sta2 : lcall comp lcall cl0 lcall zh0 sta3: lcall set0 jnb f0,sta4 lcall cheng sta4 : ret;*cheng：jb p1.7,che1 lcall delay2 jb p1.7,che1 mov ro,#22h c

28、jne r0,#09h,che4mov r0,#0hajmp che5 che1: jb p1.6,ch2 lcall delay2 jb p1.6,che2 mov r0,#21h cjne r0,#09,che4mov ro,#oh ajmp che5che2: jb p1.5,che5 lcall delay2 jb p1.5,che5 mov r0,#20h cjne r0,#09h, che4 mov r0,#0h ajmp che5che4 : inc ro ajmp che5 che5: mov r0,#3dh mov r0,#55h mov r0,#3eh mov r0,#0h

29、 ret ;*set0 : jnb p1.4, set1 lcall delay0 jnb p1.4,set1 setb f0 ret set1: clr f0 mov r0,#3dh mov r0,#0h mov r0,#3eh mov r0,#55h ret;*int_t0: clr ea ；關中斷 clr tr0 mov tl0, #77h ；重置定時器初值mov th0, #0e0h mov r0, #3dh cjne r0, 55h, int_t01 lcall disp2 mov r6, #20h lcall delay lcall sta3 ljmp int_t04int_t01

30、: mov r0, #3eh lcall disp1 mov r6, #40h lcall delay ljmp int_t03int_t02 : lcall disp0 mov r6, #20h lcall delay cjne r2, #3ch, int_t04 mov r0, #3ch mov r0, #55h int_t03 : lcall sta2 int_t04 : setb tr0 setb et0 setb ea reti;*cl0: mov r0, #40h clr a clr c mov r0, ainc r0 mov r0, amov r0, #40h clr p3.7

31、clr p3.6 mov dptr, #ff7ch mov a, #0h movx dptr，a hd: jb p1.0, hd mov dptr, #0ff7dh movx a, dptr mov r7, a mov dptr, #0ff7fh movx a, dptr anl a, #0f0h mov r6, a swap a mov r6, a mov a, r7 swap a mov r7, a anl a, #f0h anl a, r6 ;低八位 mov r6, a mov a, r7 anl a, #0fh ;高八位（最高四位為0） mov r7, amov a, r6mov r0

32、，40hmov a, r6mov r0, ainc r0 mov a, r7mov r0, aclr c lcall bijiaocl3: jb f1 cl4 clr p2.0 ajmp cl2 cl4: setb p2.0 ajmp cl2cl2: ret bijiao:clr c clr f1 mov a,5bh subb a,41h jc big1 clr c mov a,5ah subb a,40h jc big1 clr f1 retbig1: set f1 ret;*comp : mov r0,#20h mov a ,r0 mov b ,#64h mul ab mov ro,#5a

33、h mov r0,a inc r0 mov r0,b mov a,21h mov b,#0ah mul ab clr c add a,5ah mov 5ah,a mov a, #0h addc a,5bh mov 5bh,a clr c mov a,22h add a,5ah mov 5ah,a mov a, #0h addc a,5bh mov 5bh,azh0: clr a mov r7,40h mov r6,41hmov r3,a mov r4,a mov r5,a mov r2,#10h hb3： mov a,r7 rlc a mov r7,a mov a,r6 rlc a mov r6,a mov a,r5 addc a,r5 da a mov r5,a mov