微機原理課程設(shè)計基于8086微處理器的溫度測控系統(tǒng)設(shè)計1

1、微機原理課程設(shè)計 論文題目：基于8086的微機原理溫度系統(tǒng)課程設(shè)計專業(yè)班級： 09電子信息工程本科 小組成員: 指導(dǎo)老師： 完成時間： 2011年6月28日 目 錄摘 要1前 言21方案設(shè)計211方案22溫度控制系統(tǒng)的總體概況321溫度控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)422系統(tǒng)硬件選擇和設(shè)計4221系統(tǒng)擴展接口的選擇4222溫度傳感器與ad轉(zhuǎn)換器的選擇4223顯示接口芯片43系統(tǒng)主要元件功能與原理介紹431 8086微處理器及其體系結(jié)構(gòu)5311 8086微處理器的一般性能特點5312 8086cpu的編程結(jié)構(gòu)54模塊功能.65系統(tǒng)工作原理及軟件設(shè)計951溫度測量顯示部分96系統(tǒng)調(diào)試117結(jié)論11參考文獻12

2、基于8086微處理器的溫度測控系統(tǒng)設(shè)計摘要采用8086微處理器，并用溫度傳感器ad590采集溫度數(shù)據(jù)，用cpu控制溫度值穩(wěn)定在預(yù)設(shè)溫度。當(dāng)溫度低于預(yù)設(shè)溫度值時系統(tǒng)啟動電加熱器，當(dāng)這個溫度高于預(yù)設(shè)溫度值時斷開電加熱器。系統(tǒng)操作簡便、自動化程度高、擴展方便且具有良好的人機交互的能力。該系統(tǒng)通過實驗，取得了較為滿意的控制效果?？蓱?yīng)用在一些精度要求不太高的系統(tǒng)中。關(guān)鍵詞：8086微處理器 溫度傳感器 a/d轉(zhuǎn)換器 溫度控制系統(tǒng)前 言近年來，溫度控制系統(tǒng)不僅在工業(yè)設(shè)計、工程建設(shè)中應(yīng)用廣泛，而且在人們的日常生活中也常常需要用到溫度控制。大到大型鋼鐵廠、化工廠等，小到酒店、溫室、家電等。溫度監(jiān)控的應(yīng)用隨處可

3、見，隨著人們生活質(zhì)量的提高及溫度控制技術(shù)的成熟，溫度控制將更好的服務(wù)于社會。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，特別是大規(guī)模集成電路的產(chǎn)生，給人們的生活帶來了根本性的變化，如果說微型計算機的出現(xiàn)使現(xiàn)代的科學(xué)研究得到了質(zhì)的飛躍，那么微型計算機控制技術(shù)的出現(xiàn)則是給現(xiàn)代工業(yè)控制測控領(lǐng)域帶來了一次新的革命。目前，微處理器8086在工業(yè)控制系統(tǒng)諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,由于它具有極好的穩(wěn)定性，更快和更準確的運算精度。溫度控制系統(tǒng)在現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計、工程建設(shè)及日常生活中的應(yīng)用越來越廣泛,早期的溫度控制主要應(yīng)用于工廠中，例如鋼鐵的水溶溫度控制，不同等級的鋼鐵要通過不同溫度的鐵水來實現(xiàn)，這樣就可能有效的利用溫度控制來掌握所需要的

4、產(chǎn)品了。 如今，微機測控系統(tǒng)的發(fā)展快，應(yīng)用也很廣泛，它由于體積小、功能強、性能穩(wěn)定、價格低廉等優(yōu)點，使其在工業(yè)控制系統(tǒng)諸多領(lǐng)域得到了極為廣泛的應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的智能儀器無論是在測量的準確度、靈敏度、可靠性、自動化程度、應(yīng)用功能等方面或在解決測試技術(shù)問題的深度及廣度方面都有了巨大的發(fā)展，以一種嶄新的面貌展現(xiàn)在人們的面前。隨著大規(guī)模集成電路及計算機技術(shù)的迅速發(fā)展智能儀器有了更大的發(fā)展。溫度測試儀器的智能化已是現(xiàn)代儀器儀表發(fā)展的主流方向。1方案設(shè)計方案：設(shè)計一種可控制的溫度加熱系統(tǒng)，實現(xiàn)溫度的上升或下降。其中，溫度的傳感和放大部分通過ad590溫度傳感器集成芯片和運算放大器來實現(xiàn)溫度的上升或

5、下降，通過給加熱系統(tǒng)通斷電來實現(xiàn)。當(dāng)需要加熱時，8255的pc6輸出高電平；當(dāng)需要降溫時，8255的pc6輸出低電平，關(guān)閉加熱系統(tǒng)，讓加熱器自然冷卻而起到降溫效果。加熱或降溫的控制信號通過8255的pa0讀取撥動開關(guān)的狀態(tài)來實現(xiàn)。系統(tǒng)流程圖如圖1-1所示：讀開關(guān)狀態(tài)開始n降溫8255 pc6口=0pa0=1顯示提示信息 y采集a/d值求其平均值升溫8255 pc6口=1 返回轉(zhuǎn)換為bcd碼并顯示字符讀開關(guān)狀態(tài)y有鍵按下否n返回doc圖 1-1分析和討論：該方案達到了溫度的上升或下降控制，但溫度上升到多少或下降到多少都得由人來控制，為了讓微機來自動控制，引入了方案二。 2.溫度控制系統(tǒng)的總體概況

6、2.1溫度控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) 溫度信息由溫度傳感器測量并轉(zhuǎn)換成微安級的電流信號，經(jīng)過運算放大電路將溫度傳感器輸出的小信號進行跟隨放大，輸入到a/d轉(zhuǎn)換器（adc0809）轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸入主機。數(shù)據(jù)經(jīng)過標(biāo)度轉(zhuǎn)換后，一方面通過數(shù)碼管將溫度顯示出來；另一方面，將該溫度值與設(shè)定的溫度值進行比較，調(diào)整電加熱爐的開通情況，從而控制溫度。在斷開電加熱器，溫度仍然異常，報警器發(fā)出聲音報警，提示采取相應(yīng)的調(diào)整措施。其溫度控制系統(tǒng)的原理框圖如圖1-1所示。電壓跟隨器運算放大電路溫度傳感器ad轉(zhuǎn)換器微處理器加熱控制電路報警譯碼顯示圖 1-1 系統(tǒng)原理框圖2.2 系統(tǒng)硬件選擇和設(shè)計2.21系統(tǒng)擴展接口的選擇 本次設(shè)

7、計采用的是8086微處理器，選擇8255a可編程并行接口作為系統(tǒng)的擴展接口，8255a的通用性強，適應(yīng)靈活，通過它cpu可直接與外設(shè)相連接。2.2.2、溫度傳感器與ad轉(zhuǎn)換器的選擇本系統(tǒng)選用溫度傳感器ad590構(gòu)成測溫系統(tǒng)。ad590是一種電壓輸入、電流輸出型集成溫度傳感器，測溫范圍為-55150，非線性誤差在0。30，其輸出電流與溫度成正比，溫度沒升高1k（k為開爾文溫度），輸出電流就增加1ua。其輸出電流i=(273+t)ua。本設(shè)計中串聯(lián)電阻的阻值選用2k，所以輸出電壓v+=(2730 + 10t)mv.另外，為滿足系統(tǒng)輸入模擬量進行處理的功能，對其再擴展一片adc0809，以進行模擬數(shù)

8、字量轉(zhuǎn)化。2.23、顯示接口芯片為滿足本次設(shè)計溫度顯示的需要，我們選擇了8279芯片，intel8279芯片是一種通用的可編程的鍵盤、顯示接口器件，單個芯片就能完成鍵盤鍵入和led顯示控制兩種功能。備注：系統(tǒng)硬件接線應(yīng)盡量以插接形式連接，這樣便于多用途使用和故障的檢查和排除。 3 系統(tǒng)主要元件功能與原理介紹3.1 8086微處理器及其體系結(jié)構(gòu)3.1.1 8086微處理器的一般性能特點（1） 16位的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，16位雙向數(shù)據(jù)信號線；（2）20位地址信號線，可尋址1m字節(jié)存儲單元；（3）較強的指令系統(tǒng)；（4）利用第16位的地址總線來進行i/o端口尋址，可尋址64k個i/o端口；（5）中斷功能強，可

9、處理內(nèi)部軟件中斷和外部中斷，中斷源可達256個；（6）單一的5v電源，單相時鐘5mhz。另外，intel公司同期推出的intel8088微處理器一種準16位微處理器，其內(nèi)部寄存器，內(nèi)部操作等均按16位處理器設(shè)計，與intel8088微處理器基本上相同，不同的是其對外的數(shù)據(jù)線只有8位，目的是為了方便地與8位i/o接口芯片相兼容。3.1.2 8086cpu的編程結(jié)構(gòu)編程結(jié)構(gòu)：是指從程序員和使用者的角度看到的結(jié)構(gòu)，亦可稱為功能結(jié)構(gòu)。從功能上來看，8086cpu可分為兩部分，即總線接口部件biu（bus interface unit）和執(zhí)行部件eu（execution unit）。8086cpu的內(nèi)部

10、功能結(jié)構(gòu)如圖31所示:圖3-1 8086/8088cpu內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)圖1、執(zhí)行部件（eu）功能：負責(zé)指令的執(zhí)行。組成：包括alu(算術(shù)邏輯單元)、通用寄存器組和標(biāo)志寄存器等，主要進行8位及16位的各種運算。2、總線接口部件（biu）功能：負責(zé)與存儲器及i/o接口之間的數(shù)據(jù)傳送操作。具體來看，完成取指令送指令隊列，配合執(zhí)行部件的動作，從內(nèi)存單元或i/o端口取操作數(shù)，或者將操作結(jié)果送內(nèi)存單元或者i/o端口。組成：它由段寄存器（ds、cs、es、ss）、16位指令指針寄存器ip（指向下一條要取出的指令代碼）、20位地址加法器（用來產(chǎn)生20位地址）和6字節(jié)（8088為4字節(jié)）指令隊列緩沖器組成。3、8

11、086 biu的特點8086的指令隊列分別為6/4個字節(jié)，在執(zhí)行指令的同時，可從內(nèi)存中取出后續(xù)的指令代碼，放在指令隊列中，可以提高cpu的工作效率。地址加法器用來產(chǎn)生20位物理地址。8086可用20位地址尋址1m字節(jié)的內(nèi)存空間，而cpu內(nèi)部的寄存器都是16 位，因此需要由一個附加的機構(gòu)來計算出20位的物理地址，這個機構(gòu)就是20位的地址加法器。例如：cs0fe00h，ip0400h，則表示要取指令代碼的物理地址為0fe400h。4、8086 cpu內(nèi)部寄存器8086 內(nèi)部的寄存器可以分為通用寄存器和專用寄存器兩大類，專用寄存器包括指針寄存器、變址寄存器等。（1）通用寄存器 8086 有4個16位

12、的通用寄存器（ax、bx、cx、dx），可以存放16位的操作數(shù)，也可分為8個8位的寄存器（al、ah；bl、bh；cl、ch；dl、dh）來使用。其中ax稱為累加器，bx稱為基址寄存器，cx稱為計數(shù)寄存器，dx稱為數(shù)據(jù)寄存器，這些寄存器在具體使用上有一定的差別，如表21所示。（2）指針寄存器 系統(tǒng)中有兩個16位的指針寄存器sp和bp，其中sp是堆棧指針寄存器，由它和堆棧段寄存器ss一起來確定堆棧在內(nèi)存中的位置； bp是基數(shù)指針寄存器，通常用于存放基地址。（3）變址寄存器 系統(tǒng)中有兩個16位的變址寄存器si和di，其中si是源變址寄存器，di是目的變址寄存器，都用于指令的變址尋址方式。(4) 控

13、制寄存器 ip標(biāo)志寄存器是系統(tǒng)中的兩個16位控制寄存器，其中ip是指令指針寄存器，用來控制cpu的指令執(zhí)行順序，它和代碼段寄存器cs一起可以確定當(dāng)前所要取的指令的內(nèi)存地址。順序執(zhí)行程序時，cpu每取一個指令字節(jié)，ip自動加1，指向下一個要讀取的字節(jié)；當(dāng)ip單獨改變時，會發(fā)生段內(nèi)的程序轉(zhuǎn)移；當(dāng)cs和ip同時改變時，會產(chǎn)生段間的程序轉(zhuǎn)移。標(biāo)志寄存器的內(nèi)容被稱為處理器狀態(tài)字psw，用來存放8086 cpu在工作過程中的狀態(tài)（5）段寄存器 系統(tǒng)中共有4個16位段寄存器，即代碼段寄存器cs、數(shù)據(jù)段寄存器ds、堆棧段寄存器ss和附加段寄存器es。這些段寄存器的內(nèi)容與有效的地址偏移量一起，可確定內(nèi)存的物理地

14、址。通常cs劃定并控制程序區(qū)，ds和es控制數(shù)據(jù)區(qū)，ss控制堆棧區(qū)。4. 系統(tǒng)各部分功能模塊介紹4.1 溫度測量和控制部分4.1.1 溫度測量部分ad590是ad公司生產(chǎn)的一種精度和線度較好的雙端集成傳感器，其輸出電流與絕對溫度有關(guān)，對于電源電壓從5-10v變化只引起1ua最大電流的變化或1攝氏度等效誤差。圖4-1給出了用于獲得正比于絕對溫度的輸出電流的基本溫度敏感電路。ad590輸出的電流i=（273+t）ua(t為攝氏溫度)。因此測量的電壓v為（273+t）ua10k=（2.73+t/100）v，為了將電壓測量出來，又務(wù)必使電流i不分流出來。使用電壓跟隨器使其輸出電壓v2等于v 。由于一般

15、電源供應(yīng)多器件之后，電源是帶雜波的，因此使用穩(wěn)壓二極管作為穩(wěn)壓元件，再利用可變電阻分壓，其輸出電壓v1需調(diào)至2.73v。差動放大器其輸出v0 為（100k/10k）(v2-v1)=t/10，如果現(xiàn)在為攝氏28，輸出電壓為2.8v。輸出電壓接ad轉(zhuǎn)換器，那么ad轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)字量就和攝氏溫度成線性比例的關(guān)系。圖 4-14.1.2 溫度控制部分當(dāng)pc6為高電平時，三極管導(dǎo)通，繼電器吸合，向加熱系統(tǒng)輸出12v電壓加熱；反之，輸入低電平，三極管截止，繼電器斷開，停止加熱。在圖4-中，二極管的作用是吸收繼電器端開時產(chǎn)生的浪涌電壓。圖 4-24. 2 adc0809與8255的連接模擬輸入通道地址a,b,c

16、直接接地，因此adc0809只對通道in0輸入的電壓進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。為了減少輸入噪聲其他通道直接接地。adc0809的數(shù)據(jù)線d0-d7與8255的pb0-pb7相連接。其片選cs與8086的地址/數(shù)據(jù)總線ad14相連接。圖 4-3圖 4-44.4 數(shù)據(jù)顯示部分圖 4-65.系統(tǒng)工作原理及軟件設(shè)計一、系統(tǒng)工作原理（1） 溫度測量顯示部分溫度通過ad590溫度傳感集成芯片，將溫度變化量轉(zhuǎn)換成電壓值變化量，經(jīng)過op07一級跟隨后輸入到電壓放大電路，放大后的信號輸入到a/d轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后將該數(shù)字信號通過然間編程轉(zhuǎn)化為十進制bcd碼，并送到8279進行溫度值的顯示。（2） 溫度控制部

17、分 溫度的上升或下降，通過給加熱系統(tǒng)通斷電來實現(xiàn)。當(dāng)需要加熱時，8255的pc6輸出低電平，啟動加熱系統(tǒng)。當(dāng)需要降溫時，8255的pc6輸出高電平，關(guān)閉加熱系統(tǒng)。加熱或降溫的控制信號通過8255的pa0讀取撥動開關(guān)的狀態(tài)來實現(xiàn)。二、系統(tǒng)軟件設(shè)計本設(shè)計的目的是以8086微處理器為控制器，將溫度傳感器輸出的小信號經(jīng)過放大和低通濾波后，送至a/d轉(zhuǎn)換器；微控制器實時采集、顯示溫度值（要求以攝氏度顯示），同時系統(tǒng)還應(yīng)可設(shè)定、控制溫度值，使系統(tǒng)工作在設(shè)定溫度。三、系統(tǒng)流程圖1、主程序通過開始界面，顯示提示信息，調(diào)用溫度子程序，設(shè)置溫度。通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集ad值并求其平均值。調(diào)用bcd碼轉(zhuǎn)換子程序?qū)⑵滢D(zhuǎn)換

18、為十進制溫度值；調(diào)用顯示子程序，如果溫度高于實際溫度，就加熱，反之撥動開關(guān)關(guān)閉，停止加熱。在此過程中，還可以重復(fù)設(shè)置溫度值。其流程圖如圖5-1所示。n開始系統(tǒng)初始化顯示提示信息調(diào)用溫度值設(shè)置子程序?qū)嶋H溫度低于給定值pa0=1加熱8255 pc6口=1停止加熱8255 pc6口=0顯示提示信息調(diào)用溫度值設(shè)置子程序重新設(shè)置溫度并將pa0撥到0 以進行重新調(diào)節(jié)有鍵按下返回采集ad值并求其平均值調(diào)用bcd碼轉(zhuǎn)換子程序?qū)⑵滢D(zhuǎn)換為十進制溫度值調(diào)用顯示子程序yynnn圖 5-1 6. 系統(tǒng)調(diào)試通過前一部分的介紹說明，我們對系統(tǒng)的工作情況有了大體的了解。為了進一步了解系統(tǒng)的工作過程，這里介紹一下系統(tǒng)調(diào)試過程及

19、調(diào)試過程中出現(xiàn)的一些具體的問題。我們的實驗調(diào)試軟件運行于doc環(huán)境下，其步驟如下：一、根據(jù)硬件圖和原理圖連接好線路。二、在pc機上敲入程序，并對其進行的查錯，編譯，連接，最后生成可執(zhí)行文件。三、接上電源，敲入可執(zhí)行文件的文件名，系統(tǒng)就開始了工作過程。1）這是doc屏幕上會出現(xiàn)的一些提示信息，如enter any key to begin!* let pa0=0 to adjust the temperature value!* let pa0=1 to input a new temperature value!*這里后兩條只作注釋用。2）然后敲任意一個鍵，系統(tǒng)就開始進行溫度測量和顯示，屏幕上就會顯示 input the temperature：在這一條信息之后敲入一溫度值。注意這里敲入的溫度值不能大于