基于單片機的實時溫度采集儀設(shè)計

1、摘要：本設(shè)計為基于單片機8 05l設(shè)計的實時溫度采集儀。采用一個以單片機為核心的重小系統(tǒng)。訪問系統(tǒng)有：單片機顯示器，鍵盤 、串口通訊、模擬開關(guān)、AD轉(zhuǎn)換器等以及整個系統(tǒng)中所要需要的電源組成的一個系統(tǒng)，對于超過此限的溫度數(shù)據(jù)將產(chǎn)生報警信號。關(guān)鍵詞：單片機 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，單片機繼續(xù)朝快速，高性能方向發(fā)展，從位、8位單片機發(fā)展到16位，32位單片機。單片機主要用于控制，它的應(yīng)用領(lǐng)域遍及各行各業(yè)，大到航天飛機，小至日常生活中的冰箱、彩電，單片機都可以大顯其能。單片機在家用電器業(yè)中應(yīng)用得十分廣泛：例如全自動冼衣機、智能玩具；除了上述傳統(tǒng)領(lǐng)域外，汽車、電子工業(yè)

2、在國外也是單片機應(yīng)用十分廣泛的一個領(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期以來測量儀器中的誤差的修正、線性處理等問題。本文設(shè)計的就是利用805l單片機進行管理和控制的，具有能采集并顯示溫度，對于超出范圍的溫度發(fā)出蜂鳴聲警報的溫度采集系統(tǒng)。 1 系統(tǒng)設(shè)計采用Intel公司生產(chǎn)的805l單片機作為主控制器進行對采集到的信號處理再輸送給八段數(shù)碼顯示。Intel公司生產(chǎn)的8051是一個低功耗，字長為8位的單片微型計算機，由中央處理器、片內(nèi)128B RAM、片內(nèi)4KBROM、兩個16位的定時計數(shù)器、四個8位的IO口(P 0、P l、P 2

3、、P 3)、一個全雙工的串行口、五個中斷源以及時鐘等組成。它具有體積小，重量輕，抗干擾能力強，對環(huán)境要求不高，價格低廉，可靠性高，靈活性好。本設(shè)計是以單片機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行信號處理。再經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后，送給單片機進行信號處理與計算。計算的結(jié)果從顯示臺上顯示出來。本設(shè)計中模塊的功能如下：(1)溫度采集電路：將被測溫度量經(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)換成可供單片機識別接收的二進制數(shù)值。(3)單片機：對接收到的二進制數(shù)值按照設(shè)計目的進行相應(yīng)的處理。(4)顯示器：是將采集到的溫度并經(jīng)過單片機的處理完畢

4、后的結(jié)果顯示出來，讓人們能看到此時此處的溫度值。1.1硬件電路設(shè)計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P2.O和P2.1的置位，啟動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EOC相連，可以采用查詢測得；P2.5P2.7分別與ADC0809的通道地址線A、B、C相連，通過對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)計中只用了3路模擬量輸入(IN0IN2)，模擬檢測參數(shù)為溫度。溫度的檢測應(yīng)當(dāng)是由溫度傳感器轉(zhuǎn)換成電信號，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)計方便，采用電位器改變電壓來模擬輸入量。2 模塊設(shè)計及軟件應(yīng)用21電源模塊本系統(tǒng)對供電要求不高，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，它能將溫度信號轉(zhuǎn)換成熱電勢信號，通過電氣測量儀表的配合，就能測量出被測的溫度。

6、熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測元件之一。其優(yōu)點是：(1)測量精度高。因熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。(2)測量范圍廣。常用的熱電偶從一15lOO均可連續(xù)測量，某些特殊熱電偶最低可測到一269(如金鐵鎳鉻)，最高可達(dá)+2800。(3)構(gòu)造簡單，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)測量。而本設(shè)計所談到的溫度采集系統(tǒng)主要是應(yīng)用在普通場合的測量，故采用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶。熱電偶的輸出是一個隨溫度變化的電壓信號，它必須加上補償電路才能正常工作，并且用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱

7、電勢與溫度的關(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，通過放大器進行放大，可變電阻阻值變大，把溫度轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷海ㄟ^RDO一，RDO+，RD POUT輸出。沒有感應(yīng)到時，放大器沒有工作，無信號輸出，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，段選線上輸出對應(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，就可得到多位同時亮的效果。系統(tǒng)無需擴展程序存儲器?？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，這里我采用ADC0809，該單片機每個IO口的拉電流只有l(wèi)2mA，但在灌電流驅(qū)動狀態(tài)下能達(dá)到20mA左右，如果采用共陰極管需要加驅(qū)動電路，而采用共陽極管則不需要驅(qū)動電路，可使電路

9、得到簡化。24 AD轉(zhuǎn)換模塊241 805l單片機的引腳描述Intel公司生產(chǎn)的8051單片機為字長8位的單片微型計算機，由中央處理器、片內(nèi)RAM、片內(nèi)ROM、兩個16位的定時計數(shù)器、四個8位的rO口(P0、P I、P2、P3)、一個全雙工的串行口、五個中斷源以及時鐘等組成。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)振蕩器運行時，在此腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平將使單片機復(fù)位。(b)ALEPROG(30腳)：當(dāng)訪問外部存貯器時，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器，ALE端仍以不變的頻率周期性地出現(xiàn)正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的l6。因此，它可用作對外輸出的時鐘，或用于定時目的。對于EPROM單片機(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器的讀選通信號。(d)EAVPP(引腳)：當(dāng)EA端保持高電平時，訪問內(nèi)部程序存

11、儲器，但在PC(程序計數(shù)器)值超過0FFFH(對851875l80C51)或1FFFH(對8052)時，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲器內(nèi)的程序。當(dāng)EA保持低電平時，則只訪問外部程序存儲器，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。對于常用的805 1來說，無內(nèi)部程序存儲器，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，在外接存儲器時，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8個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，和單片機直接接口。ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)由圖7可知，ADC0809由一個8路模擬開關(guān)、一個地址鎖存與譯碼器、一個AD轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成這8個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，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任意一個為 低電平，則禁止新數(shù)據(jù)輸入，在時鐘端（CLOCK）

13、脈沖上升沿作用下Q0 為低電平。當(dāng)A、B 有一個為高電平，則另一個就允許輸入數(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個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用AD轉(zhuǎn)換器進行轉(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，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對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范

14、圍是05V，若信號太小，必須進行放大，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，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線的地址信號進行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進轉(zhuǎn)換器進行轉(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)換啟動信號。當(dāng)ST上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時，開始進行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。當(dāng)EOC為高電平時，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進行

15、AD轉(zhuǎn)換。O E為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉(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為時鐘輸入信號線。因ADc0809的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供，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。可以與AT89s5 1單片機直接相連。(b)初始化時，使ST和OE信號全為低電平。(c)送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到A，B，C端口上。(d)在ST端給出一個至少有10011s寬的正脈沖信號。(e)是否轉(zhuǎn)換

16、完畢，我們根據(jù)E0c信號來判斷。(f)當(dāng)EOC變?yōu)楦唠娖綍r，這時給0E為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機了。AD轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率就是能夠重復(fù)進行數(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)換所需的時間，則是轉(zhuǎn)換速率的倒數(shù)。啟動ADC0809的工作過程：先送通道號地址到ADDAADDC，由ALE信號鎖存通道號地址后，讓START有效啟動AD轉(zhuǎn)換，即執(zhí)行一條MOVXDPTR，A指令產(chǎn)生WR信號，使ALESTART有效，鎖存通道號并啟動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，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，溫度計算子程序流程圖如圖所示。 主程序參考框圖 定時中斷T0服務(wù)程序參考框圖 定時中斷T1服務(wù)程序參考框圖 溫度巡回檢測子程序參考框圖 顯示子程序參考框圖軟件程序： 定時器TO中斷服務(wù)程序定時器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)計了一個以單片機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行信號處理。經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后，

18、送給單片機進行信號處理與計算。計算的結(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，當(dāng)我寫完這篇畢業(yè)論文的時候，有一種如釋重負(fù)的感覺，感慨良多。首先誠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)工作中擠出時間來審查、修改我的論文，尤其是對一個在校外工作實習(xí)學(xué)生最大的關(guān)懷，在這里我想對她說一聲謝謝，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、鼓勵和幫助，我才能充實的度過了三年的學(xué)習(xí)生活

19、. 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，在這里僅表達(dá)我對他們的深深地思念和感恩。在這里我想對他們說一聲，爸媽兒子不會令你們失望的.最后，衷心的感謝在百忙之中抽出時間審閱論文的各位老師，謝謝！ 8參考文獻(xiàn)1、單片機應(yīng)用技術(shù)選編 何立民.北京航空航天大學(xué)出版社2、51系列單片機高級實例開發(fā)指南 李軍.北京航空航天大學(xué)出版社3、單片機原理及接口技術(shù)李朝青.北京航空航天大學(xué)出版社4、單片機原理與應(yīng)用李曉荃.電子工業(yè)出版社5、單片機原理及應(yīng)用劉和平.重慶大學(xué)出版社6. 賈好來主編.MCS-51單片機原理及應(yīng)用.北京：機械

20、工業(yè)出版社，2006.7. 江太輝，石秀芳主編. MCS-51單片機原理及應(yīng)用.廣東：華南理工大學(xué)出版社，2004.8. 曹龍漢，劉安才主編. MCS-51單片機原理及應(yīng)用.重慶：重慶出版社，2004.9. 勞動和社會保障部教材辦公室主編.單片機應(yīng)用技術(shù)（匯編語言）.北京：中國勞動社會保障出版社，2006.10. 何立民主編. MCS-51單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計.北京：北京航天航空大學(xué)出版社，1990.11. 朱定華主編.單片機原理及接口技術(shù)實驗.北京：北京大學(xué)出版社，2002. tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGshLs50cLmTWN60eo8Wgqv7XAv2OHUm32WGeaUwYDIAWGMeR4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGtgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGshLs50cLmTWN60eo8Wgqv7XAv2OHUm32WGeaUwYDIAWGMeR4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaG