基于89C51的溫度報警器設(shè)置課程設(shè)計

1、 學(xué)科競賽單片機(jī)系統(tǒng)課 程 設(shè) 計成績評定表設(shè)計課題 ： 基于89C51的溫度報警器設(shè)置 學(xué)院名稱 ： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級 ： 學(xué)生姓名 ： 學(xué) 號 ： 指導(dǎo)教師 ： 設(shè)計地點 ： 31-630 設(shè)計時間 ： 2012-12-172012-12-23 指導(dǎo)教師意見：成績: 簽名： 年 月 日 單片機(jī)系統(tǒng)課 程 設(shè) 計課程設(shè)計名稱： 基于89C51的溫度報警器設(shè)計 專 業(yè) 班 級 ： 學(xué) 生 姓 名 ： 學(xué) 號 ： 指 導(dǎo) 教 師 ： 課程設(shè)計地點： 31-630 課程設(shè)計時間： 2012-12-172012-12-23 單片機(jī)系統(tǒng) 課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名專業(yè)班級學(xué)號題 目基于89C51的溫

2、度報警器設(shè)計課題性質(zhì)工程設(shè)計課題來源自擬指導(dǎo)教師主要內(nèi)容（參數(shù)）利用89C51設(shè)計溫度報警器實現(xiàn)以下功能：1. 實現(xiàn)對環(huán)境溫度的測量和顯示；2. 溫度超過設(shè)定值時，蜂鳴器報警；3. 報警同時系統(tǒng)發(fā)出中斷命令停止工作；任務(wù)要求（進(jìn)度）第1-2天：熟悉課程設(shè)計任務(wù)及要求，查閱技術(shù)資料，確定設(shè)計方案。第3-4天：按照確定的方案設(shè)計單元電路。要求畫出單元電路圖，元件及元件參數(shù)選擇要有依據(jù)，各單元電路的設(shè)計要有詳細(xì)論述。第5-6天：軟件設(shè)計，編寫程序。第7-8天：實驗室調(diào)試。第9-10天：撰寫課程設(shè)計報告。要求內(nèi)容完整、圖表清晰、文理流暢、格式規(guī)范、方案合理、設(shè)計正確，篇幅不少于6000字。主要參考資料

3、1 張迎新單片微型計算機(jī)原理、應(yīng)用及接口技術(shù)（第2版）M北京：國防工業(yè)出版社，20042偉福LAB6000系列單片機(jī)仿真實驗系統(tǒng)使用說明書3 閻石數(shù)字電路技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）北京：高等教育出版社，2006審查意見系（教研室）主任簽字： 年 月 日 目 錄1 引言42 總體方案設(shè)計42.1硬件組成42.2 方案論證52.3 總體方案73 硬件電路設(shè)計73.1 時鐘電路73.2 復(fù)位電路83.3 A/D轉(zhuǎn)換設(shè)計8 3. 4放大電路設(shè)計.93.5 顯示電路設(shè)計103.6 報警電路114 系統(tǒng)軟件設(shè)計124.1 主程序設(shè)計124.2 AD轉(zhuǎn)換設(shè)計134.3 顯示子程序的設(shè)計145 調(diào)試155.1 硬件調(diào)

4、試155.2 軟件調(diào)試156 總結(jié).16參考文獻(xiàn)17附錄A 系統(tǒng)原理圖18附錄B 源程序清單191 引言隨著時代的進(jìn)步和發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)普及到我們生活，工作，科研，各個領(lǐng)域，已經(jīng)成為一種比較成熟的技術(shù),本文將介紹一種基于單片機(jī)控制的溫度報警器設(shè)置，當(dāng)溫度不在設(shè)置范圍內(nèi)時，可以進(jìn)行聲光報警。 在人類的生活環(huán)境中，溫度扮演著極其重要的角色。無論你生活在哪里，從事什么工作，無時無刻不在與溫度打著交道。自18世紀(jì)工業(yè)革命以來，工業(yè)發(fā)展對是否能掌握溫度有著絕對的聯(lián)系。在冶金、鋼鐵、石化、水泥、玻璃、醫(yī)藥等行業(yè)都要考慮溫度的因素。溫度對于工業(yè)如此重要，由此推進(jìn)了溫度傳感器的發(fā)展。 進(jìn)入了21世紀(jì)后溫度

5、傳感器正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。 本設(shè)計以PT100熱電阻為溫度檢測元件，設(shè)計了一個對單點溫度實時檢測并在溫度超過一定值時進(jìn)行報警的的單片機(jī)溫度檢測系統(tǒng)，可以實現(xiàn)以下功能：1實現(xiàn)對環(huán)境溫度的測量和顯示；2能通過按鍵設(shè)置報警溫度；3溫度超過設(shè)置值時產(chǎn)生光聲報警； 4. 報警同時系統(tǒng)發(fā)出中斷命令停止工作。2 總體方案設(shè)計 2.1 硬件組成按照溫度報警器設(shè)置的組成以及所需完成的功能，本設(shè)計需要以下硬件： 1 熱敏電阻PT100:完成對溫度的采集，將溫度的變化轉(zhuǎn)換成電壓信號； 2 放大器AD620:將熱敏電阻

6、所轉(zhuǎn)化的電壓信號進(jìn)行放大，并送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809中； 3 聲光報警系統(tǒng): 當(dāng)溫度超過設(shè)定值時用于報警的系統(tǒng) 4 控制器:作為控制系統(tǒng)的核心，可采用工控機(jī)、PLC、DCS或微控制器，本設(shè)計采用單片機(jī)。 溫度報警器系統(tǒng)框圖見圖2.1所示。 圖2.1 溫度報警器系統(tǒng)框圖2.2 方案論證 2.2.1單片機(jī)選型本方案使用的是AT89C51單片機(jī)，AT89系列的單片機(jī)對于一般用戶來說，有下列明顯的優(yōu)點：AT89C51單片機(jī)在一塊芯片上集成了CPU、RAM、ROM、定時器/計數(shù)器和多種功能的I/O口設(shè)備等，相當(dāng)于一臺計算機(jī)所需要的基本功能部件。內(nèi)部含有Flash存儲器，在系統(tǒng)開發(fā)過程中很容易修改程序

7、，可以大大縮短了系統(tǒng)的開發(fā)時間。AT89系列并不對80C31的簡單繼承，功能進(jìn)一步增強(qiáng)。在我國這種單片機(jī)受到廣泛青睞，很多以前使用80C51、80C52的用戶都轉(zhuǎn)而使用AT89系列。對于有豐富編程經(jīng)驗的用戶而言，不需要仿真器，可以直接將程序載入芯片，放在目標(biāo)板上加電直接運行，觀察運行結(jié)果，出現(xiàn)問題時再進(jìn)行修改，然后重新寫程序，再進(jìn)行試驗，直至成功。 AT89系列包括兩大類，第一類是常規(guī)的，就是AT89C系列，這類單片機(jī)要用常規(guī)的并行方法編程，必需使用編程器編程；第二類是在系統(tǒng)可編程ISP Flash系列，也就是AT89S系列，這類單片機(jī)除了用常規(guī)的并行方法變成外，還可以在系統(tǒng)下用下載線進(jìn)行編程

8、，省去價格昂貴的編程器，而且可以在目標(biāo)板上直接修改程序。2.2.2 溫度傳感器選擇 傳感器是測控系統(tǒng)前向通道的關(guān)鍵部件，它也稱換能器和變換器，一般是指非電物理量與電量的轉(zhuǎn)換，即傳感器是將被測的非電量（如壓力、溫度等）轉(zhuǎn)換成與之對應(yīng)的電量或電參量（如電流、電壓、電阻等）輸出的一種裝置。采集溫度是有一下幾種方案： 方案一：采用溫度傳感器AD590。它具有較高的精度，相比于熱敏電阻精度有所提高，但非線性誤差為±0.3，且檢測溫度范圍為：-55+155。 方案二：采用Pt100。它的國際測溫標(biāo)準(zhǔn)為：-40+450，可選環(huán)境溫度為：-4070，精度為：±0.1，且安裝尺寸小，可直接安

9、裝在印刷電路板上，可焊SIP封裝。 采用熱電阻電路測溫。熱電阻是利用導(dǎo)體的電阻率隨溫度變化這一物理現(xiàn)象來測量溫度的。鉑易于提純，物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，電阻率較大，能耐較高的溫度，因此用PT100作為實現(xiàn)溫標(biāo)的基準(zhǔn)器。 pt100是鉑熱電阻，簡稱為：PT100鉑電阻，它的阻值會隨著溫度的變化而改變。PT后的100即表示它在0時阻值為100歐姆，在100時它的阻值約為138.5歐姆。它的工業(yè)原理：當(dāng)PT100在0攝氏度的時候他的阻值為100歐姆，它的的阻值會隨著溫度上升它的阻值是成勻速增漲的。 方案三：采用熱電偶溫差電路測溫，溫度檢測部分可以使用低溫?zé)崤迹瑹犭娕加蓛蓚€焊接在一起的異金屬導(dǎo)線所組成，熱電

10、偶產(chǎn)生的熱電勢由兩種金屬的接觸電勢和單一導(dǎo)體的溫差電勢組成。通過將參考結(jié)點保持在已知溫度并測量該電壓，便可推斷出檢測結(jié)點的溫度。數(shù)據(jù)采集部分則使用帶有A/D 通道的單片機(jī)，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來。熱電偶的優(yōu)點是工作溫度范圍非常寬，且體積小，但是它們也存在著輸出電壓小、容易遭受來自導(dǎo)線環(huán)路的噪聲影響以及漂移較高的缺點，并且這種設(shè)計需要用到A/D 轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。 基于對以上三種方案的分析以及實驗室的設(shè)備，選擇方案二的PT100作為溫度傳感器。2.2.4 模數(shù)轉(zhuǎn)換器選型 模擬量輸入

11、到計算機(jī)，首先要經(jīng)過模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，簡稱A/D轉(zhuǎn)換，計算機(jī)才能接收。實現(xiàn)模/數(shù)轉(zhuǎn)換的設(shè)備稱A/D轉(zhuǎn)換器或ADC。A/D轉(zhuǎn)換器的種類有很多,而A/D轉(zhuǎn)換的好與壞直接關(guān)系到真?zhèn)€系統(tǒng)的精確度。由于本系統(tǒng)測量的是溫度信號，響應(yīng)時間長，滯后大，不要求快速轉(zhuǎn)換，因此選用8位串行A/D轉(zhuǎn)換ADC0809能達(dá)到設(shè)計的基本要求。為進(jìn)一步提高精度，可以直接采用12位A/D轉(zhuǎn)換器，也可以采用過采樣和求均值技術(shù)來提高測量分辨率。2.3 總體方案 本方案以AT89C51單片機(jī)系統(tǒng)為核心，對單點的溫度進(jìn)行實時測量檢測，并采用熱電阻PT100作為溫度傳感器,AD620作為信號放大器、ADC0809作為A/D轉(zhuǎn)換部件，

12、對于溫度信號的采集具有大范圍、高精度的特點。在功能、性能、可操作性等方面都有較大的提升，具有更高的性價比。3 硬件電路設(shè)計 3.1 時鐘電路 給一塊內(nèi)部含有程序存儲器的單片機(jī)配上時鐘電路和復(fù)位電路就可以構(gòu)成單片機(jī)的最小應(yīng)用系統(tǒng)。 89C51系列單片機(jī)內(nèi)部有一個高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器，但要形成時鐘，外部還需附加電路，89C51的時鐘產(chǎn)生方法有兩種，內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式，本設(shè)計采用內(nèi)部時鐘方式，內(nèi)部時鐘電路圖如圖3.1所示。 圖3.1 內(nèi)部時鐘電路圖3.2 復(fù)位電路 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，單片機(jī)在啟動運行時，都需要先復(fù)位，它的作用是使CPU和系統(tǒng)中其它部件都處于一個確定的初始狀

13、態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。例如復(fù)位后，PC初始化為0，于是單片機(jī)自動從0單元開始執(zhí)行程序。因而復(fù)位是一個很重要的操作方式。 本設(shè)計采用按鍵脈沖復(fù)位，其原理圖如圖3.2所示。 圖3.2 按鍵脈沖復(fù)位原理圖3.3 A/D轉(zhuǎn)換設(shè)計 3.3.1 8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809 ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以及微處理器兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。它是目前應(yīng)用最廣泛的8位通用的A/D轉(zhuǎn)換的芯片。 3.3.2 ADC0809應(yīng)用注意事項： ADC0809內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可與AT89S52單片機(jī)直接相連。 初始化時，使ST

14、和OE信號為低電平。 送要轉(zhuǎn)換的那一通道的地址到A,B,C端口上。 在ST端給出一個至少100ms寬的正脈沖信號。 是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)EOC信號來判斷。 當(dāng)EOC變?yōu)楦唠娖綍r，這時給OE為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)了。 3.3.3模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊電路 ADC0809接線圖，即A/D轉(zhuǎn)換電路如圖3.3所示。 圖3.3 A/D轉(zhuǎn)換電路3.2.3 放大電路設(shè)計測溫原理：采用 R1、R2、VR2、Pt100 構(gòu)成測量電橋（其中 R29R28），溫度變化時，當(dāng)Pt100 的電阻值和 R27 的電阻值不相等，電橋輸出一個 mV 級的壓差信號，這個壓差信號經(jīng)過運放 AD620 放大后輸出期望大小的電壓

15、信號，該信號可直接連 A/D 轉(zhuǎn)換芯片。從而把熱電阻的阻值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。AD620為三運放集成的儀表放大器結(jié)構(gòu),AD620的兩個內(nèi)部增益電阻為24. 7 k , 因而增益方程式為: G =49.4 k/R G + 1 (1)對于所需的增益, 則外部控制電阻值為:R G =49.4/（G - 1）k (2)電路原理如圖3.4所示：圖3.4 AD620原理圖 橋式電路測溫整體電路如圖3.5所示：圖3.5 放大電路3.4 顯示電路設(shè)計在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，如果需要顯示的內(nèi)容只有數(shù)碼和某些字母，使用LED數(shù)碼管是一種較好的選擇。LED數(shù)碼管顯示清晰、成本低廉、配置靈活，與單片機(jī)接口簡單易行。圖3-7（a

16、）是4位共陽數(shù)碼管的管腳圖。LED數(shù)碼管的使用與發(fā)光二極管相同，根據(jù)其材料不同正向壓降一般為1.52V,額定電流為10mA,最大電流為40mA。靜態(tài)顯示時取10mA為宜，動態(tài)掃描顯示可加大，加大脈沖電流，但一般不超過40mA。 本設(shè)計選用4位共陰數(shù)碼管。由于數(shù)碼管的驅(qū)動電流較大，所以在設(shè)計時加上了三極管3904作為驅(qū)動電路，數(shù)碼管和單片機(jī)的接口如圖3.6所示。 圖3.6 顯示電路3.5報警電路由一個蜂鳴器和三極管組成，當(dāng)高溫超過設(shè)定值，蜂鳴器將會發(fā)出報警。 放大電路與單片機(jī)P3.4口相連，當(dāng)采集到的溫度值超過所設(shè)置的范圍時，單片機(jī)會輸出一信號，通過三極管放大后驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出報警信號。如圖3.7

17、所示。圖3.7 蜂鳴器報警電路4 軟件設(shè)計 4.1 主程序設(shè)計4.1.1 程序說明主程序是系統(tǒng)上電或復(fù)位后首先要執(zhí)行的程序，主程序主要完成系統(tǒng)的初始化、掃描顯示等工作。這是一個綜合硬件設(shè)計控制系統(tǒng)。利用顯示電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)實現(xiàn)溫度報警的系統(tǒng)。本設(shè)計可以實現(xiàn)將模擬溫度信號，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并經(jīng)過計算處理后通過LED靜態(tài)顯示電路以十進(jìn)制形式顯示出來，設(shè)置溫度上限為100，該系統(tǒng)可以對溫度進(jìn)行實時過程的監(jiān)控。當(dāng)實際溫度高于設(shè)定的溫度上限時，發(fā)出報警信號。4.1.2 流程圖 主程序流程圖如圖4.1所示。 圖4.1 主程序流程圖4.2 A/D轉(zhuǎn)換器設(shè)計4.2.1 標(biāo)度變換說明: 本設(shè)計是模擬

18、溫度的顯示，溫度經(jīng)過熱敏電阻轉(zhuǎn)換為電壓信號，經(jīng)放大器AD620放大后進(jìn)入單片機(jī)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后輸出到動態(tài)顯示部分，顯示其溫度值。 4.2.2 A/D轉(zhuǎn)換流程圖如圖4-2所示。 圖4.2 A/D轉(zhuǎn)換流程圖4.3 顯示子程序設(shè)計 本設(shè)計采用4位LED共陰極數(shù)碼靜態(tài)顯示，顯示溫度范圍從0到99，字段碼放在LEDLAB中，采用查表方式，偏移量加首址查得對應(yīng)的字形代碼。當(dāng)定時器T0定時時間到，采樣電路進(jìn)行采樣，采樣結(jié)果經(jīng)信號調(diào)理電路處理后，送入A/D轉(zhuǎn)換，經(jīng)標(biāo)度變換后顯示。 顯示子程序流程圖如圖4.3所示 圖4.3 顯示子程序流程圖5 調(diào)試 5.1 硬件調(diào)試 對各個模塊的功能進(jìn)行調(diào)試，主要調(diào)試各

19、模塊能否實現(xiàn)指定的功能。 檢查印制板及焊接的質(zhì)量情況，在檢查無誤后可通電檢查LED顯示器。若亮度不理想，可以調(diào)整P0口的電阻大小，一般情況取200歐電阻即可。 5.2 軟件調(diào)試軟件調(diào)試采用單片機(jī)仿真器WAVE6000L及微機(jī)，將源程序編譯及仿真調(diào)試應(yīng)分段或以子程序為單位逐個進(jìn)行，主要是檢查語法錯誤，最后結(jié)合硬件實時調(diào)試。通過以上檢查后，將電路通電查看是否按要正常工作，實驗最終結(jié)果顯示實驗成功。6 總結(jié) AD620是一款低成本、高精度儀表放大器，僅需要一個外部電阻來設(shè)置增益，增益范圍為1至10,000。此外，AD620采用8引腳SOIC和DIP封裝，尺寸小于分立式設(shè)計，并且功耗較低(最大電源電流

20、僅1.3 mA)，因此非常適合電池供電的便攜式(或遠(yuǎn)程)應(yīng)用。 AD620具有高精度(最大非線性度40 ppm)、低失調(diào)電壓(最大50 µV)和低失調(diào)漂移(最大0.6 µV/°C)特性，是電子秤和傳感器接口等精密數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的理想之選。它還具有低噪聲、低輸入偏置電流和低功耗特性，使之非常適合ECG和無創(chuàng)血壓監(jiān)測儀等醫(yī)療應(yīng)用。 由于其輸入級采用Supereta處理，因此可以實現(xiàn)最大1.0 nA的低輸入偏置電流。AD620在1 kHz時具有9 nV/Hz的低輸入電壓噪聲，在0.1 Hz至10 Hz頻帶內(nèi)的噪聲為0.28V峰峰值，輸入電流噪聲為0.1

21、 pA/ Hz，因而作為前置放大器使用效果很好。同時，AD620的0.01%建立時間為15s，非常適合多路復(fù)用應(yīng)用；而且成本很低，足以實現(xiàn)每通道一個儀表放大器的設(shè)計。 經(jīng)過這段時間的單片機(jī)課程設(shè)計，終于完成了我的第一次設(shè)計歷程，雖然沒有完全達(dá)到設(shè)計要求，但從心底里說，還是高興的，畢竟這次設(shè)計讓自己收獲頗豐，高興之余不得不深思。在本次設(shè)計的過程中，我發(fā)現(xiàn)很多的問題，通過這次設(shè)計真的讓我長進(jìn)了很多，單片機(jī)課程設(shè)計重點就在于軟件算法的設(shè)計，需要有很巧妙的程序算法，雖然以前寫過幾次程序，但我覺的寫好一個程序并不是一件簡單的事，因為設(shè)計時間有限，加之缺少對工業(yè)現(xiàn)場整體把握的經(jīng)驗，導(dǎo)致本設(shè)計在功能上還不十

22、分完善。 從這次的課程設(shè)計中，我真真正正的意識到，在以后的學(xué)習(xí)中，要理論聯(lián)系實際，把我們所學(xué)的理論知識用到實際當(dāng)中，學(xué)習(xí)單機(jī)片機(jī)更是如此，程序只有在經(jīng)常的寫與讀的過程中才能提高，這就是我在這次課程設(shè)計中的最大收獲。 我想我會在今后的學(xué)習(xí)生活中更加努力的去學(xué)習(xí)單片機(jī)的知識，不斷加強(qiáng)自己的理論知識，努力完成更多的設(shè)計與創(chuàng)作。參考文獻(xiàn)1 張迎新.單片微型計算機(jī)原理，應(yīng)用及接口技術(shù).北京：國防工業(yè)出版社 20092郭天祥.新概念51單片機(jī)C語言教程M.北京:電子工業(yè)出版社。3 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).北京:高等教育出版社4PT100鉑金屬溫度傳感器使用說明書.北京億學(xué)通電子附錄A 系統(tǒng)原理圖附錄B 源

23、程序清單LED_0 EQU 30HLED_1 EQU 31HLED_2 EQU 32HADC EQU 35HTCNTA EQU 36HTCNTB EQU37HH_TEMP EQU 64H ; /溫度上限FLAG BIT 00HH_ALM BITP3.0L_ALM BIT P3.1SOUND BITP3.7CLOCK BITP2.4ST BIT P2.5EOC BIT P2.6OE BIT P2.7 ORG 00H SJMP START ORG 0BH LJMP INT_T0 ORG 1BH LJMP INT_T1START : MOV LED_0, #00H MOV LED_1, #00H M

24、OV LED_2, #00H MOV DPTR, #TABLE MOV H_TEMP, #60 MOV L_TEMP, #30 MOV TMOD, #12H MOV TH0, #245 MOV TL0, #0 MOV TH1, # (65536-1000)/256 MOV TL1, # (65536-1000) %256 MOV IE, #8aH CLR C SETB TR0 ;為ADC0809提供時鐘 WAIT:SETBH_ALM SETB L_ALM CLR ST SETB STCLR ST ;啟動轉(zhuǎn)換 JNB EOC, $ SETB OE MOV ADC, P1 ;讀取AD轉(zhuǎn)換結(jié)果 CLR OE MOV A, ADCMOV A, H_TEMPMOV R0, ADCSUBB A, R0 ;判斷是否高于上限JC HALMCLR TR1LJMP PTOC HALM: ;高溫報警 CLR H_ALM SETB TR1 SETB FLAG LJMP PTOCPTOC: MOV A, ADC ;數(shù)值轉(zhuǎn)換 MOV B, #100 DIV ABMO