硬件課程設(shè)計模擬溫度控制

1、硬 件 課 程 設(shè) 計姓 名: 汪 珊 學 號:_08133329_班 級:計算機科學與技術(shù)13-5班題 目:模擬溫度控制實驗 指導老師: _王 凱 中國礦業(yè)大學計算機科學與技術(shù)學院摘 要溫度是生產(chǎn)生活中最基本的物理量之一，它反映出了物體的冷熱程度，在自然界中有很多的物理、化學過程都與溫度有著緊密的聯(lián)系。目前隨著信息技術(shù)的發(fā)展，傳感器技術(shù)的廣泛應用，溫度的測量與控制已向自動化、智能化的方向發(fā)展。數(shù)字溫度計相對于傳統(tǒng)的溫度計有讀書更為方便且準確的優(yōu)點。目前，在很多生產(chǎn)過程中，溫度的測量和控制都直接和安全生產(chǎn)、提高生產(chǎn)效率、節(jié)約能源等重大技術(shù)指標密切聯(lián)系。所以，溫度的測量與控制在生產(chǎn)生活的各個領(lǐng)域

2、中都受到了高度的重視。在許多情況下，在實際生活生產(chǎn)活動要考慮溫度的影響 和對溫度的精確控制，如食物的存儲、自動控制的空調(diào)和房屋防火裝置等。因為集成電路制造技術(shù)的不斷提高，出現(xiàn)了高性能、高可靠的集成芯片。溫度控制系統(tǒng)在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應用。溫度控制系統(tǒng)在性能方面具有精度高，實時性好，易于測量環(huán)境溫度并控制。而且，溫度控制系統(tǒng)在很大程度上節(jié)約了人力資源，改善了傳統(tǒng)溫度測量的繁瑣和效率低。這些使得溫度控制系統(tǒng)的研究和開發(fā)得到的各方面的廣泛關(guān)注和支持。關(guān)鍵詞:溫度控制；8255芯片；AD0809；DA0832；模數(shù)轉(zhuǎn)換；LCD液晶顯示器 目 錄1設(shè)計任務(wù)與要求11.1 選題報告11.2 提出問題1

3、2需求分析12.1 設(shè)計思想22.1.1模擬溫度要求23硬件方案23.1 設(shè)備器材23.2 硬件的選擇以及芯片說明23.2.1系統(tǒng)所需硬件23.2.2 8255A芯片介紹33.2.3 AD0809芯片介紹43.2.4 DA0832芯片介紹7 3.3 硬件電路9 3.4 實驗連線圖103.4.1硬件連接圖描述：114軟件方案124.1 功能模塊124.2 系統(tǒng)各模塊程序流程圖124.2.1 8255初始化模塊：124.2.2 溫度過高報警模塊：134.2.3 溫度過低報警模塊：144.2.4 溫度計算子程序模塊：154.2.5 顯示程序模塊：164.2.6 lcd_disp子程序模塊：165源程

4、序清單和注釋176運行結(jié)果237問題分析與解決方案247.1 實驗設(shè)計前的問題與解決方案247.2 實驗設(shè)計中的問題與解決方案248結(jié)論與體會25結(jié)論：25體會:25參考文獻261設(shè)計任務(wù)與要求1.1 選題報告這次所選擇的實驗是溫度控制實驗,要求利用可編程并行接口元件8255A，模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD0809，數(shù)模轉(zhuǎn)換器DA0832，直流電機，繼電器模擬環(huán)境溫度的自動控制。1.2 提出問題1) 如何實時反映外部溫度的變化？2) 如何將模擬量轉(zhuǎn)變成數(shù)字量？3) 如何將采集到的數(shù)據(jù)顯示在液晶顯示器上？2需求分析 目前在很多領(lǐng)域的一些特殊地方，對環(huán)境的要求非?？量?，要有嚴格的控制，例如，在一個大企業(yè)的計算機

5、數(shù)據(jù)中心，它們的溫度有嚴格限制范圍，這就需要一個可靠地溫度控制系統(tǒng)時刻監(jiān)管著環(huán)境的溫度，因此各種各樣的溫度控制系統(tǒng)孕育而生。利用微機接口技術(shù)實驗系統(tǒng)設(shè)計制作一個溫度控制系統(tǒng)。由于硬件條件有限，所以只能實現(xiàn)上下限溫度的控制，要求是能夠利用實驗箱中的LCD液晶屏顯示實時溫度，同時當溫度高于上限溫度時，啟動直流電機模擬散熱系。當溫度低于下限溫度時，啟動繼電器模擬加熱系統(tǒng)。實現(xiàn)的功能與流程如下所述：2.1 設(shè)計思想 該溫度控制系統(tǒng)設(shè)計的思想是通過一個模擬溫度變化的感應設(shè)備，將檢測到的模擬溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)保存起來，然后將保存起來的溫度數(shù)據(jù)與先前設(shè)置好的上下限溫度進行比較，對應的去執(zhí)行相應的控制設(shè)備，同時還

6、將檢測到的溫度數(shù)據(jù)顯示在LCD液晶屏上。2.1.1模擬溫度要求（1）實時反映外部溫度的變化；（2）將采集到的溫度數(shù)據(jù)顯示在LCD液晶顯示屏上；（3）當溫度高于設(shè)置的溫度上限時，自動啟動直流電機模擬散熱；（4）當溫度低于設(shè)置的溫度下限時，自動啟動繼電器模擬加熱；（5）當采集到的溫度在上下限溫度之間時，直流電機，繼電器都停止工作。3硬件方案3.1 設(shè)備器材硬件課程設(shè)計實踐TPC-ZK實驗箱一個PC電腦一臺3.2 硬件的選擇以及芯片說明3.2.1系統(tǒng)所需硬件設(shè)計所需芯片：8255A、AD0809、DA0832所需設(shè)備：電位器、LCD液晶顯示器、直流電機、繼電器；將8255A的A口與LCD液晶屏的八為

7、數(shù)據(jù)口相連，對8255A進行初始化編程，控制LCD液晶屏顯示，8255A的B口的PB2口作為繼電器的控制口。將AD0809的IN0、IN1與電位器相連，編程啟動AD0809實時采集外部溫度變化的數(shù)據(jù)。將DA0832的Ua口與直流電機相連，編程啟動AD0832，對直流電機的控制。 3.2.2 8255A芯片介紹 圖3-1 8255A引腳圖 圖3-2 8255A內(nèi)部電路圖圖3-3 方式選擇控制字格式圖引腳功能：（只記述用到的引腳）CS:芯片選擇信號線，當這個輸入引腳為低電平時,即/CS=0時,表示芯片被選中，允許8255與CPU進行通訊;/CS=1時,8255無法與CPU做數(shù)據(jù)傳輸. PA0PA7

8、:端口A輸入輸出線，一個8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器， 一個8位的數(shù)據(jù)輸入鎖存器。 PB0PB7:端口B輸入輸出線，一個8位的I/O鎖存器， 一個8位的輸入輸出緩沖器。 PC0PC7:端口C輸入輸出線，一個8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器， 一個8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器。端口C可以通過工作方式設(shè)定而分成2個4位的端口， 每個4位的端口包含一個4位的鎖存器，分別與端口A和端口B配合使用，可作為控制信號輸出或狀態(tài)信號輸入端口。3.2.3 AD0809芯片介紹圖3-4 AD0809引腳信號圖（1）主要特性1）8路輸入通道，8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位。2） 具有轉(zhuǎn)換起停控制端。3） 轉(zhuǎn)換時間為100s(

9、時鐘為640kHz時)，130s（時鐘為500kHz時） 4）單個+5V電源供電 5）模擬輸入電壓范圍0+5V，不需零點和滿刻度校準。 6）工作溫度范圍為-40+85攝氏度7）低功耗，約15mW。（2）內(nèi)部結(jié)構(gòu)ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，它由8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、邏輯控制和定時電路組成。外部特性(引腳功能)ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖所示。下面說明各引腳功能。IN0IN7：8路模擬量輸入端。2-12-8：8位數(shù)字量輸出端。 ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸

10、入線，用于選通8路模擬輸入中的一路 ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。 START：A/D轉(zhuǎn)換啟動脈沖輸入端，輸入一個正脈沖（至少100ns寬）使其啟動（脈沖上升沿使0809復位，下降沿啟動A/D轉(zhuǎn)換）。 EOC：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 CLK：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640KHZ。REF（+）、REF（-）：基準電壓。Vcc：電源，單一+5V。GND：地。實驗連線圖 圖3-5 AD0809引

11、腳及連線圖（3）工作過程首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復位。下降沿啟動A/D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進行。直到A/D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當OE輸入高電平時，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)應及時傳送給單片機進行處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問題是如何確認A/D轉(zhuǎn)換的完成，因為只有確認完成后，才能進行傳送。為此可采用下述三種方式。 1）定時傳送方式 對于一種A/

12、D轉(zhuǎn)換器來說，轉(zhuǎn)換時間作為一項技術(shù)指標是已知的和固定的。例如ADC0809轉(zhuǎn)換時間為128s，相當于6MHz的MCS-51單片機共64個機器周期?？蓳?jù)此設(shè)計一個延時子程序，A/D轉(zhuǎn)換啟動后即調(diào)用此子程序，延遲時間一到，轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完成了，接著就可進行數(shù)據(jù)傳送。 2）查詢方式 A/D轉(zhuǎn)換芯片有表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查詢方式，測試EOC的狀態(tài)，即可確認轉(zhuǎn)換是否完成，并接著進行數(shù)據(jù)傳送。 3）中斷方式 把表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號（EOC）作為中斷請求信號，以中斷方式進行數(shù)據(jù)傳送。 不管使用上述哪種方式，只要一旦確定轉(zhuǎn)換完成，即可通過指令進行數(shù)據(jù)傳送。首先送出口

13、地址并以信號有效時，OE信號即有效，把轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，供單片機接受3.2.3 AD0832芯片介紹 圖3-6 DA0832引腳信號圖（1）主要特性： DAC0832是采用CMOS工藝制成的單片直流輸出型8位數(shù)/模轉(zhuǎn)換器。如圖4-82所示，它由倒T型R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)、模擬開關(guān)、運算放大器和參考電壓VREF四大部分組成。運算放大器輸出的模擬量V0為： 圖3-7 DA0832內(nèi)部運算放大器電路 1）特點： 一個8位D/A轉(zhuǎn)換器有8個輸入端（其中每個輸入端是8位二進制數(shù)的一位），有一個模擬輸出端。輸入可有28=256個不同的二進制組態(tài)，輸出為256個電壓之一，即輸出電壓不是整個電壓范圍內(nèi)任意值，

14、而只能是256個可能值。 D0D7：數(shù)字信號輸入端。 ILE：輸入寄存器允許，高電平有效。 CS：片選信號，低電平有效。 WR1：寫信號1，低電平有效。 XFER：傳送控制信號，低電平有效。 WR2：寫信號2，低電平有效。 IOUT1、IOUT2：DAC電流輸出端。 Rfb：是集成在片內(nèi)的外接運放的反饋電阻。 Vref：基準電壓（-1010V）。 Vcc：是源電壓（+5+15V）。 AGND：模擬地 NGND：數(shù)字地，可與AGND接在一起使用。 DAC0832輸出的是電流，一般要求輸出是電壓，所以還必須經(jīng)過一個外接的運算放大器轉(zhuǎn)換成電壓。實驗線路如圖 圖3-8 DA0832內(nèi)部電路 IN0IN

15、7：8路模擬信號輸入端。 A1、A2、A0 ：地址輸入端。ALE地址鎖存允許輸入信號，在此腳施加正脈沖，上升沿有效，此時鎖存地址碼，從而選通相應的模擬信號通道，以便進行A/D轉(zhuǎn)換。 START：啟動信號輸入端，應在此腳施加正脈沖，當上升沿到達時，內(nèi)部逐次逼近寄存器復位，在下降沿到達后，開始A/D轉(zhuǎn)換過程。 EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出信號（轉(zhuǎn)換接受標志），高電平有效。 OE：輸入允許信號，高電平有效。 CLOCK(CP)：時鐘信號輸入端，外接時鐘頻率一般為640kHz。 Vcc：+5V單電源供電。 、 Vref(+),Vref(-)：基準電壓的正極、負極。一般Vref(+)接+5V電源，Vref(-)

16、接地。 D7D0：數(shù)字信號輸出端。 由A2、A1、A0三地址輸入端選通8路模擬信號中的任何一路進行A/D轉(zhuǎn)換。3.3 硬件電路 圖3-9 實驗硬件電路連接圖3.4 實驗連線圖 圖3-10 溫度控制實驗連線圖3.4.1硬件連接圖描述：8255A引腳接線： CS -288H-28BHA口：PA0-PA7 -LCD液晶屏八位數(shù)據(jù)口B口：PB2 繼電器C口：PC0 -液晶屏的D/I口 PC1-液晶屏的RW口PC2- -液晶屏的E口 AD0809引腳接線CS -298H IN0 ,IN1-電位器GATE0,GATE1 -5V DA0832引腳接線 CS-290H Ua-直流電機 4軟件方案4.1 功能模

17、塊圖4-1 軟件功能模塊圖4.2 系統(tǒng)各模塊程序流程圖4.2.1 8255初始化模塊： 18255A的初始化： 圖4-2 8255初始化流程圖4.2.2溫度過高的報警模塊：1啟動直流電機 圖4-3 溫度過高流程圖4.2.3溫度過低的報警模塊： 1 啟動繼電器 圖4-4 溫度過低流程圖4.2.4溫度計算子程序模塊： 1數(shù)據(jù)分解 開 始 圖4-5 溫度計算流程圖4.2.5顯示程序模塊： 1液晶屏顯示 圖4-6 顯示子程序流程圖4.2.6 lcd_disp 子程序模塊 1液晶顯示 圖4-7 lcd_disp 子程序顯示流程圖5源程序清單和注釋io8255a equ 288hio8255b equ 2

18、89hio8255c equ 28ahio8255kz equ 28bhPORT1 EQU 290H ;DA0832端口io0809a equ 298h ;以上為各個端口data segmenthz_tab dw 0cec2h,0b6c8h,0a1c3h,0a1a0h,0a1a0h,0a1a0h,0a1e3h,0a3c3h dw 0b5cdh,0cec2h,0c1c1h,0a1a0h,0a1a0h,0b8dfh,0cec2h,0d7aah;顯示屏幕第二行和第三行字符表hz_adr db ?;存放顯示起始行端口地址dis_num db ? ;定義變量用來存放采集的模擬量temp0 db ? ;以

19、下模擬量分離產(chǎn)生個位，十位，百位temp1 db ?temp2 db ?buf1 dw 0temphig db 200d ;為系統(tǒng)設(shè)置溫度上限templow db 100d;設(shè)置溫度下限data endscode segment assume cs:code,ds:datastart: mov ax,data mov ds,ax mov dx,io8255kz mov al,80h out dx,al ;8255初始化read: mov dx,io0809a out dx,al ;啟動0809芯片 call delay ;調(diào)用延時子程序 in al,dx ;采集ADC0809收集的模擬量 mo

20、v dis_num,al MOV AL,0ffh ;直流電機停止 MOV DX,300h OUT DX,AL call next1 ;調(diào)用溫度過低警報子程序 call next2 ;調(diào)用溫度過高警報子程序 call segret ;調(diào)用模擬量分離的子程序 call clear ;LED清屏 lea bx,hz_tab mov ch,2 ;顯示第二行信息 call lcd_disp lea bx,hz_tab mov ch,3 ;顯示第3行信息 call lcd_disp jmp read ;跳轉(zhuǎn)到read標志繼續(xù)執(zhí)行 mov ah,4ch ;退出 int 21hnext1 proc ;溫度過低

21、啟動繼電器 push dx ;壓棧 push ax push cx mov dx,io8255c mov al,00h out dx,al mov cl,dis_num mov dx,io8255b mov al,00h out dx,al cmp cl,templow; 當溫度低于已經(jīng)設(shè)置的溫度下限 jb n1 ;跳轉(zhuǎn)的n1 pop cx pop ax pop dx ret ;返回主程序n1: mov dx,io8255b mov al,08h out dx,al ;pb3輸出高電平 loop n1 pop cx ;出棧 pop ax pop dx ret ;返回主程序 next1 endp

22、next2 proc ;溫度過高啟動直流電機 push dx ;壓棧 push ax push cx MOV AL,00H MOV DX,PORT1 OUT DX,AL mov cl,dis_num cmp cl,temphig;當溫度高于系統(tǒng)設(shè)置上限 ja n2 ;跳轉(zhuǎn)到n2 pop cx ;出棧 pop ax pop dx ret ;返回主程序n2: MOV BUF1,0400H MOV CX,BUF1DELAY1: LOOP DELAY1 MOV AL,0FFH MOV DX,PORT1 OUT DX,AL call delay pop cx pop ax pop dx ret ;返回主

23、程序next2 endpsegret proc ;將模擬分量分離的子程序 push ax ;將ax壓棧 mov ah,0 ;將ax的ah置0 mov al,dis_num ;dis_num放入al mov bl,10 ;10放入bl div bl ;ax值除以bl mov temp0,ah ;將個位數(shù)放入temp0 mov ah,0 mov bl,10 div bl mov temp1,ah ;將十位放入temp1 mov temp2,al ;將百位放入temp2 pop ax ;出棧 push ax mov al,temp2 mov ah,0 add ax,0a3b0h mov hz_tab

24、+6,ax;將百位放入第二行字符顯示表 pop ax push ax mov al,temp1 mov ah,0 add ax,0a3b0h mov hz_tab+8,ax ;將十位放入字符顯示表 pop ax push ax mov al,temp0 mov ah,0 add ax,0a3b0h mov hz_tab+10,ax ;將個位放入字符顯示表 pop ax ret ;返回主程序segret endpclear proc mov al,0ch mov dx,io8255a out dx,al;設(shè)置清除命令 call cmd_setup;啟動LCD執(zhí)行命令 ret ;返回主程序clea

25、r endplcd_disp proc lea bx,hz_tab cmp ch,2 jz disp_sec mov byte ptr hz_adr,88h;第三行起始端口地址 add bx,16 ;指向第二行信息 jmp nextdisp_sec: mov byte ptr hz_adr,90hnext: mov cl,8continue: push cx mov al,hz_adr mov dx,io8255a out dx,al call cmd_setup ;設(shè)定DDRAM地址命令 mov ax,bx push ax mov al,ah;先送漢字編碼高位 mov dx,io8255a

26、out dx,al call data_setup;輸出漢字編碼高字節(jié) call delay pop ax mov dx,io8255a out dx,al call data_setup;輸出漢字編碼地位字節(jié) call delay inc bx inc bx;修改顯示內(nèi)碼緩沖區(qū)指針 inc byte ptr hz_adr;修改LCD顯示端口地址 pop cx dec cl jnz continue retlcd_disp endpcmd_setup proc mov dx,io8255c;指向8255端口控制端口 nop mov al,00h;pc1置0，pc0置0（LCD I端=0 W端=

27、0） out dx,al call delay nop mov al,04h;pc2置1（LCD E端=1） out dx,al nop call delay mov al,00h;pc2置0 out dx,al call delay retcmd_setup endpdata_setup proc mov dx,io8255c ;指向8255端口的控制端口 mov al,01h;pc1置0，pc0置1（LCD I端=1） out dx,al nop call delay mov al,05h;pc2置1 （LCD E端=1） out dx,al nop call delay mov al,0

28、1h;pc2置0（E端=0） out dx,al nop call delay ret data_setup endpdelay proc ;延時子程序 push cx push dx mov cx,0ffffh x1: loop x1 pop dx pop cx retdelay endpcode ends end start 6運行結(jié)果 注：1）上限溫度：200 2）下限溫度：100 圖6-1 152時結(jié)果圖 圖6-3 212時結(jié)果圖 圖6-4 66時結(jié)果圖7問題分析與解決方案7.1 實驗設(shè)計前的問題與解決方案 （1）溫度如何用05v直流電壓模擬？解決方案：最后解決方案是依據(jù)0809 A/D轉(zhuǎn)換器將電壓轉(zhuǎn)換為 0255的數(shù)值，將其存入數(shù)據(jù)段的一個存儲單元里。 （2）怎樣控制直流電機轉(zhuǎn)？解決方案：解決方案是用0832控制直流電機的轉(zhuǎn)與停。7.2 實驗設(shè)計中的問題與解決方案 （1）究竟該怎樣將12864的四行與我們設(shè)計的顯示內(nèi)容對應起來？解決方案：我們是在LCD液晶屏的自定義實驗的基礎(chǔ)上修改得來，自定義實驗只有兩行顯示，通過對代碼的分析，發(fā)現(xiàn)四行的端口地址并不是順序排列的。經(jīng)過不斷的試驗，得到各口地址為：第一行：80H；第二行：90H；第三行：88H；第四行：98H。通過判斷需要輸出哪一行的信息，輸出漢字表中的相應漢字，LED顯示屏的每一