硬件課程設(shè)計(jì)模擬溫度控制

1、硬件課程設(shè)計(jì)（C語(yǔ)百）姓名：趙都督學(xué)號(hào)：08143086班級(jí):計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 14-02班題目:室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控指導(dǎo)老師：張莉中國(guó)礦業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)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(xué)過(guò)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(yīng)用，溫度的測(cè)量與控制已向自動(dòng)化、智能化的方向發(fā)展。數(shù)字溫度計(jì)相對(duì)于傳統(tǒng)的溫度計(jì)有讀書(shū)更為方便且準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。目前， 在很多生產(chǎn)過(guò)程中，溫度的測(cè)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(biāo)密切聯(lián)系。所以， 溫度的測(cè)量與控制在生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域中都受到了高度的重視

2、。在許多情況下，在實(shí)際生活生產(chǎn)活動(dòng)要考慮溫度的影響和對(duì)溫度的精確控制，如食物的存儲(chǔ)、自動(dòng)控制的空調(diào)和房屋防火裝置等。因?yàn)榧呻娐分圃旒夹g(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(yīng)用。溫度控制系統(tǒng)在性能方面具有精度高，實(shí)時(shí)性好，易于測(cè)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(cè)量的繁瑣和效率低。這些使得溫度控制系統(tǒng)的研究和開(kāi)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；紅外線(xiàn)傳感器；LCD 液晶顯示器1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求11.1 選題報(bào)告1.1.2 提出問(wèn)題1.2 需求分

3、析12.1 設(shè)計(jì)思想2.2.1.1 模擬溫度要求 23 硬件方案23.1 設(shè)備器材 2.3.2 硬件的選擇以及芯片說(shuō)明 2.3.2.1 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 73.3 硬件電路 9.3.4 實(shí)驗(yàn)連線(xiàn)圖1.0.3.4.1 硬件連接圖描述： 114軟件方案121.1 功能模塊1.2.1.2 系統(tǒng)各模塊程序流程圖1.21.2.1 8255初始化模塊： 1214151.2.2 啟動(dòng)直流電機(jī)：1.2.3 顯示程序程序模塊：5 源程序清單和注釋176 運(yùn)行結(jié)果237 結(jié)論 258 設(shè)計(jì)體會(huì): 25參考文獻(xiàn)

4、261 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1.1 選題報(bào)告這次所選擇的實(shí)驗(yàn)是溫度控制實(shí)驗(yàn), 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*$換器DA0832直流電機(jī)，紅外線(xiàn)傳感器模擬環(huán)境溫 度和人數(shù)統(tǒng)計(jì)。1.2 提出問(wèn)題1) 如何實(shí)時(shí)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(duì)環(huán)境的要求非?？量蹋袊?yán)格的控制，例如， 在一個(gè)大企業(yè)的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)中心，它們的溫度有嚴(yán)格限制范圍，這就需要一個(gè)可靠地溫度控制系統(tǒng)時(shí)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(jī)接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)制作一個(gè)溫

5、度控制系統(tǒng)。由于硬件條件有限，所以只能實(shí)現(xiàn)上下限溫度的控制，要求是能夠利用實(shí)驗(yàn)箱中的LCD夜晶屏顯 示實(shí)時(shí)溫度，同時(shí)當(dāng)溫度高于上限溫度時(shí)，啟動(dòng)直流電機(jī)模擬散熱系。當(dāng)溫度低于下限溫度時(shí)，啟動(dòng)繼電器模擬加熱系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)的功能與流程如下所述：2.1 設(shè)計(jì)思想該溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思想是通過(guò)一個(gè)模擬溫度變化的感應(yīng)設(shè)備，將檢測(cè)到的模擬溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)保存起來(lái)，并用相應(yīng)傳感器對(duì)室內(nèi)人數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，執(zhí)行相應(yīng)的控制設(shè)備，同時(shí)還將檢測(cè)到的溫度數(shù)據(jù)和人數(shù)數(shù)據(jù)顯示在LCD液晶屏上。2.1.1 模擬溫度要求( 1)實(shí)時(shí)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)將采集到的人數(shù)顯示在LCD液晶

6、顯示屏上；當(dāng)人數(shù)高于設(shè)置的人數(shù)上限時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)直流電機(jī)模擬散熱；3 硬件方案3.1 設(shè)備器材硬件課程設(shè)計(jì)實(shí)踐TPC-ZK實(shí)驗(yàn)箱一個(gè)PC電腦一臺(tái)，紅外線(xiàn)傳感器一臺(tái)3.2 硬件的選擇以及芯片說(shuō)明3.2.1 系統(tǒng)所需硬件設(shè)計(jì)所需芯片：8255A、 AD0809、 DA0832所需設(shè)備：LCD夜晶顯示器、直流電機(jī)、紅外線(xiàn)傳感器。將8255A的A 口與LCD液晶屏的八為數(shù)據(jù)口相連，對(duì) 8255A進(jìn)行初始化編程，控制 LCD液晶屏顯示，8255A的B 口的PB0口作為輸入接受傳感器的輸入。將AD0809的IN0、IN1與電位器相連，編程后動(dòng)AD0809實(shí)時(shí)采集外部溫度變化的數(shù) 據(jù)。將DA0832的Ua 口

7、與直流電機(jī)相連，編程啟動(dòng) AD0832對(duì)直流電機(jī)的控制。3.2.2 8255A芯片介紹f»A3PA2 PAIA* C AOCm PC7, L PC4C rco匚 pc r rczc k*e FBOC rni C PR2 C圖3-2 8255A內(nèi)部電路圖圖3-3方式選擇控制字格式圖圖3-1 8255A引腳圖引腳功能：（只記述用到的弓I腳）CS:芯片選擇信號(hào)線(xiàn)，當(dāng)這個(gè)輸入引腳為低電平時(shí)，即/CS=0時(shí)，表示芯片被選中，允許 8255與CPU進(jìn)行通訊；/CS=1時(shí),8255無(wú)法與CPU故數(shù)據(jù)傳輸.PA0PA7:端口 A輸入輸出線(xiàn)，一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器，一 個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸入鎖存器

8、。PB0PB7:端口 B輸入輸出線(xiàn)，一個(gè) 8位的I/O鎖存器， 一個(gè)8位的 輸入輸出緩沖器。PCO- PC7:端口 C輸入輸出線(xiàn)，一個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器，一 個(gè)8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器。端口 C可以通過(guò)工作方式設(shè)定而分成 2個(gè)4位 的端口， 每個(gè)4位的端口包含一個(gè) 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(hào)輸出或狀態(tài)信號(hào)輸入端口。3.2.3 AD0809芯片介紹AIHU-ADIX*-一WKB舞A汨艮SJ Ki -K<K - n -OE- CL"k 一 l,- f ki.i - -GNLI一、一一1 -ADI >AADI 一聞）IK-Al.E一I

9、：圖3-4 AD0809引腳信號(hào)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?？刂贫?。3）轉(zhuǎn)換時(shí)間為 100 pS（時(shí)鐘為640kHz時(shí)），130仙s（時(shí)鐘為500kHz時(shí)）4 ）單個(gè)+5V電源供電5 ）模擬輸入電壓范圍 0+5V,不需零點(diǎn)和滿(mǎn)刻度校準(zhǔn)。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CMO卸片型逐次逼近式 A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，它由8路模擬開(kāi)關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開(kāi)關(guān)樹(shù)型 A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、邏輯控制和定時(shí)電路組成。外部特性（引腳功能）ADC0809芯片有28條

10、引腳，采用雙列直插式封裝，如圖所示。下面說(shuō)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位地址輸入線(xiàn)，用于選通 8路模擬輸入中的一路ALE :地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。START:A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖輸入端，輸入一個(gè)正脈沖（至少 100ns寬）使其啟動(dòng)（脈沖上升沿使0809復(fù)位，下降沿啟動(dòng) A/D轉(zhuǎn)換）。EOC : A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)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(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開(kāi)輸出三態(tài)門(mén)，輸出數(shù)字量

11、。CLK :時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KH乙REF （+）、REF （-）:基準(zhǔn)電壓。Vcc：電源，單一 +5V。GND 地。實(shí)驗(yàn)連線(xiàn)圖數(shù)據(jù)總線(xiàn),1 ! p1 1LNA8LERUI I 酎r i ,SDD-C ADO-9 “心7小金|卜明fUl J HU-h2-?I M4K lh圖3-5 AD0809引腳及連線(xiàn)圖(3)工作過(guò)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。 STARTk升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。 下降沿啟動(dòng) A/D轉(zhuǎn)換，之后EOC俞出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到 A/D轉(zhuǎn)換完成，EOCE為高電平，指示

12、A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存 器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng) OE輸入高電平 時(shí)，輸出三態(tài)門(mén)打開(kāi), 轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線(xiàn)上。(EOC作為中斷請(qǐng)求信號(hào)，以中斷方式進(jìn)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OE信號(hào)即有效,過(guò)指令進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。首先送出口地址并以信號(hào)有效時(shí), 把轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線(xiàn)，供單片機(jī)接受3.2.3 AD0832芯片介紹IIFTTla IfiQyrnr 體DGND一“,ILliXFlfR圖3-6 DA0832引腳信號(hào)圖（1）主要特性：DAC0832是采用CMOS：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

13、電阻網(wǎng)絡(luò)、模擬開(kāi)關(guān)、運(yùn)算放大器和參考 電壓VREF四大部分組成。運(yùn)算放大器輸出的模擬量V0為：圖3-7 DA0832內(nèi)部運(yùn)算放大器電路1 ）特點(diǎn)：一個(gè)8位D/A轉(zhuǎn)換器有8個(gè)輸入端（其中每個(gè)輸入端是 8位二進(jìn)制數(shù)的一位），有一個(gè)模擬輸出端。輸入可有28=256個(gè)不同的二進(jìn)制組態(tài)，輸出為 256個(gè)電壓之一，即輸出電壓不是整個(gè)電壓范圍內(nèi)任意值，而只能是256個(gè)可能值。D0D7:數(shù)字信號(hào)輸入端ILE :軸入寄存器允許，局電平有效。CS :片選信號(hào)，低電平有效。WR1 :寫(xiě)信號(hào)1，低電平有效。XFER :傳送控制信號(hào)，低電平有效。WR2 :寫(xiě)信號(hào)2,低電平有效。IOUT1 、IOUT2: DAC電流輸出

14、端。Rfb :是集成在片內(nèi)的外接運(yùn)放的反饋電阻。Vref :基準(zhǔn)電壓（-1010V）。Vcc :是源電壓（+5+15V）。AGND :模擬地 NGND數(shù)字地，可與 AGN駭在一起使用。DAC0832 輸出的是電流，一般要求輸出是電壓，所以還必須經(jīng)過(guò)一個(gè)外接的運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換成電壓。實(shí)驗(yàn)線(xiàn)路如圖7r,-4 r t立圖3-8 DA0832內(nèi)部電路IN0IN7 : 8路模擬信號(hào)輸入端。A1 、A2、A0 :地址輸入端。ALE地址鎖存允許輸入信號(hào)，在此腳施加正 脈沖，上升沿有效，此時(shí)鎖存地址碼，從而選通相應(yīng)的模擬信號(hào)通道，以便進(jìn) 行A/D轉(zhuǎn)換。START :后動(dòng)信號(hào)輸入端，應(yīng)在此腳施加正脈沖，當(dāng)上升沿到

15、達(dá)時(shí)，內(nèi)部逐次逼近寄存器復(fù)位，在下降沿到達(dá)后，開(kāi)始A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程。EOC :轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出信號(hào)(轉(zhuǎn)換接受標(biāo)志)，高電平有效。OE:輸入允許信號(hào)，高電平有效。CLOCK(CP):時(shí)鐘信號(hào)輸入端，外接時(shí)鐘頻率一般為640kHz。Vcc : +5V單電源供電。 、Vref(+),Vref(-) :基準(zhǔn)電壓的正極、負(fù)極。一般 Vref(+)接+5V電源， Vref(-)接地。D7D0 :數(shù)字信號(hào)輸出端。由A2、A1、A0三地址輸入端選通 8路模擬信號(hào)中的任何一路進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換。3.3 硬件電路圖3-9實(shí)驗(yàn)硬件電路連接圖3.4 實(shí)驗(yàn)連線(xiàn)圖圖3-10溫度控制實(shí)驗(yàn)連線(xiàn)圖3.4.1 硬件連接圖描述：8255A

16、 引腳接線(xiàn)：CS -288H-28BHA口：PA0-PA7 LCD 液晶屏八位數(shù)據(jù)口B口：PB0 紅外線(xiàn)傳感器C口：PC0 -液晶屏的D/I 口 PC1- 液晶屏的RWHPC2-液晶屏的E 口AD0809腳接線(xiàn)CS -298H IN0 - 電位器DA0832引腳接線(xiàn)CS-280H Ua-直流電機(jī)4軟件方案4.1 功能模塊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:8255A的初始化：開(kāi)始寫(xiě)入控制字10000010從控制地址讀出結(jié)束4.2.2 人數(shù)過(guò)多啟動(dòng)直流電機(jī)模塊:啟動(dòng)直流電機(jī)啟動(dòng)直流電機(jī)4.2.5顯示程序模塊:液晶屏顯示調(diào)用clear子程 序，清屏Po

17、rtWriteByte(0x288,ou；LEES顯示當(dāng)前溫度5 源程序清單和注釋#include <stdio.h>#include <conio.h>#include "ApiExusb.h"#pragma comment(lib,"ApiExusb.lib")char num10=0x30, 0x31, 0x32, 0x33, 0x34, 0x35, 0x36, 0x37, 0x38,0x39;/GBK 溫 CEC2 度 B6c8 : A3BA 數(shù)字 0-9 的 GBK®碼void clear();void cmd

18、setup();void datasetup();void main()int b;int x=0;int p=0;byte data;/ 溫度數(shù)據(jù)byte data1;/ 人數(shù)數(shù)據(jù)float temperature;/ 溫度char out16;/ 存放溫度信息的字符串char pout16;/ 存放人數(shù)信息的字符串int temp ;printf("Press any key to begin!nn");getch();if(!Startup()/* 打開(kāi)設(shè)備*/printf("ERROR: Open Device Error!n");return;

19、PortWriteByte(0x28b,0x82);55為方式 0,C 口輸出,A 口輸出，B 口輸入clear();PortWriteByte(0x288,0x90);cmdsetup();Sleep(10);while(!kbhit()初始化 AD0809PortWriteByte(0x298, 0x00);/Sleep(10);PortWhteByte(0x288,0x90);/重定位 LCD顯示cmdsetup();PortReadByte(0x298, &data);/AD0809 轉(zhuǎn)化為數(shù)字量存入data 中temperature = 20.0 + 5.0 * data /

20、 255.0;temp=(int)(temperature * 100);/ 類(lèi)型轉(zhuǎn)換int w1, w2, w3, w4;w1 = temp / 1000;/ 分位操作w2 = temp %1000 / 100;/ 分位操作w3 = temp% 100 / 10;/ 分位操作w4 = temp % 10;/ 分位操作out0 = 0xce, out1 =0xc2;/溫out2 = 0xb6, out3 =0xc8;/度out4 = 0xa3, out5 =0xba;/：out6 = numw1+1, out7 =numw2+1;out8 = 0x2e, out9 = numw3+1, out

21、10 = numw4+1;for (int j=0;j<11; j+)PortWriteByte(0x288,outj);/LED 屏顯示當(dāng)前溫度datasetup();PortWriteByte(0x288,0x88);cmdsetup();Sleep(10);PortWriteByte(0x289,0x00);/8255 清零PortReadByte(0x289,&data1);/ 紅外線(xiàn)傳感器將采集到的信號(hào)輸入給8255B口b=data1;if(b!=0)x=1;if(b=0&&x=1)p+;x=0;/ 傳感采集過(guò)程中的停頓標(biāo)志int v1,v2,v3;v1

22、 = p / 100;/ 分位操作v2 = p% 100 / 10;/ 分位操作v3 = p% 10;/ 分位操作pout0 = 0xB5, pout1 = 0xB1;/ 當(dāng)pout2 = 0xC7, pout3 = 0xB0;/前pout4 = 0xC8, pout5 = 0xCB;/人pout6 = 0xCA, pout7 = 0xFD;/數(shù)pout8 = 0xA3, pout9 = 0xBA;/:pout10 = numv1;pout11 = numv2;pout12 = numv3;for (int i=0;i<13; i+)PortWriteByte(0x288,pouti);

23、/將人數(shù)信息顯示到 LED屏幕datasetup();if(p> 30)PortWriteByte(0x280, 0xff); /0832 置為 0xff 控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，人數(shù)大于上限30 時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)Cleanup();/* 關(guān)閉設(shè)備*/void clear()PortWriteByte(0x288,0x0c); cmdsetup(); void cmdsetup()PortWriteByte(0x28a,0x00);Sleep(1);PortWriteByte(0x28a,0x04);Sleep(1);PortWriteByte(0x28a,0x00);Sleep(1);void datasetup()PortWriteByte(0x28a,0x01);Sleep(1);PortWHteByte(0x28a,0x05);Sleep(1);PortWriteByte(0x28a,0x01);Sleep(1);