單片機溫采集系統(tǒng)

1、課 程 設 計課程設計名稱：溫度采集裝置班 級：數(shù)控技術0901學 號 ： 課程設計時間：12.11 目 錄1 設計任務22 確定設計方案3 2.1 溫度傳感器AD22100K3 2.2 A/D轉(zhuǎn)換器ADC08094 2.3 單片機的選擇80C516 2.4 顯示器接口LED動態(tài)顯示接口83 硬件電路的設計10 3.1 溫度傳感器與A/D轉(zhuǎn)換器的接口電路10 3.2 A/D轉(zhuǎn)換器與89C51的接口電路10 3.3 89C51與顯示器間的接口電路11 3.4 晶振電路和復位電路的設計 124 軟件設計13 4.1溫度采集的主程序流程圖13 4.2 程序清單155 心得體會20附錄 21溫度采集裝

2、置 1、設計任務 設計一個溫度采集系統(tǒng)，要求按1路/s的速度順序檢測8路溫度點，測溫范圍為+20+100，測量精度為±1%。要求用5位數(shù)碼管顯示溫度，最高位顯示通道號，次高位顯示“”，低三位顯示溫度值。 2、設計方案 2.1 溫度傳感器AD22100KAD22100K是有信號調(diào)節(jié)的單片溫度傳感器，工作溫度范圍為-50+150,信號調(diào)節(jié)不需要調(diào)節(jié)電路、緩沖器和線性化電路，簡化了系統(tǒng)設計。輸出溫度與電壓和電源電壓的乘積（比率測量）成比例。輸出電壓擺幅為0.25V（對應-50）和4.75V（對應150），用5V單電源工作。 圖2.1.1 AD22100K的引腳圖注：1.V電源 4.GND接

3、地 2.U輸出 3、58 NC不連接2.1.2 AD22100K主要參數(shù) 1.工作電壓4V6V 2.工作溫度范圍-50+150 3.精度優(yōu)于±2%FS；線性度優(yōu)于±1%FS;溫度系數(shù)22.5mV/ 4.單電源工作，反向電壓保護；高電平低阻抗輸出；封裝形 式為TO-92 SOIC 2.2 A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809根據(jù)題意，測量精度為±1%，所以采用8位的ADC0809即可滿足要求，在顯示溫度時最低單位為0.1。 ADC0809是8位逐次逼近式A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個8通道多路開關，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進行A/D轉(zhuǎn)換

4、。 2.2.1 ADC0809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?？刂贫恕?3）轉(zhuǎn)換時間為100s(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。 2.2.2 ADC0809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、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關樹型A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、邏輯控制和定時電路組成。 2.2.3 ADC0809外部特性（引

5、腳功能） 圖2.2.3 ADC0809外部引腳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。

6、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。 2.2.4 ADC0809的工作過程首先輸入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

7、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/D轉(zhuǎn)換器來說，轉(zhuǎn)換時間作為一項技術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。可據(jù)此設計一個延時子程序，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)換芯片由表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查詢方

8、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。 2.3 單片機的選擇80C51 2.3.1 80C51主要特性·與MCS-51 兼容 ·4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命：1000寫/擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時間：10年 ·全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz ·三級程序存儲器鎖定 ·128*8位內(nèi)

9、部RAM ·32可編程I/O線 ·兩個16位定時器/計數(shù)器 ·5個中斷源 ·可編程串行通道 ·低功耗的閑置和掉電模式 ·片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 2.3.2 80C51的引腳圖及管腳說明 圖 2.3.2 80C51的引腳圖 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/ 地址的低八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須

10、被拉高。 P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址

11、“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳 備選功能 P3.0 RXD（串行輸入口） P3.1 TXD（串行輸出口） P3.2 /INT0（外部中斷0） P3.3 /INT1（外部中斷1） P

12、3.4 T0（記時器0外部輸入） P3.5 T1（記時器1外部輸入） P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如

13、想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編

14、程電源（VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 振蕩器特性XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應不接。由于輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 2.4 顯示器接口LED動態(tài)顯示器接口七段式LED的結(jié)構(gòu)與工作原理 LED顯示器是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件，也可稱為數(shù)碼管。其外形結(jié)構(gòu)如圖所示，由圖可見它由8個發(fā)光二極管組成，通過不同的組合

15、可用來顯示09、A-F及小數(shù)點“.”等字符。數(shù)碼管通常有共陰極和共陽極兩種接法。限流電阻是外接的，一般共陽極數(shù)碼管必須外接電阻，共陰極不一定外接電阻。要顯示某字形就應使此字形的相應字段點亮，實際就是送一個用不同電平組合代表的數(shù)據(jù)至數(shù)碼管。這種裝入數(shù)碼管中顯示字形的數(shù)據(jù)稱為字形碼。圖 2.4.1 LED外部引腳本次設計采用共陽極數(shù)碼管，字形與字形碼的關系，對照，字形碼各位定義如下：D7D6D5D4D3D2D1D0DPgFedcba數(shù)據(jù)線D0與a段對應，D1與b段對應,以此類推。共陽極常用的顯示字形如上表所示。按照顯示字符順序排序。通常顯示代碼存放在程序存貯器的固定區(qū)域中，構(gòu)成顯示代碼表。當要顯示

16、某字符時，可根據(jù)地址及顯示字符查表。 2.4.2 LED動態(tài)顯示器接口的選擇七段式LED顯示器有靜態(tài)顯示與動態(tài)掃描兩種方式，動態(tài)顯示需要耗費大量的CPU時間，且亮度不夠；而靜態(tài)亮度高，CPU負擔很小，但所需硬件驅(qū)動芯片較多,在位數(shù)較多時，字符更新速度慢，電路比較復雜，成本較高。因此在此溫度采集裝置中采用動態(tài)顯示方式。3、硬件電路設計 3.1 溫度傳感器與A/D轉(zhuǎn)換器的接口電路 3.2 A/D轉(zhuǎn)換器與80C51的接口電路 80C51單片機與ADC0809接口時必須注意事項（ 80C51單片機與ADC0809接口如圖3.2 A/D轉(zhuǎn)換器與80C51的接口電路） 圖3.2 A/D轉(zhuǎn)換器與80C51的

17、接口電路 （1）在START端送一個100ns寬的啟動正脈沖 （2）獲取EOC端上的狀態(tài)信息，因為它是A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)束標志 （3）給“三臺輸出鎖存器”分配一個端口地址，也就是給OE端送一個地址譯碼器的輸出信號 3.3 80C51與顯示器件的接口電路在單片機系統(tǒng)中，LED顯示一般采用靜態(tài)顯示和動態(tài)掃描兩種驅(qū)動方式。本次設計采用的是動態(tài)掃描驅(qū)動方式。所謂動態(tài)顯示就是指一位一位地輪流點亮各個顯示器，對于每一位顯示器來說，每隔一段時間點亮一次。點亮時間通常1左右，相隔時間為20。動態(tài)顯示器件與80C51間的接口如圖3.3 80C51與顯示器件的接口電路所示。 圖3.3 80C51與顯示器件的接口電路

18、圖3.3 80C51與顯示器件的接口電路中，74LS373-1的輸出為段數(shù)據(jù)口，接顯示器的各個段極，74LS373-2的輸出為位掃描口，接LED的公共極。顯示時，首先使74LS373-2的Q0為低電平，Q1Q7為高電平，則僅第一位顯示器的公共陰極為低電平（被選通）；同時74LS373-1輸出第一個顯示數(shù)據(jù)的段碼，這時第一位顯示器將顯示出第一個顯示數(shù)據(jù)。持續(xù)1左右后，使Q0為低電平，關閉第一個顯示器，隨后使Q1為低電平，并選通第二位顯示器，并由74LS373-1輸出第二個顯示數(shù)據(jù)，并持續(xù)1左右。有類似的方法一次選通第3，第4，第8位即完成依次循環(huán)顯示。 3.4 晶振電路與復位電路的設計 3.4

19、.1 晶振電路的設計要給CPU提供其工作時的時序要求就要有相關的硬件電路晶振電路，即振蕩器和時鐘電路。80C51系列單片機內(nèi)部有一個高增益方向放大器，用于構(gòu)成振蕩器，但要構(gòu)成時鐘，外部還需要附加電路。80C51的時鐘產(chǎn)生方法有內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式兩種。 圖 3.4 .1 晶振電路 本次設計采用的是內(nèi)部時鐘方式。利用芯片內(nèi)部的振蕩器，然后在引腳XTAL1和XTAL2兩端跨接晶體或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了穩(wěn)定的自己振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時鐘電路，見圖 3.4 .1 晶振電路。 3.4 .2復位電路的設計 復位是單片機的初始化操作，單片機在啟動運行時，都需要先復位，它的作用是使CPU和系

20、統(tǒng)中其他部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。單片機本身一般是不能自動進行復位的，必須配合相應的外部電路才能實現(xiàn)。單片機的外部復位電路有上電自動復位和按鍵手動復位（按鍵手動復位又分為按鍵電平復位和按鍵脈沖復位）兩種，本次設計采用的是按鍵手動復位的按鍵電平復位，見圖3.4 .2復位電路。按鍵電平復位相當于按復位鍵后復位端通過電阻與電源接通。 圖3.4 .2復位電路 4、軟件設計4.1 主程序流程圖 4.2 程序清單根據(jù)題意設計電路如附錄A所示。圖中數(shù)碼管采用共陰極，采用8位的ADC0809轉(zhuǎn)換器，單片機工作頻率為12MHZ，采用定時器0定時為50ms.其地址分配及編程如下：；=DM

21、-ADDR EQU 0DFFFH ;數(shù)碼管段碼地址WM-ADDR EQU 0BFFFH ;數(shù)碼管位碼地址ADC-ADDR EQU 07FF0H ;AD0809轉(zhuǎn)換通道0地址；POSITION EQU 30H ;顯示位碼寄存器CHANNEL EQU 31H ;通道寄存器DISPLAY1 EQU 38H ；顯示數(shù)據(jù)寄存器（高位）DISPLAY2 EQU 39H ·DISPLAY3 EQU 3AH ·DISPLAY4 EQU 3BH ·DISPLAY5 EQU 3CH ；顯示數(shù)據(jù)寄存器（低位）CON EQU 3DH ；秒計數(shù)器；ORG 0000HLJMP MAINORG

22、 000BHLJMP TIMER0 ；轉(zhuǎn)10ms定時中斷程序ORG 0030HMAIN: MOV SP,#50H ；修改堆棧指針 MOV POSITION,#0FEH ；設置位碼寄存器 MOV TMOD,#01H ；設置定時器0工作方式 MOV TH0，#0D8H ；定時器0定初值（10ms） MOV TL0，#0F0H SETB TR0 ；啟動定時器0 SETB ET0 ；允許定時器0中斷 SETB EA ；開中斷 CLR 10H ；秒標志位清0 MOV CON,#100H ；秒計數(shù)器置初值START: MOV CHANNEL,#00H ；通道設置（0通道）EX5A: MOV DPTR,#A

23、DC-ADDR MOV A,DPL ADD A,CHANNEL ；計算通道地址 MOV DPL,A MOVX DPTR,A ；啟動A/D轉(zhuǎn)換 NOP JB INT1，$ ；等待轉(zhuǎn)換結(jié)束 MOVX A,DPTR ；讀取結(jié)果 LCALL BCD ；條結(jié)果轉(zhuǎn)換子程序 MOV DISPLAY1，CHANNEL；送當前顯示通道號 MOV DISPLAY2，#0AH ；段碼表中“-”的位置偏移量DISP1： LCALL DISP ；調(diào)結(jié)果顯示子程序 JB 10H,DISP1 ；1秒不到，等待 CLR 10H MOV CON,#100 ；秒計數(shù)器重置初值 INC CHANNEL ；下一通道 MOV A,CH

24、ANNEL CJNE A,#08H,EX5A ；不是最后一通道，轉(zhuǎn)EX5A LJMP SYART ；循環(huán)；將00FFH的十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換成000999的十進制數(shù)，顯示單位位0.1；轉(zhuǎn)換近似公式位：A*1003D/256D，結(jié)果存入R2（H）R3（L）中，其中A:00FFH,1003=3EBH；將BCD結(jié)果送入寄存器DISPLAY3DISPLAY5中BCD:MOV R2，AMOV B,#0EBH ；R2*1003D（3EBH）MUL ABMOV R4，AMOV R3，BMOV A,R2MOV B,#03HMUL ABADD A,R3MOV R3，AMOV A,BADDC A,#00HMOV R2，

25、ACJNE R4，#80H,BCD1 ；與80H比較決定4舍5入 BCD1:JC BCD2 MOV A,R3 ADD A,#01H MOV R3，A MOV A,R2 ADDC A,#00H MOV R2，ABCD2：XCH A,R3XCH A,BXCH A,R2MOV R0，#DISPLAY3MOV R6，#00HMOV R5,#64HLCALL SUM ；調(diào)除法子程序MOV R6，#00HMOV R5，#0AHLCALL SUMXCH A,BMOV R0，A；SUM: MOV R7， #00HSUM0：CLR C XCH A,B SUBB A,R5 XCH A,B SUBB A,R6 INC R7 JNC SUM0 DEC R7 XCH A,B ADD A,R5 XCH A,B ADDC A,R6 XCH A,R7 MOV R0，A XCH A,R7 INC R0 RET；DISP: MOV DPTR ,#WM-ADDR