智能溫度測量儀表課程設計報告

1、課程設計報告課 程： 智能測量儀表 題 目： 智能測量儀表 學生姓名： XXXXXX 專業(yè)年級： 2009 自動化 指導教師： XXXXXX XXXX 信 息 與 計 算 科 學 系2013年3月25日智能測量儀表本次課程設計中智能溫度測量儀表所采用的溫度傳感器為LM35DZ。其輸出電壓與攝氏溫度成線性比例關系，無需外部校準，在0100溫度范圍內精度為0.4±0.75.，輸出電壓與攝氏溫度對應,使用極為方便。靈敏度為10.0mV/，重復性好，輸出阻抗低，電路接口簡單和方便，可單電源和正負電源工作。是一種得到廣泛使用的溫度傳感器.本次課程設計的主要目的在于讓學生把所學到的單片機原理、電

2、子線路設計、傳感器技術與原理、過程控制、智能儀器儀表、總線技術、面向對象的程序設計等相關專業(yè)課程的內容系統(tǒng)的總結,并能有效的使用到項目研發(fā)中來,做到學以致用。課程設計的內容主要分為三個部分,即使用所學編程語言（C或者匯編)完成單片機方面的程序編寫、使用VB或VC語言完成PC機人機界面設計（也可以用C+API實現）、按照課程設計規(guī)范完成課程設計報告.目錄1 課程設計任務和要求311 設計任務322 設計要求32系統(tǒng)硬件設計321 STC12C5A60S2單片機A/D轉換簡介322 LM35DZ簡介723 硬件原理圖設計73系統(tǒng)軟件設計1031 設計任務1032 程序代碼1033 系統(tǒng)軟件設計調試

3、174系統(tǒng)上位機設計1841 設計任務1842 程序代碼1843 系統(tǒng)上位機軟件設計調試215系統(tǒng)調試與改善2251 系統(tǒng)調試2252 系統(tǒng)改善226系統(tǒng)設計時常見問題舉例與解決辦法247總結251. 課程設計任務和要求1.1課程設計任務本次課程設計要求設計出智能化溫度測量儀表，要求該測量儀表能夠將所測得的溫度數據和當前電機設備的運行狀況遠傳給上位機。儀表測量范圍為0-100；測量精度為±1；可以進行溫度整定,比如，溫度30，啟動壓縮機外設；溫度20，關閉壓縮機外設；要求上位機和下位機都能顯示溫度值和電機設備的運行狀態(tài)并且都能獨立控制溫度數據采集狀態(tài)和電機設備的運行狀態(tài)；通訊方式可以

4、采用RS232C或485。上位機要求人機界面在保證簡單實用的基礎上做的美觀。 1。2課程設計要求（1）利用所學專業(yè)課相關知識合理的選擇器材，使用Protel99se繪制出硬件原理圖。(2）使用C語言或者匯編語言完成下位機程序驅動,并且要盡量保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性以及實用性。(3）使用VB或VC語言或用C+API（ 應用程序接口調用）實現上位機人機界面的設計,要求上位機發(fā)送的命令下位機能及時的給予響應，并且上位機能夠實時準確的顯示下位機所上傳數據以及電機設備的運行狀態(tài)。（4）按照課程設計規(guī)范撰寫課程設計報告.2. 系統(tǒng)硬件設計2.1 STC12C5A60S2單片機A/D轉換簡介STC12C5A

5、60S2單片機集成有8路10位高速模數轉換器（ADC），速度可達到250KHz（25萬次/秒，可做溫度檢測、壓力檢測、電池電壓檢測、按鍵掃描、頻譜檢測等.STC12C5A60S2單片機片內集成8通道10位模數轉換器（ADC）。ADC輸入通道與P1口復用，上電復位后P1口為弱上拉型I/O口，用戶可以通過軟件設置將8路中的任何一路設置為A/D轉換，不需作為A/D 使用的口可繼續(xù)作為I/O口使用。2.1。1 模數轉換器的結構圖STC12C5A60S2單片機的模數轉換器由多路選擇開關、比較器、逐次比較寄存器、10位ADC、轉換結果寄存器（ADC_RES和ADC_RESL）以及ADC控制寄存器ADC_C

6、ONTR構成。如圖2-1所示。圖21 STC12C5A單片機內部A/D轉換結構圖2.1。2 模數轉換器的參考電壓STC12C5A60S2單片機A/D轉換模塊的參考電壓源是輸入工作電壓Vcc，所以一般不用外接參考電壓源.如三端穩(wěn)壓電路7805的輸出電壓是5V，但實際電壓可能是4。88V到4。96V,如果用戶需要的精度比較高，可在應用產品出廠前將實際測出的工作電壓值記錄在單片機內部的EEPROM里面，以供程序校正使用。如果Vcc不穩(wěn)定(例如電池供電的系統(tǒng)中，電池電壓常常在5。3V-4。2V之間漂移）, 則需要在8路A/D轉換的一個通道外接一個穩(wěn)定的參考電壓源，來計算出此時的工作電壓Vcc,再計算出

7、其他幾路A/D轉換通道的電壓。例如，可在ADC轉換通道的第七通道外接一個 1.25V的基準參考電壓源,由此求出此時的工作電壓Vcc，再計算出其它幾路A/D轉換通道的電壓。2。1.3 與ADC相關的寄存器1、 P1口模擬功能控制寄存器P1ASF（地址為9DH，復位值為00H）P10ASFP11ASFP12ASFP13ASFP14ASFP15ASFP16ASFP17ASF位名稱D0D1D2D3D4D5D6D7位號如果要使用相應口的模擬功能，需將P1ASF特殊功能寄存器中的相應位置為1'。如，若要使用P1.6的模擬量功能，則需要將P16ASF設置為1。(注意,P1ASF寄存器不能位尋址,可以

8、使用匯編語言指令ORL P1ASF， #40H，也可以使用C語言語句P1ASF |= 0x40;）2、 ADC控制寄存器ADC_CONTR(地址為BCH，復位值為00H）CHS0CHS1CHS2ADC_STARTADC_FLAGSPEED0SPEED1ADC_POWER位名稱D0D1D2D3D4D5D6D7位號1)ADC_POWER:ADC電源控制位.0：關閉ADC電源。1：打開ADC電源。 2）SPEED1、SPEED0：ADC轉換速度控制位。3）ADC_FLAG：A/D轉換結束標志位。A/D轉換完成后,ADC_FLAG = 1,要由軟件清0.不管A/D轉換完成后由該位申請產生中斷,還是由軟

9、件查詢該標志位判斷A/D轉換是否結束,當A/D轉換完成后，ADC_FLAG = 1,一定要軟件清0。4）ADC_START:A/D轉換啟動控制位，ADC_START=1，開始轉換;ADC_START=0，停止轉換.5）CHS2、CHS1、CHS0：模擬輸入通道選擇，如表21所示。表2-1 模擬通道選擇表CHS2CHS1CHS0Analog Channel Select (模擬輸入通道選擇）000選擇 P1.0 作為A/D輸入來用001選擇 P1.1 作為A/D輸入來用010選擇 P1.2 作為A/D輸入來用011選擇 P1.3 作為A/D輸入來用100選擇 P1。4 作為A/D輸入來用101選

10、擇 P1.5 作為A/D輸入來用110選擇 P1.6 作為A/D輸入來用111選擇 P1。7 作為A/D輸入來用程序中需要注意的事項:由于是2套時鐘，所以，設置ADC_CONTR控制寄存器后，要加4個空操作延時才可以正確讀到ADC_CONTR寄存器的值，原因是設置ADC_CONTR控制寄存器的語句執(zhí)行后，要經過4個CPU時鐘的延時，其值才能夠保證被設置進ADC_CONTR控制寄存器。3、 A/D轉換結果寄存器ADC_RES、ADC_RESL特殊功能寄存器ADC_RES（地址為BDH,復位值為00H）和ADC_RESL（地址為BEH，復位值為00H)用于保存A/D轉換結果。A/D轉換結果存儲格式

11、由輔助寄存器AUXR1（地址為A2H，復位值為00H)中的ADRJ控制，ADRJ是AUXR1中的D2位。（1)當ADRJ=0時，10位A/D轉換結果的高8位放在ADC_RES寄存器，低2位放在ADC_RESL寄存器。存儲格式如下：（2)當ADRJ=1時，10位A/D轉換結果的最高2位放在ADC_RES寄存器的低2位，低8位放在ADC_RESL寄存器.存儲格式如下：模/數轉換結果計算公式如下：ADRJ = 0時，取10位結果 (ADC_RES7：0,ADC_RESL1：0) = 1024 × Vin / VccADRJ = 0時，取8位結果 ADC_RES7:0 = 256 ×

12、; Vin / VccADRJ = 1時，取10位結果 （ADC_RES1：0,ADC_RESL7：0) = 1024 × Vin / VccVin為模擬輸入通道輸入電壓，Vcc為單片機實際工作電壓,用單片機工作電壓作為模擬參考電壓.4、 與A/D轉換中斷有關的寄存器中斷允許控制寄存器IE中的EADC位(D5位)用于開放ADC中斷，EA位（D7位）用于開放CPU中斷；中斷優(yōu)先級寄存器IP中的PADC位（D5位）和IPH中的PADCH位（D5位）用于設置A/D中斷的優(yōu)先級.在中斷服務程序中，要使用軟件將A/D中斷標志位ADC_FLAG（也是A/D轉換結束標志位)清0.2。2 LMDZ3

13、5簡介TS-LM35溫度傳感器是由LM35CZ/DZ 集成電路溫度傳感器外加金屬套密封組裝而成，其輸出電壓與攝氏溫度成線性比例關系,無需外部校準，在-55+150溫度范圍內精度為0。4±0。75。，輸出電壓與攝氏溫度對應，使用極為方便。靈敏度為10.0mV/，重復性好，輸出阻抗低，電路接口簡單和方便，可單電源和正負電源工作。是一種得到廣泛使用的溫度傳感器。LM35技術特性: 溫度范圍：LM35DZ 0100；LM35CZ 40110 在攝氏溫度下直接校準 線性刻度系數： +10.0mV/ 精度：0。5 (在25) 工作電壓為430V 功耗:小于60uA 自熱效應小于0。08 非線性：

14、±0.25 輸出阻抗：0。1/1mA 輸出電壓：+6V-1。0V適合于遠程應用 輸出電流 10mA:2。3 硬件原理圖設計該系統(tǒng)硬件原理圖可大體分為這幾個模塊： 串行通信模塊、模擬信號處理模塊、4*7LED顯示模塊以及電源模塊等。1、 串行通信模塊原理圖如下：本通信過程采用RS232方式進行,由于單片機中的UART和電腦串口RS232的區(qū)別僅在于電平的不同,電腦串口采用232電平，而單片機UART則采用TTL電平,如果不進行電平轉換，單片機跟電腦串口就不能進行直接通信,RS232是UART的一種就意味著通信協(xié)議的格式是一樣的，只要電平統(tǒng)一了,兩者之間就可以直接通信,此處應用了MAX2

15、32這一芯片，MAX232對兩者之間通信的數據沒有任何作用,僅僅是中介而已，而其只是負責將兩者之間的電平進行統(tǒng)一,使兩者之間沒有通信障礙。另外,MAX232芯片采用單+5V電源供電，僅需幾個外接電容即可完成從TTL到RS232電平的轉換，共兩路。其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳(T1IN)、14腳（T1OUT)為第一數據通道。8腳(R2IN)、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT)為第二數據通道.TTL/CMOS數據從T1IN、T2IN輸入轉換成RS-232數據從T1OUT、T2OUT送到電腦DP9插頭；DP9插頭的RS232數據從R1IN、R2IN輸入

16、轉換成TTL/CMOS數據后從R1OUT、R2OUT輸出。2、 模擬信號處理模塊原理圖如下：此處，我們處理采集到的模擬量電壓信號是采用了LM324集成運算放大器管腳排列圖見圖2-2。LM324系列由四個獨立的帶有差動輸入的，高增益，內部頻率補償運算放大器，其中專為從單電源供電的電壓范圍經營。從分裂電源的操作也有可能和低電源電流消耗是獨立的電源電壓的幅度。與單電源應用場合的標準運算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點。該四放大器可以工作在低到3。0伏或者高到32伏的電源下，靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負電源，因而消除了在許多應用場合中采用外部偏置元件的必要性。每一組運算

17、放大器可用圖1所示的符號來表示，它有5個引出腳,其中“+”、“"為兩個信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負電源端，“Vo”為輸出端.兩個信號輸入端中，Vi（)為反相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的位相反；Vi+（+）為同相輸入端,表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。圖2-2 LM324集成運算放大器管腳排列圖此模擬量處理模塊設計的使用起來比較靈活，圖中左邊的兩路放大器都設計成了電壓跟隨器的形式，這樣就減少了輸入信號的損失。我們可以將傳感器所測得標準電壓信號或者電流信號通過P9或者P10接入(也可以使用杜邦線通過J7或者J8接入信號)LM324的其中一路放大器,

18、然后再經過第二級放大使得處理后的電壓信號輸出到J9。做此課程設計時我們采用的是LM35DZ溫度測量傳感器，我們把它的輸出信號連接到J8的2腳,由此出輸入我們的采集到的信號。我們將上面的一路放大器的輸入調至零，然后再經過后一級放大器，將兩者之差放大5倍。3、 4*7LED顯示模塊原理圖如下：由圖中可以看出,我們將數碼管的斷碼端接到了單片機的P2口，控制端接到了P0口的低四位。圖中Q2、Q3、Q4、Q5為開關型三極管此處用作數碼管的選通控制.3. 系統(tǒng)軟件設計3。1程序代碼根據下位機軟件設計任務的要求,我們可以把程序代碼分為一下幾個模塊：初始化模塊、按鍵掃描模塊、A/D轉換數據獲取模塊、串行口通信

19、模塊、運算處理模塊、延時模塊等。其中初始化模塊包括程序當中使用的變量的初始化和串行口通信方式初始化還有A/D轉換模塊的初始化，按鍵掃描模塊是用于按鍵控制系統(tǒng)時用來響應按鍵被按下時的，A/D轉換數據獲取模塊部分可以用查詢方式，也可以使用中斷的方式實現，串行口通信模塊用來接收上位機發(fā)送來的命令，以控制和監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài),運算處理模塊包括多字節(jié)之間的加減乘除運算，延時模塊用于程序中一小段時間的等待。匯編語言編寫的程序代碼如下：$ INCLUDE (STC12C5A.INC);定義變量千百十個QIAN EQU 60HBAI EQU 61HSHI EQU 62HGEWEI EQU 63HTEMPMH EQU

20、 64H TEMPML EQU 65H COUNT EQU 66H TEMPMMH EQU 67HTEMPMML EQU 68HORG 0000HLJMP MAINORG 0023HLJMP TONGXINORG 002BHLJMP ADC_ISR ORG 0080HMAIN： LCALL MAIN_INIT LCALL UART1_INIT LCALL ADC_INITAAA： LCALL SCANFKEYV LCALL DISPLAY SJMP AAAMAIN_INIT： MOV SP,70H MOV QIAN，00H MOV BAI,00H MOV SHI,#00H MOV GEWEI，

21、#00H MOV COUNT,#00H MOV KEYVALUE,#00H MOV TEMPMH,00H MOV TEMPML,00H MOV TEMPMMH，#00H MOV TEMPMML,#00H RETUART1_INIT: MOV AUXR，#11H MOV BRT，#0FDH MOV SCON,50H MOV PCON,00H SETB EASETB ESRETSCANFKEYV: MOV P1，0FFHMOV A,P1CJNE A，0FDH,KEYS2LCALL DELAY10MSMOV A，P1CJNE A，#0FDH，KEYS2SETB EADCSJMP NOKEYKEYS2

22、:CJNE A,0EFH，KEYS3LCALL DELAY10MSMOV A，P1CJNE A,#0EFH，KEYS3CLR EADCSJMP NOKEYKEYS3：CJNE A,#0DFH，KEYS4LCALL DELAY10MSMOV A，P1CJNE A，0DFH，KEYS4CLR P0。4CLR EAMOV R7,04HA21: MOV A,01HMOV SBUF，AJNB TI,$CLR TIDJNZ R7，A21SETB EASJMP NOKEYKEYS4：CJNE A,#0BFH,NOKEYLCALL DELAY10MSMOV A，P1CJNE A，#0BFH,NOKEYSETB

23、 P0。4CLR EA MOV R7,04HA22: MOV A,#02HMOV SBUF,AJNB TI，$CLR TIDJNZ R7，A22SETB EASJMP NOKEYNOKEY:RETADC_INIT: MOV P1ASF,#01HMOV ADC_RES,#00HMOV ADC_RESL,00HMOV AUXR1,04HMOV ADC_CONTR,#088HLCALL DELAY10MS;SETB EADCRETTONGXIN: CLR RIMOV A，SBUFCJNE A,#46H，COMPENDSETB EADCCOMPEND:CJNE A,47H,STAR1CLR EADCS

24、TAR1: CJNE A,51H，STAR2 CLR P0.4STAR2: CJNE A，03H,END1CLR P0。5END1: CJNE A,#54H，END2SETB P0.4END2： CJNE A，04,OUTTONGXINSETB P0。5OUTTONGXIN:RETIADC_ISR: PUSH PSWPUSH ACCINC COUNTANL ADC_CONTR，0EFHMOV TEMPMH，ADC_RESMOV TEMPML，ADC_RESLCLR CMOV A,TEMPMMLADD A，TEMPMLMOV TEMPMML，A MOV A,TEMPMMHADDC A，TEMPM

25、HMOV TEMPMMH，A MOV A，COUNTCJNE A，#20H,OUT0MOV COUNT，#00HMOV R6,TEMPMMHMOV R7,TEMPMMLMOV R4，#00HMOV R5,20HLCALL DBDIVMOV TEMPMH，5FHMOV TEMPML，5CH MOV TEMPMMH，00H MOV TEMPMML，00HLCALL CONVERT MOV R7，4MOV R0,#60HSENDTEMP： MOV A，R0MOV SBUF，AJNB TI,CLR TIINC R0DJNZ R7,SENDTEMPMOV R4，#240A12：DJNZ R4,A11SJ

26、MP OUT0A11: LCALL SCANFKEYVLCALL DISPLAYSJMP A12OUT0:ORL ADC_CONTR，#08HPOP ACCPOP PSWRETI CONVERT: MOV R2,TEMPMH MOV R3,TEMPML MOV R6，#03H MOV R7，0E8H LCALL DBMUL MOV R3,56H MOV R4，57H MOV R5，58H MOV R2,#04H MOV R1,#00H LCALL TDSDIV MOV R6，5BH MOV R7,5AH MOV R4,03H MOV R5,0E8H LCALL DBDIV MOV QIAN,5

27、CH MOV R6，5DH MOV R7，5EH MOV R4,00H MOV R5,#64H LCALL DBDIV MOV BAI，5CH MOV R6,5DH MOV R7，5EH MOV R4,#00H MOV R5，#0AH LCALL DBDIV MOV SHI,5CH MOV GEWEI,5EHOUT： RET DBMUL： MOV A，R3 MOV B，R7 MUL AB XCH A，R7 MOV R5，B MOV B，R2 MUL AB ADD A，R5 MOV R4，A CLR A ADDC A,B MOV R5,A MOV A,R6 MOV B,R3 MUL AB ADD

28、 A,R4 XCH A，R6 XCH A,B ADDC A，R5 MOV R5，A MOV F0，C MOV A，R2 MUL AB ADD A，R5 MOV R5，A CLR A MOV ACC。0，C MOV C,F0 ADDC A,B MOV R4，A MOV 56H,R7 MOV 57H，R6 MOV 58H，R5 MOV 59H,R4 RET TDSDIV： CLR C MOV 30H,#0 MOV 31H,0 MOV 32H，#0 TDSDIV_LOOP： CLR C MOV A,R3 SUBB A,R1 MOV R3，A MOV A,R4 SUBB A,R2 MOV R4，A M

29、OV A,R5 SUBB A，#0 MOV R5，A JC TDSDIV_END _INC_SHANG： CLR C MOV A，30H ADDC A,#1 MOV 30H，A MOV A，31H ADDC A，0 MOV 31H，A MOV A，32H ADDC A，0 MOV 32H,A LJMP TDSDIV_LOOP TDSDIV_END： CLR C MOV A,R1 ADDC A,R3 MOV A,R2 ADDC A,R4 MOV R3，30H MOV R4,31H MOV 5AH，R3 MOV 5BH,R4 RET DBDIV： CLR C CLR A MOV R2,A MOV

30、R3,A MOV B，#10HLOOP： MOV A,R7 RLC A MOV R7，A MOV A，R6 RLC A MOV R6,A MOV A,R3 RLC A MOV R3，A MOV A,R2 RLC A MOV R2,A CLR C MOV A，R3 SUBB A,R5 PUSH ACC MOV A,R2 SUBB A，R4 JBC CY,LOOP0 MOV R2，A POP ACC MOV R3，A SETB C SJMP LOOP1LOOP0: POP ACCLOOP1: DJNZ B，LOOP MOV A,R7 RLC A MOV R7,A MOV A,R6 RLC A MO

31、V R6,A MOV A,R2 MOV R4，A MOV A,R3 MOV R5，A MOV 5CH,R7 MOV 5DH,R4 MOV 5EH，R5 MOV 5FH,R6 RETDISPLAY： MOV DPTR, #TABLE MOV A，GEWEI MOVC A，A+DPTR MOV P2,A CLR P0.0 LCALL DELAY10MS SETB P0。0 MOV A,SHI MOVC A，A+DPTR ORL A,80H MOV P2,A CLR P0。1 LCALL DELAY10MS SETB P0。1 MOV A,BAI MOVC A,A+DPTR MOV P2,A CLR

32、 P0。2 LCALL DELAY10MS SETB P0.2 MOV A,QIAN MOVC A，A+DPTR MOV P2，A CLR P0.3 LCALL DELAY10MS SETB P0.3 RET DELAY10MS: MOV R6，10D1: MOV R7,#248 DJNZ R7，$ DJNZ R6,D1 RETDELAY100MS: MOV R6，#200D2: MOV R7,248 DJNZ R7,$ DJNZ R6,D1 RETTABLE:DB 3FH,06H，5BH，4FH,66H,6DH, ； 0 1 2 3 4 5 DB 7DH,07H 7FH，6FH,00H,40

33、H， ; 6 7 8 9 + - END 3.3 系統(tǒng)軟件設計調試程序代碼編寫完成以后再開發(fā)環(huán)境中編譯看是否通過,如檢查到有錯誤編譯系統(tǒng)就會報錯，然后再根據提示進行修改，至沒有錯誤時,再重新編譯文件并生成.hex文件.將此文件燒錄到STC12C5A60S2單片機中，連接好硬件電路,給系統(tǒng)上電。觀察四位共陰極數碼管上面是否顯示出我們想要顯示的溫度數據,如不能再修改程序代碼，重新編譯,重新燒錄程序,觀察結果此過程重復進行，直到所采集溫度數據能在數碼管上面穩(wěn)定顯示并且準確度較高。此模塊疏通后再加入串行通信部分代碼,首先用串口助手測試數據的收發(fā)，看單片機與上位機之間能否正常收發(fā)數據，如不能修改代碼，再編譯、燒錄、觀察，直到數據收發(fā)正常為止.最后將按鍵掃描部分加入，調試方法同上，直到下位機