基于8086微處理器的溫度測控系統(tǒng)設計

1、目錄1緒論.12溫度控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)概況.13系統(tǒng)器件選擇.23.1系統(tǒng)器件選擇.23.2溫度傳感器與A/D轉(zhuǎn)換器的選擇.23.3顯示接口芯片.23.4 8086微處理器及其體系結(jié)構(gòu).24系統(tǒng)各部分功能模塊介紹.34.1溫度測量和控制部分.34.2 ADC0809與8255的連接.5 4.3 8086的可編程外設接口.5 4.4 數(shù)據(jù)顯示部分.6 4.5系統(tǒng)硬件原理圖.75軟件設計.7 5.1系統(tǒng)流程圖.75.2 主程序.75.3 BCD碼轉(zhuǎn)換子程序.95.4顯示子程序.95.5 溫度值設置子程序.96 結(jié)論.117 參考文獻.11基于8086的溫度測控系統(tǒng)設計【摘 要】 本文介紹了一種基于

2、8086微處理器的溫度測控系統(tǒng)，采用溫度傳感器AD590采集溫度數(shù)據(jù)，用CPU控制溫度值穩(wěn)定在預設溫度。當溫度低于預設溫度值時系統(tǒng)啟動電加熱器，當這個溫度高于預設溫度值時斷開電加熱器?！娟P(guān)鍵詞】：微處理器 溫度傳感器 A/D轉(zhuǎn)換器 控制系統(tǒng)1緒論近年來，溫度控制系統(tǒng)不僅在工業(yè)設計、工程建設中應用廣泛，而且在人們?nèi)粘Ｉ钪幸渤３Ｐ枰玫綔囟瓤刂?。溫度控制的應用隨處可見，隨著人們生活質(zhì)量的提高及溫度控制技術(shù)的成熟，溫度控制將更好的服務于社會。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，特別是大規(guī)模集成電路的產(chǎn)生，給人們帶來了根本性的變化，微型計算機的出現(xiàn)則是給現(xiàn)代工業(yè)控制領(lǐng)域帶來了一次新的革命。目前，微處理器8086在工

3、業(yè)控制系統(tǒng)諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應用，由于它具有較好的穩(wěn)定性，更快和更準確的元算精度。如今，微機測控系統(tǒng)的發(fā)展快，應用也很廣泛，它由于體積小、功能強、性能穩(wěn)定、價格低廉等優(yōu)點，使其在工業(yè)控制系統(tǒng)等諸多領(lǐng)域得到了極為廣泛的應用。在此基礎上發(fā)展起來的智能儀器無論是在測量的準確度、靈敏度、可靠性、自動化程度、應用功能等方面或在解決測試技術(shù)問題的深度及廣度方面都有了巨大的發(fā)展，以一種嶄新的面貌展現(xiàn)在人們的面前。2溫度控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)概況溫度信息由溫度傳感器測量并轉(zhuǎn)換成微安級的電流信號，經(jīng)過運算放大電路將溫度傳感器輸出的小信號進行跟隨放大，輸入到A/D轉(zhuǎn)換器（ADC0809）轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸入主機。數(shù)據(jù)

4、經(jīng)過標度轉(zhuǎn)換后，一方面通過數(shù)碼管將溫度顯示出來；另一方面，將該溫度值與設定的溫度值進行比較，調(diào)整電加熱爐的開通情況，從而控制溫度。在斷開電加熱器，溫度仍然異常，報警器發(fā)出聲音報警，提示采取相應的調(diào)整措施。其溫度控制系統(tǒng)的原理框圖如圖2.1所示。電壓跟隨器運算放大電路路 路溫度傳感器A/D轉(zhuǎn)換器微處理器加熱控制電路報警譯碼顯示圖 2.1 系統(tǒng)原理框圖3系統(tǒng)器件選擇3.1 系統(tǒng)擴展接口的選擇 本次設計采用的是8086微處理器，選擇8255A可編程并行接口作為系統(tǒng)的擴展接口，8255A的通用性強，適應靈活，通過它CPU可直接與外設相連接。3.2溫度傳感器與A/D轉(zhuǎn)換器的選擇本系統(tǒng)選用溫度傳感器AD5

5、90構(gòu)成測溫系統(tǒng)。AD590是一種電壓輸入、電流輸出型集成溫度傳感器，測溫范圍為-55-150，非線性誤差在±0、30，其輸出電流與溫度成正比，溫度每升高1K（K為開爾文溫度），輸出電流就增加1uA。其輸出電流I=(273+T)uA。本設計中串聯(lián)電阻的阻值選用10K，所以輸出電壓V+=(2730 + 10T)MV.另外，為滿足系統(tǒng)輸入模擬量進行處理的功能，對其再擴展一片ADC0809，以進行模擬數(shù)字量轉(zhuǎn)化。3.3 顯示接口芯片為滿足本次設計溫度顯示的需要，我們選擇了8279芯片，INTEL8279芯片是一種通用的可編程的鍵盤、顯示接口器件，單個芯片就能完成鍵盤鍵入和LED顯示控制兩種

6、功能。3.4 8086微處理器及其體系結(jié)構(gòu)3.4.1 8086CPU的編程結(jié)構(gòu)編程結(jié)構(gòu)：是指從程序員和使用者的角度看到的結(jié)構(gòu)，亦可稱為功能結(jié)構(gòu)。從功能上來看，8086CPU可分為兩部分，即總線接口部件BIU（Bus Interface Unit）和執(zhí)行部件EU（Execution Unit）。8086CPU的內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)如圖3.1所示:圖3.1 8086/8088CPU內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)圖3.4.2執(zhí)行部件（EU）功能：負責指令的執(zhí)行。組成：包括ALU(算術(shù)邏輯單元)、通用寄存器組、標志寄存器等，主要進行8位及16位的各種運算。3.4.3總線接口部件（BIU）功能：負責與存儲器及I/O接口之間的數(shù)據(jù)

7、傳送操作。具體來看，完成取指令送指令隊列，配合執(zhí)行部件的動作，從內(nèi)存單元或I/O端口取操作數(shù)，或者將操作結(jié)果送內(nèi)存單元或者I/O端口。組成：它由段寄存器（DS、CS、ES、SS）、16位指令指針寄存器IP（指向下一條要取出的指令代碼）、20位地址加法器（用來產(chǎn)生20位地址）、6字節(jié)（8088為4字節(jié)）指令隊列緩沖器組成。4 系統(tǒng)各部分功能模塊介紹4.1溫度測量和控制部分4.1.1溫度測量部分A/D590是AD公司生產(chǎn)的一種精度和線度較好的雙端集成傳感器，其輸出電流與絕對溫度有關(guān)，對于電源電壓從5-10V變化只引起1uA最大電流的變化或1攝氏度等效誤差。圖4.1給出了用于獲得正比于絕對溫度的輸出

8、電流的基本溫度敏感電路。A/D590輸出的電流I=（273+T）uA(T為攝氏溫度)。因此測量的電壓V為（273+T）uA×10K=（2.73+T/100）V，為了將電壓測量出來，又務必使電流I不分流出來。使用電壓跟隨器使其輸出電壓V2等于V 。由于一般電源供應多器件之后，電源是帶雜波的，因此使用穩(wěn)壓二極管作為穩(wěn)壓元件，再利用可變電阻分壓，其輸出電壓V1需調(diào)至2.73V。差動放大器其輸出V0 為（100K/10K）×(V2-V1)=T/10，如果現(xiàn)在為攝氏28，輸出電壓為2.8V。輸出電壓接A/D轉(zhuǎn)換器，那么A/D轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)字量就和攝氏溫度成線性比例的關(guān)系。圖 4.1輸出

9、電流的基本溫度敏感電路4.1.2 溫度控制部分 當PC6為高電平時，三極管導通，繼電器吸合，向加熱系統(tǒng)輸出12V電壓加熱；反之，輸入低電平，三極管截止，繼電器斷開，停止加熱。在圖4.2中，二極管的作用是吸收繼電器斷開時產(chǎn)生的浪涌電壓。圖4.2溫度控制圖4.2 ADC0809與8255的連接模擬輸入通道地址A,B,C直接接地，因此ADC0809只對通道IN0輸入的電壓進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。為了減少輸入噪聲其他通道直接接地。ADC0809的數(shù)據(jù)線D0-D7與8255的PB0-PB7相連接。其片選CS與8086的地址/數(shù)據(jù)總線AD14相連接。 圖4.3 ADC0809與8255的連接圖4.3 8086的可編

10、程外設接口電路8255的數(shù)據(jù)口D0-D7與CPU的6根控制線相連接，控制8255A內(nèi)部的各種操作?？刂凭€RESET用來使8255A復位。CS和地址線A1及A0用于芯片選擇和通道尋址。圖 4.4 8086的可編程外設接口電路圖4.4 數(shù)據(jù)顯示部分圖4.5 數(shù)據(jù)顯示圖4.5 系統(tǒng)硬件原理圖圖 4.6系統(tǒng)硬件原理圖5 軟件設計設計的目的是以8086微處理器為控制器，將溫度傳感器輸出的小信號經(jīng)過放大和低通濾波后，送至A/D轉(zhuǎn)換器；微控制器實時采集、顯示溫度值（要求以攝氏度顯示），同時系統(tǒng)還應可設定、控制溫度值，使系統(tǒng)工作在設定溫度。 5.1系統(tǒng)流程圖5.2 主程序通過開始界面，顯示提示信息，調(diào)用溫度子

11、程序，設置溫度。通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集A/D值并求其平均值。調(diào)用BCD碼轉(zhuǎn)換子程序?qū)⑵滢D(zhuǎn)換為十進制溫度值；調(diào)用顯示子程序，如果溫度高于實際溫度，就加熱，反之撥動開關(guān)關(guān)閉，停止加熱。在此過程中，還可以重復設置溫度值。其流程圖如圖5.2所示。N開始系統(tǒng)初始化顯示提示信息調(diào)用溫度值設置子程序?qū)嶋H溫度低于給定值PA0=1加熱8255 PC6=1停止加熱8255 PC6=0顯示提示信息調(diào)用溫度值設置子程序重新設置溫度并將PA0撥到0 以進行重新調(diào)節(jié)有鍵按下返回采集A/D值并求其平均值調(diào)用BCD碼轉(zhuǎn)換子程序?qū)⑵滢D(zhuǎn)換為十進制溫度值調(diào)用顯示子程序YYNYN 圖5.2系統(tǒng)流程圖5.3 BCD碼轉(zhuǎn)換子程序設定溫度為0

12、攝氏度時變換放大電路送出的模擬量為0.0V，此時A/D輸出的數(shù)字量為00H；溫度為76.5時變換器送出對應電壓4.98V，此時A/D輸出的數(shù)字量為FFH，即每0.3對應1LSB的變化量，對應電壓值為19.5mV。報警溫度設定為76.8，此時，輸出電壓約為5.0V左右。其流程圖如圖5.3所示通過移位得到組合BCD碼BCD碼轉(zhuǎn)換子程序?qū)⒉杉玫降钠骄党艘?.3 轉(zhuǎn)換為溫度值返回對其進行非壓縮BCD碼乘法調(diào)整圖 5.3 BCD碼轉(zhuǎn)換子程序流程圖5.4 顯示子程序采用動態(tài)顯示方式，其流程圖如圖5.4所示。5.5 溫度值設置子程序問了避免加熱溫度過高，在程序設計中加了一條，即設定值不能大于76.8，否

13、則就認為有錯系統(tǒng)報警。其流程圖如圖5.5所示。圖5.5溫度值設置流程圖得到溫度值十位上的數(shù)值取出（BL）中的溫度值延時顯示溫度值個位上的數(shù)值通過查表指令得到對應的數(shù)碼管的斷碼先將十進制溫度值（AL）送到(BL)得到溫度值各位上的數(shù)通過查表指令得到對應的數(shù)碼管的斷碼溫度值設置子程序鍵入溫度值十位上的數(shù)值將它存于DI鍵入溫度值個位上的數(shù)值將它存于DI+1將十位上的數(shù)值左移四位并與個位上的數(shù)值既得溫度值設置溫度大于76將溫度值存于DI+1返回聲音報警并顯示錯誤信息返回顯示溫度值十位上的數(shù)值延時返回顯示子程序NY圖 5.4動態(tài)顯示方式流程圖6 結(jié)論本設計采用的單片機是作為現(xiàn)代工業(yè)中最常用的集成芯片。具

14、有體積小、重量輕、抗干擾能力強、對環(huán)境要求不高、價格低廉、可靠性高、靈活性好、易于推廣應用等顯著優(yōu)點，通過軟件邏輯控制實現(xiàn)對溫度的控制和調(diào)節(jié)。本文的溫度控制系統(tǒng)，只是單片機廣泛應用于各行各業(yè)中的一例。本設計中應用了許多單片機芯片和單片機常用的外部設，單片機芯片如：ADC0809，8255等。單片機外部設備如：溫度檢測元件AD590，鍵盤和顯示系統(tǒng)中的LED顯示器等。該系統(tǒng)的主要優(yōu)點如下：一、本系統(tǒng)本著簡單可靠的原則完成了設計要求，盡量做到線路簡單，充分利用軟件編程，安裝比較靈活而且價格較低。二、在系統(tǒng)的硬件和軟件設計中，都加有安全設計部分，避免加熱過高造成設備的損壞.在溫度測試的過程中，剛開始的時候有很多東西都不懂，手忙腳亂，慢慢的經(jīng)過一段時間的理解和