4路溫度采集與顯示系統(tǒng)設(shè)計徐

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè) 工 業(yè) 大 學 單片機與接口技術(shù) 課程設(shè)計（論文）題目： 4路溫度采集與顯示系統(tǒng)設(shè)計 院（系）： 專業(yè)班級： 學 號： 學生姓名： 指導教師： 教師職稱： 起止時間： 課程設(shè)計（論文）任務(wù)及評語院（系）：信息科學與工程學院 教研室：自動化學 號學生姓名專業(yè)班級課程設(shè)計（論文）題目4路溫度采集與顯示系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計（論文）任務(wù)該系統(tǒng)應(yīng)具備如下功能要求采用8751單片機作控制器，選用ADC0809、顯示電路及外擴的RAM、EPROM一起構(gòu)成4路溫度采集與顯示系統(tǒng)。1、采用

2、8051單片機。2、采用3位LED數(shù)碼管，顯示整數(shù)值。3、外擴2KB RAM和4KB EPROM4、檢測范圍是0+100。5、開機或復位后，在LED最右端顯示“H”，以提示系統(tǒng)正常；6、正常運行時，不斷采集溫度并送顯示。自選合適的單片機芯片組成單片機應(yīng)用系統(tǒng)，該系統(tǒng)應(yīng)滿足如下設(shè)計要求：1、單片機最小系統(tǒng)設(shè)計；2、單片機與A/D轉(zhuǎn)換接口電路設(shè)計；3、溫度檢測及變換電路設(shè)計；4、要求認真獨立完成所規(guī)定的全部內(nèi)容；所設(shè)計的內(nèi)容要求正確、合理；5、按學校規(guī)定的書寫格式，撰寫、打印設(shè)計說明書一份；設(shè)計說明書應(yīng)在4000字以上；指導教師評語及成績成績： 指導教師簽字： 年 月 日目 錄 TOC o 1-3

3、 h z u 1 設(shè)計任務(wù)要求利用LM35D實現(xiàn)了局部溫度范圍的監(jiān)測。即利用電壓型溫度傳感器LM35D采集室溫并產(chǎn)生10mv/的電壓信號；采用A/D轉(zhuǎn)換器將放大后的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號；實時顯示轉(zhuǎn)換后的室溫；通過單片機實現(xiàn)高溫，低溫報警。經(jīng)實驗調(diào)試，用該方法對0-100范圍溫度測溫時，測量誤差為+0.4。LM35D是精度集成的電路溫度傳感器，線性好（10Mv/），寬量程（0-100），它的輸出電壓與攝氏溫度線性成比例，無需外部校準或微調(diào)來提供0.4的常用的室溫精度，編程時易于實現(xiàn)。LM35D采集到的微弱電壓信號經(jīng)過放大器OP07放大十倍后送入A/D轉(zhuǎn)換器（ADC0809）的輸入端，ADC08

4、09將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號后傳給8051，選用4個共陰極8段數(shù)碼顯示管用于靜態(tài)顯示當前測量溫度。用單片機RXD和TXD外接74LS164移位寄存器驅(qū)動數(shù)碼管，使LED八段數(shù)碼管動態(tài)顯示室溫。2 方案比較方案一 采用8031作為控制核心,以使用最為普遍的器件ADC0809作模數(shù)轉(zhuǎn)換,控制上使用對電阻絲加電使其升溫和開動風扇使其降溫。此方案簡易可行,器件的價格便宜,但8031內(nèi)部沒有程序存儲器,需要擴展,增加了電路的復雜性,且ADC0809是8位的模數(shù)轉(zhuǎn)換,不能滿足本題目的精度要求。 方案二 采用比較流行的AT80C51作為電路的控制核心, AT80C51不但與8051，8052 指令，管腳完全

5、兼容，而且其片內(nèi)的程序存儲器采用FLASH 工藝，用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫。AT80C51 單片機還支持在線編程，用戶通過簡單的電路連接就可以將電腦里的程序下載到單片機中，減少調(diào)試程序時不斷拆卸和插入給芯片帶來的損壞。此外AT80C51單片機有8 KB的程序存儲器和256 B 的數(shù)據(jù)存儲器，不需外部擴展存儲芯片，可以降低硬件電路的復雜度。此方案電路簡單并且可以滿足題目中的各項要求的精度。綜上所述，我們選擇方案二。3單元電路設(shè)計四路溫度采集與顯示主要由溫度采集與A/D轉(zhuǎn)換、8051單片機、外擴2KB RAM、外擴4KB EPROM和3位數(shù)字顯示系統(tǒng)五部分組成。構(gòu)成整個系統(tǒng)的五部分功能如下

6、：1 溫度采集電路。（1） 電壓型溫度傳感器LM35DLM35D輸出電壓正比攝氏溫度成正比，其靈敏度為10mV/；溫度范圍0-100；電壓為4-30V，可直接用溫控電路的電源，但要加一個隔離二極管及平滑電容C；精度為1；最大線性誤差為0.5；靜態(tài)電流為80uA；輸出電壓接數(shù)字萬用表2V直流電壓檔，可讀出分辨率為0.1的溫度讀數(shù)。如表上讀數(shù)為28mV，即溫度為28.7。該傳感器的最大特點是使用時無需外圍元件，也無需調(diào)試和校正（標定），把測溫傳感器與放大電路做在一個硅片上，形成一個集成溫度傳感器。（2） 放大電路圖1為系統(tǒng)的放大電路部分。LM35D靈敏度為10mV/，如果室溫為26，那么經(jīng)LM35

7、D采集室溫后得到的電壓信號為0.26mV，將此信號在整個硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)中放大100倍，之后將其送入驅(qū)動電路，即可在LED數(shù)碼管上顯示室溫。LM35D的輸出端經(jīng)過15k的電阻和10uF的電容可使采集到的與溫度成比例（10mV/）的電壓信號更穩(wěn)定；在放大電路中，取R6為1K是因為好計算放大倍數(shù)，R5用20K的滑動變阻器使這個0.26mV的微弱電壓信號在020的放大倍數(shù)范圍內(nèi)可調(diào)試，在此，將其放大5倍，因此需要將R5調(diào)至10K，這樣經(jīng)放大器OP07放大后的6腳輸出就為放大十倍的電壓信號2.6V。放大電路如圖2-1所示：2 A/D轉(zhuǎn)換電路由ADC0809來完成。ADC0809的引腳功能如下：ADC

8、0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以及微處理機兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機直接接口。 圖2-1 放大電路ADC0809的引腳結(jié)構(gòu)圖如圖2-2所示：IN0IN7：8條模擬量輸入通道 ADC0809對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是05V，若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。 地址輸入和控制線：4條 圖2-2 ADC0809的引腳結(jié)構(gòu)圖ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當ALE線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線的地址信號進行鎖存，經(jīng)譯碼后被

9、選中的通道的模擬量進轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。A，B和C為地址輸入線，用于選通IN0IN7上的一路模擬量輸入。通選擇表如下表所示。表2-1 通道選擇表CBA選擇的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7數(shù)字量輸出及控制線：11條 ST為轉(zhuǎn)換啟動信號。當ST上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時，開始進行A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST應(yīng)保持低電平。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。當EOC為高電平時，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進行A/D轉(zhuǎn)換。OE為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE0，輸出數(shù)據(jù)線呈

10、高阻狀態(tài)。D7D0為數(shù)字量輸出線。 CLK為時鐘輸入信號線。因ADC0809的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為500KHZ， VREF（），VREF（）為參考電壓輸入。ADC0809與8051的接線圖如圖2-3所示：圖2-3 ADC0809與8051的接線圖3 8051單片機是ROM型單片機，內(nèi)部有4KB的掩膜ROM，即單片機生產(chǎn)廠家固化在程序存儲器中，8051單片機具有如下特性： （1） 面向控制的8位CPU； （2） 128B的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器； （3） 可以尋址64KB的片外程序存儲器和64KB的片外數(shù)據(jù)存儲器； （4） 32根雙向和可單獨尋址的I/O線；（5）

11、 一個全雙工和可單獨尋址的I/O線；（6） 兩個16位定時/計數(shù)器；（7） 5個中斷源，兩個中斷優(yōu)先級；（8） 有片內(nèi)時鐘振蕩器；（9） 采用高性能的HMOS生產(chǎn)工藝生產(chǎn)； （10） 有布爾處理（位操作）能力。（11）含基本指令111條，其中單機器周期指令64種8051單片機的引腳圖如圖2-4所示：一、引腳簡要說明1、主電源引腳Vcc和VssVcc（40腳）：主電源接5V圖2-4 8051的引腳圖Vss（20腳）：接地2、時鐘電路引腳XTAL1 和XTAL2XTAL2（18腳）：接外部晶體振蕩器的一端。片內(nèi)是一個振蕩電路反相放大器的輸出端。XTAL1（19腳）：接外部晶體振蕩器的另一端。片內(nèi)是

12、一個振蕩電路反相放大器的輸入端。3、控制信號RST/Vpd、ALE/(/PROG) 、(/EA)/Vpp 和/PSENRST/Vpd（9腳）：復位端。高電平有效，寬度在24個時鐘周期寬度以上，使單片機復位。該引腳有復用功能，Vpd為備用電源輸入端，防止主電源掉電。ALE/（/PROG）（30腳）：地址鎖存信號端。訪問片外存貯器時，ALE作低八位地址的鎖存控制信號。平時不訪問片外存貯器時，該端以六分之一的時鐘振蕩頻率固定輸出脈沖。ALE端負載驅(qū)動能力為8個LSTTL門。該引腳有復用功能， 為片內(nèi)程序存貯器編程（固化）的編程脈沖輸入。/PSEN（29腳）：片外程序存貯器讀選通信號端。負載能力為8L

13、STTL門。(/EA)/Vpp（31腳）：/EA端接高電平時，CPU取指令從片內(nèi)程序存貯器自動順延至片外程序存貯器。 /EA端接低電平時，CPU僅從片外程序存貯器取指令。該引腳有復用功能，Vpp為片內(nèi)程序存貯器編程時的編程電壓。 4、輸入/輸出引腳P0、P1、P2和P3口P0.0P0.7（3932腳）：訪問片外存貯器時作為低八位地址線和八位數(shù)據(jù)線（復用）。負載能力為8個LSTTL門。P1.0P1.7（18腳）： 8位準雙向I/O口。負載能力為3個LSTTL門。P2.0P2.7（2128腳）：訪問片外存貯器時作為高八位地址線。P3.0P3.7（1017腳）：8位準雙向I/O口。負載能力為3個LS

14、TTL門。另外還有專門的第二功能。4 外擴4KB EPROM。EPROM是一種用電信號編程，也用電信號進行擦除的只讀存儲器。此處，用來擴展的4KB EPROM是一片2732 EPROM，2732是4K8位紫外線擦除可編程只讀存儲器，單一+5V電源供電，最大工作電流為100mA,維持電流為35mA，讀出時間最大為250ns.2732為24腳雙列直插式封裝。它與單片機的接口電路如圖2-7所示。5 外擴2KB RAM，8051片內(nèi)有128B的RAM存儲器，在實際應(yīng)用中僅靠這128B的數(shù)據(jù)存儲器是遠遠不夠的。這種情況下可以利用8051單片機所具有的擴展功能，擴展外部數(shù)據(jù)存儲器。此處，擴展2 KB的RA

15、M由一片6116來完成。6116是2K8靜態(tài)隨機存儲器，采用CMOS工藝制造，單一+5V電源供電，額定功率為160mW,典型存取時間200ms，讀出時間最大為250ns，為24線雙列直插式封裝。它與單片機的接口電路如圖2-7所示。6 3位數(shù)字顯示系統(tǒng)圖2-5是靜態(tài)顯示電路示意圖。靜態(tài)顯示是LED數(shù)碼管的各個段都與一個固定驅(qū)動端相連接，每個數(shù)碼管有七段，N個數(shù)碼管就有7N固定固定驅(qū)動端與其相連接。圖中外接74LS164移位寄存器對應(yīng)于各個數(shù)碼管。8051的串行口設(shè)定為方式0輸出。由于被顯示的字形是以字形碼的形式出現(xiàn)。因此，首先在程序中要建立一個字形表SEGPT。該表以16進制數(shù)的次序，存放其相應(yīng)

16、字形碼，把表格的首地址SEGPT，送入基址寄存器DPTR，把要顯示的數(shù)作為偏移量送入變址寄存器A，然后執(zhí)行查表指令MOVC A，A+DPTR，從表中取出對應(yīng)字符的字形碼送到累加器。另外，還要開辟一個顯示緩沖區(qū)DISMO-DISMN，緩沖區(qū)中每個單元對應(yīng)一個LED數(shù)碼管。顯示子程序的作用就是依次將顯示緩沖區(qū)中的內(nèi)容（16進制數(shù)據(jù)）取出，并查表變換成要顯示字符的字形碼，送往數(shù)碼中顯示。因此，凡是需要調(diào)整、更新顯示內(nèi)容時，必須先向顯示緩沖區(qū)的單元送數(shù)，然后再調(diào)用顯示子程序。圖2-5所示的靜態(tài)顯示電路是使用串行口的靜態(tài)LED驅(qū)動接口。利用串行口和移位寄存器作為顯示器的驅(qū)動接口，可以簡化設(shè)計，節(jié)省CPU

17、的顯示接口。在圖2-5中，串行接口工作于方式0。RXD作為輸出端接到移位寄存器74LS164的兩個輸入端A和B，前一個移位寄存器的輸出端也與下一個移位寄存器74LS164的A、B相連，這樣首尾相接，直到傳送3位顯示數(shù)為止。當顯示完以后，先送出的數(shù)顯示在最右端，最后送出的數(shù)顯示在最左邊一位，所以在顯示緩沖區(qū)存數(shù)時要特別注意。圖2-5 靜態(tài)顯示電路示意圖4元件選擇在單片機的程序調(diào)試和運行時，有時需要用復位鍵進行復位，正確的復位是單片機得以正常遠行的前提。所以復位電路是單片機系統(tǒng)必不可少的一部分。此處，復位電路如圖2-6所示。圖2-6 復位電路2.3 擴展系統(tǒng)設(shè)計單片機擴展系統(tǒng)的設(shè)計如圖2-7所示。

18、圖2-7中8D 鎖存器74LS373的三態(tài)控制端1引腳OE接地，以保持輸出常通。其三態(tài)輸出還有一定的驅(qū)動能力，G端與11引腳與ALE相連接，每當ALE下跳變時，外部擴展的4KB EPROM芯片2732是4K8位EPROM器件，有12根地址線A0-A11，2732與8051的連接方法如圖2-3,其中低8位地址線通過鎖存器與8051的P0口相連,高4位地址線與8051的P2.0-P203相連.當8051發(fā)出12位地址信息時,可以選中4kB程序存儲器中任何單元.同樣,2732的8根數(shù)據(jù)線直線與8051的P0口相連.2732的OE端直接與8051的PSEN端相連.2732的片選信號CE接地,顯然該27

19、32占有的地址空間可以為1000H-0FFFH.6116與8051的硬件連接如圖2-7所示.6116的地址線,數(shù)據(jù)線的接法同程序存儲器的接法一樣,6116的寫允許WE和讀允許OE分別與8051的WR(P3.6)和RD(3.7)連接,以實現(xiàn)讀寫控制,6116的片選控制端CE接地常選通.在擴展RAM時,這是一種最簡單的連接方法.圖2-7 擴展4KB EPROM和2KB RAM 4路溫度采集與顯示系統(tǒng)的整機電路設(shè)計如圖2-8所示：圖 2-8 4路溫度采集與顯示系統(tǒng)的整機電路第3章 軟件設(shè)計開 始3.1程序框圖 N系統(tǒng)正常？Y顯示緩沖區(qū)首地址22H送H，其它字節(jié)送暗字符顯示輸出 啟動傳感器溫度傳感器采

20、集啟動A/D轉(zhuǎn)換存儲采集溫度的數(shù)字值讀取溫度值顯示幾路傳感器采集0.5s十進制轉(zhuǎn)換顯示輸出全部顯示一次？YN圖3-1 程序結(jié)構(gòu)框圖3.2程序設(shè)計 這個系統(tǒng)只顯示0-100溫度的整數(shù)部分，整個系統(tǒng)的程序設(shè)計如下：ORG 0000H ;MOV R0, #22H ；將顯示緩存器首地址送入R0MOV R0, #A1H;INC R0 ;MOV R0, #FFH ;INC R0 ;MOV R0, # FFH;LJMP DISPLAY;LJMP DELAY;LJMP DISPLAY ；調(diào)用顯示子程序，顯示系統(tǒng)正常運行 MOV 55H， #01H ；將幾路傳感器工作送入22H單元SET： LJMP START

21、 ；調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換程序MOV 22H， 55H ；顯示幾路傳感器工作MOV R0, 22H ;INC R0 ;MOV R0, #FFH ;INC R0 ;MOV R0, # FFH;MOV A， 55H;INC A;MOV 55H， A ;LJMP DISPLAY ；顯示幾路傳感器工作MOV DPTR， 30H; MOVX A， DPTR;LJMP DATA ；調(diào)用十進制轉(zhuǎn)換子程序INC DPTR;LJMP DISPLAY ；調(diào)用顯示子程序DJNZ 55H，#04H，SET ；四路全部顯示完成后重新顯示第一路LJMP SET;END2 十進制轉(zhuǎn)換子程序DATA： MOV DPTR， 30H M

22、OVX A， DPTR;MOV B， #64H;DIV AB;MOV 24H， A ； 百位數(shù)進 24HMOV A， B;MOV B， #0AH;DIV A， B;MOV 23H， A ；十位數(shù)進 23HMOV A， BMOV 22H， A ；個位數(shù)進 22H RET3 顯示子程序DISPLAY：ORG 60H DISB: DS 3 ；示緩沖區(qū)3字節(jié) ORG 1000H DSP: MOV R7,#3 ；數(shù)位計數(shù)器值為3 MOV R0,22H ；R0指向顯示器緩沖區(qū)首址 MOV A,R0 ；取要顯示的數(shù)據(jù) ADD A,0AH ；加上到SGTAB的偏移量 MOVC A,A+PC ；字型的段碼 MO

23、V SBUF,A ；送串行口輸出 DSP2: JNB TI,DSP2 ；等待輸出結(jié)束 CLR TI ；輸出結(jié)束清TI標志 INC RO ；指向顯示緩沖區(qū)下一位 DJNZ R7,DSP1 ；未顯示完3為則循環(huán) RET ；顯示完則返回 SGTAB: DB 08H ；0 DB 9FH ；1 DB 25H ；2 DB 0DH ；3 DB 99H ；4 DB 49H ；5 DB 41H ；6 DB 1FH ；7 DB 01H ；8 DB 19H ；9 DB A1H ；H DB FFH ；暗字符 4 延時子程序，因為系統(tǒng)不需要精度太高的延時，所以使用這個延時子程序。DELAY： DEL： MOV R5，#

24、100 ；延時0.5sDEL1： MOV R7，#125;DEL2： MOV R6，200;DEL3： DJNZ R6，DEL3; DJNZ R7，DEL2; DJNZ R5，DEL; RET5 A/D轉(zhuǎn)換程序START： MOVR0，#30H；RAM緩沖區(qū)地址置初值MOVR6，#04H ；通道計數(shù)器置初值 MOVR7，#04H ；循環(huán)計數(shù)器置初值CONV1：MOVDPTR，#0FE8H ；通道地址寄存器置初值CONV2：MOVDPTR，A ；啟動A/D轉(zhuǎn)換MOVR5，#0AH ；等待延時DLX：DJNZR5，DLX;WAIT：JBP3.3，WAIT ；等待A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束MOVXA，DPTR ；讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果MO