基于51單片機的頻率溫度測量系統(tǒng)報告

實訓任務實訓目的掌握從事電子類高級專業(yè)人才必須具備的單片機基本理論、基礎技能，接口及應用技術。同時通過實訓，使學生對于單片機的組成原理和結構有比較深刻的理解，掌握單片機應用系統(tǒng)的設計方法，可比較靈活地使用單片機構成系統(tǒng)的外圍芯片，具備單片機軟件設計和編程能力。培養(yǎng)學生分析、解決電子電路應用問題的能力。為以后從事自動化類工作打下深厚基礎。實訓要求用PROTEL99畫出原理圖；用實驗板搭建該單片機系統(tǒng)；用C語言編寫程序（keil）；改變電容頻率顯示發(fā)生變化；可測溫度范圍0℃~100℃通過按鍵實現(xiàn)頻率與溫度的切換顯示?？蓽y得占空比；（發(fā)揮部分）增加一個按鍵，可以設定上下限值（發(fā)揮部分）實訓方案該單片機系統(tǒng)用臺灣宏晶STC單片機系列為核心，用NEC555產生可調的振蕩頻率，輸送給單片機外部中斷口，單片機啟動定時器定時，將每秒中的脈沖個數(shù)記下，即可得到頻率；給鉑電阻一個恒壓，將鉑電阻產生的電壓信號經運算放大器放大后，送到單片機內部A/D，再經過標度變換即可求得溫度。這兩個功能可以通過兩個按鍵相互轉換。顯示采用數(shù)碼管顯示，靜態(tài)方式。用單片機的串行口轉成并行來控制數(shù)碼管的顯示。圖1.1系統(tǒng)原理框圖電源模塊原理圖設計圖2.1電源模塊將220V交流電經保險絲接入開關電源模塊，輸出5V直流電壓經開關后用一大一小兩電容進行再濾波，用一個紅色的led來顯示開關的狀態(tài)，當然需要加一個限流電阻，由該led的額定電壓為2.4v額定電流為24ma故限流電阻R2=(5V-2.4V）/24ma單片機模塊及其下載模塊原理圖設計圖3.1單片機模塊設計、單片機采用STC12C5A08AD也是51系列單片機，右邊是51單片機的典型時鐘電路和復位電路，左邊的兩個上拉電阻是用來切換頻率溫度顯示。圖3.2單片機下載模塊這是RS232電平（串口電平）轉TTL電平電路，構成單片機和電腦的通路，再采用STC_ISP軟件進行下載。顯示模塊原理圖設計圖4.1顯示模塊原理圖采用八段共陽數(shù)碼管顯示頻率和溫度，由于他們的額定電壓時3,8v，每段靜態(tài)額定電流為10ma，故限流電阻R1=(5-3.8）V/(10*24)ma。用移位寄存器74LS164把單片機輸出的串行數(shù)據(jù)轉成并行輸出給數(shù)碼管。程序設計#include<reg51.h>//包含單片機寄存器的頭文件 sbitsclk=P2^1;sbitsda=P2^2;inttab[10]={0x03,0xf3,0x25,0x0d,0x99,0x49,0x41,0x1f,0x01,0x09};//共陽數(shù)碼管0~9編碼voiddelay(xms)//延時程序{ inti,j; for(i=xms;i>0;i--) for(j=110;j>0;j--);}voidbit_out(biti)//給74ls164寫入一位數(shù){sclk=0;sda=i;sclk=1;//上跳沿時寫入數(shù)據(jù)}voidleddisp(intnum)//把一個三位數(shù)顯示到數(shù)碼管上{ chari,j; intge,bai,shi;//把三位數(shù)變成3個一位數(shù) bai=num/100; shi=(num%100)/10; ge=num%10; for(i=0;i<3;i++)//每次寫一個數(shù) { switch(i)//由于是移位寄存器是故先寫個位數(shù)，再寫十位數(shù)，最后寫百位數(shù) { case0: j=ge;break; case1: j=shi;break; case2: j=bai;break; } //把每個數(shù)對應的八位編碼從低位到高位寫入到74ls164 bit_out((bit)(tab[j]&0x01));/*段碼二進制的最低位*/ bit_out((bit)(tab[j]&0x02)); bit_out((bit)(tab[j]&0x04)); bit_out((bit)(tab[j]&0x08)); bit_out((bit)(tab[j]&0x10)); bit_out((bit)(tab[j]&0x20)); bit_out((bit)(tab[j]&0x40)); bit_out((bit)(tab[j]&0x80));/*段碼二進制的最高位*/ } /*輸出段碼，顯示數(shù)字*/}voidmain(){ while(1) { leddisp(789); delay(100); } }頻率模塊原理圖設計圖5.1555頻率模塊原理圖這是555構成的多諧振蕩器用來產生方波信號，產生的頻率為f=1/(ln2*C11*(R4+2R3))程序設計#include<reg51.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintucharflag=0;uintcount=0;intnum1=0;///////ledisp同上///////frequencyvoidinit_t0t1()//初始化計數(shù)器和定時器{ TMOD=0X51;//0101,0001計數(shù)器1方式1，定時器0方式1 TH1=0; TL1=0;//計數(shù)器清零 TH0=(65536-5000)/256; TL0=(65536-5000)%256;//計時器置初值使50ms溢出 EA=1; ET0=1; TR0=1; TR1=1;}intread()//讀出計數(shù)器對15號引腳的計數(shù)值{ uchartl,th; intval; th=TH1; tl=TL1; val=th*256+tl; returnval; }voidt0()interrupt1//T0的中斷服務程序，每50ms執(zhí)行一次，目的是定時1s{ TH0=(65536-5000)/256;//重置初值 TL0=(65536-5000)%256; count++; //每過50ms加1 if(count>=20) //20個50ms即是一秒 { count=0; flag=1; }}voidmain(){ init_t0t1();//調用T0，T1初始化程序 while(1) { if(flag==1)//一秒時間到 { TR0=0; //關掉定時器計數(shù)器，防止中斷 TR1=0; num1=read();//1s時間到就把讀出計數(shù)器的值，此值就是頻率 leddisp(num1);//顯示頻率 delay(100); TH1=0; TL1=0;//計數(shù)器清零 TH0=(65536-5000)/256; TL0=(65536-5000)%256;//重置初值 flag=0;//flag清零 TR0=1;//重新打開定時器計數(shù)器 TR1=1; } }}溫度采集模塊原理圖設計圖6.1溫度測量模塊左下角是利用TL431構成的穩(wěn)壓電源，輸出電壓為V5=Vref/R16*(R15+R16)=3.3v其中Vref=2.5v由運放的虛短性質知V6=3.3V，故流過R11的電流為1ma，由運放的虛斷性質知流過PT100的電流也為1ma恒流。再由PT100的溫度電阻特性如下圖可知溫度T=（Vpt(mv)-100*1）/0.385T>0右邊是一個差分放大電路放大倍數(shù)op=（1+R8/R6），故Vout=op*Vpt程序設計#include<reg51.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint #defineADC_FLAG0X10;constdoublevin=5000;//電源電壓，需要實測constdoubleiin=3.3/3.3;//流過PT的電流3.3v/3.3k，需要實測constdoubleop=(1080/108);//lm358的1號管腳(1v左右)除以67號管腳電壓100mv左右，需要實測constucharc=18;inta[18];constdoubled=2;ucharcount2=0;ucharflag2;intnum1=0;//數(shù)碼管顯示溫度//inttemp3; sfr ADC_CONTR=0XBC;//控制寄存器sfrADC_RES=0XBD;//轉換結果的高八位寄存器sfr ADC_RESL=0XBE;//轉換結果的低八位寄存器sfrP1ASF=0X9D;//P1第二功能控制寄存器/////////////leddispsbitsclk=P2^1;sbitsda=P2^2;inttab[10]={0x03,0xf3,0x25,0x0d,0x99,0x49,0x41,0x1f,0x01,0x09};voiddelay(xms);////////////////////////////////////////lvbovoidgetdata(intnum3)//把轉換結果存進數(shù)組a[]{ if(count2<=(c-1)) { a[count2]=num3; count2++; } else { count2=0; flag2=1; } }intlvbo(int*p)//濾波程序，去掉最大和最小，剩下的取平均{intsum,val; chari,j; inttemp; for(i=0;i<=(c-2);i++) { for(j=i+1;j<=(c-1);j++) { if((p[i])<(p[j])) { temp=p[i]; p[i]=p[j]; p[j]=temp; } } } for(i=d;i<=(c-d-1);i++) {sum+=p[i]; } val=sum/(c-2*d); returnval; //returnp[(c+1)/2];}////////////////////////////////wenduvoidinit_ad() //初始化ad{ P1ASF=0X01;//只把P1.0作為ad用 ADC_RES=0X00; ADC_RESL=0X00;//轉換結果寄存器清零 ADC_CONTR=0x88;//1010,100;打開ad轉換電源，設定轉換速度，選擇p1.0作為ad通道 delay(2); IE=0XA0;//允許ad中斷}voidadc()interrupt5//把轉換完成，就把10位結果放入temp3，并開始下一次轉換{ inttemp3,temp4;///////////////////////////////////////////////////////// ADC_CONTR&=!ADC_FLAG;//把flag位清零 temp3=ADC_RES; temp4=ADC_RESL&0x03;////////////////////////////////////////////////////////////////// temp3=temp3*4+temp4; getdata(temp3); ADC_CONTR=0x88; }//////////////// leddisp同上voidmain(){ doubletemp1,temp2,temp3,temp4,temp5; intnum3;init_ad(); while(1) { if(flag2==1)//計滿18個數(shù)，開始濾波，然后計算溫度 { flag2=0; EA=0;//不允許中斷 num3=lvbo(a);//開始濾波 temp1=(vin*num3/1024); //測得的1號管腳電壓值 temp2=temp1/op/iin-100;//測得的增加的電阻 num1=(int)((temp2/0.3851+0.5)); //溫度 num1=(num1+temp3+temp4+temp5)/4;//取前三次和本次測得溫度的平均值 temp3=temp4; temp4=temp5; temp5=num1; EA=1; } leddisp(num1); //顯示溫度 delay(1000); }}總電路圖圖7.1總原理圖總程序圖#include<reg51.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint #defineADC_FLAG0X10;constdoublevin=5000;//電源電壓，需要實測constdoubleiin=3.3/3.3;//流過PT的電流3.3v/3.3k，需要實測constdoubleop=(1080/108);//lm358的1號管腳(1v左右)除以67號管腳電壓100mv左右，需要實測constucharc=18;inta[18];constdoubled=2;ucharcount2=0;ucharflag2;////////////frequcharflag=0;uintcount=0;///////////////////intnum1=0;//數(shù)碼管顯示溫度//inttemp3;///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// sfr ADC_CONTR=0XBC;//控制寄存器sfrADC_RES=0XBD;//轉換結果高八位寄存器sfr ADC_RESL=0XBE;//轉換結果的低八位寄存器sfrP1ASF=0X9D;//P1第二功能控制寄存器//sfrAUXR1=0XA2;/////////////leddispsbitsclk=P2^1;sbitsda=P2^2;inttab[10]={0x03,0xf3,0x25,0x0d,0x99,0x49,0x41,0x1f,0x01,0x09};////////sbitfreq=P2^7;sbitwendu=P0^4;/////////////// leddispvoiddelay(xms){ inti,j; for(i=xms;i>0;i--) for(j=110;j>0;j--);}voidbit_out(biti){sclk=0;sda=i;sclk=1;}voidleddisp(intnum2){ chari,j; intge,bai,shi; bai=num2/100; shi=(num2%100)/10; ge=num2%10; for(i=0;i<3;i++) { switch(i) { case0: j=ge;break; case1: j=shi;break; case2: j=bai;break; } bit_out((bit)(tab[j]&0x01));/*段碼二進制的最低位*/ bit_out((bit)(tab[j]&0x02)); bit_out((bit)(tab[j]&0x04)); bit_out((bit)(tab[j]&0x08)); bit_out((bit)(tab[j]&0x10)); bit_out((bit)(tab[j]&0x20)); bit_out((bit)(tab[j]&0x40)); bit_out((bit)(tab[j]&0x80));/*段碼二進制的最高位*/ } /*輸出段碼，顯示數(shù)字*/}////////////////////frequencyvoidinit_t0t1(){ TMOD=0X51;//0101,0001計數(shù)器1方式1，定時器0方式1 TH1=0; TL1=0;//計數(shù)器清零 TH0=(65536-5000)/256; TL0=(65536-5000)%256;//計時50ms溢出 EA=1; ET0=1; TR0=1; TR1=1;}intread(){ uchartl,th; intval; th=TH1; tl=TL1; val=th*256+tl; returnval; }voidt0()interrupt1//定時1s，就把flag變?yōu)?{ TH0=(65536-5000)/256; TL0=(65536-5000)%256; count++; if(count>=20) { count=0; flag=1; }}////////////////////////////////////////lvbovoidgetdata(intnum3){ if(count2<=(c-1)) { a[count2]=num3; count2++; } else { count2=0; flag2=1; } }intlvbo(int*p){intsum,val; chari,j; inttemp; for(i=0;i<=(c-2);i++) { for(j=i+1;j<=(c-1);j++) { if((p[i])<(p[j])) { temp=p[i]; p[i]=p[j]; p[j]=temp; } } } for(i=d;i<=(c-d-1);i++) {sum+=p[i]; } val=sum/(c-2*d); returnval; //returnp[(c+1)/2];}////////////////////////////////wenduvoidinit_ad(){ P1ASF=0X01;//只把P1.0作為ad用 ADC_RES=0X00; ADC_RESL=0X00;//轉換結果寄存器清零 ADC_CONTR=0x88;//1010,100;打開ad轉換電源，設定轉換速度，選擇p1.0作為ad通道 //AUXR1|=0x04; delay(2); IE=0XA0;//允許ad中斷}voidadc()interrupt5{ inttemp3,temp4;///////////////////////////////////////////////////////// ADC_CONTR&=!ADC_FLAG;//把flag位清零 temp3=ADC_RES; temp4=ADC_RESL&0x03;////////////////////////////////////////////////////////////////// temp3=temp3*4+temp4; getdata(temp3); ADC_CONTR=0x88; }//////////////////////////////voidmai