智能溫度計課程設(shè)計

《智能儀器》課程設(shè)計說明書學(xué)生姓名：學(xué)號：學(xué)院：機(jī)電工程學(xué)院專業(yè)：電子信息工程技術(shù)題目：智能溫度計指導(dǎo)教師：職稱：

一.課程設(shè)計的目的：本課程是電子信息工程技術(shù)專業(yè)的專業(yè)基本能力訓(xùn)練課程，其目的是通過本課程設(shè)計，使學(xué)生掌握智能儀器的一般設(shè)計方法，熟悉系統(tǒng)硬件和軟件的一般開發(fā)環(huán)境和開發(fā)流程，為設(shè)計和開發(fā)智能儀器打下堅實的基礎(chǔ)。培養(yǎng)學(xué)生基于單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的分析和設(shè)計能力和專業(yè)知識綜合應(yīng)用能力，同時提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力以及實際動手能力，為日后工作奠定良好的基礎(chǔ)。二.設(shè)計題目：智能型溫度測量儀的設(shè)計三.內(nèi)容和規(guī)定四.組織方式1.智能型溫度測量儀的設(shè)計⑴．功能規(guī)定①．配合溫度傳感器，實現(xiàn)溫度的測量；②．具有開機(jī)自檢、自動調(diào)零功能；③．使用220V/50Hz交流電源，設(shè)立電源開關(guān)、電源指示燈和電源保護(hù)功能。⑵．重要技術(shù)指標(biāo)①．測量溫度范圍：0～120℃②．測量誤差：≤1%⑥．顯示方式：4位LED數(shù)碼管顯示被測溫度值。

目錄一：《智能儀器》課程設(shè)計指導(dǎo)書二：摘要三：引言:四智能溫度計的設(shè)計梗概五：系統(tǒng)硬件組成六：系統(tǒng)硬件組成溫度傳感器AD590七：放大器八：3A/D轉(zhuǎn)換器MC14433放大器九：LED顯示器十：性能弊端解決十一：總結(jié)十二：體會十三：參考文獻(xiàn)十四：程序清單

摘要：本論文敘述了應(yīng)用單片機(jī)AT89C51構(gòu)成的智能溫度計重要的功能、硬件的組成和軟件的設(shè)計。該系統(tǒng)的功能是通過溫度傳感器對溫度進(jìn)行采集，然后通過A/D轉(zhuǎn)換器MC14433進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，傳給單片機(jī)進(jìn)行解決，從而實現(xiàn)溫度的實時顯示。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、簡樸可靠、操作靈活、功能強(qiáng)、性能價格比高，較好地滿足了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科研的需要。單片機(jī)自問世以來，性能不斷提高和完善，其資源又能滿足很多應(yīng)用場合的需要，加之單片機(jī)具有集成度高、功能強(qiáng)、速度快、體積小、功耗低、使用方便、價格低廉等特點，因此，在工業(yè)控制、智能儀器儀表、數(shù)據(jù)采集和解決、通信系統(tǒng)、高級計算器、家用電器等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，并且正在逐步取代現(xiàn)有的多片微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。單片機(jī)的潛力越來越被人們所重視。特別是當(dāng)前用CMOS工藝制成的各種單片機(jī)，由于功耗低，使用的溫度范圍大，抗干擾能力強(qiáng)、能滿足一些特殊規(guī)定的應(yīng)用場合，更加擴(kuò)大了單片機(jī)的應(yīng)用范圍，也進(jìn)一步促使單片機(jī)性能的發(fā)展。而現(xiàn)在單片機(jī)在農(nóng)業(yè)上也有了很多的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：溫度傳感器；A/D轉(zhuǎn)換器；實時顯示引言:單片機(jī)自問世以來，性能不斷提高和完善，其資源又能滿足很多應(yīng)用場合的需要，加之單片機(jī)具有集成度高、功能強(qiáng)、速度快、體積小、功耗低、使用方便、價格低廉等特點，因此，在工業(yè)控制、智能儀器儀表、數(shù)據(jù)采集和解決、通信系統(tǒng)、高級計算器、家用電器等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。1智能溫度計的設(shè)計梗概下圖是智能溫度計的基本組成方框。重要由溫度傳感器，放大器，A/D轉(zhuǎn)換器，單片機(jī)控制，LED顯示器，電源等組成。溫度傳感器是把溫度轉(zhuǎn)換成電壓（或電流）的器件。不同的溫度傳感器，輸出電壓的范圍也差別很大。放大器的重要功能是把薄弱的溫度電壓信號放大到（0—2）伏或（0—5）伏的范圍內(nèi)，以便進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。一方面控制A/D轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，另一方面將采集到的數(shù)字溫度電壓值，通過計算解決，得到相應(yīng)的溫度值，送到LED顯示器以數(shù)字形式顯示測量的溫度。LED顯示器用于顯示測量溫度的結(jié)果。智能溫度計的基本組成如圖1所示溫度傳感器溫度傳感器放大器A/D轉(zhuǎn)換器單片機(jī)8951LED顯示器電源圖1智能溫度計方框圖

2系統(tǒng)硬件組成硬件組成如圖2所示圖2測量攝氏（℃）溫度的電路原理。假定：溫度測量范圍：0——150℃攝氏（℃溫度數(shù)字顯示：000.0或112.8等，十進(jìn)制小數(shù)點后一位2.1溫度傳感器AD590圖中用電位器R1調(diào)零點，用R2調(diào)增益，方法如下：在0oC時調(diào)整W1使輸出Vo＝273.2mV。然后在100℃時調(diào)W2使Vo＝373.2mV。然后反復(fù)多次，直至0℃時Vo＝273.2mV，100℃時Vo＝373.2mV為止。最后在室溫下進(jìn)行校驗。例如，若室溫為25℃，那么Vo應(yīng)為298.2mV。02.2放大器放大器由運算放大器A組成，常用的芯片有：LF335，LF336，CA3140等，重要功能是把模擬的溫度電壓信號放大到A/D轉(zhuǎn)換器規(guī)定的輸入電壓范圍。A/D轉(zhuǎn)換器MC14433規(guī)定，模擬輸入電壓的范圍為：0——2V。W3的作用是抵消溫度傳感器AD590在攝氏0℃時產(chǎn)生的溫度電壓Vo＝273.2mV，使放大器A的輸出電壓為0.0V。放大器A的放大倍數(shù)選擇為10，保證溫度在0—150℃范圍內(nèi)變化，而放大器的輸出電壓在02.3A/D轉(zhuǎn)換器MC14433圖3是重要框圖和引腳的分布圖3MC14433的方框圖和引腳引腳引線功能如下：G被測電壓VX和參考電壓VR的模擬接地端VR外接參考電壓端（+2V或+200Mv）VX被測電壓輸入端R1，R1/C1，C1外接積分電阻R1和積分電容C1元件端。外接元件典型值：當(dāng)量程為2V時，C=0.1μF,R=470kΩ；當(dāng)量程為200mV時，C1=0.1μF,R1=27kΩC01,C02外接失調(diào)電容C0端。C0典型值為0.1μFDU數(shù)據(jù)顯示控制端。當(dāng)DU和EOC（引腳14）連接時，每次A/D轉(zhuǎn)換都輸出CLKI，CLKO時鐘振蕩器外接電阻RC端，RC的典型值為470kΩ，時鐘頻率隨RC增長而下降VEE模擬負(fù)輸入端。典型值為-5VVSS數(shù)字地，除CLKO端外所有輸出端的低電平基準(zhǔn)。當(dāng)VSS與VAG相連（即數(shù)字地和模擬地相連）時，輸出電壓幅度為VAG～VDD（0V～+5V）；當(dāng)VSS與VEE（-5V）相連，輸出電壓幅度為VEE～VDD（-5V～+10V）。實際應(yīng)用時一般是VSS與VAG相連EOC轉(zhuǎn)換結(jié)束控制端（輸出）。每當(dāng)一個A/D轉(zhuǎn)換周期結(jié)束，EOC端輸出一個寬度為時鐘周期1/2寬度的正脈沖過量程標(biāo)志輸出端。平時為高電平。當(dāng)｜VX｜﹥VR時（被測電壓輸入絕對值大于參考電壓），端輸出低電平DS1～DS4多路選通脈沖輸出端，相應(yīng)DS1千位，相應(yīng)DS4個位。每個選通脈沖寬度為18個時鐘脈沖，兩個相鄰脈沖之間間隔為2個時鐘周期Q0～Q3BCD碼數(shù)據(jù)輸出線。其中為Q0最低位，Q3為最高位。當(dāng)DS2、DS3和DS4選通期間，Q0～Q3除了表達(dá)千位的0或1外，還表達(dá)了轉(zhuǎn)換值的正負(fù)極性和欠量程還是過量程VDD正電源端。典型值為+5V2.4LED顯示器共陰極LED顯示器的陽極和單片機(jī)CPU的P1口連接，顯示段碼由CPU通過P1口傳送到LED顯示器的陽極。位掃描碼由單片機(jī)8051的P2口低四位輸出，經(jīng)同相驅(qū)動器傳送到LED顯示器的陰極，選通LED顯示器的數(shù)位，P2.3，P2.2,P2.1,P2.0輸出電平為‘0111’時，選通左邊的第一位數(shù)字，P2.3，P2.2,P2.1,P2.0輸出電平為‘1011’時，選通左邊的第二位數(shù)字，P2.3，P2.2,P2.1,P2.0輸出電平為‘1101’時，選通左邊的第三位數(shù)字，P2.3，P2.2,P2.1,P2.0輸出電平為‘1110’時，選通左邊的第四位數(shù)字。2.5系統(tǒng)核心單片機(jī)部分單片機(jī)AT89C51有內(nèi)部RAM，可以作為各種數(shù)據(jù)區(qū)使用，內(nèi)部閃電存儲器存放智能溫度計的控制程序。它的重要功能是控制MC14433，實現(xiàn)溫度的數(shù)字值采集，完畢溫度的數(shù)字采集值到相應(yīng)數(shù)字溫度的轉(zhuǎn)換計算，并把計算的數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換相應(yīng)的顯示段碼，控制LED顯示器以動態(tài)掃描方式進(jìn)行溫度顯示。3性能弊端解決為增強(qiáng)系統(tǒng)在工作現(xiàn)場的抗干擾能力，在硬件設(shè)計方面采用了一系列措施，例如，信號的輸入／輸出采用電平轉(zhuǎn)換、光電隔離；對的配置接地系統(tǒng)，解決好共地信號；強(qiáng)電信號和弱電信號分開走線，傳輸線盡也許使用雙絞線和屏蔽電纜；設(shè)立ＷＤＴ時鐘監(jiān)視電路，自動監(jiān)視ＣＰＵ運營狀態(tài)，出現(xiàn)故障自動解決，同時具有硬件自診斷功能，避免“死機(jī)”現(xiàn)象發(fā)生等等。

4系統(tǒng)核心單片機(jī)部分下圖是智能溫度計的流程圖。由于智能溫度計的控制和計算相對簡樸，由該流程方框圖可見，該主程序是循環(huán)線性結(jié)構(gòu)。在初始化時，清除內(nèi)部RAM，設(shè)定標(biāo)志位和標(biāo)志單元，設(shè)立堆棧指針，檢測LED顯示器工作是否正常等。它重要涉及了下述一些子程序：（1）從A/D轉(zhuǎn)換器MC14433讀取溫度數(shù)字電壓子程序：查詢A/D轉(zhuǎn)換狀態(tài)，一旦本次A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，CPU將溫度電壓的BCD碼數(shù)字值送到RAM中的輸入緩沖區(qū)存放。（2）溫度電壓數(shù)字值到溫度數(shù)字轉(zhuǎn)換子程序；將緩沖區(qū)中的溫度電壓數(shù)字BCD碼轉(zhuǎn)換為實際的溫度十進(jìn)制數(shù)字。（3）溫度數(shù)字到LED顯示段碼轉(zhuǎn)換子程序：把溫度十進(jìn)制數(shù)字轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的LED顯示段碼，存放在顯示段碼緩沖區(qū)供LED顯示器顯示傳送子程序LED顯示段碼到LED顯示器顯示傳送和動態(tài)掃描子程序BCD碼加，減，乘，除子程序；BCD碼在緩沖器間傳送子程序；調(diào)用A/D輸入數(shù)字值到數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換子程序，將數(shù)字溫度電壓值轉(zhuǎn)換為其相應(yīng)的溫度數(shù)字，存放到數(shù)字溫度的緩沖區(qū)調(diào)用送LED顯示器顯示子程序，將數(shù)字溫度緩沖區(qū)的內(nèi)容變換為相應(yīng)的LED顯示段碼，然后調(diào)用動態(tài)掃描子程序，將段碼送LED顯示器顯示調(diào)用A/D輸入數(shù)字值到數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換子程序，將數(shù)字溫度電壓值轉(zhuǎn)換為其相應(yīng)的溫度數(shù)字，存放到數(shù)字溫度的緩沖區(qū)調(diào)用送LED顯示器顯示子程序，將數(shù)字溫度緩沖區(qū)的內(nèi)容變換為相應(yīng)的LED顯示段碼，然后調(diào)用動態(tài)掃描子程序，將段碼送LED顯示器顯示開始ＣＰＵ初始化，設(shè)堆棧指針，清除RAM緩沖區(qū)，初始化LED顯示器，顯示8888一秒，調(diào)用MC14433的A/D轉(zhuǎn)換程序，對溫度進(jìn)行采樣，送LED顯示器，顯示當(dāng)前溫度調(diào)用MC14433的A/D轉(zhuǎn)換子程序，將溫度的電壓數(shù)字值存放到內(nèi)部A/D輸入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)圖4程序流程圖程序流程如圖4所示

5總結(jié)圖4程序流程圖程序流程如圖4所示本課程設(shè)計敘述了智能溫度計的設(shè)計，涉及硬件組成和軟件的設(shè)計，該系統(tǒng)在硬件設(shè)計上重要是通過溫度傳感器對溫度進(jìn)行采集，把溫度轉(zhuǎn)換成變化的電壓，然后由放大器將信號放大，通過A/D轉(zhuǎn)換器，MC14433將模擬溫度電壓信號轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)字溫度信號電壓。其硬件設(shè)計中最核心的器件是單片機(jī)89C51，它一方面控制A/D轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，另一方面，將采集到的數(shù)字溫度電壓值經(jīng)計算機(jī)解決得到相應(yīng)的溫度值，送到LED顯示器，以數(shù)字形式顯示測量的溫度。整個系統(tǒng)的軟件編程就是通過匯編語言對單片機(jī)MT89C51實現(xiàn)其控制功能。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，簡樸可靠，操作靈活，功能強(qiáng)大，性能價格比高，較好的滿足了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科研的需要。6體會通過本次的設(shè)計，參考了大量的資料，讓我結(jié)識到了單片機(jī)功能的強(qiáng)大，讓我學(xué)到了很多，受益匪淺。在黃老師的幫助下完畢了本次課程設(shè)計，我深感欣慰，最重要的就是我深深的感受到師生互動的魅力。

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程序清單程序清單ORG0000HLJMPMAINORG0013HLJMPSUBORG0100HMAIN:MOVSP,#40HMOVA，#78HMOVR7，#09HMOVXA,@DPTRMOVR0,ACLRCSUBBA,#34HJNCLOOP1CLRCMOVA,R0SUBBA,#3AHJCLOOPMOVA,R0ACALLTEMPLOOP:MOVDPTR,#EF00HMOVR1,#0F8HMOVA，#33HMOVX@R1，AMOVA,R0MOVCA,@A+DPTRDECR1MOVX@R1,AMOVA,R2INCR1MOVX@R1,AINCR0MOVA,R2CLRCRRCAMOVR2,AMOVA,#00HMOVDPTR,#00F8HMOVX@DPTR,AAJMPGOLOOP1:MOVP1,#8FHAJMPGOLOOP2:MOVP1,#0BFHGO:POPDPHPOPDPLPOPACCPOPPSWRETIENDTEMP:MOVDPTR,TABLEMOVA,R0MOVB,#04HCLRCMULABJNCNOOINCDPHNOO:MOVCA,@A+DPTRMOV80H,AINCDPTRMOVCA,@DPTRMOV81H,AAJMPLOOPORG0300HTAB:DB3FH06H5BH4FH66H6DH7DH07H7FH6FH77H83HMAIN:MOV20H,#0MOV21H,#0MOVR0,#3CHMOVR1,#12LCALLCLEARSETBPT0ML2:NOPNOPNOPMOVA,P1CJNEA,#0FBH,ML3AJMPMAINML3:MOVA,PIN1INCASUBBA,PIN3CJNEA,#0,ML4AJMPTEST0ML4:JCTEST0JNBE1,TEST0AJMPCOMPPTEST0:MOVPIN3,#0MOVA,P1CJNEA,#0FDH,TESTAJMPEXITTEST:MOVA,P1CJNEA,#0FFH,TEST1EXIT:MOVR0,#79HMOVR1,#50HHEX:ACALLHEXASCMOVR2,#6MOVR0,#5AHACALLINICLRFLAG3SJMPHERECOMPP:AJMPCOMPSECOO:JNBP1.5,SSECOAJMPSECOSSECO:AJMPSECMINII:JNBP1.5,MMINIAJMPMINIMMINI:AJMPMINHOURR:JNBP1.5,HHOURAJMPHOURHHOUR:AJMPHOUTEST1:JNBP1.0,SETTTEST2:SETBEAJNBP1.4,EXITJNBP1.5,DEALAJMPTESTSETT:CLREAMOVC,P1.4MOVF0,CJNBP1.1,SECOOJNBP1.2,MINIIJNBP1.3,HOURRAJMPTEST2DEAL:SETBE1JNBP1.4,OVERMOVR0,#49HMOVR1,#6ACALLCLEARMOVB,#3MOVA,PIN1MULABADDA,R4MOVPIN,AMOVA,PIN1CJNEA,#4,AAAMOVPIN1,#0MOVPIN2,#3EHMOVPIN,#3CHAAA:JNBP1.4,OVERJNBP1.1,SECOOJNBP1.2,MINIIJNBP1.3,HOURRAJMPAAAOVER:SETBE2INCPIN1MOVR2,#6MOVR0,#3AHMOVR1,PIN1ACALLINIMOVR0,#49HMOVR2,#3MOVR1,PINZIP:MOVA,@R0MOV@R1,AINCR0MOVA,@R0SWAPAORLA,@R1MOV@R1,AINCPININCR0INCR1DJNZR2,ZIPAJMPEXITCOMP:MOVA,PIN2CJNEA,#4AH,JAJMPOVRJ:MOVR0,PIN2MOVR1,#7EHMOVR2,#3JJJ:MOVA,@R0ANLA,#0F0HSWAPAXRLA,@R1JNZENDDDECR1MOVA,@R0ANLA,#0FHXRLA,@R1JNZENDDDECR1DECR0DJNZR2,JJJSETBFLAG2INCPIN3AJMPTESTENDD:MOVA,PIN2ADDA,#3MOVPIN2,AAJMPCOMPOVR:MOVPIN2,#3EHAJMPTESTHOUR:ACALLDELYMOVR0,#7EHJNBF0,SUB1ACALLDAAD1MOVA,R2XRLA,#24HJNZML0ACALLCLR0AJMPML0MINI:ACALLDELYMOVR0,#7CHJNBF0,SUB1ACALLDAAD1MOVA,R2XRLA,#60HJNZML0ACALLCLR0AJMPML0SECO:ACALLDELYMOVR0,#7AHJNBF0,SUB1ACALLDAAD1MOVA,R2XRLA,#60HJNZML0ACALLCLR0ML0:MOVR0,#79HMOVR1,#50HACALLHEXASCMOVR2,#6MOVR0,#5AHACALLINIAJMPSETTSUB1:SETBF0ACALLSUBAJMPML0CLEAR:MOV@R0,#0INCR0DJNZR1,CLEARRETHOU:ACALLDELYSETBE0MOVR0,#4EHACALLDAAD1MOVA,R2XRLA,#24HJNZML00ACALLCLR0AJMPML00MIN:ACALLDELYSETBE0MOVR0,#4CHACALLDAAD1MOVA,R2XRLA,#60HJNZML00ACALLCLR0AJMPML00SEC:ACALLDELYSETBE0MOVR0,#4AHACALLDAAD1MOVA,R2XRLA,#60HJNZML00ACALLCLR0ML00:MOVR0,#49HMOVR1,#30HACALLHEXASCMOVR2,#6MOVR0,#3AHMOVR1,PIN1INCR1ACALLINIAJMPAAADELY:MOVR1,#0FFHA1:MOVR2,#0FFHLOOP:NOPNOPNOPDJNZR2,LOOPDJNZR1,A1RETPITO:PUSHPSWPUSH0E0HPUSHDPHPUSHDPLSETBPSW.3MOVA,P1MOVTL0,#01HMOVTH0,#1FHCJNEA,#0FDH,SSSMOVTL0,#0EDHMOVTH0,#0FBHSSS:JNBP1.5,GETNUMDDD:MOVA,2FHDECAMOV2FH,AJNZRET0MOV2FH,#10HMOVR0,#7AHACALLDAAD1MOVA,R2XRLA,#60HJNZRET0ACALLCLR0MOVR0,#7CHACALLDAAD1MOVA,R2XRLA,#60HJNZRET0ACALLCLR0MOVR0,#7EHACALLDAAD1MOVA,R2XRLA,#24HJNZRET0ACALLCLR0RET0:SETBTR0POPDPLPOPDPHPOP0E0HPOPPSWRETIGETNUM:JBFLAG1,EEMOVR1,#49HMOVR2,#6CO:MOV@R1,#0INCR1DJNZR2,COSETBFLAG1EE:AJMPDDDDAAD1:MOVA,@R0DECR0SWAPAORLA,@R0ADDA,#1DAAMOVR2,AANLA,#0FHMOV@R0,AMOVA,R2INCR0ANLA,#0F0HSWAPAMOV@R0,ASETBFLAG3RETSUB:DECR0DEC@R0CJNE@R0,#0FFH,RET2INCR0CJNE@R0,#0,AADECR0MOV@R0,#0RETAA:DECR0MOV@R0,#9INCR0DEC@R0CJNE@R0,#0FFH,RET2MOV@R0,#0SETBFLAG3RET2:RETSUB0:DECR0DEC@R0CJNE@R0,#0FFH,RET2INCR0CJNE@R0,#0,BBDECR0MOV@R0,#0RETBB:DECR0MOV@R0,#9INCR0DEC@R0CJNE@R0,#0FF