单片机原理与应用课程设计报告-单片温度检测设计.doc

湖南工程学院课 程 设 计课程名称 单片机原理与应用 课题名称 温度检测设计 专 业 电气工程及其自动化 班 级 电气工程0607 学 号 姓 名 指导教师_ 2009年 6 月 8日湖南工程学院课 程 设 计 任 务 书课程名称 单片机原理与应用 课 题 温度检测设计 专业班级 电气工程0607 学生姓名 学 号 指导老师 审 批 任务书下达日期 2009年 6 月 8 日任务完成日期 2009年 6月 19 日设计内容与设计要求设计内容：本课题以单片机为核心，实现设计温度的检测。用可调电阻调节电压值（0-5v）作为模拟温度的输入量，当温度低于30度时，发出长嘀声报警和光报警，当温度高于60度时，启动直流电机散热。测量温度范围在0-99度。1、1路模拟电压输入，电压范围0-5v；2、通过两位led数码管显示其转换的数字量（00ffh） 3、当其转换的数字量为(00-4dh),则通过发光二极管闪烁报警，当其转换数字量为(9a-ffh)时，启动直流电机散热。设计要求：1）确定系统设计方案； 2）进行系统的硬件设计；3）完成必要的参数计算与元器件选择；4）完成应用程序设计；5）进行单元电路及应用程序的调试；6）写出使用说明书。主 要 设 计 条 件1、mcs-51单片机实验操作台1台；2、pc机及单片机调试软件；3、单片机应用系统板1套；4、制作工具1套；5、系统设计所需的元器件。 说 明 书 格 式1. 课程设计任务书2. 目录3. 说明书内容1）课题的设计要求、目的、意义2）系统总体方案选择与说明3）系统结构框图与工作原理4）各单元硬件设计说明及计算方法5）软件设计与说明（包括流程图）6）调试结果与必要的调试说明7）使用说明8）程序清单9）总结10）参考文献附录附录a 系统原理图附录b 程序清单评分表进 度 安 排设计时间为两周第一周星期一、上午：布置课题任务，讲课及课题介绍 下午：借阅有关资料，总体方案讨论星期二、确定总体设计方案星期三、硬件模块方案设计星期四、软件模块方案设计星期五、各硬件模块设计第二周星期一、各硬件模块设计星期二、各软件模块设计星期三、各软件模块设计星期四、写说明书星期五、上午：写说明书，整理资料下午：交设计资料，答辩参 考 文 献 1张迎新.单片微型计算机原理、应用及接口技术.国防工业出版社2房小翠.单片机实用系统设计技术. 国防工业出版社3何立民.单片机应用系统设计.北航出版社4王迎旭.单片机原理及及应用.机械工业出版社.2004年7月目 录一、设计任务与要求(1)二、80c51单片计算机的组成原理（2） 1. 组成框图及内部总体结构 （2）2. 单片机各口及其负载能力、接口要求 （3）3. mcs51单片机的引脚功能（5）三、硬件电路设计(6) 1. 温度检测和变送器 (6)2. 显示器接口电路 (7)3. 温度检测系统总电路 (7)四、软件的设计 (8)1. 软件总体流程图 (8)2. 主程序与各部分程序 (9)3. 程序调试（9）五、总结(10)参考文献 (11)17一、 设计任务与要求自动控制系统在各个领域尤其是工业领域中有着及其广泛的应用，温度控制是控制系统中最为常见的控制类型之一。随着单片机技术的飞速发展，通过单片机对被控对象进行控制日益成为今后自动控制领域的一个重要发展方向，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。采用mcs-51单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。1.设计题目：热敏电阻式温度检测。要求实现热敏电阻式温度的采集处理和显示。2.功能和指标：将热敏电阻两端电压经a/d转换变换成数字量，然后通过软件方法测出温度值，再进行现实处理。要求显示范围为0-99度，当温度低于30度时，发出长嘀声报警和光报警，当温度高于60度时，启动直流电机散热。3.设计目的：掌握80c51单片机应用系统的软、硬件设计方法。4.设计要求：（1）设计80c51单片机控制系统的硬件电路原理图； （2）完成各主要部分的程序框图； （3）用汇编语言编写各部分的程序。二、80c51单片计算机的组成原理1、组成框图及内部总体结构图2-1为80c51单片机功能结构框图 80c51 芯片内部集成了 cpu、ram、rom、定时/计数器和i/o口等各功能部件，并由内部总线把这些不见连接在一起。80c51单片机内部包含以下一些功能部件：(1) 一个8位cpu；(2) 一个片内振荡器和时钟电路；(3) 4kb rom（80c51有4kb掩膜rom，87c51有4kb eprom，80c31片内有无rom）；(4) 128b内ram；(5) 可寻址64kb的外rom和外ram控制电路；(6) 两个16位定时/计数器；(7) 21个特许功能寄存器；(8) 4个8位并行i/o口，共32条可编程i/o端线；(9) 一个可编程全双工串行口；(10) 5个中断源，可设置成2个优先级。外时钟源 外部事件计数振荡器及时序 osc8051cpu程序存储器4kb rom数据存储器256b2个16位定时器/计数器64k总线扩展控制器可编程i/o可编程全双工串行口 中断 控制 并 行 口 串行通信 图2-1 80c51单片机功能结构框图2、单片机各口及其负载能力、接口要求80c51共有4个8位并行i/o端口,共32个引脚 (1)p0口8位双向i/o口。 在不并行扩展外存储器(包括并行扩展i/o口)时, p0口可用作双向i/o口。 在并行扩展外存储器(包括并行扩展i/o口)时, p0口可用于分时传送低8位地址(地址总线)和8位数据信号(数据总线)。位结构如图2-4所示。p0口能驱动8个lsttl门。 vcc地址/数据控制锁存器p0.xdcpqqmuxv1v2p0.x引脚读锁存器写锁存器内部总线读引脚&1图2-2 p0口位结构(2) p1口8位准双向i/o口(“准双向”是指该口内部有固定的上拉电阻)。位结构如图2-5所示。 p1口能驱动为4个lsttl门。vcc锁存器p1.xdcpqqp1.x引脚读锁存器写锁存器内部总线读引脚内部上拉电阻图 2-3 p1口位结构 (3) p2口8位准双向i/o口。在不并行扩展外存储器(包括并行扩展i/o口)时, p2口可用作双向i/o口。在并行扩展外存储器(包括并行扩展i/o口)时, p2口可用于传送高8位地址(属地址总线) 。p2口能驱动4个lsttl门。p2口的位结构如图2-6所示，引脚上拉电阻同p1口。在结构上，p2口比p1口多一个输出控制部分。锁存器p2.xdcpqq读锁存器写锁存器内部总线读引脚vccp2.x引脚内部上拉电阻1地址控制mux图 2-4 p2口位结构 (4) p3口8位准双向i/o口。可作一般i/o口用,同时p3口每一引脚还具有第二功能,用于特殊信号输入输出和控制信号(属控制总线)。p3口驱动能力为4个lsttl门。 图 2-5 p3口位结构p3口第二功能如下表: 上述4个i/o口,各有各的用途。 在不并行扩展外存储器(包括并行扩展i/o口)时, 4个i/o口都可作为双向i/o口用。在并行扩展外存储器(包括并行扩展i/o口)时, p0口专用于分时传送低8位地址信号和8位数据信号,p2口专用于传送高8位地址信号。p3口根据需要常用于第二功能,真正可提供给用户使用的i/o口是p1口和一部分未用作第二功能的p3口端线。3. mcs51单片机的引脚功能80c51单片机一般采用双列直插dip封装，共40个引脚，图2-2a为引脚排列图。图2-2b为逻辑符号图。40个引脚大致可分为4类：电源、时钟、控制和i/o引脚。图2-6 80c51（80c31、87c51）引脚图三、硬件电路设计1、温度检测和变送器（1）热敏电阻温度转换原理热敏电阻是近年来发展起来的一种新型半导体感温元件，由于它具有灵敏度高、体积小、重量轻、热惯性小、寿命长以及价格便宜等优点,因此应用非常广泛。热敏电阻与普通热电阻不同，它具有负的电阻温度特性，当温度升高时，电阻值下降，其特性曲线如图3-1所示。 图3-1 热敏电阻特性曲线热敏电阻的阻值-温度特性曲线是一条指数曲线，非线性度较大，因此，在使用时要进行线性化处理。线性化处理虽然能改善热敏电阻的特性曲线，但比较复杂。为此，在要求不高的一般应用中，常常作出在一定的温度范围内温度与阻值成线性关系的假定，以简化计算。使用热敏电阻是为了感知温度，给热敏电阻通以恒定电流，电阻两端就可测到一个电压，然后通过下面公式求得温度： 被测温度; 与热敏特性有关的温度参数； 热敏电阻有关的系数； 热敏电阻两端的电压。根据这一公式，如能测得热敏电阻两端的电压，再知道参数和参数，则可计算出热敏电阻的环境温度，也就是被测得温度。这样，就把电阻随温度的变化关系转化为电压随温度的变化关系了。数字式电阻温度计设计工作的主要内容，就是把热敏电阻两端电压值经a/d转换变成数字量，然后通过软件方法计算出温度值，再进行显示等处理。所以采取adc0809芯片来读取电压值。2、 显示器接口电路图3-2led显示器接口电路3、 温度检测系统总电路 图3-3 单片机温度检测系统电路原理图四、软件的设计硬件平台结构一旦确定，大的功能框架即形成。软件在硬件平台上构筑，完成各部分硬件的控制和协调。系统功能是由软硬件共同实现的，由于软件的可伸缩性，最终实现的系统功能可强可弱，差别可能很大。因此，软件是本系统的灵魂。软件采用模块化设计方法，不仅易于编程和调试，也可减小软件故障率和提高软件的可靠性。同时，对软件进行全面测试也是检验错误排除故障的重要手段。由于编程多涉及到数值运算，比较复杂，还有lcd的菜单界面设计都是需要多重选择判断，这里我们选用了移值性好、结构清晰的汇编语言来实现编程。1、 软件总体流程软件总体设计主要完成各部分的软件控制和协调。本系统主程序模块主要完成的工作是对系统的初始化，包括扫描键盘和液晶的初始化，启动无线接收模块，发送显示数据，同时对键盘进行扫描，等待外部中断，程序的流程图如图4-1所示 图4-1 流程图2、 主程序与各部分程序 由于排版和格式要求，主程序和部分程序见附录b中的程序清单。3、系统调试（1）系统调试检查硬件连接 包括各元器件的正确使用，例如：地线、电源线的接口。检查电路板，各线路是否正确连接，各元器件是否安全焊上，是否牢固等等。 检查软件系统 1、根据系统的原理结构检查各流程图是否正确，再根据流程图来检查程序是否也正确。 2、分别写出各指令的正确含义，包括中断定时延时时间和初始化时方式字和控制口地址。 3、将所有程序组织起来，在软件环境下运行，检查程序是否正确。通过对硬件和软件系统的认真检查，反复测试，结果系统检测成功，可以进一步运行调试。 4、运行调试：在电脑输入程序后，各硬件连接正确无误时，接上电源，输入命令开始运行调试。(2)测试结果 本系统基本上能符合设计者的要求，因条件所限还未有实际的运行。五、总结随着日子一天天的流逝，课程设计也接近了尾声。经过两周的奋战我的课程设计终于完成了。在没有做课程设计以前觉得课程设计只是对这学期所学单片机知识的单纯总结，但是通过这次做课程设计发现自己的看法有点太片面。课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺，自己要学习的东西还太多；以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。 在这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们大家能更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助过我的每位同学。 我的心得总结也就这么多了，但是，总之，不管是学会的还是未学的很懂的同学都觉得困难比较多，经历了开始时的彷徨，因为凡事开头难，不知道如何入手。但是道路虽曲折，可前途是光明的，只要坚持到底，最后终于做完后会有种如释重负和油然而生的成就感觉。此外，还得出一个结论：书到用时方恨少，知识需要实践，因为知识只有通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。 在此要感谢我的各位指导老师对我悉心的指导，感谢老师给我的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。参考文献1 张迎新.单片微型计算机原理、应用及接口技术.国防工业出版社2 张鑫。单片机原理及应用 北京：电子工业出版社3 何立明 mcs-51单片机应用系统设计（系统配置与接口技术） 北京：北京航空航天 大学出版社4陈明荧.8051单片机课程设计实训教材北京:清华大学出版社5胡汉才.单片机原理及其接口技术北京:清华大学出版社6徐淑华程退安姚万生.单片机微型机原理及应用哈尔滨工业大学出版社7 余永权权，汪明慧，黄英编著。单片机在控制系统中的应用。北京：电子工业出版社 8 武锋 pic系列单片机的开发应用技术。北京：电子工业出版社附录附录a 系统原理图附录b 程序清单ed_0equ 30hled_1 equ 31hled_2 equ 32hadcequ35htcntaequ36htcntbequ37hh_tempequ38h;温度上限l_tempequ39h;温度下限flagbit00hh_almbitp3.0l_almbitp3.1soundbitp3.7clockbitp2.4st bit p2.5eoc bit p2.6oe bit p2.7org 00hsjmpstartorg0bhljmpint_t0org1bhljmpint_t1start:movled_0,#00hmovled_1,#00hmovled_2,#00hmovdptr,#tablemovh_temp,#153movl_temp,#77movtmod,#12hmovth0,#245movtl0,#0movth1,#(65536-1000)/256movtl1,#(65536-1000)mod 256movie,#8ahclrcsetbtr0;为adc0808提供时钟wait:setbh_almsetbl_almclr stsetb stclr st;启动转换 jnb eoc,$setb oe mov adc,p1;读取ad转换结果clr oemova,adcsubba,#77 ;判断是否低于下限jclalmmova,h_tempmovr0,adcsubba,r0;判断是否高于上限jchalmclrtr1ljmpprocproc:mov a,adc ;数值转换mov b,#100div abmov led_2,amov a,bmov b,#10div abmov led_1,amov led_0,blcalldispsjmp