(精品)单片机课程精品基于AT89S51的温度测量系统设计(2013年优秀毕业设计)

单片机课程设计论文 学生姓名 学 号 班 级 指导教师 二一年六月一日目 录目 录2基于AT89S51的温度测量系统设计31 系统设计32 系统硬件设计32.1 微控制器模块设计32.1.1 单片机简介42.1.2 AT89S51单片机简介42.1.3 微控制器模块电路设计52.2 温度检测模块设计52.2.1 AD590简介52.2.2 ADC0809简介62.2.3 温度检测模块电路设计72.3 数码管显示模块设计73 系统软件的设计83.1 主程序83.2 ADC0809程序93.3 七段数码管程序104 实验结果及总结11附件一: 温度测量系统原理图12附件二: 温度测量系统程序源代码131) main.c132) public.c133) public.h134) adc0809.c135) adc0809.h156) led.c157) led.h16基于AT89S51的温度测量系统设计xxx（南京xxxxx， 南京210044）摘要：本文采用AT8S51 8位单片机作为控制核心设计了温度测量系统，该系统由温度检测模块、微控制器模块、数码管显示模块三部分组成，能对-55+150范围的温度进行测量，同时利用4位七段数码管可以实时显示环境温度。该系统结构简单，成本低，具有较好的应用价值。关键词：AT89S51 单片机 温度测量 模数转换 ADC0809 AD5901 系统设计温度测量系统由温度检测模块、MCS-51微控制器模块、数码管显示模块三部分组成，如图1-1 温度测量系统的系统框图：图1-1 温度测量系统的系统框图温度检测模块中模数转换器ADC809从温度传感器AD590中采集温度数据，通过P1口传给MCS-51单片机，微控制模块进行数据转换，然后驱动4位七段数码管，显示温度信息。2 系统硬件设计2.1 微控制器模块设计微控制器模块是电路系统的控制核心，它的主要功能是接收ADC809的温度数据，进行转换，驱动数码管显示温度。本温度测量系统采用8051内核Atmel公司的AT89S51八位单片机。2.1.1 单片机简介所谓单片机，全称是单片微型计算机，又控制器。它是在一块半导体芯片上，集成了CPU，ROM，RAM，I/O口、定时器/计数器、中断系统、AD模数转换器等功能部件，构成了一台完整的数字电子机。目前单片机己成功地运用在智能仪表、机电设备、过程控制、数据处自动检测和家用电器等各个方面。单片机在控制领域中，有如下几个特点：1)小巧灵活、成本低、易于产品化，能方便地组装成各种智能式控备及各种智能仪器仪表。2)面向控制，能针对性地解决从简单到复杂的各类控制任务，因而得最佳的性能价格比。3)抗干扰能力强，适应温度范围宽，在各种恶劣的环境下都能可靠作，这是其它机种无法比拟的。4)可以很方便地实现多机和分布式控制，使整个控制系统的效率和性大为提高2.1.2 AT89S51单片机简介AT89S51单片机是Atmel 公司推出的和工业80C51产品为完全兼容的8位机，其特有的布尔处理机，在逻辑处理与控制方面具有突出优点。特点如下：1）8位微控制器；2）片内128B RAM 数据存储器8K字节在系统可编程Flash存储器；3）外部数据存储空间和程序存储空间都是64KB；4）8个中断源，两个中断优先级；5）三个16位定时计数器；6）4个8位并行I/O口；7）全双工串行口；8）布尔处理器。图2-1为AT89S51的引脚图：图2-2 AT89S51引脚图2.1.3 微控制器模块电路设计图2-2 AT89S51单片机最小系统微控制器模块的无线数据接收端电路如图2-2AT89S51单片机最小系统,X1为12MHz晶振和C15、C14一起为AT89S52单片机提供晶振源；按键REST K1未按之前引脚RST/Vpd高电平，当按键REST按下后为低电平引起系统重启；J1为自制6脚程序下载端口，用于下载、调试程序。2.2 温度检测模块设计2.2.1 AD590简介AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。它的主要特性如下：1）流过器件的电流（mA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即： 式中：Ir流过器件（AD590）的电流，单位为mA；T热力学温度，单位为K。2）AD590的测温范围为-55+150。3）AD590的电源电压范围为4V30V。电源电压可在4V6V范围变化，电流 变化1mA，相当于温度变化1K。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。4）输出电阻为710MW。5）精度高。AD590共有I、J、K、L、M五档，其中M档精度最高，在-55+150范围内，非线性误差为0.3。AD590温度传感器是一种已经IC化的温度感测器，它会将温度转换为电流，每增加1，它会增加1A输出电流，AD590元件符号如图2-3所示：图2-3 AD590元件符号AD590的输出电流值说明：其输出电流是以绝对温度零度（-273）为基准，每增加1，它会增加1A输出电流，因此在室温25时，其输出电流Iout=（273+25）=298A。AD590的管脚图如图2-4：图2-4 AD590的管脚图2.2.2 ADC0809简介ADC0809是美国国家半导体公司产品，它是逐次逼近型芯片，片内带有锁存功能的8路模拟多路开关，可对8路05V的输入模拟电压信号分时进行转换，片内具有多路开关的地址译码和锁存电路、比较器、256R电阻T型网络、树状电子开关、逐次逼近寄存器SAR，控制与时序电路等，图2-5是内部结构和引脚图：主要特性：1）8路输入通道，8位AD转换器，即分辨率为8位。2）具有转换起停控制端。3）转换时间为100s 4）单个5V电源供电5）模拟输入电压范围05V，不需零点和满刻度校准。6）工作温度范围为-4085摄氏度7）低功耗，约15mW。图2-5 ADC0809内部结构和引脚图2.2.3 温度检测模块电路设计图2-6 温度检测模块电路设计电路分析：1) AD590的输出电流I=（273+T）A（T为摄氏温度），因此集成运放LM358的同相端的输入电压V+为（273+T）A10K=（2.73+T/100）V。2) 利用可变电阻分压，集成运放LM358的反相端的输入电压V-需调整至2.73V3) 接下来我们使用差动放大器其输出Vo为（100K/50K）（V+ - V-）=T/50，如果现在为摄氏28，输出电压为2.8/5V，输出电压接AD转换器，那么AD转换输出的数字量就和摄氏温度成线形比例关系。4) ADC0809的基准电压为5V，转换输出的数字量num=(T/50)/5*256=T*(250/256)。2.3 数码管显示模块设计本温度测量系统采用4位共阳的七段数码管作为显示，如图2-7：图2-7 4位共阳七段数码管因为直接用单片机驱动数码管电流不够大，所以利用NPN型三极管进行放大驱动，驱动电路如图2-8：图2-8 数码管驱动电路3 系统软件的设计3.1 主程序如图x-x是主程序的流程图：图3-1 是主程序的流程图系统上电后，首先初始化各功能引脚和定时器0，使之正常工作。之后系统会循环的读取ADC0809，在数码管上显示温度信息。void main()unsigned char num=54;init_ad0809();while(1)num=read_ad0809();printk(num);3.2 ADC0809程序如图3-2是模数转换器ADC0809的时序图：图3-2 ADC0809时序图引脚说明：1）CLKinput 时钟信号。ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因此有时钟信号引脚。通常使用频率为500KHz的时钟信号 2）ALEinput 地址锁存允许信号。对应ALE上跳沿，A、B、C地址状态送入地址锁存器中。 3）STARTinput 转换启动信号。START上升沿时，复位ADC0809；START下降沿时启动芯片，开始进行A/D转换；在A/D转换期间，START应保持 低电平。4）OEinput 输出允许信号。用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0，输出数据线呈高阻；OE=1，输出转换得到的数据。5）EOCoutput 转换结束信号。EOC=0,正在进行转换；EOC=1,转换结束。使用中该状态信号即可作为查询的状态标志，又可作为中断请求信号使用。 sbit CLK= P37;sbit ALE = P36;sbit START = P35;sbit OE = P34;sbit EOC = P33;#defineDB0_7 P1unsigned char read_ad0809(void)unsigned char ret;/*start*/ALE=1;delay_us(1);START=1;delay_us(1);ALE=0;delay_us(1);START=0;/*check*/while(EOC=1) ;/等待转换结束delay_us(2);/*read*/OE=1;/delay_us(3);ret=DB0_7;/ 读取数据OE=0;return ret;void ad0809_clock(void) interrupt 1 using 1CLK=CLK;3.3 七段数码管程序本系统的七段数码管采用动态显示方式。unsigned char DATA_7SEG_P10=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90;/七段，共阳数码管char led_data4=0;unsigned char old=0;void printk(unsigned char num)char high,low;float temper;if (old!=num)old=num;temper=250.0/256.0*num;high=(char)temper;low=(char)(temper-high)*100);led_data0=high/10;led_data1=high%10;led_data2=low/10;led_data3=low%10;P0=DATA_7SEG_Pled_data0;P2=0xfe;delay_us(20);P2=0xff;P0=DATA_7SEG_Pled_data1&0x7f;P2=0xfd;delay_us(20);P2=0xff;P0=DATA_7SEG_Pled_data2;P2=0xfb;delay_us(20);P2=0xff;P0=DATA_7SEG_Pled_data3;P2=0xf7;delay_us(20);P2=0xff;4 实验结果及总结调整电位器电阻，使得集成运放反相输入端电压为2.73V，最后可以在七段数码管正常显示环境温度，同时可以通过调整延迟时间，调整数码管刷新频率和显示的亮度。附件一: 温度测量系统原理图附件二: 温度测量系统程序源代码1) main.c#includereg52.h#includepublic.h#includeled.h#includead0809.hvoid main()unsigned char num=54;init_ad0809();while(1)num=read_ad0809();printk(num);2) public.cvoid delay_us(char us)while(us-);3) public.hvoid delay_us(char us);4) adc0809.c#includereg52.h#includepublic.hsbit CLK= P37;sbit ALE = P36;sbit START = P35;sbit OE = P34;sbit EOC = P33;#defineDB0_7 P1void init_ad0809_port(void)DB0_7=0xff;CLK=0;ALE=0;START=0;EOC= 1;OE= 1;void init_timer(void)CLK=0;TMOD=0X02;TH0=245;TL0=0Xf0;TR0=1;IE=0X82;/ET0=1;EA=1;unsigned char read_ad0809(void)unsigned char ret;/*start*/ALE=1;delay_us(1);START=1;delay_us(1);ALE=0;delay_us(1);START=0;/*check*/while(EOC=1) ;/等待转换结束delay_us(2);/*read*/OE=1;/delay_us(3);ret=DB0_7;/ 读取数据OE=0;return ret;void ad0809_clock(void) interrupt 1 using 1CLK=CLK;5) adc0809.hvoid init_ad0809_port(void);void init_timer(void);#define init_ad0809() doinit_ad0809_port();init_timer();while(0)unsigned char read_ad0809(void);6) led.c#includereg52.h#in