基于单片机的多路数字温度测量系统

1、河北建筑工程学院单片机课程设计报告 题目名称：基于单片机的多路数字温度测量系统设计 系： 电气工程系 专 业： 建筑电气与智能化 班 级： 电智111班 学 号： 学生姓名： 王艳艳 指导教师： 龚志广 职 称： 讲师 成 绩： 2014年 01 月 10 日目录摘 要I一 系统总体设计1二 系统的硬件设计22.1 控制器22.2 传感检测电路设计22.3 LED显示电路设计72.4 键盘电路设计102.5 晶振电路设计102.6 复位电路设计112.7 报警电路12三 系统软件设计133.1主程序流程图133.2子程序流程图14四 结论18附录20附录A20附录B29摘 要随着科技的不断进步

2、，在工业生产中温度是常用的被控参数，而采用单片机来对这些被控参数进行控制已成为当今的主流。本文介绍了多路数字温度测量系统的设计，该设计采用单片机来实现对温度的测量显示。利用单片机、温度传感器、A/D转换器组成多路温度测量系统测量环境温度，并将温度传感器显示在数码管上。它的主要组成部分有：AT89C51单片机、温度传感器、键盘与显示电路、温度控制电路。它可以实时的显示和设定温度，实现对温度的自动显示与控制。设计要求：1. 可以检测八路环境温度信号，可以扩充；对八路模拟信号输入进行循环采集，每路连续采集3次，取平均值；2. 测量范围为-55+125，精度为+0.5；3. 用4位LED数码管经行轮流

3、显示；4. .键盘控制，可以随时查看指定通道的温度值；5. 可以设定每一路的上限值和下限值，若采集的平均值超过设定范围，则对应通道的指示灯闪烁10次后一直亮，指示灯闪烁时喇叭发声，以示警告；6. A/D转换器可以选用ADC0809、TLC1543、AD7705等，温度传感器可以选用LM35、AD590、DS18B20等采用的技术方案：模拟温度传感器+A/D转换器+单片机(温度传感器选用LM35),显示部分采用专用LED显示驱动芯片HD7279实现的驱动。 关键词：AT89S51单片机、A/D转换器、专用LED显示驱动芯片，独立键盘、报警装置。一 系统总体设计时钟电路温度传感器数据采 集AT89

4、C51按键控制电路复位电路LED显示器驱动电路4位LED动态显示报警电路图1.1系统总体设计方案 通过集成温度传感器LM35将温度转换成与电量有关的模拟电压量，经放大电路后获得模拟信号。获得的模拟信号由A/D转换得到相应的数字信号，根据设计要求，要求能同时输入8路模拟信号，故在本设计中采用了8路的模数转换器AD0809；由单片机AT89C51提供控制信号控制AD0809，并对采集到的数据进行处理，通过软件编程实现8路温度自动轮流显示；为得到8路温度的数值进行显示，本设计中采用了四个数码管，通过驱动器HD7972译码，间接驱动4个共阳极数码管，并通过动态显示来显示4个数码管。并添加键盘电路，通过

5、键盘来选择显示选择通道。并设置8路报警电路，当通道温度不符合要求时，通过3-8译码器使相应的通道电路报警。系统总体框图设计如上图所示。二 系统的硬件设计2.1控制器图2.1单片机引脚及引脚功能使用该单片机时，Vcc接电源电压；Vss接地端；P0.0-P0.7、P1.0-P1.7、P2.0-P2.7为八位的双向I/O通道；RET/VPD该引脚上2个机器周期的高电平可以实现复位操作，在掉电情况下将只给片内RAM供电；ALE/PROG该引脚主要作用是提供一个适当的定时信号；PSEN低电平时，指令寄存器的内容读到数据总线上；EA/Vpp为片选使能引脚；XTAL1、XTAL2为内部振荡器外接晶振的输入端

6、3。2.2 传感检测电路设计LM352.2.1 传感器 图2.2集成温度传感器LM35 LM35是电压输出型集成温度传感器。LM35可以直接校正摄氏温度；线性温度系数+10.0V/;温度范围为-55到+150；最适宜遥控；低成本化；工作电压范围为4V-30V;非线性度低于+-0.25;输出阻抗低于0.1欧姆。2.2.2整形电路图2.3整形电路工作原理：由稳压管获得LM358的+处电压，作为基准值进行作为差分放大比较值，作为三极管道通调件进行整形。2.2.3放大电路图2.4放大电路工作原理：由放大器的虚短和虚断原则将经测温电路获得的电压放大一定倍数。2.2.4 AD转换电路图2.5数模转换电路（

7、1）主要元件介绍 AD0809图2.6AD0809数模转换器1:AD0809转换原理AD0809采用逐次比较的方法完成A/D转换，由单一的+5V电源供电。片内具有锁存功能的8路选一的模拟开关，由C,B,A的编码来决定所选通道。AD0809完成一次转换约100us左右，它具有三态锁存缓冲器，可直接连到AT89C51单片机的数据总线上。通过适当的外接电路可对0-5V的模拟信号进行转换。2：引脚功能表2.1 AD0809引脚功能表26,27,28,1,2,3,4,5IN0-IN78路模拟信号输入端17，14，15，8，18，19，20，21D0-D7转换完毕的8位数字量输出端25,24,23,22A

8、,B,C,ALE控制8路模拟输入通道切换9,6,10OE,START,CLKOE为输出允许端，START为启动信号输入端，CLK为时钟信号输入端12,16VREF(+),VREF(-)基准电压输入端74LS138图2.7 74LS138译码器1:器件功能：74HC138就是用CMOS门电路组成的3线-8线译码器，74HC138有3个附加的控制端是S1,S2,S3。当S1=1，S2+S2=0时，个、Gs输出高电平，译码器处于工作状态，否则被禁止，所有输出端被封锁在高电平。2:引脚功能：表2.2 74LS138译码器7,9，11,12,13,14,15Y0-Y7数据输出，低电平有效1,2,3,A,

9、B,C地址线，选择数据输出口6G1控制线，高电平有效4,5G2A,G2B控制线，低电平有效74LS373图2.8 74LS373锁存器1：功能介绍 74LS373是一种带三态门的8D锁存器，当加到数据输入锁存器的信号为高电平时，外部数据选通到内部锁存器，负跳变时，数据锁存到锁存器中。2：引脚功能表2.3 74LS373锁存器引脚及功能3，4，7，8，13，14，17，18D0-D78位数据输入线2，5，6，9，12，15，16，19Q0-Q78位数据输出线11G数据输入锁存选通信号1OE数据输出允许信号（2）工作原理温度传感测量电路获得的与温度有关的模拟电压信号经AD0809转换器转换成数字信

10、号，经单片机AT89C51控制在数码管显示温度。通过AD0809的A,B,C,ALE,可以选择通道。2.2.5测温电路图2.9测温电路工作原理：LM35可以将温度转换成与电压有关的模拟量，经放大电路放大后送到模数转换电路1。2.3 LED显示电路设计器件选择图2.10 LED数码管LED显示电路图2.11 LED数码管显示电路主要元件介绍：图2.12 HD7279数码管驱动器1：功能介绍HD7279A能同时驱动8个共阴极LED数码管，HD7279控制LED数码管采用的是动态扫描的循环显示方式。2：引脚功能表2.4 HD7279驱动器1，2Vdd正电源3，5NC必须悬空6CS片选信号，低电平有效

11、7CLK同步时钟输入端8DATA串行数据读出写入端9KEY按键信号输出端10-16SG-SALED的g-a端驱动输出17DP小数点驱动输出18-25DIG0-DIG7LED为驱动输出26CLK0振荡输出端27RCRC振荡器连接端28RESET复位端，低电平有效4Vss地3：工作原理 HD7972内部含有译码器，可直接接受BCD码或十六进制码，同时有两种译码方式，实现LED数码管位寻址和段寻址，可以方便的控制每位LED数码管是否发光。2.4 键盘电路设计器件选择 AT89C51:单片机，控制和微机键盘的数据传送。采用独立式键盘设计键盘电路图2.13 键盘控制电路工作原理 独立式键盘的特点是一键一

12、线，各键相互独立，每个按键各接一条I/O口线，通过检测I/O输入线的电平状态，可以判断哪个按键被按下。当上拉电阻保证按键释放时，输入检测线上有稳定的高电平，当某一按键按下时，对应的检测线就变成了低电平，与其他按键相连的检测线仍为高电平，只需读入I/O输入线的状态，判断哪条输入线为低电平，判断哪个键被按下。该电路通过按键开关K0、K1、K2来实现单片机时钟设计要求。2.5 晶振电路设计器件选择 OSC:晶振，12MHZ的立式晶振。 C1、C2：晶振电路的起振电容，容值为30pF。 XTAL1、XTAL2：单片机的晶振引脚，和晶振电路的两个对应引脚相连。晶振电路图2.14 晶振电路工作原理在AT8

13、9C51芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。而在芯片内部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器。时钟电路产生的振荡脉冲经过触发器进行二分频之后，才成为单片机的时钟脉冲信号。 12MHZ晶振的时钟周期是1/12us,它的一个机器周期是1us.有了晶振就有了时钟周期，就可以执行程序代码，保证了单片机吧正常工作2.6 复位电路设计器件选择 C3、C4：满足复位电路设计需求，容值为22uF。 R1、R2:阻值为1k。 RESET：单片机AT89C51的复位输入信号引脚。 复位电路2.15 复位电路工作原理通电

14、时，电容两端相当于是短路，于是引脚上为高电平，然后电源通过电阻对电容充电，端电压慢慢下降，降到一定程度，即为低电平，单片机正常工作。2.7报警电路当某一通道的温度不符合设定的温度时，AT89C51控制74LS138译码器进行译码，使相应通道的报警路数进行报警。图2.16 报警电路三 系统软件设计3.1主程序流程图开始初始化调用模数转换子程序调用显示子程序调用调温子程序调用报警子程序返回图3.1主程序流程图工作流程：调用初始化程序，对单片机进行初始化设置；调用AD转换子程序，对由传感测量电路采集的模拟信号进行模数转换变成数字信号。调用显示子程序，经AT89C51控制数字信号在LED数码管上显示。

15、调用调温子程序，对温度额定进行设定。调用报警子程序，对工作通道进行检测，当工作通道温度不符合要求时，进行报警。若无故障，返回主程序，循环工作。3.2子程序流程图3.2.1数模转换子程序开始启动测试延迟一段时间数据存储求平均值数据存储设定指定通道加一是否采样三次通道数是否小于8返回主程序NNYY图3.2数模转换子程序工作流程：设定数字信号在AT89C51中的存取空间，启动AD0809模数转换器，进行数模转换，延迟一段时间，使模数转换完成。采样3次后求数字信号平均值，存入设定的存储单元。8个通道采集完成后，重复上述过程。3.2.2显示子程序开始发出读键盘命令写入HD7972读键值到指定单元十六进制

16、转换成BCD码显示选择译码方式图3.3显示子程序工作流程：当显示某一指定通道温度时，首先把通道标识符写入HD7972，选择译码方式，进行显示。再把温度值写入HD7972，通过处理后，选择译码方式，进行显示。3.2.3键盘控制子程序主程序指定通道显示子程序显示通道温度判断是否有按键按下YN开始图3.4键盘控制程序流程图工作流程：按下某一按键后，会使键盘与单片机AT89C51相连的IO端口的电平发生改变，从而跳到相应的通道显示子程序，从而达到通过键盘来控制通道显示的目的.3.2.4:报警子程序开始比较选定通道与设定最高温度度进行报警比较选定通道与设定最低温度是否大于设定温度是否小于设定温度NNYY

17、图3.5报警子程序流程图工作流程：把某一通道的温度与设定的最高温度进行比较，若高于设定温度，AT89C51控制74LS138启动该通道的报警电路。再和设定的最低温度进行比较，若低于设定温度，AT89C51控制74LS138启动该通道的报警电路。四 结论 以AT89C51为核心制作的多路数字温度测量系统可以检测8路环境温度信号，并对其进行循环采集。测量范围为-55到+125，精度为+-0.5.可以随时查看指定通道的温度值。并且可以设定每一路的上限制和下限值。当该通道温度超过设定温度时，则制定通道进行报警。 随着集成电路和计算机技术的迅速发展，使电子仪器的整体水平发生巨大变化，传统的仪器逐步的被智

18、能仪器所取代。智能仪器的核心部件是单片机，因其极高的性价比得到广泛的应用与发展，从而加快了智能仪器的发展。而传感器作为测控系统中对象信息的入口，越来越受到人们的关注。传感器好比人体“五官”的工程模拟物，它是一种能将特定的被测量信息（物理量、化学量、生物量等）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件或装置本次课设中的半桥电子秤就是在以上仪器的基础上设计而成的。因此，只有充分了解有关智能仪器、单片机、传感器以及各部分之间的关系才能达到要求。其次，在这次课程设计中，我们运用到了以前所学的专业课知识，如：汇编语言、模拟和数字电路知识等。虽然过去从未独立应用过它们，但在学习的过程中带着问题去学我发现效率很

19、高，这是我做这次课程设计的又一收获。通过这次课设我认识到，学好单片机这门课程不仅需要扎实的理论基础，同时还要有很强的动手实践能力。课程设计正是为锻炼动手能力提供机会和平台。 参考文献1周慈航著单片机程序设计基础M北京：北京航空航天大学出版社，20032方佩敏编著智能化集成温度传感器原理与应用M北京：电子工业出版社，20023张毅刚主编单片机原理及应用M北京：高等教育出版社，20084李道玲，李玲，朱艳编著传感器电路分析与设计M武汉：武汉大学出版社，20035刘笃人，韩保军编著传感器及应用技术M西安：西安电子科技大学出版社，20036陈小忠等编著单片机接口技术实用子程序M北京：人民邮电出版社，2

20、0057李群芳编著 单片机原理、接口及应用嵌入式系统计数基础M北京：清华大学出版社8 高峰主编单片微型计算机与接口技术M.北京：科学出版社，2003. 9 何希才主编传感器技术及其应用M. 北京：北京航空航天大学出版社，200510韩志军主编单片机系统设计与应用实例M. 北京：机械工业出版社，2010 附录附录A系统程序*系统初始化* ORG 0000H AJMP START ORG 0003H AJMP SAMPLE ORG 0013H AJMP EOCSTART： MOV TMOD，#01H MOV TH0, #3CH MOV TL0, #0B0H MOV 70H, #00H ；8路数字信

21、号存储首址 MOV 38H,#90H ;设定最高温度初值 MOV 39H,#20H ；设定最低温度初值 SETB IT0 SETR IT1 SETB EX0 SETB ET0 SETB EA SETB TR0 HERE： AJMP HERE* 定时器0中断服务程序*T0IT: PUSH PSW MOV PSW,#10H MOV TH0,#TIMEH MOV TL0,#TIMEL INC R7 CJNE R7,#32H，T0ITI MOV R7,#00H SETB TIMEISOKTOIT1: POP PSW RETI;*; 主程序;*START: LCALL CLEARMEMIO ;进行初始化

22、操作MAIN: LCALL TEST ；调用模数转换子程序 LCALL DISP ；跳转到显示子程序 JZ P2.0,XIAN1 ；通过键盘跳转到相应的通道温度子程序 JZ P2.1, XIAN2 JZ P2.2, XIAN3 JZ P2.3,XIAN4 JZ P2.4,XIAN5 JZ P2.5,XIAN6 JZ P2.6,XIAN7 JZ P2.7,XIAN8XIAN1: MOV R0,70H LCALL DISP4XIAN2: MOV R0,71H LCALL DISP4XIAN3: MOV R0,72H LCALL DISP4XIAN4: MOV R0,73H LCALL DISP4X

23、IAN5: MOV R0,74HLCALL DISP4XIAN6: MOV R0,75H LCALL DISP4XIAN7: MOV R0,76H LCALL DISP4XIAN8: MOV R0,77H LCALL DISP4 JZ P1.3,TEMH JZ P3.0,TEML TEMH: MOV A,38H ADD A MOV 38H,A TEML MOV A,39H ADD A MOV 39H,A LCALL ALARM AJMP MAIN*子程序区*数据采样子程序; * SAMPLE： SETB 00H MOV DPTR, #0F00H MOV R6, #08H MOV R7, #05

24、H MOV R0, #40H TRANS： MOVX DPTR,A WAIT： JB 00H,WAIT SETB 00H INC DPTR INC R0 INC R0 INC R0 INC R0 INC R0 DINZ R6,#TRAN_S MOV DPTR,#0F00H INC R0 DJNZ R7,TRAN_S RETI * 数模转换子程序 * TEST: MOV R1,#28H ;置8路转换温度数据区存取首地址MOV DPTR,#7FF8H ;端口地址送DPTR,P2.7=0，且指向通道IN0MOV R7，#08H ;置通道个数MOV R3，#03H ;置采样次数LOOP: MOVX D

25、PTR,A ;启动A/D转换 MOV R6，#0AH ；软件延时，等待转换结束DELAY: NOP NOP NOP DJNZ R6，DELAY MOVX A,DPTR ；读取转换结果 ADDC A,R1 ；对采样结果求和 MOV R1，A ；存储转换结果 DJNZ R3，LOOP ；是否采样3次 MOV B,#03H MOV A,R1 DIV A,B ；求平均值 MOVX R1，A ；存储结果 INC DPTR ；指向下一通道 INC R1 ；修改数据区域指针 DJNZ R7，LOOP1 ；8个通道是否全采样结束否？未结束则继续 RET ；转换过程结束LCALL DELAY1 ；延时8SLCA

26、LL TEST ；继续采样 ; *; A/D转换完成中断程序程序清单：EOC中断处理程序; * EOC： MOVX A,DPTR MOV R0,A CLR 00H RETI; *; *; 键盘控制子程序; *DISP4: MOV 29H,#15H ; LCALL SEND LCALL REST SETB P1.0 MOV A,#60H MOV R1,A MOV B,#84H LCALL SEND LCALL DELY3 MOV 29H,R1 LCALL SEND SETB P1.0 MOV B,#0AH MOV A,R0 DIV A.,B MOV R1,A MOV 29H,#83H LCALL SEND LCALL DELY3 MOV 29H,R1 LCALL SEND SETB P1.0 MOV A,B MOV B,#0AH DIV A,B MOV R1,A MOV 29H,#81H LCALL SEND LCALL DELY3 MOV 29H,R1 LCALL SEND SETB P1.0 MOV 29H,#80H LCALL SEND LCALL DELY3 MOV