控制系统-环境温度自动测量与报警系统课程设计

1、计算机控制系统课程设计 -环境温度自动测量与报警系统院 系班 级指导教师小组成员 分工情况 时 间环境温度自动测量与报警系统摘要: 单片机在检测和控制系统中得到广泛的应用, 温度则是系统常需要测量、控制和保持的一个量。 本文从硬件和软件两方面介绍了80C51单片机为主控器的温度控制与报警系统的设计，对硬件原理图和程序框图作了简洁的描述。关键字: 单片机80C51; 温度 ; 测量 ; A/D转换 ；控制 ；报警1、设计内容本课程设计以8051CPU为主控制器，设计出具有测量和报警功能的温度模拟控制系统，由A/D 转换电路模拟测量外部空间环境温度信号。运用所学基础知识，由实验箱电位器旋钮模拟外部

2、温度传感器，ADC0809转换芯片实现模拟量与数字量的转换，选通8255A接口芯片扩展CPU并行接口，判断温度信号是否报警，根据结果驱动指示灯同时在LCD 上显示输出；结合中文液晶显示模块OCMJ2*8LCD实现温度可观性,且采用C51作为开发语言进行软件编程，将各环节连贯实现。2、设计要求（1）完成测量与报警系统的硬件原理图设计（在Protel等电子设计自动化软件下进行，完成最小系统和外部扩展电路设计）；（2）、完成相关软件程序的设计。由实验箱电位器旋钮模拟外部温度传感器（温度测量范围为0-100 摄氏度，输出0-5V 电压信号）；（3）在LCD 屏上显示当前系统状态（报警或正常、如报警是何

3、种类型报警）和当前温度（精确到0.1 度）；（4）要求在测量过程中至少采用一种数字滤波算法；（5）由发光二极管显示当前系统状态报警或正常、如报警是何种类型报警。（6）在LCD 屏上显示温度参数报警上、下限；（7）使用越限报警方式；（8）在LCD 屏上显示系统累计运行时间；3、系统开发环境简介本系统采用北京达盛科技有限公司提供的EL-MUT多CPU单片机/微机原理实验开发系统进行开发。该系统采用开放式、模块化、积木式的结构，不仅能完全满足相关课程的基本教学实验要求，而且可以开设全开放的设计性系统实验。4、系统硬件设计4.1、系统硬件图组成如上所介绍本系统设计是基于EL-MUT多CPU单片机/微机

4、原理的开发环境，应用51CPU处理器作为本系统的CPU对各功能模块进行控制。其中利用并行接口芯片8255A作为CPU与外界数据进行交换的主要通道，利用ADC0809芯片作为数据采集器对外部温度信号进行采样和模数转换。显示结果利用LCD显示点位模拟的实时温度、温度上下限值、系统运行时间及温度越限情况。并且利用LED作为报警情况只是灯。4.2、各硬件功能介绍4.2.1、51CPU处理器作为本系统的CPU对各功能模块进行控制；8051CPU板如下图所示：4.2.2、 8255A可编程通用并行接口芯片,它具有3个8位的并行口,有三种工作方式,可作为单片机与各种外部设备连接的接口电路。8255A芯片硬件

5、图如下：4.2.3、ADC0809带有8位A/D转换器，8位多路开关以及与微型计算机兼容的控制逻辑的CMOS组件。 ADC0809硬件图如下图所示：4.2.4、 OCMJ2*8 液晶LCD利用液晶的扭曲向列效应制成，具有低功耗，抗干扰，体积小，价格低等优点。内部是32*128的点阵可以显示2行8列的汉字，以及2行16*8的字符和4行8*8的字符。LCD硬件图如下图所示：4.3、硬件原理图硬件原理图如下：4.4、硬件连接方块图及连接介绍硬件连接方块图如下：如上连接图所示：并行接口芯片8255A片选端CS0(0xO4a0-0x04af)；A/D转换芯ADC0809 片选端CS1(0x04b0-0x

6、04bf)；采用通道0进行AD转换AN0->ADIN0；8255A A口接LCD数据输入DB0-DB7；B口接LED灯：PB0-LED1(上限报警)；PB1-LED2（下限报警）；PB2-LED3（正常显示）；A/D转换结束标志EOC->P1.0；BUSY->P1.1；置位/复位标志 REQ->P1.2。5、系统软件设计本次设计的温度采样和报警系统以上已经介绍，要实现的功能是：温度的采样、滤波、报警显示、LCD的实时温度显示、LED灯报警显示。根据系统实现的各个功能，为使程序具有较好的可操作性和高效性，且易于调试，在软件设计时将系统的各个功能进行拆分和模块化，形成诸多个

7、不同功能的子程序模块便于对不同模块的功能进行检验和调试。最后通过程序功能之间的调用实现整个系统的有序运行。各模块介绍如下：5.1、主程序模块5.1.1主程序主程序是整个程序的主干，负责调用初始化子程序和其他数据处理子程序，程序如下： void main()TMOD=0x01; /定时器初始化，工作在方式一下TL0=0xB0;TH0=0x3C;ET0=1; /选用定时器0EA=1; /开启单片机中断功能TR0=1;/*清屏*/cs8255=0x88;REQ=0;while(busy=1); /等待处理完毕PA=0xf4; /写入清屏指令REQ=1; /发出请求while(busy=0);/ 等待

8、处理完毕REQ=0;while(1)displaytime();/显示累计时间readdata(); /读取数据if(FOR>temperature)&&(FOR-temperature)>5)|(FOR<temperature)&&(temperature-FOR)>5)/如果温度变化在0.5°C以内，则显示温度不改变 displaytem();/显示温度FOR=temperature;displayresult(); /显示结果，报警或正常5.1.2、主程序流程图主程序流程图如下：5.2、AD转换模块AD0809的片选端与C

9、S1相连，AD0809的地址范围为0x04b00x04bf，本系统在采样时选用IN0作为A/D转换时模拟量的输入端，因此地址为0x04b1。AD0809的EOC（转换结束标志位）端与51CPU的P1.0相连，当EOC为0时表示该次A/D转换仍在进行，当EOC为1时表示本次A/D转换已经结束。5.2.1、A/D转换子程序A/D转换子程序如下：unsigned char AD(void) cs0809=0x01;/启动AD转换while(EOC=0);/查询转换是否结束return(cs0809);/转换结束回送转换值5.2.2、A/D转换流程图5.3、滤波模块因为滤波后的数据是一个00h-FFh

10、的数字量，但温度是一个0100的变量，因此需要对该数字量进行标度变换。即将00hFFh的数字量转变成0-100的变量，但是由于设计要求温度精确到小数位，而在数字系统中小数位一般被四舍五入成整数位，因此为了能够体现小数位的变化需要将原来0-100之间的数变成0-1000的数，这样就避免了小数位被忽略掉了，从而提高了温度转换的精确度。算术平均值滤波和标度变换子程序如下：void readdata()unsigned int i;long tem=0;for(i=0;i<16;i+)tem+=AD();tem=tem*10;/使小数点后一位得以保留，因为精度要求为0.1度temperature

11、=(tem>>4)*100/255;/取16个数的平均值并进行标度变换5.3、越限报警模块进行算数平均值滤波后的温度是在0-1000之间的数值，系统设定的温度上限值是800，温度下限值是200，当超过上限则调用上限报警子程序，低于下限则调用下限报警子程序，否则调用正常状态显示子程序，然后选中8255A的B口输出数据，点亮相应的LED标志位。5.3.1、越限报警子程序越限报警子程序如下：void displayresult(void)unsigned char t;t=temperature/10;/还原温度值if(t<downlimit)downwarn(); /小于下限值，

12、下限报警PB=0x05;/下限报警指示灯亮else if(t>uplimit)upwarn();/大于上限值，上限报警PB=0x06; /下限报警指示灯亮elsenormal(); /正常显示PB=0x03;/正常指示灯亮5.3.2、越限报警流程图5.4、LCD显示模块该子程序通过51的P1.2位向与LCD相连的REQ位输出一个高电平，LCD显示芯片内部通过握手协议（请求/应答）自动识别该请求位，当REQ被置1时，LCD芯片会自动响应，从与8255A的A口相连的数据端DB0-DB7读入数据并写入该芯片中。由于是实时显示，要显示的数字和汉字会随模拟输入的变化而变化，则通过数组的方式并逐位显

13、示来达到实时显示的目的。数字采用显示8*16ASCII字符，汉字采用显示16*16国际汉字。中XX表示该字符或者汉字在OCMJ2*8 LCD上的列值；YY表示该字符或者汉字在OCMJ2*8 LCD上的行值在显示过程中，对于汉字采用区位码的形式。一般的显示格式为：F0 XX YY 区码 位码，当依次输入5个字节后在LCD上显示一个相应的汉字。对于字符的显示有两种格式，一种是8*8的ASCII码显示，格式控制字位F1,另一种是8*16的ASCII码显示，格式控制字位F9。一般的现实格式为：F1 XX YY ASCII码值 ，F9 XX YY ASCII码值。当依次输入4个字节后在LCD上显示一个相

14、应的汉字。5.4.1、LCD显示程序void timer(void) interrupt 1TL0=0xB0;TH0=0x3C;tt+;if(tt>=10)tt=0;s+;if(s>=60) s=0;m+;if(m>=60)m=0;/*LCD显示时间05：03*/void displaytime(void)unsigned char i;unsigned charlcdtimer=0xf9,0x0b,0x00,0x30,0xf9,0x0c,0x00,0x30,0xf9,0x0d,0x00,0x3a,0xf9,0x0e,0x00,0x30,0xf9,0x0f,0x00,0x30

15、;lcdtimer3=lcdnumberm/10;lcdtimer7=lcdnumberm%10;lcdtimer15=lcdnumbers/10;lcdtimer19=lcdnumbers%10;for(i=0;i<20;i+)REQ=0;while(busy=1);PA=lcdtimeri;/显示05:03REQ=1;while(busy=0);REQ=0;/*显示实时温度23.0*/void displaylimit(void)unsigned char i,a,b;unsigned charlcdlimit=0xf0,0x00,0x00,41,47,0xf9,0x02,0x00,

16、0x38,0xf9,0x03,0x00,0x30,0xf0,0x03,0x00,47,34,0xf9,0x08,0x00,0x32,0xf9,0x09,0x00,0x30;a=uplimit;b=downlimit;lcdlimit8=lcdnumbera/10;lcdlimit12=lcdnumbera%10;lcdlimit21=lcdnumberb/10;lcdlimit25=lcdnumberb%10;for(i=0;i<26;i+)REQ=0;while(busy=1);PA=lcdlimiti;/显示上80 下20REQ=1;while(busy=0);REQ=0;void

17、displaytem(void)unsigned char i,x,y,z;unsigned charlcdtem=0xf9,0x04,0x10,0x30,0xf9,0x05,0x10,0x30,0xf9,0x06,0x10,0x2e,0xf9,0x07,0x10,0x30;x=temperature/100;y=(temperature/10)%10;z=temperature%10;lcdtem3=lcdnumberx;lcdtem7=lcdnumbery;lcdtem15=lcdnumberz;for(i=0;i<16;i+)REQ=0;while(busy=1);/显示23.0P

18、A=lcdtemi;REQ=1;while(busy=0);REQ=0;/*上限报警子程序，显示过高*/void upwarn(void)unsigned char i;unsigned char lcdup=0xf0,0x06,0x01,25,93,0xf0,0x07,0x01,24,63; for(i=0;i<10;i+)REQ=0;while(busy=1);PA=lcdupi;REQ=1;/ 显示过高while(busy=0);REQ=0;/*下限报警子程序，显示过低*/void downwarn(void)unsigned char i;unsigned char lcddow

19、n=0xf0,0x06,0x01,25,93,0xf0,0x07,0x01,21,45; for(i=0;i<10;i+)REQ=0;while(busy=1);PA=lcddowni;/ 显示过低REQ=1;while(busy=0);REQ=0;/*正常显示子程序，显示正常*/void normal(void)unsigned char i;unsigned char lcdnormal=0xf0,0x06,0x01,53,93,0xf0,0x07,0x01,19,03; for(i=0;i<10;i+)REQ=0;while(busy=1);PA=lcdnormali;/ 显

20、示正常 REQ=1;while(busy=0);REQ=0;5.4.2、LCD显示流程图5.4.3、LCD实时显示图如下6、全部程序本系统设计全部程序如下：#include <reg51.h>#include <absacc.h>#define PA XBYTE0xcfa0#define PB XBYTE0xcfa1#define PC XBYTE0xcfa2#define cs8255 XBYTE0xcfa3#define cs0809 XBYTE0xcfa8unsigned char uplimit=80,downlimit=20;long temperature,

21、FOR=0;unsigned char m=0,s=0,tt=0;unsigned char lcdnumber=0x30,0x31,0x32,0x33,0x34,0x35,0x36,0x37,0x38,0x39;sbit busy=P11;sbit REQ=P12;sbit EOC=P10;sbit UA=P13;sbit UD=P14;sbit DA=P15;sbit DD=P16;void displaytime(void);void checkkey(void);void checklimit(void);void displaylimit(void);unsigned char AD

22、(void);void readdata();void displaytem(void);void displayresult(void);void upwarn(void);void downwarn(void);void normal(void);void main()TMOD=0x01;TL0=0xB0;TH0=0x3C;ET0=1;EA=1;TR0=1;cs8255=0x88;REQ=0;while(busy=1);PA=0xf4;REQ=1;while(busy=0);REQ=0;while(1)displaytime();checkkey();readdata();if(FOR&g

23、t;temperature)&&(FOR-temperature)>5)|(FOR<temperature)&&(temperature-FOR)>5)displaytem();FOR=temperature;displayresult();void timer(void) interrupt 1TL0=0xB0;TH0=0x3C;tt+;if(tt>=10)tt=0;s+;if(s>=60) s=0;m+;if(m>=60)m=0;void displaytime(void)unsigned char i;unsigned

24、charlcdtimer=0xf9,0x0b,0x00,0x30,0xf9,0x0c,0x00,0x30,0xf9,0x0d,0x00,0x3a,0xf9,0x0e,0x00,0x30,0xf9,0x0f,0x00,0x30;lcdtimer3=lcdnumberm/10;lcdtimer7=lcdnumberm%10;lcdtimer15=lcdnumbers/10;lcdtimer19=lcdnumbers%10;for(i=0;i<20;i+)REQ=0;while(busy=1);PA=lcdtimeri;REQ=1;while(busy=0);REQ=0;void displa

25、ylimit(void)unsigned char i,a,b;unsigned charlcdlimit=0xf0,0x00,0x00,41,47,0xf9,0x02,0x00,0x38,0xf9,0x03,0x00,0x30,0xf0,0x03,0x00,47,34,0xf9,0x08,0x00,0x32,0xf9,0x09,0x00,0x30;a=uplimit;b=downlimit;lcdlimit8=lcdnumbera/10;lcdlimit12=lcdnumbera%10;lcdlimit21=lcdnumberb/10;lcdlimit25=lcdnumberb%10;for

26、(i=0;i<26;i+)REQ=0;while(busy=1);PA=lcdlimiti;REQ=1;while(busy=0);REQ=0;unsigned char AD(void) cs0809=0x01;while(EOC=0);return(cs0809);void readdata()unsigned int i;long tem=0;for(i=0;i<16;i+)tem+=AD();tem=tem*10;temperature=(tem>>4)*100/255;void displaytem(void)unsigned char i,x,y,z;lcd

27、tem=0xf9,0x04,0x10,0x30,0xf9,0x05,0x10,0x30,0xf9,0x06,0x10,0x2e,0xf9,0x07,0x10,0x30;x=temperature/100;y=(temperature/10)%10;z=temperature%10;lcdtem3=lcdnumberx;lcdtem7=lcdnumbery;lcdtem15=lcdnumberz;for(i=0;i<16;i+)REQ=0;while(busy=1);PA=lcdtemi;REQ=1;while(busy=0);REQ=0;void displayresult(void)u

28、nsigned char t;t=temperature/10;if(t<downlimit)downwarn();PB=0x05;else if(t>uplimit)upwarn();PB=0x06;elsenormal();PB=0x03;void upwarn(void)unsigned char i;unsigned char lcdup=0xf0,0x06,0x01,25,93,0xf0,0x07,0x01,24,63;for(i=0;i<10;i+)REQ=0;while(busy=1);PA=lcdupi;REQ=1;while(busy=0);REQ=0;vo

29、id downwarn(void)unsigned char i;unsigned char lcddown=0xf0,0x06,0x01,25,93,0xf0,0x07,0x01,21,45;for(i=0;i<10;i+)REQ=0;while(busy=1);PA=lcddowni;REQ=1;while(busy=0);REQ=0;void normal(void)unsigned char i;unsigned char lcdnormal=0xf0,0x06,0x01,53,93,0xf0,0x07,0x01,19,03;for(i=0;i<10;i+)REQ=0;wh

30、ile(busy=1);PA=lcdnormali;REQ=1;while(busy=0);REQ=0;7、调试过程出现的问题及解决措施(1)、本实验开始做的时候，无任何反应，无法运行，猜测是本电脑的软件坏了，于是乎用同样的试验箱连接另外一台电脑，结果还是无法运行，再次猜测是本实验的CPU板坏了，重新找老师换了一块51CPU板，才能运行。（2）、本开始定义的全局变量，之后忘记了，局部变量亦用了全局变量的字符，这样导致标量混淆，没有显示结果；同样犯了一个小错误，在全局变量中定义了表示显示时间的变量，却在显示时间的子程序中直接用了另外的字符表示，导致无法显示时间，故仔细检查，才发现犯下了这样的错误

31、，并很快纠正过来。（3）、纠正了以上的错误后，发现在LCD上显示的信息（模拟温度、运行时间、报警信息等），位置有些错乱，且不知道怎么换这些信息显示的位置，在查阅资料以及老师的帮助下，发现我们是把汉字和数字显示的行列当做同样的规律对待，之后才明白了LCD显示汉字及数字的规律，及以下规律：2OCMJ2*8 LCD液晶显示屏可以显示2行8列16*16点阵编码的汉字，也可以显示2行16列16*8点阵的特殊符号以及显示4行16列的8*8点阵的特殊符号。字符的行是按照点的个数来计算的，字符的列值是按照字节（即8点列）个数来计算的，而汉字的列值却是按照字（即16点列）来计算的。（4）、我们开始设计的LED报警显示灯，是高电平有效，及过高、过低、正常的值为0x01、0x02、0x04,故在实验室运行中，发现温度越限或正常都会两两盏灯，当然这个问题很容易就会发现其原因所在，也很好解决，把过高、过低、正常的值依次改为0x06、0x05、0x03即可。8、运行结果硬件和软件的设计可以完成实验要求的全部功能，结果显示在LCD上，可见上LCD显示图，LED显示报警信号。 故本次系统设计达到设计要求。9、总结首先得谢谢燕飞老师的辅助及教导，悉心的帮助提点。本次设计还算成功，虽然中途遇到很多问题，但在我们的努力下终究还是成功了。就是出现问题，发