单片机温采集系统

1、课 程 设 计课程设计名称：温度采集装置班 级：数控技术0901学 号 ： 课程设计时间：12.11 目 录1 设计任务22 确定设计方案3 2.1 温度传感器AD22100K3 2.2 A/D转换器ADC08094 2.3 单片机的选择80C516 2.4 显示器接口LED动态显示接口83 硬件电路的设计10 3.1 温度传感器与A/D转换器的接口电路10 3.2 A/D转换器与89C51的接口电路10 3.3 89C51与显示器间的接口电路11 3.4 晶振电路和复位电路的设计 124 软件设计13 4.1温度采集的主程序流程图13 4.2 程序清单155 心得体会20附录 21温度采集装

2、置 1、设计任务 设计一个温度采集系统，要求按1路/s的速度顺序检测8路温度点，测温范围为+20+100，测量精度为±1%。要求用5位数码管显示温度，最高位显示通道号，次高位显示“”，低三位显示温度值。 2、设计方案 2.1 温度传感器AD22100KAD22100K是有信号调节的单片温度传感器，工作温度范围为-50+150,信号调节不需要调节电路、缓冲器和线性化电路，简化了系统设计。输出温度与电压和电源电压的乘积（比率测量）成比例。输出电压摆幅为0.25V（对应-50）和4.75V（对应150），用5V单电源工作。 图2.1.1 AD22100K的引脚图注：1.V电源 4.GND接

3、地 2.U输出 3、58 NC不连接2.1.2 AD22100K主要参数 1.工作电压4V6V 2.工作温度范围-50+150 3.精度优于±2%FS；线性度优于±1%FS;温度系数22.5mV/ 4.单电源工作，反向电压保护；高电平低阻抗输出；封装形 式为TO-92 SOIC 2.2 A/D转换器ADC0809根据题意，测量精度为±1%，所以采用8位的ADC0809即可满足要求，在显示温度时最低单位为0.1。 ADC0809是8位逐次逼近式A/D模数转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换

4、。 2.2.1 ADC0809主要特性1）8路输入通道，8位A/D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(时钟为640kHz时)，130s（时钟为500kHz时） 4）单个+5V电源供电 5）模拟输入电压范围0+5V，不需零点和满刻度校准。 6）工作温度范围为-40+85摄氏度 7） 低功耗，约15mW。 2.2.2 ADC0809内部结构ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，内部结构如图所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器、逐次逼近寄存器、逻辑控制和定时电路组成。 2.2.3 ADC0809外部特性（引

5、脚功能） 图2.2.3 ADC0809外部引脚ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图所示。下面说明各引脚功能。 IN0IN7：8路模拟量输入端。 2-12-8：8位数字量输出端。 ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路 ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。 START： A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。 EOC： A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。 OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。

6、当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。 CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。 REF（+）、REF（-）：基准电压。 Vcc：电源，单一+5V。 GND：地。 2.2.4 ADC0809的工作过程首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A/D转换完成，EOC变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平 时，输出三态门打开，转换

7、结果的数字量输出到数据总线上。 转换数据的传送 A/D转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。数据传送的关键问题是如何确认A/D转换的完成，因为只有确认完成后，才能进行传送。为此可采用下述三种方式。 （1）定时传送方式 对于一种A/D转换器来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。例如ADC0809转换时间为128s，相当于6MHz的MCS-51单片机共64个机器周期。可据此设计一个延时子程序，A/D转换启动后即调用此子程序，延迟时间一到，转换肯定已经完成了，接着就可进行数据传送。 （2）查询方式 A/D转换芯片由表明转换完成的状态信号，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查询方

8、式，测试EOC的状态，即可确认转换是否完成，并接着进行数据传送。 （3）中断方式 把表明转换完成的状态信号（EOC）作为中断请求信号，以中断方式进行数据传送。 不管使用上述哪种方式，只要一旦确定转换完成，即可通过指令进行数据传送。首先送出口地址并以信号有效时，OE信号即有效，把转换数据送上数据总线，供单片机接受。 2.3 单片机的选择80C51 2.3.1 80C51主要特性·与MCS-51 兼容 ·4K字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环 数据保留时间：10年 ·全静态工作：0Hz-24MHz ·三级程序存储器锁定 ·128*8位内

9、部RAM ·32可编程I/O线 ·两个16位定时器/计数器 ·5个中断源 ·可编程串行通道 ·低功耗的闲置和掉电模式 ·片内振荡器和时钟电路 2.3.2 80C51的引脚图及管脚说明 图 2.3.2 80C51的引脚图 VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/ 地址的低八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须

10、被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址

11、“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。 P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： 口管脚 备选功能 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1） P

12、3.4 T0（记时器0外部输入） P3.5 T1（记时器1外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如

13、想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 /EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编

14、程电源（VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 振荡器特性XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。由于输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 2.4 显示器接口LED动态显示器接口七段式LED的结构与工作原理 LED显示器是由发光二极管显示字段的显示器件，也可称为数码管。其外形结构如图所示，由图可见它由8个发光二极管组成，通过不同的组合

15、可用来显示09、A-F及小数点“.”等字符。数码管通常有共阴极和共阳极两种接法。限流电阻是外接的，一般共阳极数码管必须外接电阻，共阴极不一定外接电阻。要显示某字形就应使此字形的相应字段点亮，实际就是送一个用不同电平组合代表的数据至数码管。这种装入数码管中显示字形的数据称为字形码。图 2.4.1 LED外部引脚本次设计采用共阳极数码管，字形与字形码的关系，对照，字形码各位定义如下：D7D6D5D4D3D2D1D0DPgFedcba数据线D0与a段对应，D1与b段对应,以此类推。共阳极常用的显示字形如上表所示。按照显示字符顺序排序。通常显示代码存放在程序存贮器的固定区域中，构成显示代码表。当要显示

16、某字符时，可根据地址及显示字符查表。 2.4.2 LED动态显示器接口的选择七段式LED显示器有静态显示与动态扫描两种方式，动态显示需要耗费大量的CPU时间，且亮度不够；而静态亮度高，CPU负担很小，但所需硬件驱动芯片较多,在位数较多时，字符更新速度慢，电路比较复杂，成本较高。因此在此温度采集装置中采用动态显示方式。3、硬件电路设计 3.1 温度传感器与A/D转换器的接口电路 3.2 A/D转换器与80C51的接口电路 80C51单片机与ADC0809接口时必须注意事项（ 80C51单片机与ADC0809接口如图3.2 A/D转换器与80C51的接口电路） 图3.2 A/D转换器与80C51的

17、接口电路 （1）在START端送一个100ns宽的启动正脉冲 （2）获取EOC端上的状态信息，因为它是A/D转换的结束标志 （3）给“三台输出锁存器”分配一个端口地址，也就是给OE端送一个地址译码器的输出信号 3.3 80C51与显示器件的接口电路在单片机系统中，LED显示一般采用静态显示和动态扫描两种驱动方式。本次设计采用的是动态扫描驱动方式。所谓动态显示就是指一位一位地轮流点亮各个显示器，对于每一位显示器来说，每隔一段时间点亮一次。点亮时间通常1左右，相隔时间为20。动态显示器件与80C51间的接口如图3.3 80C51与显示器件的接口电路所示。 图3.3 80C51与显示器件的接口电路

18、图3.3 80C51与显示器件的接口电路中，74LS373-1的输出为段数据口，接显示器的各个段极，74LS373-2的输出为位扫描口，接LED的公共极。显示时，首先使74LS373-2的Q0为低电平，Q1Q7为高电平，则仅第一位显示器的公共阴极为低电平（被选通）；同时74LS373-1输出第一个显示数据的段码，这时第一位显示器将显示出第一个显示数据。持续1左右后，使Q0为低电平，关闭第一个显示器，随后使Q1为低电平，并选通第二位显示器，并由74LS373-1输出第二个显示数据，并持续1左右。有类似的方法一次选通第3，第4，第8位即完成依次循环显示。 3.4 晶振电路与复位电路的设计 3.4

19、.1 晶振电路的设计要给CPU提供其工作时的时序要求就要有相关的硬件电路晶振电路，即振荡器和时钟电路。80C51系列单片机内部有一个高增益方向放大器，用于构成振荡器，但要构成时钟，外部还需要附加电路。80C51的时钟产生方法有内部时钟方式和外部时钟方式两种。 图 3.4 .1 晶振电路 本次设计采用的是内部时钟方式。利用芯片内部的振荡器，然后在引脚XTAL1和XTAL2两端跨接晶体或陶瓷谐振器，就构成了稳定的自己振荡器，其发出的脉冲直接送入内部时钟电路，见图 3.4 .1 晶振电路。 3.4 .2复位电路的设计 复位是单片机的初始化操作，单片机在启动运行时，都需要先复位，它的作用是使CPU和系

20、统中其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。单片机本身一般是不能自动进行复位的，必须配合相应的外部电路才能实现。单片机的外部复位电路有上电自动复位和按键手动复位（按键手动复位又分为按键电平复位和按键脉冲复位）两种，本次设计采用的是按键手动复位的按键电平复位，见图3.4 .2复位电路。按键电平复位相当于按复位键后复位端通过电阻与电源接通。 图3.4 .2复位电路 4、软件设计4.1 主程序流程图 4.2 程序清单根据题意设计电路如附录A所示。图中数码管采用共阴极，采用8位的ADC0809转换器，单片机工作频率为12MHZ，采用定时器0定时为50ms.其地址分配及编程如下：；=DM

21、-ADDR EQU 0DFFFH ;数码管段码地址WM-ADDR EQU 0BFFFH ;数码管位码地址ADC-ADDR EQU 07FF0H ;AD0809转换通道0地址；POSITION EQU 30H ;显示位码寄存器CHANNEL EQU 31H ;通道寄存器DISPLAY1 EQU 38H ；显示数据寄存器（高位）DISPLAY2 EQU 39H ·DISPLAY3 EQU 3AH ·DISPLAY4 EQU 3BH ·DISPLAY5 EQU 3CH ；显示数据寄存器（低位）CON EQU 3DH ；秒计数器；ORG 0000HLJMP MAINORG

22、 000BHLJMP TIMER0 ；转10ms定时中断程序ORG 0030HMAIN: MOV SP,#50H ；修改堆栈指针 MOV POSITION,#0FEH ；设置位码寄存器 MOV TMOD,#01H ；设置定时器0工作方式 MOV TH0，#0D8H ；定时器0定初值（10ms） MOV TL0，#0F0H SETB TR0 ；启动定时器0 SETB ET0 ；允许定时器0中断 SETB EA ；开中断 CLR 10H ；秒标志位清0 MOV CON,#100H ；秒计数器置初值START: MOV CHANNEL,#00H ；通道设置（0通道）EX5A: MOV DPTR,#A

23、DC-ADDR MOV A,DPL ADD A,CHANNEL ；计算通道地址 MOV DPL,A MOVX DPTR,A ；启动A/D转换 NOP JB INT1，$ ；等待转换结束 MOVX A,DPTR ；读取结果 LCALL BCD ；条结果转换子程序 MOV DISPLAY1，CHANNEL；送当前显示通道号 MOV DISPLAY2，#0AH ；段码表中“-”的位置偏移量DISP1： LCALL DISP ；调结果显示子程序 JB 10H,DISP1 ；1秒不到，等待 CLR 10H MOV CON,#100 ；秒计数器重置初值 INC CHANNEL ；下一通道 MOV A,CH

24、ANNEL CJNE A,#08H,EX5A ；不是最后一通道，转EX5A LJMP SYART ；循环；将00FFH的十六进制数转换成000999的十进制数，显示单位位0.1；转换近似公式位：A*1003D/256D，结果存入R2（H）R3（L）中，其中A:00FFH,1003=3EBH；将BCD结果送入寄存器DISPLAY3DISPLAY5中BCD:MOV R2，AMOV B,#0EBH ；R2*1003D（3EBH）MUL ABMOV R4，AMOV R3，BMOV A,R2MOV B,#03HMUL ABADD A,R3MOV R3，AMOV A,BADDC A,#00HMOV R2，

25、ACJNE R4，#80H,BCD1 ；与80H比较决定4舍5入 BCD1:JC BCD2 MOV A,R3 ADD A,#01H MOV R3，A MOV A,R2 ADDC A,#00H MOV R2，ABCD2：XCH A,R3XCH A,BXCH A,R2MOV R0，#DISPLAY3MOV R6，#00HMOV R5,#64HLCALL SUM ；调除法子程序MOV R6，#00HMOV R5，#0AHLCALL SUMXCH A,BMOV R0，A；SUM: MOV R7， #00HSUM0：CLR C XCH A,B SUBB A,R5 XCH A,B SUBB A,R6 INC R7 JNC SUM0 DEC R7 XCH A,B ADD A,R5 XCH A,B ADDC A,R6 XCH A,R7 MOV R0，A XCH A,R7 INC R0 RET；DISP: MOV DPTR ,#WM-ADDR