接口技术综合实验 温度检测系统

1、 接口技术综合实验题目：温度检测系统院（系、部）：姓 名：学 号：班 级：专 业：指导教师：年 月 日 信息工程学院目 录一、实验任务11.1 实验目的 11.2 实验内容（四选一） 11.3 实验具体任务 11.4 实验报告要求 1二、任务分析2三、系统硬件设计33.1 系统硬件框图 33.2 元器件的原理、参数介绍 33.2.1 AT89C51的原理与参数33.2.2 ADC0809的原理与参数43.2.3 74LS373的原理与参数53.2.4 82C55的原理与参数63.2.5 74LS244的原理与参数73.2.6 七段数码管（共阴极）83.3系统硬件原理图（手绘） 93.4 I/O

2、口地址的计算 93.5 电路原理图(PROTEL设计) 103.6 印刷电路板图(PROTEL设计) 11四、任务分析124.1 功能分析 124.3 程序流程图 134.3 源程序（附源程序清单） 14五、调试205.1 调试设备介绍 205.2 调试过程描述 205.3调试中遇到的问题及解决方法 21六、总结22一、 实验任务1.1实验目的1、通过这次实验， 让学生得到接口技术实际应用系统开发的综合训练。2、提高学生单片机综合系统的开发的能力。1.2实验内容（四选一）1）温度检测系统：某温度变送器量程范围为080度，对应的模拟信号为05V，将此温度变送器接入ADC0809的IN2模拟输入通

3、道，进行A/D转换，在数码管中显示出当前温度。2）十字路口交通灯控制系统1：利用单片机的定时器产生秒信号，控制十字路口的红、绿、黄灯交替点亮和熄灭，并且用4只LED数码管显示十字路口两个方向的剩余时间。系统的工作应符合一般交通灯控制的要求。3）十字路口交通灯控制系统2：利用单片机的定时器产生秒信号，控制十字路口的红、绿、黄灯交替点亮和熄灭，并且用4只LED数码管显示十字路口两个方向的剩余时间。要求能用按键设置两个方向的通行时间（绿、红灯点亮时间）和暂缓通行时间（黄灯点亮时间）。系统的工作应符合一般交通灯控制的要求。4）机器人控制系统：机器人组件组装、设计控制程序、调试、画出电路原理图、画出PC

4、B板图。 1.3实验具体任务温度检测系统：某温度变送器量程范围为080度，对应的模拟信号为05V，将此温度变送器接入ADC0809的IN2模拟输入通道，进行A/D转换，在数码管中显示出当前温度。1.4实验报告要求（1）根据实验内容，设计硬件电路原理图，并给出手绘详细接线图（包括8051芯片、晶振电路、复位电路，电源、0809、8255、LED等）。（2）画出程序流程图（3）给出源程序清单（汇编语言或C语言源程序）（4）调试，调试结束后要请老师进行检查。（5）利用PROTEL软件绘制出上述电路原理图（即.SCH文件）（6）利用PROTEL软件设计出印刷电路板图（即.PCB文件）。（7）制作出印刷

5、电路板（即PCB板）。（选作） 若做出了印刷电路板，调试自己的板子。若未做出了印刷电路板，可利用接口实验箱进行调试。（8）要认真写好实验报告。二、 任务分析对实验温度监测系统的分析：随着现代信息技术的飞速发展，温度测量控制系统在工业、农业及人们的日常生活中扮演着一个越来越重要的角色，它对人们的生活具有很大的影响，所以温度采集控制系统的设计与研究有十分重要的意义。本次设计的目的在于学习基于51单片机的多路温度采集控制系统设计的基本流程。本设计采用单片机作为数据处理与控制单元，为了进行数据处理，单片机控制数字温度传感器，把温度信号通过单总线从数字温度传感器传递到单片机上。单片机数据处理之后，发出控

6、制信息控制执行模块的状态，同时将当前温度信息发送到LED进行显示。我所采用的控制芯片为AT89c51，此芯片功能较为强大，能够满足设计要求。本实验由89C51单片机温度传感器、模数转换器ADC0809、74LS373锁存器、74LS244为3态8位缓冲器，用作总线驱动器和LED显示电路等组成。由热敏电阻温度传感器测量环境温度，将其电压值送入ADC0809的IN0通道进行模数转换，转换所得的数字量由数据端D7-D0输出到89C51的P0口，经软件处理后将测量的温度值经单片机的RXD端窜行输出到82C55，经82C55转换后，输出到数码管的7个显示段，用数字形式显示出当前的温度值。89C51的P0

7、.0、P0.1、P0.2分别接入ADC0809通道地址选择端A、B、C，因此ADC0809的IN0通道的地址为F0FFH。输出驱动控制信号由P2.6输出，4个LED为状态指示，其中，LED1显示温度十位数字，LED2显示温度个位数和小数点，LED3、LED4显示小数点以后的数字。三、 系统硬件设计3.1系统硬件框图图1 系统硬件框图05VPB4位LED显示器ADC0809A/D转换器温度变送器8255芯片驱动PA单片机3.2元器件原理、参数介绍3.2.1 AT89C51的原理与参数AT89C51主要性能参数：与MCS-51产品指令系统完全兼容4k字节可重擦写Flash闪速存储器1000次擦写周

8、期全静态操作：0Hz24MHz三级加密程序存储器1288字节内部RAM32个可编程IO口线2个16位定时计数器6个中断源可编程串行UART通道低功耗空闲和掉电模式图2 AT89C51管脚图AT89C51工作原理：1、引脚排列及功能 AT89C51的封装形式有 PDIP,TQFP,PLCC 等，现以 PDIP 为例。 （1）I/O口线P0口8位、漏极开路的双向 I/O口。当使用片外存储器及外扩 I/O 口时，P0口作为低字节地址/数据复用线。在编程时，P0 口可用于接收指令代码字节；程序校验时，可输出指令字节。P0口也可做通用I/O 口使用，但需加上拉电阻。作为普通输入时，应输出锁存器配置1。P

9、0口可驱动8个TTL负载。P1口8 位、准双向I/O口，具有内部上拉电阻。P1口是为用户准备的 I/O 双向口。在编程和校验时，可用作输入低 8 位地址。用作 输入时，应先将输出锁存器置1。P1口可驱动4 个TTL 负载。P2口8位、准双向I/O口，具有内部上拉电阻。当使用外存储器或外扩 I/O口时，P2口输出高 8 位地址。在编程和校验时，P2 口接收高字节地址和某些控制信号。P3口8位、准双向I/O 口，具有内部上拉电阻。P口可作为普通I/O口。用作输入时，应先将输出锁存器置1。在编程/校验时，P3口接收某些控制信号。它可驱动4个TTL负载。 （2）控制信号线RST 复位输入信号，高电平有

10、效。在振荡器稳定工作时，在 RST 脚施加两个机器周 期以上的高电平，将器件复位。外部程序存储器访问允许信号 EA，EA/VPP 当 EA 信号接地时，对 ROM 的读操作限定在外部程序存储器，地址为 0000H-FFFFH;当 EA 接 VCC 时，对 ROM 的读操作从内部程序存储器开始，并可延续至外部程序存储器。在编程时， 该引脚可接编程电压 5V 或 12V。在编程校验时，该引脚可接 VCC。PSEN 片外程序存储器读选通信号 PSEN，低电平有效。在片外程序存储器取指期间，当 PSEN 有效时，程序存储器的内容被送至 P0 口；在访问外部 RAM 时，PSEN 无效。ALE/PROG

11、 低字节锁存信号 ALE.在系统扩展时，ALE 的下降沿将 P0 口输出的低 8 位地址锁存在外接的地址锁存器中，以实现低字节地址和数据的分时传送。此外，ALE 端连 续输出正脉冲，频率为晶振频率的 1/6，可做外部定时脉冲使用。 （3）外部晶振引线 XTAL1 片内振荡器反向放大器和时钟发生线路的输入端。使用片内振荡器时，连接外部石英晶体和微调电容。XTAL2 片内振荡器反相放大器的输出端。当使用片内振荡器时，外接石英晶体和 微调电容。2.、存储器组织和特殊功能寄存器 AT89C51 的存储器将程序存储器和数据存储器分开，并有各自的存储空间和访问指令。它有 4 个存储空间：片内存储器、片外存

12、储器、片内数据存储器及片外存储器。 3、时钟电路和工作时序 振荡器 （1）振荡器电路原理 XTAL1 Q 2 PD & Rf Q 3 6（2）振荡电路的接法 C2 XTAL2 NC XTAL2 C1 XTAL1 CND 外 部 振 荡 器 信 号 XTAL1 GND3.2.2 ADC0809的原理与参数ADC0809主要参数：分辨率：8Bits工作电压：4.5V6V吞吐率：10KSPS输入通道数：8封装类型：MDIP图3 ADC0809管脚图引脚：28AD0809 的工作原理IN0IN7：8 条模拟量输入通道ADC0809 对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是05V，若信号太小，必须进行放

13、大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。地址输入和控制线：4条ALE 为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A， B，C 三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。A，B 和C 为地址输入线，用于选通IN0IN7 上的一路模拟量输入。通道选择表如下表所示。C B A 选择的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6表1 ADC0819CBA选择的通道111IN7数字量输出及控制线：11 条ST 为转换启动信号。当ST 上跳沿时，

14、所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D 转换；在转换期间，ST 应保持低电平。EOC 为转换结束信号。当EOC 为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D 转换。OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=1，输出转换得到的数据；OE=0，输出数据线呈高阻状态。D7D0 为数字量输出线。CLK为时钟输入信号线。因ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500KHZ，VREF（+），VREF（）为参考电压输入。3.2.3 74LS373的原理与参数74LS373的主要参数：电源电压范围：4.75V至5.25V输出电

15、流：24mA工作温度范围：0摄氏度到70摄氏度位数：8芯片输出类型：三态封装类型：DIP针脚数：20图4 74LS373管脚图74LS373工作原理简述: (1)1脚是输出使能(OE)，是低电平有效，当1脚是高电平时,不管输入 3、4、7、8、13、14、17、18 如何，也不管 11 脚(锁存控制端，G)如何，输出 2(Q0)、5(Q1)、 6(Q2)、9(Q3)、 12(Q4)、15(Q5)、 16(Q6)、19(Q7)全部呈现高阻状态(或者叫浮空状态)；(2).当1脚是低电平时，只要11脚(锁存控制端，G)上出现一个下降沿，输出 2(Q0)、 5(Q1)、 6(Q2)、 9(Q3)、12

16、(Q4)、15(Q5)、16(Q6)、19(Q7)立即呈现输入脚 3、4、7、8、13、14、17、18 的状态。锁存端LE由高变低时，输出端 8 位信息被锁存，直到 LE 端再次有效。 当三态门使能信号OE为低电平时，三态门导通，允许Q0Q7输出，OE 为高电平时，输出悬空。L低电平； H高电平； X不定态； Q0建立稳态前 Q 的电平； G输入端，与 8031ALE 连高电平：畅通无阻低电平：关门锁存。图中 OE使能端，接 地。 当 G=“1”时，74LS373 输出端 1Q8Q 与输入端 1D8D 相同； 当 G 为下降沿时，将输入数据锁存3.2.4 82C55的原理与参数8255A是I

17、ntel公司生产的可编程输入输出接口芯片，它具有3个8位的并行I/O口，分别为PA口、PB口和PC口，其中PC口又分为高4位口（PC7-PC4）和低4位口（PC3-PC0），它们都可以通过软件编程来改变I/O口的工作方式。8255A可以与MCS-51单片机直接接口。它由以下几个部分组成：(1)数据端口A、B、C 8255A有三个并行口，PA、PB和PC。都可以选择作为输入输出工作模式，但在功能和结构上有些差异。PA口：一个8位数据输出锁存器和缓冲器；一个8位数据输入锁存器。PB口：一个8位数据输出锁存器和缓冲器；一个8位数据输入缓冲器。PC口：一个8位的输出锁存器；一个8位数据输人缓冲器。 通

18、常PA口、PB口作为输入输出口，PC口可作为输入输出口，也可在软件的控制下，分为两个4位的端口，作为端口A、B选通方式操作时的状态控制信号。图5 82C55原理图（2）A组和B组控制电路图6 8255管脚图 这是两组根据CPU写入的“命令字”控制8255A工作方式的控制电路。A组控制PA口和PC口的上半部（PC7-PC4）；B组控制PB口和PC口的下半部（PC3-PC0）。(3)双向三态数据缓冲器 这是8255A和CPU数据总线的接口，CPU和8255A之间的命令、数据和状态的传递都通过双向三态总线缓冲器传送的，D7-D0接CPU的数据总线。(4)读写和控制逻辑 A0、A1、为8255A的端口

19、选择信号和片选信号， 为8255A的读写控制信号，这些信号线分别和MCS-51的地址线和读写信号线相连接，实现CPU对8255A的口选择和数据传送。3.2.5 74LS244的原理与参数元件数：2安装类型：通孔封装：20-DIP工作温度：0摄氏度到70摄氏度每元件位数：4电源电压：4.75V到5.25V输出电流：15mA-24mA逻辑类型：缓冲器/线路驱动器，非反相图7 74LS244管脚图74LS244工作原理：74LS244为3态8位缓冲器，一般用作总线驱动器。74LS244没有锁存的功能。地址锁存器就是一个暂存器，它根据控制信号的状态，将总线上地址代码暂存起来。当微处理器与存储器交换信号

20、时，首先由CPU发出存储器地址，同时发出允许锁存信号ALE给锁存器，当锁存器接到该信号后将地址/数据总线上的地址锁存在总线上，随后才能传输数据。锁存器是一个很普通的时序电路。一般的，它在时钟上升沿或者下降沿来的时候锁存输入，然后产生输出，在其他的时候输出都不跟随输入变化，这就是所谓边缘触发的D触发器3.2.6 七段数码管（共阴极）图8 七段数码管引脚图数码管使用条件：a、段及小数点上加限流电阻b、使用电压：段：根据发光颜色决定；小数点：根据发光颜色决定c、使用电流：静态：总电流 80mA（每段 10mA）；动态：平均电流 4-5mA 峰值电流 100mA直流驱动是指每个数码管的每一个段码都由一

21、个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多。动态显示驱动是将所有数码管通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示。将所有数码管的8个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。3

22、.4 I/O口地址的计算8255A该端口寄存器的地址为单片机地址总线A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0 8255地址信号与片选CSA1A0A口01111111111111007FFCHB口01111111111111017FFDHC口01111111111111107FFEH控制字01表2 8255A端口寄存器的地址111111111111117FFFHP2口的地址单片机地址总线A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0P2口地址片选信号CS接法P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P2.70

23、1111111111111117FFFHP2.61011111111111111BFFFHP2.51101111111111111DFFFHP2.41110111111111111EFFFHP2.31111011111111111F7FFHP2.21111101111111111FBFFHP2.11111110111111111FDFFHP2.0111表3 P2口的地址1111011111111FEFFH3.5 电路原理图（PROTEL）图8 电路原理图3.6 印刷电路板图（PROTEL）图9 印刷电路板图四、系统软件设计4.1 功能分析该程序要实现温度变送器给出模拟量后，经单片机AT89C5

24、1，可编程并行I/O接口82C55芯片，A/D转换器ADC0809芯片，74LS02、74LS04的一系列转换，在LED数码显示器中显示出当前的温度。并可以实现的测温范围是0到80摄氏度。程序首先进行可编程并行I/O接口82C55芯片的初始化，然后进行该芯片的位选，控制四个LED显示器哪个亮哪个不亮；在进行该芯片的段选，控制LED显示什么数字量。然后进行A/D转换的编程，实现电压模拟量转换成温度的数字量。程序接下来进行A/D采样A/D转换得到数字量D进行温度转换T=(80/255)*D，然后将80/255=0.31372549扩大100倍取31，但是此时就出现了最后温度显示的误差。然后进行转换

25、，转换成BCD码，再将BCD码转换成十进制数，接着进入显示程序将该十进制数显示出来。程序二的功能与上述功能一样，但是为了提高温度显示的精度将温度转换的公式采用不同的方式来使用，不直接用80/255=0.31372549这个数据，而用此时该公式是T=80D/255，这样就减小了软件的误差。4.2 程序流程图开始8255的初始化A/D采样得到数字量D温度转换T=80*D/255将T扩大100倍，得到16进制数A将A转换成BCD码将BCD码进项拆分拆分结果送入内部RAM的65H68H单元中调用显示子程序结束4.3 源程序（附源程序清单）程序一： ORG 0000HSTART:MOV A,#81H ;

26、8255的PB、 PA口输出,PC口输入,方式0 MOV DPTR,#7FFFH ;8255控制字地址MOVX DPTR,AMAIN:LCALL DIR ;调用显示程序LCALL ADCON;调用AD转换子程序LJMP MAINADCON:MOV DPTR,#0BFFFH ;AD转换子程序MOV A,#0MOVX DPTR,A ；启动0809的0#通道LCALL DL1ms ；延时1msMOVX A,DPTR ;读取0809的0#通道转换结束的数据MOV 74H,A ;暂存读入的值MOV B,#1FH ;B中存入数值31MUL AB ；A与B相乘，低位放A中，高位放B中MOV R3,B ；十六

27、进制高位暂存入R3中MOV R4,A ；十六进制低位暂存入R4中LCALL BINBCD ；调用二进制十进制转换子程序MOV A,22HANL A,#0FH ；取低8位BCD码的低四位即为需显示；的最低位小数MOV 70H,A ；所得最低位小数存入70H单元MOV A,22HANL A,#0F0H ；取低8位BCD码的高四位即为需显示；的第一位小数SWAP AMOV 71H,A ；所得第一位小数存入71H单元MOV A,21HANL A,#0FH ；取高8位BCD码的低四位即为需显示；的个位数MOV 72H,A ；所得个位数存入72H单元MOV A,21HANL A,#0F0H ；取高8位BC

28、D码的高四位即为需显示；的十位数SWAP AMOV 73H,A ；所得十位数存入73H单元RET；显示程序DIR: MOV R0,#70H ；置缓冲器指针初值MOV R2,#00000001B ；位选码的初值送R2MOV A,R2LD0:MOV DPTR ,#7FFCH ；位选码PA口（PA.0位）；最右边LED亮MOVX DPTR,AMOV A,R0 ；显示数据AMOV DPTR,#TABLEMOVC A,A+DPTR ；根据显示数据来查表取段码PUSH ACCMOV A,R2JNB ACC.2,QPOP ACCORL A,#10000000B ；个位（右数第三数码管）显示小数点LJMP D

29、IR1Q:POP ACCDIR1:MOV DPTR,#7FFDHMOVX DPTR,A ；段码8255 PB口LCALL DL1ms ；该位显示1msINC R0 ；指针指向下一个数据单元MOV A,R2 ；位选码送入A中JB ACC.3,LD1 ；判断是否扫描到最高位十位（右数第 ；四个LED），如到最高位则返回RL A ；位选码向左移一位，准备让 ; 左边的下一位LED亮MOV R2,A ；位选码送R2中保存LJMP LD0LD1:RETTABLE:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH ;共阴极段码表DB 6FH,77H,7CH，39H，5EH,79

30、H,71H,00HDL1ms:MOV R7,#02H ；延时1ms子程序DL:MOV R6,#248DL6:DJNZ R6,DL6NOPDJNZ R7,DLRET ；二进制十进制转换子程序BINBCD:MOV R0, #22H;转换结果低位地址 MOV A, R0 PUSH ACC;ACC表示累加器A的直接地址 MOV R7, #03H CLR ALP1:MOV R0, A;结果存储地址清零 DEC R0 DJNZ R7, LP1 POP ACC MOV R0, A MOV R7, #16LP2:PUSH ACC CLR C MOV A, R4;R4中为二进制数的低位 RLC A MOV R4

31、, A MOV A, R3;R3中为二进制数的高位 RLC A MOV R3, A MOV B, #03HLP3:MOV A, R0 ADDC A, R0;执行乘2操作 DA A;十进制调整 MOV R0, A;结果保存 DEC R0 DJNZ B, LP3 POP ACC MOV R0, A DJNZ R7, LP2 RETEND五、 调试5.1 调试设备介绍图10 设备介绍图该实验箱是以单片机AT89C51为核心的调试单片机实验程序的设备，左上角为单片机AT89C51芯片及它的最小系统，其中晶振为11.0592Hz。箱子上还配有各种芯片来完成各个单片机的实验。此次试验还用到了可编程并行I/O接口芯片82C55、A/D转换器ADC0809芯片、D/A转换器DAC0832芯片、锁存器74LS373芯片、74LS244芯片、74LS02芯片、74LS04芯片、LED数码显示器。还要配合单片机编程软件Keil的使用。5.2 调试过程描述图11 调试过程图A图12 调试过程图B在按照手绘