南昌航空大学单片机课程设计-温度的采集与控制

1、单片机技术课程设计名称：课程设计题目：学 院 名 称：温度的采集与控制信息工程学院专业：电子信息科学与技术 班级： 120431学号： 12043123姓名： 沈*评分：教师： 贾杰20 15 年 07 月03 日20 15 20 16学年 第 2 学期 分散一周 第 17 周 19周集中温度的采集与控制进度安排指导时间：第 1719周指导地点：综合楼505室任务下达考核方式指导教师2013-06-171.评阅 2.答辩 3.实际操作 4.其它系（部）主任注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。2温度的采集与控制摘要本系统将单片机应用于温度测量。系统的核心部

2、件是 STC89C52 单片机，系统采用模拟温度传感器 PT-100 作为测温元件，将采集的模拟信号经 TL084 放大器放大后传递给ADC0832 模数转换器。ADC0832 模数转换器将采集得到的模拟信号转换成数字信号传至STC89C52 单片机的 P2口和 P3 口。STC89C52 将信号处理后，经过共阴数码管显示出来。它具有 0255范围的温度测量的能力，并且具有超温报警功能，灵敏度较高。关键词：TLC0832，TL084，STC89C51。1温度的采集与控制目 录前言3第一章 设计内容及设计要求41.1 温度的采集与控制4第二章 硬件电路设计52.1 方案52.2 复位电路62.3

3、 晶振电路62.4 电桥电路72.5 放大电路82.6 AD转换电路92.7 显示电路112.8 报警电路12第三章作品调试及结果分析133.1 电路的焊接133.2 实验的调试143.3 设计中遇到的问题与解决方案17第五章 实验结论和体会18参考文献19致谢 20附录一21附录二22附录三232温度的采集与控制前 言在工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。其中，温度控制也越来越重要。在工业生产的很多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。采用单片机对温度进行控制不仅具有控制方便、简单和灵活性大等优点，而且可以大幅

4、度提高被控温度的技术指标，从而大大提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是工业生产中经常会遇到的控制问题。目前应用的温度检测系统大多采用由模拟温度传感器、多路模拟开关、AD 转换器及单片机等组成的传输系统。这种温度采集系统需要大量的测温电缆，才能把现场传感器的信号送到采集卡上安装和拆卸繁杂，成本也高。同时线路上传送的是模拟信号，易受干扰和损耗，测量误差也比较大，不利于控制者根据温度变化及时做出决定。针对这种情况，3温度的采集与控制第一章 设计要求及设计思路1.1 设计要求基本要求：（1 PT100温度传感器测温（2 A/D转换器 TLC083（30 - 255，分辨率为1（4 20

5、0时能用继电器控制一 LED发光管亮。参考原理：电桥电路、放大电路、AD转换电路、数码管显示电路、继电器报警电路主要参考器件：ADC0832，TL084，STC89C51。1.2设计思路及总体设计框图利用 AT89C52单片机、ADC0832及 PT-100温度传感器设计温度的控制与采集。整个设计包括温度转换模块、A/D是将随温度变化的电阻转化为电压变量。为了提高测温灵敏度，用放大器将电压信号放大为了提高测温灵敏度。A/D转换模块采用 ADC0832范围 0-255 P200 PT-100温度传感器，所以采用精密电阻代替。电桥经过调零，调满后使得放大器输出端模拟电压在 0V-5V范围变化，再经

6、过 ADC0832转换器得到采集温度在 0-255。系统原理框图如图 1-1所示：显 示 电路图 4温度的采集与控制第二章 模块方案比较与论证温度转换电路模块方案比较由于电桥电路模块将随温度变化的电阻转化为电压变量。此电压为毫伏级的，非常小。因此需要采用放大电路。以下对两种放大电路方案进行分析比较。方案一分析：采用TL084差分放大电路，此电路放大倍数为Af=-（1+2R1/Rg如图 2-1所示：图 方案二分析：采用 ICL7650进行一级放大。放大倍数 Af=(R8+R9+Rw3)/(R9+Rw)。其中 Rw为 Rw3接入电路的电阻。电路图如图 2-2所示。图对以上两种方案对比分析总结：差分

7、放大电路可以有效的防止漂移现象，也比较好调5温度的采集与控制试而且电路相对比较简单，最主要的是采用差分放大不必考虑电桥地的问题，所以相对而言采用方案一比较简单，而且方案一只需采用三级放大（放大倍数约为55 倍）即可达到要求。因此最终采用了方案一 TL084 放大电路。报警电路模块方案一分析：单片机 P1.1 口直接连接发光二极管。当 P1.1 口为高电平时，发光二极管点亮，否则灯灭。再通过编程使得当温度到达200时发光二极管点亮，当低于200时则灯灭。电路图如图 2-3 所示。图P方案二分析：采用继电器报警，所以设计报警模块如图 2-4 所示图 经过比较，方案一较简单，但是抗干扰能力较差方案二

8、相对比较复杂，但抗干扰6温度的采集与控制能力较强。由于课设要求采用继电器控制发光二极管报警，再综合其他因素，最终采用了方案二。第三章 系统硬件设计3.1 STC89C52简介STC89C52是STC CMOS8 8K 在系统可编程 Flash存储器。STC89C52使用经典的 MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统 51 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash STC89C52具有以下标准功能： 8k 字节 Flash，512 字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器，内置 4KB ，MAX810复位电路，3个 16 位定时器/计数器，4个外部中断，一个 7向量 4

9、 51的 5向量 2 STC89C52可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，所以本电路采用 STC89C52作为电路的单片机来实施控制与输出。本人使用现有的单片机下载程序，所以其中的复位电路与晶振电路直接采用其原理图的电路。并且单片机的管脚如图 3-1所示图7温度的采集与控制3.2 最小系统主控制系统采用了 AT89C52单片机。单片机最小系统，是指用最少的元件组成的单片机

10、可以工作的系统。最小系统一般应该包括：单片机、晶振电路、复位电路。复位电路和晶振电路是 AT89C52工作所需的最简外围电路。其基本系统电路原理图如下图 3-2所示。图3.3 复位电路STC89C52单片机的9单片机复位，复位后，主要特征是各IO口呈现高电平，程序计数器从零开始执行程序。如VCC通过复位电容给单片机复位脚加高电平，同时，通过10K电阻向电容反向充电，使复位脚电压逐渐降低，经约10毫秒时间后，复位脚变为 0V,单片机开始工作。复位电路如图 3-3所示。图 8温度的采集与控制3.4 晶振电路图 12M 的晶振。匹配电容是两个30P 的瓷片电容。每种芯片的手册上都会提供外部晶振输入的

11、标准 CPU 不同，单片机现在所能接收的晶振频率相对较低，但对于一般控制电路来说足够了。晶振电路如图 3-4 所示。3.5 电桥电路图 此电路采用 2 个电阻和 2 个滑动变阻器来实现电桥电路，上面的两个固定电阻都为10k ，下面的滑动变阻器阻值范围为0200 。其中左边的滑动变阻器为参考电阻，右边的9温度的采集与控制滑动变阻器为 ，若固定左边的滑动变阻器为 100，则调节 PT-100 的阻值会产生不同的压差，并将其传递给后面的放大电路。并且最大压差经计算后约为 0.09v。电桥电路如图 3-5 所示3.6 放大电路图 因为前面的电桥电路产生的压差范围为 mv使之产生 05v 范围内的电压。

12、如图 3-6 所示，本电路采用的是 TL084 放大器将电压进行放大，TL084 是一款高输入电阻的四运放，精度不高。管脚信息如图3-7 123 脚是通道 1 的输出端、反相输入端、同相输入端，567 脚是通道 2的同相输入端、反相输入端、输出端，89、10 脚是通道 3 的输出端、反相输入端、同相输入端，121314 脚是通道 4 的同相输入端、反相输入端、输出端，4 脚是正电源，11 10温度的采集与控制图本人设计的放大电路图的放大倍数为Af= （1+2R3/RV6RV6 的阻值，可方便的调节放大器的增益 根据需要，输出电压为05v，最大放大倍数约为55 倍。2.6 AD 转换电路图本电路

13、采用的是ADC0832芯片，ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种8 位分辨率、双通道A/D转换芯片，体积小，兼容性强，性价比高ADC0832 具有以下特点： 8位分辨率； 双通道A/D转换； 输入输出电平与TTL/CMOS相兼容； 5V电源供电时输入电压在05V之间； 工作频率为250KHZ，转换时间为32S；11温度的采集与控制 一般功耗仅为15mW；芯片接口说明：CS_ 片选使能，低电平芯片使能；CH0 模拟输入通道0，或作为IN+/-使用；CH1 模拟输入通道1，或作为IN+/-使用；GND DI 数据信号输入，选择通道控制；DO 数据信号输出，转换数据输出；CLK 芯片时钟输

14、入；Vcc/REF 电源输入及参考电压输入。ADC0832时序图如图所示：图 当要进行A/DCS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作；同时由处理器向芯片时钟输入端CLK 输入时钟脉冲，DO/DI端则使用DI端输入通道功能；在第1 个时钟脉冲的下沉之前DI端必须是高电平，表示启始信号。在第2、3个脉冲下沉之前DI端应输入2 位数据用于选择通道功能。如资料所示，当此2 位数据为“1”、“0”时，只对CH0 进行单通道转换。当2位数据为“1”、“1”时，只对CH1进行单通道转换。当2 位数据为“0”、“0”时，将CH0作为正输入端IN+CH1作为负输入端IN-2 位数

15、据为“0CH0作为负输入端IN-，CH1 作为正输入端IN+进行输入。12温度的采集与控制图 到第 3 个脉冲的下沉之后 DI DO/DI 端则开始利用数据输出 DO 进行转换数据的读取。从第 4 个脉冲下沉开始由 DO 端输出转换数据最高位DATA7。随后每一个脉冲下沉 DO 端输出下一位数据。直到第 11 个脉冲时发出最低位数据DATA0，一个字节的数据输出完成。也正是从此位开始输出下一个相反字节的数据，即从第11 个字节的下沉输出 DATA0 8 19 着一次 A/D 转换的结束。最后将CS 置高电平禁用芯片，直接将转换后的数据进行处理。因为采集的温度为 025505v 256 2.7

16、显示电路13温度的采集与控制图 本电路采用 CD4511驱动共阴数码管显示采集的数据。管脚图和真值表如图所示：图 图其功能介绍如下：BI4脚是消隐输入控制端，当BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。14温度的采集与控制LT：3脚是测试输入端，当 BI=1，LT=0 时，译码输出全为 1，不管输入 DCBA 状态如何，七段均发亮，显示“8LE：锁定控制端，当 LE=0时，允许译码输出。 LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在 LE=0时的数值。A1、A2、A3、A4、为 8421BCD码输入端。a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输

17、出为高电平 1有效。CD4511A1A2、A3、A4输入 BCD码，则共阴数码管显示相应的数据。2.8 报警电路图 报警电路接在单片机的 P1.1口，当 P1.1口为低电平时，三极管不导通，继电器不工作，所以 LED灯灭，当 P1.1口为高电平时，三极管导通，继电器工作，使得 LED灯亮。15温度的采集与控制第四章 作品调试及结果分析4.1 电路的焊接调试过程中用到了直流电压源和数字示波器和调节电位器的起子。电路安装要注意几个原则：1.需进行整体布局的构思，使元器件分布合理、整体上更加美观；2.先装矮后装高、先装小后装大、先装耐焊等等；3.布线尽量使电源线和地线靠近实验电路板的周边，以起一定的

18、屏蔽作用；4.最好分模块安装。此外焊接时不能出现虚焊、假焊、漏焊，更不能出现过焊，因为有些器件，不能耐高温， 电烙铁不能停留太久。16温度的采集与控制3.2 实验的调试1、首先调节电桥和放大电路部分。本人先将电桥部分的左边和右边的滑动变阻器都调为 100，此时测得放大电路的输出电压为 0.01v,调零成功。再将右边的滑动变阻器调为198.5，再调节 RV1，此时输出电压慢慢增大，当增大为 5v 时停止，调满成功。2、调试显示部分和报警部分。将单片机的 P2 口，P3 口接至 CD4511 的输入端，P0口接至报警电路端，将调试的子程序下载入单片机，显示如图，显示200，并且LED 灯亮，说17

19、温度的采集与控制图 1图调试 1图程序：ORG 0000HLJMP MAINMAIN： CLR P0.0L0： MOV A,#0C8H;直接给 A赋值 200并显示CJNE A,#0C8H,L1JC L2SETB P0.0L1:L2： MOV R0,#33HMOV R7,#03HLP： MOV B,#0AHDIV ABXCH A,BMOV R0,AXCH A,BDEC R0DJNZ R7,LP18温度的采集与控制MOV A,32HRL ARL ARL ARL AORL A,31HMOV P2,AMOV A,33HMOV P3,ASJMP L0END修改程序中的 A值，显示如图，LED灯灭，调试

20、成功。图 2图3、前面电路和后面的电路没问题就直接将整体电路连接起来，调节 PT-100电阻，实验数据如图：19温度的采集与控制图 图 示0图 示图 示图 示图 示20温度的采集与控制图 示因为供电电压为 6.3v，理论上若显示 0，则输出电压为 0v，所测值为 0.04v；理论上若显示 50，则输出电压为 6.3/5=1.26v，所测值为 1.26v；理论上若显示 100 6.3*2/5=2.52v 2.51v；理论上若显示 150 6.3*3/5=3.78v 3.74v；理论上若显示200 6.3*4/5=5.04v 4.96v；综上可得，所测值与理论值相差甚少，误差较小，说明作品较为成功

21、。3.3 设计中遇到的问题及解决方案第一次接上电源的时候，调节滑动变阻器，放大器 TL084 的输出端电压最大只会显示3v 左右，经过细心的检查调试发现，发现 TL084 的电源地必须与电桥地共接（因为该放大采用的芯片不一样，这点要注意！除了这部分电路的问题外，其余电路的电源地最好是接一起，除电桥和放大电路地方电源接直流稳压源外，其余电路本人是直接采用单片机开发TL084 输出端电压值会随着滑动变阻器的阻值改变而改变，调试成功。软件调试一次性成功。 004滑动变阻器，显示值都不会变，经过调节测量电桥电路与放大电路的输出电压，发现无问题，再用调节子程序测试数码管部分有无问题，发现也会显示最初设计

22、的初值，所以本人认为是 ADC0832 芯片出现故障。在库房里领取了一个新的 ADC0832 后，调试结果又和之前21温度的采集与控制的一样会显示所测温度，调试成功。第五章 实验结论和体会结论，比如说原理图和参数确定后并确定无误就开始焊接电路，但在焊接时有虚焊的地的地方。最后就是调试电路了，也是整个系统设计的最后环节，这可就需要细心与耐心了，出现了什么意外情况不能着急，有的时候越着急就越难找出错误，冷静是关键。通过此次实习，本人了解了温度的采集与控制电路的设计，包括了电桥电路、放大电路、AD 转换电路、数码管显示电路、继电器报警电路，此设计中的 AD 转换电路是本设计的精华部分，这种电路在以后

23、也会有许多用处，可以说是受益匪浅。此次设计还算是比较成功的，没有出现比较大的错误。经过此次的课程设计，对单作用，对动手能力的培养也非常的重要，让知识学以致用。22温度的采集与控制参考文献（1）张鑫. 单片机原理及应用（第 2 版）M. 电子工业出版社，2010 年（2）张毅刚. 单片机原理与应用设计M. 电子工业出版社，2008 年（3）何立民. 单片机应用系统设计系统配置与接口技术M. 北京航空航天大学出版社，2001 年（4）周立功. 单片机实验与实践教程（三）M. 北京航空航天大学出版社，2006 年（5）胡汉才.单片机原理及其接口技术（第 3 版）M. 清华大学出版社，2010 年.

24、年. C 年. 2 年. C . 2 年. 年致 谢23温度的采集与控制本设计是在陈琼导师教授的悉心指导下完成的，导师渊博的知识，严谨的治学态度，一丝不苟的工作作风，平易近人的性格都是本人学习的楷模。在完成这个课设的时间，导师给了本人很大的支持和鼓励，才使得论文得以顺利的完成，在此谨向导师表示忠心的感谢和崇高的敬意。同时感谢实验室的等老师，他们给本人提供了必要的实验器材，提供了很大的方便。最后还要感谢周鹤伟同学，能和他组队完成这个课设本人十分荣幸，他给了本人很大的支持和帮助，使本人受益匪浅。附录一24温度的采集与控制1、元件清单其他继电器共阴数码管3 个2、 调试过程中所需的仪器设备：稳压直流

25、电源 1 台附录二25温度的采集与控制1、实验原理图1 26温度的采集与控制附录三1.实验程序及注释;-端口注释-;P1.3接 CLOCK;P1.4接 D0;P1.5接 DI;P1.6接 CS;-主程序-ORG 0000HLJMP MAINMAIN: CLR P0.0ST:CLR P1.6;使能选通LCALL SAMPLE ;调用采用程序MOV 40H,A;将采样值 A值存于 40H中CJNE A,#0C8H,NEXTNEXT: JC NEXT2SETB P0.0;A0C8H LED亮SJMP OVERNEXT2: CLR P0.0OVER: LCALL CON_VSJMP ST;A0C8H LED灭;将采样值转换为 3位