温度采集系统设计

中北大学计算机控制课程设计说明书

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计算机控制课程

设计任务书

学年第学期

学院：

专业：

学生姓名：

学号：

课程设计题目：

温度采集系统设计

起迄日期:

12月15日~12月28日

课程设计地点:

电气工程系综合实验室

指导教师:

系主任：

下达任务书日期:×××年×月×日

课程设计任务书

1．设计目的：

本设计包括确定控制任务、系统总体方案设计、硬件系统设计、软件程序的设计等，使学生进一步学习与理解计算机控制系统的构成原理、接口电路与应用程序，巩固与综合专业基础知识和相关专业课程知识，提高学生运用理论知识解决实际问题的实践技能；

2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：

以8086CPU（或单片机）为核心设计一个温度采集系统，系统可以实现一路温度的采集，在3位LED显示器上显示当前温度。

本设计所用器件主要有传感器，A/D转换器，8086CPU（或单片机），可编程并行接口8255（或不用），LED显示器等。首先传感器把所测的温度转换为电压，输入A/D转换器中进行转换，然后再把得到的二进制数经过CPU在LED上显示出来。

3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕：

1．根据题目要求的指标，通过查阅有关资料，确定系统设计方案，并设计其硬件电路图。

2．画出电路原理图，分析主要模块的功能及他们之间的数据传输和控制关系

3.用protel或proteus软件绘制电路原理图。

4.软件设计，给出流程图及源代码并加注释

课程设计任务书

4．主要参考文献：

1.顾德英.计算机控制技术（第二版）.北京邮电大学出版社,2005

2.李顺增，吴国东，赵河明，乔志伟.微机原理及接口技术.机械工业出版社，2004

5．设计成果形式及要求：

1.电路原理图

2.软件流程图和程序清单

3.编写课程设计报告。

6．工作计划及进度：

201312月15日~12月17日查找资料，确定方案

12月18日~12月21日设计硬件电路，绘制电路原理图

12月22日~12年25日软件设计，并调试通过

12月26日~12月28日编写课程设计报告，答辩或成绩考核

系主任审查意见：

签字：

年月日

目录

1引言……………1

2计设计目的任务和要求………1

2.1设计目的……………………1

2.2设计内容和要求……………1

3系统总体方案设计……………1

3.1方案设计……………………1

3.2原理框图……………………1

4硬件设计………………………2

4.1硬件控制电路………………2

4.2传感器电路…………………2

4.3显示电路的选择……………3

4.4CPU的选择………………3

4.58位A/D转换器ADC0809芯片………5

4.6AT89C51与ADC0809接口电路…………6

4.7单片机控制电路……………7

5软件设计………………………7

5.1绘制程序流程图……………7

5.2编制汇编源程序……………8

6调试及仿真……………………10

6.1电路接线图…………………10

6.2仿真及结果…………………10

7结论及心得体会………………11

附录……………13

参考文献…………14

1引言

温度是工业控制中主要的被测参数，随着电子技术和微型计算机的迅速发展，微机的测量和控制技术在工业发展中起到了举足轻重的作用。单片机具有处理能力强、运行速度快、功耗低等优点。应用在温度测量方面简单方便、测量范围广、精度高，从而提高了生产效率。一般来说一个测温系统由以下三部分组成：测量部分、控制部分、显示部分。因此本设计就是以单片机为核心设计温度采集系统，将采集的信号通过转换以数字方式显示。

2设计目的任务和要求

2．1设计目的

本设计包括确定控制任务、系统总体方案设计、硬件系统设计、软件程序的设计等，使学生进一步学习与理解计算机控制系统的构成原理、接口电路与应用程序，巩固与综合专业基础知识和相关专业课程知识，提高学生运用理论知识解决实际问题的实践技能；

2．2设计内容和要求

以8086CPU（或单片机）为核心设计一个温度采集系统，系统可以实现一路温度的采集，在3位LED显示器上显示当前温度。

本设计所用器件主要有传感器，A/D转换器，8086CPU（或单片机），可编程并行接口8255（或不用），LED显示器等。首先传感器把所测的温度转换为电压，输入A/D转换器中进行转换，然后再把得到的二进制数经CPU在LED上显示出来。

3系统总体方案设计

3．1方案设计

以8086CPU为核心设计一个温度巡回监测系统（A/D采用ADC0809）.系统可实现温度信号的采集，在3位LED显示器上显示当前的温度。经标度变换后送LED显示器显示，只进行一路采集。该系统主要用于温度检测，并在LED上显示当前的温度值。当温度信号改变时，LED显示的值也随之改变。

3．2原理框图

温度传感器

LED显示

ADC0809

8086控制器

并行接口8255

图3-1原理框图

4硬件设计

4．1硬件控制电路

首先应用温度传感器进行温度测量。当外界环境温度发生变化，传感器的输出电压也会发生对应的变化，电桥的输出信号与ADC0809的模拟量输入端IN0连接，经A/D转换后，ADC0809的输出引脚与AT89C51的P0口连接。

4．2传感器电路

在自动控制、机电整合的应用中，温度的测量为常见的需求，感测温度的产品有

多种

型态，依特性可概分为膨胀变化型、颜色变化型、

电阻

变化型、

电流

变化型、电压变化型、频率变化型…等，常见的电压变化型的温度传感器有LM35、

LM335

，其不同点为LM35之输出电压是与摄氏温标呈线性关係，而LM335则是与凯氏温标呈线性关系。由於摄氏温标较常使用，因此本文将针对LM35做介绍。

LM35是由NationalSemiconductor所生产的温度感测器，其输出电压与摄氏温标呈线性关係，转换公式如式(1)，0°C时输出为0V，每升高1°C，输出电压增加10mV。

公式(1)

LM35有多种不同封装型式。在常温下，LM35不需要额外的校准处理即可达到±1/4C的准确率。其

电源

供应

模式有单电源与正负双电源两种，正负双电源的供电模式可提供负温度的量测；单电源模式在25°C下静默电流约50μA，非常省电。

下图是利用LM35温度传感器及晶体管IN914组成单电源供电的测温电路（一般需正负电源）。

图4-1利用LM35温度传感器及晶体管IN914组成单电源供电的测温电路

4．3显示电路的选择

在单片机应用中常用的显示器是LED，因为LED显示器具有功耗低、配置灵活、线路简单、安装方便、寿命长且价格低廉等优点。本设计用8155芯片控制七段显示器动态显示数据。

4．4CPU的选择

本次设计以CPU选用AT89C5l作为控制芯片．AT89C51的结构简单并可以在编程器上实现闪烁式的电擦写达几万次以上．使用方便等优点。AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。AT89C51的引脚结构图所图示,其管脚说明如下：

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/地址的第八位。

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口作为低八位地址接收。

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“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，每个机器图4-2AT89C51管脚图

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。

4．58位A/D转换器ADC0809芯片

目前应用较多的A/D转换器是ADC0809，ADC0809是一种八路模拟输入八路数字输出的转换器件，主要特性如下：

分辨率：8位

转换时间：次/64个时钟周期

电源：+5V

模拟输入电压范围：单极性0-5V，具有可控三态输出锁存器。

以上数据满足设计要求，所以选用ADC0809

ADC0809的引脚排列如图4-3所示，各功能如下：

IN0～IN7：8个模拟量输入端。

START：启动A/D转换。当START为高电平时，开始A/D转换。

EOC：转换结束后。当A/D转换完毕时，此信号可用作A/D转换是否完成的查询信号或向CPU请求中断的信号。

OE：输出允许信号，或称为A/D数据信号。当此信号为高电平时，可从A/D转换器中读取数据。

CLK：实时时钟，最高允许值为640kHz，可通过外接电路提供频率信号，也可由系统ALE分频获得。

ALE：地址锁存允许，高电平有效。当ALE为高电平时，允许ADDC、ADDB、ADDA锁存到通道地址锁存器，并选择对应通道的模拟输入送A/D转换器。

ADDA、ADDB、ADDC：通道地址输入，C为最高位，A为最低位。

D0～D7：数字量输出。

VREF（+）、VREF（-）：正、负参考电压，用来提供D/A转换器的基准参考电压。一般VREF（+）接+5V，VREF（-）接地。

VCC、GND：电源电压VCC接+5V，GND接地。

图4-3ADC0809芯片管脚图

4．6AT89C51与ADC0809接口电路

如图3-4所示，系统中的ADC0809转换器的片选信号接P2.7，其通道地址IN0～IN7分别为7FF8H～7FFFH。当AT89C51产生写信号时，由一个或非门产生转换器的启动信号START和地址锁存信号ALE（高电平有效），同时将通道地址ADDA、ADDB、ADDC送地址总线，模拟量通过被选中的通道送到A/D转换器，并在START下降沿时开始逐位转换，当转换结束时，转换结束信号EOC变高电平，经反相器可向CPU发中断请求。也可采用查询方式，当AT89C51产生读信号时，则由一个或非门产生OE输出信号（高电平有效），使A/D转换结果读入AT89C51单片机。ADC0809转换器所需时钟信号可以由AT89C51的ALE信号分频获得。

图4-4AT89C51与ADC0809接口电路图

4．7单片机控制电路

（1）由于设计要求利用3位数码管显示温度，故在P1、P2、P3口进行数码管连接。由于只显示整数位，小数点不进行连接，因此数码管连接7只引脚即可。

（2）由于本系统使用片内程序存储器，故EA引脚接高电平即可。

综上所述，要实现单片机的温度采集及显示，控制电路如图3-5所示：

图4-5单片机控制电路图

5软件设计

5．1绘制程序流程图

本控制程序结构流程图如5-1图。

图5-1控制程序结构流程图

5．2编制汇编源程序

1.ADC0809调试程序

ORG0000H

MOVR1,#20H

MOVR2,#08H；设定8个通道

MOVTL0,#00H

MOVTH,#0B8H

MOVTMOD,#01H；给计数器设定初值并初始化

CLRET0；

SETBTR0；启动计数器

MOVSCON,#40H

MOVDPTR,#78FFH；置DPTR，使模拟通道对应的入口地址为78FFH

LOOP：MOVA,R2

SUBBA,R1

JNZLOOP2；跳转至LOOP2

MOVR1,#00H

MOVDPTR,#78FFH

LOOP1：JNBTF0,LOOP1

CLRTF0

MOVTL0,#00H

MOVTH0,#0B8H；重新给计数器设初值

LOOP2：MOVX@DPTR,A；重启A/D

LOOP3：JPP1.0,LOOP3

LOOP4：JNPP1.0,LOOP4；由P1.0查询ADC0809的EOC信号，确定转换是否完成

MOVXA,@DPTR；查询结果

MOV@R1,A；保存结果

INCDPH；查询下一模拟通道

INCR1;同时将下一通道的值保存

LJMPLOOP

END

2.程序执行过程：

ORG 0000H

LJMP MAIN13

ORG 0D00H

MAIN13:MOV SP，#50H

MOV P2，#0FFH

MOV A，#81H

MOV DPTR，#0FF23H

MOVX ＠DPTR，A

MOV 79H，#00H

LOOP0:LCALL DISPLAY

MOV A，#00H

MOV DPTR，#0FF80H

MOVX ＠DPTR，A

MOV R7，#0FFH

LOOP1:DJNZ R7，LOOP1

MOVX A，＠DPTR

MOV 79H，A

SJMP LOOP0

DISPLAY: MOVA，79H

MOV B，#10

DIV AB

MOV DPTR，#TAB2

MOVC A，@A+DPTR

MO