1、溫度采集系統(tǒng)課程設(shè)計溫度采集系統(tǒng)課程設(shè)計15/15溫度采集系統(tǒng)課程設(shè)計中北大學(xué)計算機控制課程設(shè)計說明書序言1.1單片機歸納單片機是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把擁有數(shù)據(jù)辦理能力的中央辦理器CPU隨機儲藏器RAM、只讀儲藏器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、準(zhǔn)時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路變換器、A/D變換器等電路）集成到一塊硅片上組成的一個小而完滿的計算機系統(tǒng)。單片微型計算機簡稱單片機，是典型的嵌入式微控制器（MicrocontrollerUnit），常用英文字母的縮寫MCU表示單片機，它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機由芯片內(nèi)僅有CPU的專

2、用辦理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計理念是經(jīng)過將大量外面設(shè)備和CPU集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更簡單集成進復(fù)雜的而對體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備中間。單片機比專用辦理器更適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它獲得了最多的應(yīng)用。它又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。相當(dāng)于一個微型的計算機，和計算機對照，單片機只缺少了I/O設(shè)備。歸納的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質(zhì)量輕、價格低價、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)供應(yīng)了便利條件。同時，學(xué)習(xí)使用單片機是認(rèn)識計算機原理與結(jié)構(gòu)的最正確選擇。1.2溫度采集設(shè)計背景隨著科技的不斷發(fā)展，現(xiàn)代社會對各種信息參數(shù)的正確度和精確

3、度的要求都有了幾何級的增添，而如何正確而又迅速的獲得這些參數(shù)就需要受制于現(xiàn)代信息基礎(chǔ)的發(fā)展水平。在三大信息信息采集(即傳感器技術(shù))、信息傳輸(通信技術(shù))和信息處理(計算機技構(gòu)中，傳感器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，特別是溫度傳感器技術(shù)，在我國各領(lǐng)域己經(jīng)引用的特別廣泛，可以說是浸透到社會的每一個領(lǐng)域，人民的生活與環(huán)境的溫度息息相關(guān)，在工業(yè)生產(chǎn)過程中需要實時測量溫度，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也離不開溫度的測量，因此研究溫度的測量方法和裝置擁有重要的意義。測量溫度的要點是溫度傳感器，溫度傳感器的發(fā)展經(jīng)歷了三個發(fā)展階段:傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器模擬集成溫度傳感器第1頁共15頁中北大學(xué)計算機控制課程設(shè)計說明書智能溫度傳

4、感器當(dāng)前的智能溫度傳感器(亦稱數(shù)字溫度傳感器)是在20世紀(jì)90年代中期問世的，它是微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和自動測試技術(shù)（ATE）的結(jié)晶，特點是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器(MCU)。社會的發(fā)展令人們對傳感器的要求也越來越高，現(xiàn)在的溫度傳感器正在基于單片機的基礎(chǔ)上從模擬式向數(shù)字式，從集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向飛速發(fā)展，并朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛假傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展，本文將介紹AD590的結(jié)構(gòu)特點及控制方法，它是美國ANALOGDEVICES公司的單片集成兩端感溫電流源，并對以此傳感器，AT89C51單

5、片機為控制器組成的數(shù)字溫度測量裝置的工作原理及程序設(shè)計作了詳細(xì)的介紹。與傳統(tǒng)的溫度計對照，其擁有讀數(shù)方便，測溫范圍廣，測溫正確，輸出溫度采用數(shù)字顯示，主要用于對測溫要求比較正確的場所，或科研實驗室使用。該設(shè)計控制器使用ATMBL公司的AT89C51單片機，測溫傳感器使用AD590，最后用LED來實現(xiàn)溫度顯示。設(shè)計目的任務(wù)和要求2.1設(shè)計目的本設(shè)計包括確定控制任務(wù)、系統(tǒng)整體方案設(shè)計、硬件系統(tǒng)設(shè)計、軟件程序的設(shè)計等，使學(xué)生進一步學(xué)習(xí)與理解計算機控制系統(tǒng)的組成原理、接口電路與應(yīng)用程序，牢固與綜合專業(yè)基礎(chǔ)知識和相關(guān)專業(yè)課程知識，提高學(xué)生運用理論知識解決實責(zé)問題的實踐技術(shù)；2.2設(shè)計任務(wù)以8086CPU

6、（或單片機）為核心設(shè)計一個溫度采集系統(tǒng)，系統(tǒng)可以實現(xiàn)一路溫度的采集，在3位LED顯示器上顯示當(dāng)前溫度。2.3設(shè)計內(nèi)容本設(shè)計所用器件主要有傳感器，A/D變換器，8086CPU（或單片機），可編程并行接口8255（或不用），LED顯示器等。第一傳感器把所測的溫度變換為電壓，輸入A/D變換器中進行變換，爾后再把獲得的二進制數(shù)經(jīng)過CPU在LED上顯示出來。系統(tǒng)整體方案設(shè)計第2頁共15頁中北大學(xué)計算機控制課程設(shè)計說明書3.1方案設(shè)計該系統(tǒng)主要有溫度測量和數(shù)據(jù)采集兩部分電路組成，在溫度測量中用電測法測量溫度時，第一要經(jīng)過溫度傳感器將溫度變換成電量，溫度傳感器有很多種方式，這里選擇AD590，它是一種半導(dǎo)體

7、感覺式的，由測溫電阻、二極管和集成電路器件組成。利用溫度傳感器測出溫度后，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，利用A/D變換器即ADC0809變換后，就可以用單片機進行數(shù)據(jù)的辦理，在顯示電路上，將被測溫度顯示出來。3.2整體設(shè)計框圖系統(tǒng)器件的選擇和性能介紹4.1溫度傳感器AD590是一種單片集成的兩端式溫度敏感電流源，它有金屬殼，小型的扁平封裝芯片和不銹鋼等幾種封裝形式，實驗平臺利用IC溫度傳感器AD590作為測溫器，AD590是一種精度和線性度較好的雙端集成溫度傳感器，其輸出電流與絕對溫度有關(guān)，對于電源電壓從5-10V變化只引起1A最大電流的變化或1攝氏度等效誤差。第3頁共15頁中北大學(xué)

8、計算機控制課程設(shè)計說明書圖（2）傳感器工作原理圖上圖給出了用于獲得正比于絕對溫度的輸出電流的基本溫度敏感電路，當(dāng)溫度有10的變化時輸出電壓變化為20mV，即該電路M點電壓隨溫度變化為2mV/。將溫度傳感器輸出的小信號隨從放大19.2倍左右后，送至8位A/D變換器變換成數(shù)字量。4.2A/D變換器模數(shù)變換采用ADC0809，它是芯片輸出端擁有可控的三態(tài)門，這種芯片的輸出端可以直接和系統(tǒng)總線相連，由讀信號控制三態(tài)門，變換結(jié)束后，CPU執(zhí)行一條輸入指令，從而產(chǎn)生讀信號，將數(shù)據(jù)從A/D變換器取出。ADC0809是典型的8位8通道逐次逼近式A/D變換器，CMOS工藝，可實現(xiàn)8路模擬信號的分時采集，片內(nèi)有8

9、路模擬選通開關(guān)，以及相應(yīng)的通道地址鎖存譯碼電路，其變換時間為100s左右。ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)以下列圖，圖中多路開關(guān)可選通8個模擬通道，贊同8路模擬量分時輸入，共用一個A/D變換，地址鎖存與譯碼電路完成對A、B、C3個地址位進行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道選擇。8位A/D變換器是逐次逼近式，由控制與時序電路、逐次逼近存放器、樹狀開關(guān)以及256R電阻階梯網(wǎng)絡(luò)等組成。輸出器用于存放和輸出變換獲得的數(shù)字量。第4頁共15頁中北大學(xué)計算機控制課程設(shè)計說明書圖（3）A/D變換器工作原理圖由于所選的AD0809所變換的電壓范圍不大,這樣一來,當(dāng)所采集的溫度是0時,變換的電壓量是0V,經(jīng)過A/D變換后所對

10、應(yīng)的數(shù)字量是00000000。當(dāng)采集的溫度是255時,所變換的電壓量是10V,經(jīng)過A/D變換后所對應(yīng)的數(shù)字量是11111111。這樣看來,從A/D輸出的數(shù)字量和顯示的溫度是一一對應(yīng)的。若是數(shù)字量是00000011時,經(jīng)過8255A編程即可在顯示器上顯示3。4.48255并行接口當(dāng)溫度經(jīng)過AD590后,連續(xù)的物理量變換為連續(xù)的電壓量,電壓信號輸入到A/D模擬信號輸入端。當(dāng)工作時,CPU用輸出指令將PC0置零,使B/C端獲得一個低電平從而啟動變換。此后用輸入指令不斷讀端口PC4PC7測試并判斷PC4可否為零。若是PC4為零則說明完成一次A/D變換。此時在CPU的讀周期作用下它向8255A發(fā)出個讀信

11、號。此后便從A端口讀數(shù)據(jù);在寫周期的作用下CPU向8255A發(fā)出寫信號,此后數(shù)據(jù)就會從B端口輸出。B端口連接著LED,它們在PC3PC1的控制下顯示當(dāng)前溫度。8255A方式0的工作特點：方式0也叫基本輸入輸出方式。在這種方式下，端口A和端口B可以經(jīng)過方式擇字規(guī)定為輸入口也許輸出口，端口C分為兩個4位端口，高4位一個端口，低4一個端口。這兩個四位端口也可由方式選擇字規(guī)定為輸入口或輸出口。方式0的使用途合有兩種，一種是同步傳達(dá)，另一種是盤問式傳達(dá)。這里采用查方式。盤問式傳輸時，需要有應(yīng)答信號。但是，在方式0情況下，沒有規(guī)定固定的答信號，因此，第5頁共15頁中北大學(xué)計算機控制課程設(shè)計說明書這時將端口

12、A和端口B作為數(shù)據(jù)端口，把端口C的4個數(shù)位（高或低4均可）一些控制信號，而把端口C的別的4個數(shù)位規(guī)定為輸入口，用來讀入設(shè)的狀態(tài)。這樣，就利用端口C配合了端口A和端口B的輸入輸出操作。4.5LED介紹由于輸出的電壓量范圍是05V即變換為數(shù)字量后為0FF之間。因此，要使溫度表范圍為085，需把0FF除以3。經(jīng)過CPU未經(jīng)辦理過的數(shù)值是以ASCII碼的方顯示在電腦屏幕上的，還需將ASCII碼變換成十進制顯示。為了便于讀數(shù)。在LE燈上的顯示將設(shè)計為8421碼的方式顯示。變換方法在程序中有所注明。系統(tǒng)整體硬件電路5.1主板電路系統(tǒng)整體硬件電路包括，傳感器數(shù)據(jù)采集電路，溫度顯示電路，上下限報警調(diào)整電路，單

13、機板電路等，見附錄。其中蜂鳴器可以在被測溫度不在上下限范圍內(nèi)時，發(fā)出報警鳴叫聲音，同LED數(shù)碼管將沒有被測溫度值顯示。5.2顯示電路顯示電路是使用74HC373鎖存器和74LS138譯碼器分別控制段選和位選，利用動向顯示。處是LED數(shù)碼管數(shù)量大時，電路簡單。圖（5）LED電路顯示圖5.3分頻電路ADC0809需要供應(yīng)時鐘信號，單片機在工作時ALE引腳輸出2MHZ時鐘信號，需要分頻后供0809做時鐘信號使用。第6頁共15頁中北大學(xué)計算機控制課程設(shè)計說明書圖（6）ADC0809芯片的分頻電路5.4時鐘電路設(shè)計晶振的頻率決定了微控制器的時鐘頻率，8051晶振的頻率范圍，0Hz33MHz。電容器C1、

14、C2起牢固振蕩頻率、迅速起振的作用。電容值一般為2040pf。微控制器內(nèi)部有一個高增益運算放大器和一個反響電阻器，當(dāng)外接晶振后，就組成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。圖（7）晶振電路原理圖5.5溫度報警電路本設(shè)計的發(fā)揮部分，是加入了報警，若是我們所設(shè)計的系統(tǒng)是監(jiān)控某一設(shè)備，當(dāng)設(shè)備的溫度達(dá)到我們所設(shè)定的溫度值時，系統(tǒng)會產(chǎn)生報警.報警時由單片機產(chǎn)生必然頻率的脈沖，由P2.7引腳輸出，P2.7外接一只PNP的三極管來驅(qū)動楊聲器發(fā)出聲音，以便操作員來保護，從而達(dá)到報警的目的。第7頁共15頁中北大學(xué)計算機控制課程設(shè)計說明書圖（8）溫度報警電路系統(tǒng)流程圖第8頁共15頁中北大學(xué)計算機控制課程設(shè)計說明書圖（9

15、）系統(tǒng)流程圖軟件程序設(shè)計PORTAEQU020H；定義端口地址PORTBEQU021HPORTCEQU022H第9頁共15頁中北大學(xué)計算機控制課程設(shè)計說明書PORTDEQU023HDATASEGMENTTABLEDB40HDB4FHDB24HDB30HDB19HDB12HDB02HDB78HDB00HDB10HBUFDA1DB?BUFDA2DB?BUFDA3DB?DATAENDSCODESEGMENTASSUMECS:CODE,DS:DATASTART:MOVAX,DATAMOVDS,AXMOVAL,98HOUTPORTD,AL；8255的初始化;*MOVAL,01OUTPORTC,ALMOV

16、AL,00OUTPORTC,AL；PC0為0，啟動A/D變換FIND:INAL,PORTCTESTAL,010H第10頁共15頁中北大學(xué)計算機控制課程設(shè)計說明書JNZFIND；讀PC4的值，如為1則連續(xù)盤問MOVAL,01OUTPORTC,AL；使PC0為1，撤消啟動信號INAL,PORTA；讀取變換數(shù)據(jù);*MOVCL,100；計算百位，十位，個位DIVCLMOVBUFDA1,ALXORAL,ALMOVCL,10MOVBL,AHMOVAL,BLMOVAH,0DIVCLMOVBUFDA2,ALMOVBUFDA3,AH;*DISPLAY:MOVBX,OFFSETTABLEMOVAL,DI+0XLA

17、T；換碼MOVDX,PORTBOUTDX,ALMOVCX,30H；延緩程序DELAY:LOOPDELAYRET;*MOVCX,30HDISPLAY1:MOVAL,06HOUTPORTD,AL第11頁共15頁中北大學(xué)計算機控制課程設(shè)計說明書MOVAL,05HOUTPORTD,ALMOVAL,03HOUTPORTD,ALMOVDI,OFFSETBUFDA1CALLDISPLAY；使LED0工作MOVAL,07HOUTPORTD,ALMOVAL,04HOUTPORTD,ALMOVAL,03HOUTPORTD,ALMOVDI,OFFSETBUFDA2CALLDISPLAY；使LED1工作MOVAL,0

18、7HOUTPORTD,ALMOVAL,05HOUTPORTD,ALMOVAL,02HOUTPORTD,ALMOVDI,OFFSETBUFDA3CALLDISPLAY；使LED2工作LOOPDISPLAY1；延緩;*MOVAH,4CHINT21HCODEENDSENDSTART第12頁共15頁中北大學(xué)計算機控制課程設(shè)計說明書總結(jié)心得本課程設(shè)計是基于AT89C51單片機的溫室檢測系統(tǒng)。該課程是以單片機8051為核心，以熱敏電阻為測溫元件對溫度進行有效的測量,經(jīng)過ADC0809芯片將電壓信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，經(jīng)過單片機辦理后經(jīng)過8255芯片擴展的I/O以動向方式顯示，再加上相應(yīng)的時鐘電路、復(fù)位電路、分

19、頻電路，最后編寫程序，溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計就完成了。在做課程設(shè)計的過程中，除了認(rèn)識相關(guān)設(shè)計的硬件原理電路圖外，還要認(rèn)識具體的型號，熟悉相關(guān)軟件的使用，如AutoCAD、Protel、Word等，誠然在實質(zhì)操作過程中遇到了很多困難，但經(jīng)過不懈努力還是完成了本課程的設(shè)計。在這一周的設(shè)計中，不但使我增添了很多課堂上所學(xué)不到的知識，而且還讓我對A/D變換和擴展I/O有了更深入的認(rèn)識。對一些單片機原理及應(yīng)用有了更加深刻的認(rèn)識。第13頁共15頁中北大學(xué)計算機控制課程設(shè)計說明書附圖電路接線仿真圖U374LS373ELC1U2VREF(-)1612VREF(+)1nFU1X113GNDVCC1119391710XTAL1P0.0/AD02-8LSBCLOCK381493CRYSTALP0.1/AD12-7OUTPUTENABLE37157C2P0.2/AD22-6EOC183686U6XTAL2P0.3/AD32-5START35182P0.4/AD42-4LM351nF34195VOUTP0.5/AD52-3IN733204C3P0.6/AD62-2IN6932213RSTP0.7/AD72-1MSBIN50.722IN421221P2.0/A8ALEIN31nF222328P2.1/A9ADDCIN223