微机课程设计 基于单片机的温度测量电路设计.doc

1、1基于单片机的温度测量电路设计摘要该温度测量报警系统以 AT89C51 单片机为核心控制芯片，实现温度检测报警功能的方案。该系统通过调节可调电阻调节电压作为模拟输入量，通过 A/D转换成温度信息进行显示，程序内部设定有报警上下限，根据应用环境不同可设定不同的报警上下限。该系统实现了对温度的自动监测，为设备的正常运行提供了条件，在工业中具有一定的实用价值和广泛的应用前景。另外该方案显示部分采用数码管来显示温度。本文详细阐述了单片机和 LED 数码显示器的内部结构，系统硬件电路和软件程序的设计及调试过程，同时给出了原理图、流程图等。涵盖了从需求分析，系统设计，编程，原理图，PCB 图以及最后的试验

2、板焊制等产品开发的基本过程。2目录摘要 .11 引言 .32 系统设计 .42.1 设计任务与要求 .42.1.1 设计任务 .42.1.2 设计要求： .42.2 设计思路 .42.3 设计方案 .42.4 主程序设计 .53 AT89C51 与 ADC0808 简介及引脚功能 .53.1 AT89C51 单片机管脚介绍 .53.2 ADC0808 管脚介绍 .74 系统硬件设计 .84.1 电路原理图 .84.1.1 主控器模块 .84.1.2 数码管显示模块 .84.1.3 A/D 转换模块 .94.1.4 报警模块 .95 系统仿真与调试 .105.1 仿真软件简介 .105.2 pr

3、otues 仿真 .115.3 仿真结果 .115.3.1 正常情况 .115.3.2 低于温度下限 .135.3.3 高于温度上限 .125.4 系统调试 .136 总结 .147 附录 .151 程序清单： .158 参考文献 .203引言随着计算机技术的飞速发展和普及，数据采集系统在多个领域有着广泛的应用。数据采集是工、农业控制系统中至关重要的一环，在医药、化工、食品、等领域的生产过程中，往往需要随时检测各生产环节的温度、湿度、流量及电压等参数。同时，还要对某一检测点任意参数能够进行随机查寻，将其在某一时间段内检测得到的数据经过转换提取出来，以便进行比较，做出决策，调整控制方案，提高产品

4、的合格率，产生良好的经济效益。采集系统，从严格的意义上来说，应该是用计算机控制的多路数据自动检测或巡回检测，并且能够对数据实行存储、处理、分析计算以及从检测的数据中提取可用的信息，供显示、记录、打印或描绘的系统。温度测量成为广大电子领域中必须掌握的过程，并且对测量的精度和采集功能的要求也越来越高，而温度的测量与显示系统甚为重要。在课程设计中对一路温度采集系统与显示系统作了基本的研究。电压采集与通信控制采用了模块化的设计，并用单片机 8051 来实现，硬件部分是以单片机为核心，还包括模-数转换模块，显示模块，和串行接口部分，还有一些简单的外围电路。1 路被测电压通过通用 ADC0808 模-数转

5、换，实现对采集到的电压进行模拟量到数字量的转换，由单片机对数据进行处理，用数码管显示模块来显示所采集的结果，由相关控制器完成数据接收和显示，汇编程序编写了更加明了化数据显示界面。本系统主要包括四大模块：数据采集模块、控制模块、显示模块、A/D 转换模块。绘制电路原理图与工作流程图，并进行调试，最终设计完成了该系统的硬件电路。在软件编程上，采用了汇编语言进行编程，开发环境使用相关集成开发环境。开发了显示模块程序、A/D 转换程序。本次课程设计，利用 Keil 和 Proteus 软件设计的测温系统。过程中所用到的主要电路由我们自主设计制作，通过查阅资料和借助指导老师最终设计出结构合理、美观，主要

6、电气指标良好，性能稳定可靠的电路。以培养我们严谨的科学态度，正确的设计思想，科学的设计方法和良好的工作作风，掌握一定的专业技能及综合运用基础理论、基本知识的能力。42 系统设计2.1 设计任务与要求2.1.1 设计任务基于 AT89C51 单片机设计温度检测报警，并且可以根据应用环境不同设定不同的报警上下限。报警系统采用光报警和蜂鸣器报警。2.1.2 设计要求：(1)用可调电阻调节电压值作为模拟温度的输入量，当温度低于 30时，发出长嘀报警声和光报警，当温度高于 60时，发出短嘀报警声和光报警。测量的温度范围在 099。并将实时的温度显示在数码管上。(2)要求使用的元器件数目尽量少。(3)设计

7、硬件电路原理图，合理选择元器件；编写使用说明书，说明使用方法。设计在实验板上实现该功能的程序并进行调试。2.2 设计思路设计框图如图 1图 12.3 设计方案总体设计方案：采用 51 系列单片机作为整机的控制单元，通过调节可调电阻将 0-5V 模拟电压信号通过 AD0808 模数转换成数字量 0-255，通过内部程序公式转换成可调电阻调节电压作为模拟输入量ADC0808 模数转换送C51P1口经程序换算将0-255转换成0-99转换后送 P0并在数码管显示温度范围 0-99调用报警程序判断是否高于或低于温度上下限并判断是否启动报警5温度 0-99 然后通过数码管显示其温度值。根据设定的温度报警

8、上下值可以进行光报警和蜂鸣器报警2.4 主程序设计主程序流程图如图 2 所示。否是是 否是 否图 2 流程图3 AT89C51 与 ADC0808 简介及引脚功能3.1 AT89C51 单片机管脚介绍单片机芯片 AT89C51 为 40 引脚双列直插式封装。其各个引脚功能介绍如下，芯片 AT89C51 的引脚排列和逻辑符号如图 3 所示。各引脚分别为：VCC：供电电压GND：接地转换完成？读取转换结果 d温度：temp=d*25/64低于下限？高于上限？显示转换值调用报警程序开始设置定时器启动 ADC0808 转换器6P0 口P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每个管脚可吸收 8T

9、TL 门电流。当P1 口的管脚写 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。在 FLASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当 FLASH 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0 外部电位必须被拉高。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，电位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

10、口， P2 口缓冲器可接收，输出 4 个TTL 门电流当 P2 口被写 ”1”时，其管脚电位被内部上拉电阻拉高，且作为输入。作为输入时 P2 口的管脚电位被外部拉低，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，它利用内部上拉的优势，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 图 3 AT89C51 的引脚图在 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

11、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。作为输入时，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL ） ，也是由于上拉的缘故。P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，同时 P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。图 4-2 AT89C51 的引脚排列图7RST：复位输入端。当振荡器复位时，要保持 RST 两个机器周期的高电平时间。PSEN外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取址期间，每个机器周期 PSEN 两次有效。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，访问外部

12、 ROM；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，访问内部 ROM。在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源（VPP） 。3.2 ADC0808 管脚介绍ADC0808 是采样分辨率为 8 位的、以逐次逼近原理进行模/数转换的器件。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。引脚图如图 4:图 4 ADC0808 引脚图DAC0808 各引脚功能:ADC0808 芯片有 28 条引脚，采用双列直插式封装，如右图所示。各引脚功能如下： 15 和 2628（IN0

13、IN7）：8 路模拟量输入端。 8、14、15 和 1721：8 位数字量输出端。 22（ALE）：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。 86（START）：AD 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 0808 复位，下降沿启动 A/D 转换） 。 9（OE）：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当 AD 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。 10（CLK）：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于 640KHZ。 11（VREF（+） ）和 16（VREF（-） ）：参考电压输入端 12（Vcc）：主电源输入端。 13（GND

14、）：地。 2325（ADDA、ADDB、ADDC）：3 位地址输入线，用于选通 8 路模拟输入中的一路4 系统硬件设计 4.1 电路原理图主要包括主控模块，A/D 转换模块，显示模块，报警模块如图 5图 5 系统设计原理图4.1.1 主控器模块本系统控制器芯片采用 AT89C51 单片机:P0:与 ADC0808 8 位输出端口相连P1：与数码管七段输入相连P3.0 接高温光报警，P3.1 接低温光报警，P3.7 接蜂鸣器4.1.2 数码管显示模块图 6 为液晶显示电路模块，图中为一个两位七段数码管，其接法为共阴极9接法图 6 数码管显示电路4.1.3 A/D 转换模块采用 ADC0808 模

15、数转换将 0-5 伏电压模拟量转换成数字量 0-255。如图 7图 7 ADC0808 模数转换4.1.4 报警模块（如图 8）10图 8 报警模块报警模块流程图 如图 9是否是如图 9 报警模块流程图5 系统仿真与调试5.1 仿真软件简介Proteus 软件是来自英国 Labcenter electronics 公司的 EDA 工具软件。该软件有十几年的历史，在全球广泛使用，除了其具有和其它 EDA 工具一样的原理布图、PCB 自动或人工布线及电路仿真的功能外，其革命性的功能是，他的电路仿真是互动的，针对微处理器的应用，还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，并实现软件源码级的实时调试，如有

16、显示及输出，还能看到运行后输入输出的效果，配合系统配置的虚拟仪器如示波器、逻辑分析仪等，为用户建立了完备的电子设计开发环境。Proteus ISIS 的工作界面是一种标准的 Windows 界面。主要包括：标题栏、主菜单、标准工具栏、绘图工具栏、状态栏、对象选择按钮、预览对象方位控制按钮、仿真进程控制按钮、预览窗口、对象选择器窗口、图形编辑窗口。Proteus 还提供了诸多资源，如下所述：Proteus 可提供的仿真元器件资源：仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件，有 30 多个元件库。Proteus 可提供的仿真仪表资源 ：示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、SPI调试器、 信号发生器、模式发生器、交直流电压表、交直流电流表。理论读取转换结果 d温度：temp=d*25/64tenp60？光报警和长嘀报警光报警和短嘀报警