1、吉林师范大学应用工程学院毕业论文摘要温度测量与控制在社会的发展而广泛的使用。利用单片机技术的温度测控系统以其体积小，可靠性高而被广泛采用。本文对该测控系统进行了分析设计。首先，设计针对系统所使用的单片机的性能和发展情况做了简单介绍；对系统使用的模/数转换芯片 ADC0809 做了性能方面的简单说明；同时对测量温度在-55150 之间的集成型恒流测温元件AD590 做了介绍。其次，论文重点对测控硬件、软件的组成进行了分项、模块化逐步分析设计。对各部分的电路一一进行了介绍，最终实现了该系统的硬件电路。绘制了电路原理图，绘制了印制电路板图，并将制成的线路板焊接上了元件，完成了硬件调试。根据硬件的设计
2、和测控系统所要实现的功能，本设计对软件也进行了一一设计，并经过反复的模拟运行、调试，修改简化了软件系统，最后形成了一套完整的程序系统。关键词： 单片机、ADC0809 、AD590、软件系统、硬件系统吉林师范大学应用工程学院毕业论文AbstractThe temperature survey and the control in profession and so on industry, agriculture, national defense has the widespread application. Using monolithic integrated circuit techn
3、ology temperature observation and control system by its volume small, the reliability is high but is widely used. This article has carried on the analysis design to this observation and control system.First, this article the monolithic integrated circuit performance and the development situation whi
4、ch used in view of the system has made the simple introduction; To system use mold/Number transformation chip ADC0809 has given the performance aspect simple explanation; Meanwhile to surveyed the temperature to make the introduction in -55 150 between integration constant flow temperature element A
5、D590.Next, this article key to observe and controlled the hardware, the software composition carries on the sub-item, the modulation has analyzed the design gradually. 11 has carried on the introduction to each part of electric circuits, finally has realized this system hardware electric circuit. Ha
6、s drawn up the electric circuit schematic diagram, has drawn up the printed circuit board chart, and will make in the line board welding the part, has completed the hardware debugging. Function must realize which according to the hardware design and the observation and control system, this design ha
7、s also carried on 11 designs to the software, and after the repeatedly simulation run, the debugging, the revision simplified the software system, finally has formed set of complete software. Key words： MCU, ADC0809, AD590, software system, hardware system目录吉林师范大学应用工程学院毕业论文第 1 章 前言 .1第 2 章 单片机多通道温度采
8、集测控系统分析与设计 .22.1 总体分析 .22.2 AT89C51 单片机的性能及应用 .22.3 控制框图的设计系统 .8第 3 章 单片机多通道温度采集测控 .93.1 输入电路的设计 .93.1.1 集成温度传感器 AD590 的简单介绍 .93.1.2 放大电路的设计 .113.2 单通道，循环检测工作方式选择电路的设计 .123.3 A/D0809 与 AT89C51 接口电路的设计 .133.4 输出电路设计 .163.4.1 四位 LED 数码管驱动电路的设计 .163.4.2 超温报警电路的设计 .173.4.3 温度控制电路的设计 .183.5 电源的设计实现 .213.
9、6 电路板的制作与调试 .213.6.1 电路原理图的绘制过程 .213.6.2 PCB 板的制作 .233.6.3 电路的焊接 .25第 4 章 单片机多通道温度采集测控系统的软件 .264.1 主程序的逐步 .264.1.1 初始化和工作方式选择程序的设计 .274.1.2 显示程序的设计 .284.1.3 二进制温度值转化成 BCD 码温度显示值的程序设计 .294.1.4 延时子程序的设计 .304.1.5 数模转换测量子程序的设计 .314.1.6 按键检测子程序的设计 .324.1.7 超温报警程序及继电器控制程序的设计 .334.2 CPU 抗干扰技术的程序设计 .344.2.1
10、 数字滤波 .344.2.2 指令冗余和“看门狗”技术 .35吉林师范大学应用工程学院毕业论文4.2.3 提高 RAM 资料可靠性 .374.2.4 总 结 .374.3 程序的汇编与调试 .384.3.1 第一课建立您的第一个 C 项目 .38第 5 章 结束语 .405.1 本次设计心得体会 .405.2 总结 .41致 谢 .44参考文献、资料 .45第 1 章 前言吉林师范大学应用工程学院毕业论文第 1 页 共 45 页温度测量在各个设计有着广泛的应用，而且随着科学技术的发展对温度测量的精度要求愈来愈高。由于 AT89C51 单片机的设计时间有限其精度不是很高，它的测温范围在 0100
11、之间，可以直接应用在对温度精度要求不高的各种现场。单片机多通道温度采集测控系统采用集成温度传感器满足温度测量，并将温度信号转换成电流，转换为电压信号，通过放大电路最终交由模/数转换芯片转换成数字信号经单片机处理并经输出驱动电路显示于共阳极数码管。该测量仪可实现多点（8 点）不同区域测量，单通道，循环测量。还具有超温报警和自动控制功能，当温度超过某一设定值时，系统控制继电器来关闭加温设备。由以上大致分析，整个系统控制将由 AT89C51 单片机为核心构成。选用 ADC0809 作为模 /数转换芯片，各个检测信号、控制信号、显示信号可由单片机的 I/O 口进行，并由程序保证系统抗干扰的能力。 设计
12、任务为：用单片机设计一个测温范围在 0100 的多通道温度测量仪。设计要求：完成该系统的软硬件设计，学习掌握单片机采集测控系统的设计方法，提高学习新知识、新技能的能力，培养独立设计的能力。 第 2 章 单片机多通道温度采集测控系统分析与设计吉林师范大学应用工程学院毕业论文第 2 页 共 45 页2.1 总体分析由于 AT89C51 单片机的设计时间有限其精度不是很高，它的测温范围在 0100之间，可以直接应用在对温度精度要求不高的各种现场。单片机多通道温度采集测控系统采用集成温度传感器满足温度测量，并将温度信号转换成电流，转换为电压信号，通过放大电路最终交由模/数转换芯片转换成数字信号经单片机
13、处理并经输出驱动电路显示于共阳极数码管。该测量仪可实现多点（8 点）不同区域测量，单通道，循环测量。还具有超温报警和自动控制功能，当温度超过某一设定值时，系统控制继电器来关闭加温设备。由以上大致分析，整个系统控制将由 AT89C51 单片机为核心构成。选用 ADC0809 作为模 /数转换芯片，各个检测信号、控制信号、显示信号可由单片机的 I/O 口进行，并由程序保证系统抗干扰的能力。2.2 AT89C51 单片机的性能及应用单片机是早期 Single Chip Microcomputer 的直译，它反映了早期单片机的形态和本质。然后，按照面向对象，突出控制功能，在片内集成了许多外围电路及外设
14、接口，突破了传统意义上的计算机结构，发展成 microcontroller 的体系结构，目前国外已普遍称之为微控制器 MCU（Microcontroller Unit） 。鉴于它完全作嵌入应用，故又称为嵌入式微控制器(Embedded Microcontroller)。大多数单片机采用哈佛（Harvard）结构体系，即数据存储空间与程序存储空间相互独立的结构体系。它不同于一般通用计算机系统结构，即程序和数据共用一个空间的冯诺伊曼(Von Neumann)结构。AT89C51 单片机温度测控仪采用 Atmel 公司的 AT89C51 单片机，采用双列直插封装（DIP） ，有 40 个引脚。该单片
15、机采用 Atmel公司的高密度非易失性存储技术制造，与美国 Intel 公司生产的MCS51 系列单片机的指令和引脚设置兼容。其主要特征如下：8 位 CPU吉林师范大学应用工程学院毕业论文第 3 页 共 45 页内置 4K 字节可重复编程 Flash，可重复擦写 1000 次完全静态操作：0Hz24Hz ，可输出时钟信号三级加密程序存储器128B8 的片内数据存储器(RAM)32 根可编程 I/O 线2 个 16 位定时/计数器中断系统有 6 个中断源，可编为两个优先级一个全双工可编程串行通道可编程串行 UART 通道具有两种节能模式：闲置模式和掉电模式（1）单片机的基本组成 它由 CPU 、
16、存储器（包括 RAM 和 ROM ）、 I/O 接口、定时/ 计数器、中断控制功能等均集成在一块芯片上，片内各功能通过内部总线相互连接起来。 输入 / 输出引脚 P0、P1、P2、P3 的功能：图 2-1 为 AT89C51 的引脚图：图 2-1 AT89C51 的引脚图P0 口（P0.0 -P0.7）：P0 口是一个 8 位漏极开路型双向 I/O端口。在访问片外存储器时，它分时作低 8 位地址和 8 位双向数据总线用。在 EPROM 编程时，由 P0 输入指令字节，而在验证程序吉林师范大学应用工程学院毕业论文第 4 页 共 45 页时，则输出指令字节。验证程序时，要求外接上拉电阻。 P0 能
17、以吸收电流的方式驱动 8 个 LSTTL 负载。在 Flash 编程时，P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1 口（P1.0-P1.7（1-8 脚）: P1 口是一上带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。在 EPROM 编程和验证程序时，由它输入低 8位地址。 P1 能驱动 4 个 LSTTL 负载。 在 AT89C51 中， P1. 0 还相当于专用功能端 T2 ，即定时器的计数触发输入端； P1. 1 还相当于专用功能端 T2EX ，即定时器T2 的外部控制端。Flash 编程和程序校验期间，P1 接收低 8 位地址。P2 口（P2.0-P2
18、.7（21-28 脚）：P2 也是一上带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平。在访问外部存储器时，由它输出高 8 位地址。在对 EPROM 编程和程序验证时，由它输入高 8 位地址。 P驱动 4个 LSTTL 负载。在访问外部程序存储器或 16 位地址的外部数据存储器（例如执行 MOVX DPTR 指令）时，P2 口送出高 8 位地址数据。在访问 8 位地址的外部数据存储器（例如执行 MOVX RI 指令）时，P2 口线上的内容（也即特殊功能寄存器 SFR 区中 R2
19、寄存器的内容），在整个访问期间不改变。Flash 编程或校验时，P2 亦接收高位地址和其它控制信号。P3 口 （ P3.0-P3.7（10-17 脚）：P3 口 是 一 组 带 有 内 部 上 拉电 阻 的 8 位 双 向 I/O 口 。 P3 口 输 出 缓 冲 级 可 驱 动 （ 吸 收 或 输 出电 流 ） 4 个 TTL 逻 辑 门 电 路 。 对 P3 口 写 入 “1”时 ， 它 们 被 内部 上 拉 电 阻 拉 高 并 可 作 为 输 入 端 口 。 此 时 ， 被 外 部 拉 低 的 P3 口将 用 上 拉 电 阻 输 出 电 流 （ IIL） 。 P3 口 除 了 作 为 一
20、 般 的 I/O 口 线 外 ， 更 重 要 的 用 途 是 它 的 第 二功 能 ， 如 表 1-1 所 示 ：表 1-1 AT89C51 的 P3 口特殊功能吉林师范大学应用工程学院毕业论文第 5 页 共 45 页口管脚 备选功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断 0）P3.3 /INT1（外部中断 1）P3.4 T0（定时/计数器 0 外部输入）P3.5 T1（定时/计数器 1 外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3 口 还 接 收 一 些 用 于 Flash 闪 速 存 储
21、器 和 程 序 校 验 的 控 制 信号 。（2）MCS-51 的寻址方式：（1） 、立即寻址 如： MOV A ， #40H （2） 、直接寻址 如： MOV A ， 3AH （3） 、寄存器寻址 如： MOV A ， Rn （4） 、寄存器间接寻址 如： MOV A ， Rn （5）、基址加变址寻址 如： MOVC A ， A+DPTR （6）、相对寻址 如： SJMP 08H （7） 、位寻址 MOV 20H ， C （3）指令： MOV ： 片内 RAM 传送 MOVX ： 片外 RAM 传送 MOVC ： ROM 传送 XCH ： 交换（和 A 交换） SWAP ： A 内半字节交换
22、 ADD ：不带进位加 ADDC ：带进位加 SUBB ：带进位减 INC ：加 1 DEC ：减 1 MUL ：乘法 DIV ：除法 DAA ：调整 （4）计数初值的计算 吉林师范大学应用工程学院毕业论文第 6 页 共 45 页定时或计数方式下计数初值如何确定，定时器选择不同的工作方式，不同的操作模式其计数值均不相同。若设最大计数值为 M ，各操作模式下的 M 值为： 模式 0 ： M=2 13 =8192 模式 1 ： M=2 16 =65536 模式 2 ： M=2 8 =256 模式 3 ： M=256 ，定时器 T0 分成 2 个独立的 8 位计数器，所以 TH0 、 TL0 的 M
23、 均为 256 。 因为 AT89C51 的两个定时器均为加 1 计数器，当初到最大值（ 00H 或 0000H ）时产生溢出，将 TF 位置 1 ，可发出溢出中断，因此计数器初值 X 的计算式为： X=M- 计数值式中的 M 由操作模式确定，不同的操作模式计数器的长不相同，故 M 值也不相同。而式中的计数值与定时器的工作方式有关。 （a）计数工作方式 计数工作方式时，计数脉冲由外部引入，是对外部冲进行计数，因此计数值根据要求确定。其计数初值： X=M- 计数值 例如：某工序要求对外部脉冲信号计 100 次， X=M-100 (b)定时工作方式 定时工作方式时，因为计数脉冲由内部供给，是对机器
24、周期进行计数，故计数脉冲频率为 f cont =f osc 1/12 (式 1-1)计数周期 T=1/f cont =12/f osc 定时工作方式的计数初值 X等于： X=M-计数值 =M-t/T=M- （ f osc t ） /12 (式 1-2)式中： fosc 为振荡器的振荡频率， t 为要求定时的时间。 定时器有两种工作方式 ：即定时和计数工作方式。由 TMOD的 D6 位和 D2 位选择，其中 D6 位选择 T1 的工作方式， D2 位选择 T0 的工作方式。 =0 工作在定时方式， =1 工作在计数方式。并有四种操作模式： 1 、模式 0 ： 13 位计数器， TLi 只用低 5 位。 2 、模式 1 ： 16 位计数器。 3 、模式 2 ： 8 位自动重装计数器， THi 的值在计数中不变，TLi 溢出时， THi 中的值自动装入 TLi 中。 4 、模式 3 ： T0 分成 2 个独立的 8 位计数器， T1 停止计数。
