单片机温度采集系统课程设计.docx
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单片机温度采集系统课程设计.docx
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单片机温度采集系统课程设计
单片机与控制技术
课程设计
成绩评定表
设计课题:
单片机温度采集系统
学院名称:
电气工程学院
专业班级:
学生姓名:
学号:
指导教师:
设计地点:
河南工业大学
设计时间:
2011.1.3---2011.1.9
指导教师意见:
成绩:
签名:
年月日
一设计功能要求
1、设计背景
2、题目具体要求
二方案论证
1、CPU的选择
2、A/D转换器的选择
3、显示电路的选择
4、系统设计方框图
三硬件电路设计
1、时钟电路的设计
2、复位电路的设计
3、动态显示电路设计
4、A/D转换电路设计
5、分频电路设计
6、系统原理图
7、元件清单
四软件设计
1、软件主程序流程图
2、系统程序
五、设计总结
一设计功能要求
1、设计背景
温度是工业控制中中主要的被测参数,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。
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、题目要求
请自行设计一个温度采集系统,要求按1路/s的速度顺序检测8路温度点,测温范围为+20℃--+100℃,测量精度为1%。
要求用5位数码管显示温度,最高位显示通道号,次高位显示"-",低三位显示温度值。
二方案论证
在日常生活及工农业生产中,经常要用到温度的检测及控制,传统的测温元件有热电偶和热电阻。
本设计以单片机为核心,通过热电阻进行温度检测经A/D转换之后,通过显示电路显示测量的温度值,总体元器件的选择主要是CPU、模数转换器和显示电路。
1、CPU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。
2、A/D转换器的选择
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
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、系统设计方框图
三硬件电路设计
1、时钟电路的设计
晶振的频率决定了微控制器的时钟频率,8051晶振的频率范围,0Hz~33MHz。
电容器C1、C2起稳定振荡频率、快速起振的作用。
电容值一般为20~40pf。
微控制器内部有一个高增益运算放大器和一个反馈电阻器,当外接晶振后,就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。
下图是晶振电路的原理图:
2、复位电路的设计
本设计采用上电复位形式,上电瞬间RST获得高电平,随着电容放电,高电平逐渐消失,但是高电平保持的时间能保证单片机实现复位操作。
单片机运行过程中按下S1,也可实现复位操作。
下图为复位电路的原理图:
3、动态显示电路设计
显示电路采用动态显示原理,由8155芯片实现I/O扩展,8155输入口接单片机的P0口。
采用共阴极七段显示器,最高位显示通道号,依次是“-”,温度值的百位、十位、个位,显示器的段码值由8155的PA口输出,PB口输出位选信号,只有选中的显示器才会显示数值。
下图是显示电路的原理图:
4、A/D转换电路设计
ADC0809和单片机的连接主要原理是单片机的三总线结构控制控制ADC0809的启动、复位和锁存地址等操作。
P0口接0809的输出端,P2.0-P2.2、P2.4用于锁存通道地址,P2.3检测转换结束信号,P2.5提供输出允许信号,P2.6启动转换。
温度采集采用78L05热电阻将温度信号转化为电压信号,但是78L05的输出电压较低,会导致精度降低,经放大器放大之后接0809的一个通道入口。
下图是A/D转换电路的原理图:
5、分频电路设计
ADC0809需要提供时钟信号,单片机在工作时ALE引脚输出2MHZ时钟信号,需要分频后供0809做时钟信号使用。
下图是ADC0809芯片的分频电路:
6、系统原理图
7、元件清单
位号
规格
位号
规格
位号
规格
U1
AT89C51
U11
SN74F04D
S1
按钮开关
U2
8155
U12
SN74F04D
DS1
Amber-CC
U3
ADC0809
Y1
12MHZ
DS2
Amber-CC
U4
SN74F74D
R1
10K
DS3
Amber-CC
U5
SN74F74D
R2
500
DS4
Amber=CC
U6
74LS244
R3
1K
DS5
Amber-CC
U7
运放
R4
1K
U13
SN74F004D
U8
78L05
C1
30pF
U9
SN74F04D
C2
30pF
U10
SN74F04D
C3
10uF
四软件设计
1、软件主程序流程图
2、系统程序
ORG0000H
LJMPMAIN
ORG0030H
MAIN:
MOVR3,#08H
LP1:
MOVR1,#00H
MOVA,R1
MOV40H,A
MOV41H,#10H
INCR1
MOVP2,A;选择通道0
SETBP2.4;锁存地址
SETBP2.6;启动发送器发送
LP2:
JNBP2.3,LP2;等待转换结束
SETBP2.5;允许数据输出
MOVA,P0
MOVB,#100;转换数据
DIVAB
MOV42H,A
MOVA,B
MOVB,#10
DIVAB
MOV43H,A
MOV44H,B
显示程序
SETBRS0
MOVR0,#0200H;指向8155控制口
MOVA,#4FH;A口,B口输出
MOVX@R0,A
DIR:
MOVR0,#40H;指向存储数据区
MOVR5,#05H;五个数码管
MOVR6,#10H
MOVR7,#FFH
MOVDPTR,#TAB
DIR1:
MOVA,#00H
MOVR1,#0202H;指向PB口
MOVA,@R0;取要显示的数
MOVCA,@A+DPTR
MOVR1,#0201;指向PA口
MOVR1,#0202H
MOVX@R1,A
HERE:
DINZR7,HERE
INCR0
CLRC
MOVA,R6
RRCA
MOVR6,A;位选字移位
DJNZR5,DIR1;未显示完返回
CLRRS0
DINZR3,LP1
TAB:
DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,40H
END
五、设计总结
我的毕业设计课题是基于AT89C51单片机的温室检测系统。
该课程是以单片机8051为核心,以热敏电阻为测温元件对温度进行有效的测量,通过ADC0809芯片将电压信号转化为数字信号,经过单片机处理后通过8155芯片扩展的I/O以动态方式显示,再加上相应的时钟电路、复位电路、分频电路,最后编写程序,温度采集系统的设计就完成了。
在设计之初因为对该课题不是很熟悉,所以只能每天找资料,在找了一些相关课题的资料后才着手此次课题的设计。
除了了解相关设计的硬件原理电路图外,还要了解具体的型号,熟悉相关软件的使用,如AutoCAD、Protel、Word等,虽然在实际操作过程中遇到了很多困难,但经过不懈努力还是完成了本课程的设计。
在这一周的设计中,不仅使我增长了很多课堂上所学不到的知识,而且还让我对A/D转换和扩展I/O有了更深入的了解。
课程设计收获很多,我体会到做什么事情都应该仔细认真,碰到问题的时候应该及时找资料或者找老师把问题弄清楚,这对我以后的人生阅历也是一个无比的财富!
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