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温度传感器
摘要
近年来随着科技的飞速发展,单片机的应用正在不断地走向深入,同时带动传统控制检测日新月益的更新。
在实时检测和自动控制的单片机应用系统中,单片机往往是作为一个核心部件来使用,仅单片机方面知识是不够的,还应根据具体硬件结构,以及针对具体应用对象特点的软件结合的,以作完善。
本系统是以单片机的基本语言“C语言”来进行软件设计编程的,其指令的执行速度快,节省存储空间。
为了便于扩展和更改,软件的设计采用模块化结构,使程序设计的逻辑关系更加简洁明了。
使硬件在软件的控制下协调运作。
本文主要介绍了以MCS-51系列单片机AT89C51、ADC0808、的温度报警电路,键盘/LED显示电路;在描述了外围硬件电路的同时,还做了大量的软件工作以完成温度控制及报警系统的设计。
关键词 单片机;热敏电阻;A/D转换器
目录
1:
绪论5
2:
系统整体框图和各部分电路原理......................................................................5......13
3:
软件设计
3.1程序流程图...................................................................................................................13
3.2系统程序...........................................................................................................................13...19
3.3调试仿真......................................................................................................................................19
5:
致谢..............................................................................................................................................20
4:
参考文献.....................................................................................................................................21
6:
附录........................................................................................................................................22
1.绪论
21世纪是通信、电力、材料、电子、能源以及控制技术大发展并相互交叉的时代,而机电一体化技术正是把机械、电子、控制技术和计算器技术相结合的综合技术。
机电产品具有品种多、涉及的领域广等特点,自从微电子技术发展以来,单片机微型计算器因其体积小、价格低、性能灵活、开发方便的独特优势,在机电一体化产品的开发和控制中得到了最广泛的应有,而且越来越向纵深发展。
从简单的机电一体化产品深入到数控系统、柔性化、智能化系统以及机器人系统等。
自动控制系统在各个领域尤其是工业领域中有着及其广泛的应用,温度控制是控制系统中最为常见的控制类型之一。
随着单片机技术的飞速发展,通过单片机对被控对象进行控制日益成为今后自动控制领域的一个重要发展方向。
温度是工业生产中常见的工艺参数之一。
单片机在检测和控制系统中得到了广泛的应用,温度是一个系统经常需要测量、控制和保持的量,而温度是一个模拟量,不能直接与单片机交换信息,采用适当的技术将模拟的温度量转化为数字量在原理上虽然不困难但成本较高,还会遇到其它方面的问题。
因此对单片机温度控制系统的研究有重要目的和意义。
在现代化的工业生产中,电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。
例如:
在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中,人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。
采用MCS-51单片机来对温度进行控制,不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点,而且可以大幅度提高被控温度的技术指标,从而能够大大提高产品的质量和数量。
因此,单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。
本设计以它为例进行介绍,希望能收到举一反三和触类旁通的效果。
1>设计原理
系统整体设计框图:
根据方框图,温度报警电路系统设计是由六部分组成:
A/D转换器、单片机(AT89C51)、复位电路和时钟电路、LED显示器、D/A转换器、报警电路。
下面分别对各单元电路进行设计。
A\D转换器:
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。
ADC0808管脚图
内部结构
ADC0808是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器,它有8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器。
引脚功能(外部特性)
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:
1~5和26~28(IN0~IN7):
8路模拟量输入端。
8、14、15和17~21:
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。
6(START):
A/D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0809复位,下降沿启动A/D转换)。
7(EOC):
A/D转换结束信号,输出,当A/D转换结束时,此端输出一个高电平(转换期间一直为低电平)。
9(OE):
数据输出允许信号,输入,高电平有效。
当A/D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。
12(VREF(+))和16(VREF(-)):
参考电压输入端 11(Vcc):
主电源输入端。
13(GND):
地。
23~25(ADDA、ADDB、ADDC):
3位地址输入线,用于选通8路模拟输入中的一路
其与单片机连接方式及原理如图:
工作原理:
首先由外部一个热敏电阻检测某个空间内的温度度数(这个温度度数的范围是在0°-99°之间),然后将温度度数用模拟信号送入模/数转换器ADC0808的26脚,经过内部的比较、转换后从22脚和7脚分别将地址锁存允许信号和A\D转换输出结束信号接入到AT89C51单片机的P3.0串行输入口与P3.3的外部中断口,同时将A\D转换器同脉冲接入到串行输入.D0-D7接口分别与AT89C51的P0.0-P0.7接口相连后输入转换后的数字信号。
单片机(AT89C51)电路设计
单片机是本设计的核心主要起控制作用,本设计采用的单片机AT89C51是一个低功耗高性能单片机,有40个引脚,32个外部双向输入/输出(I/O)端口,同时内含2个外中断口,2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,如图3-2所示。
图3-2AT89C51单片机的管脚图
AD89C51单片机的主要管脚功能:
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。
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。
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。
P3口:
P3口是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。
单片机电路图如图3-3所示。
其中复位电路:
是单片机的初始化操作,其目的是使CPU及各专用寄存器处于一个确定的初始状态。
如:
把PC的内容初始化为0000H,使单片机从0000H单元开始执行程序。
除了进入系统的正常初始化之外,当单片机系统在运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时,为摆脱困境,也需要复位以使其恢复正常工作状态。
RST端的外部复位电路有两种操作方式:
上电自动复位和按键手动复位。
按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种,本系统设计采用按键电平复位,如图3-4所示。
图3-4复位电路
工作原理:
当按下按键时,RST直接与VCC相连,为高电平形成复位,同时电解电容被短路放电;按键松开时,VCC对电容充电,充电电流在电阻上,RST依然为高电平,仍然是复位,充电完成后,电容相当于开路,RST为低电平,正常工作。
时钟电路:
时钟信号通常用两种电路形式得到:
内部振荡和外部振荡。
本系统设计采用内部振荡方式,如图3-5所示
图3-5时钟电路
工作原理:
单片机的时钟信号主要是用来为单片机提供内部各种微操作的时间基准。
时钟电路中一般所用的晶体振荡频率为12MHz,其:
状态周期:
2/fosc=2/12MHz=0.167us
机器周期:
12/fosc=12/12MHz=1us
指令周期=(1~4)机器周期=1~4us
振荡周期=1/fosc=1/12MHz=0.0833us
LED显示电路设计
LED就是lightemittingdiode,发光二极管的英文缩写,简称LED。
它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式,用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。
图3-6LED显示电路
工作原理:
7seg-mpx8-ca是共阳极数码管显示器,它左下侧的abcdefgdp是LED数码管显示器的I/O口,是段选信号,右下侧的12345678是它的位选信号,就是从左到右分别是第一位到第八位,段选信号与位选信号分别接到单片机的不同输出口.A-DF接口接收由P1.0-P1.7;1-8接入单片机的P0.0-P0.7接口.。
温度报警电路设计
此电路主要由电阻、发光二极管组成,电路如图3-8所示。
工作原理:
只要热敏电阻探测到的温度在30°以下60°以上的时候,单片机的P3.5口就会输出高电平,单片机发出信号使扬声器发出报警声音,如果是30°以下就是长声报警,如果是60°以上就是短声报警。
同时如果温度低于30°P3.6就会发出一路信号使D1发光,如果温度高于60°时P3.7就会发出另一路信号使D2发光。
3.2整机工作原理
整机电路工作原理:
首先由外部一个热敏电阻检测某个空间内的温度度数(这个温度度数的范围是在0°-99°之间),然后将温度度数用模拟信号送入模/数转换器ADC0808内,经过内部的比较、转换后从22脚和6脚分别输出控制信号和时钟信号送到AT89C51单片机的P3.0串行输入口与P3.3的外部中断口,OUT0-OUT7接口分别与AT89C51的P0.0-P0.7接口相连后输入转换后的数字信号,通过单片机内部处理后分为两路控制,一路由P1.0-P1.7口输出连接到LED显示器的A-DF接口,输入显示信号;1-8接入单片机的P20-P27接口,对显示电路进行控制。
如果温度低于30°高于60°,另一路由单片机的P3.5定时/计数器的外部输入端输出信号控制扬声器发出警报声,同时P3.6和P3.7接口输出的由时钟电路产生的时钟信号选通输出,使发光二极管发光;复位电路恢复温度到原始度数。
3.软件设计
一个应用系统,要完成各项功能,首先必须有较完善的硬件作保证。
同时还必须得到相应设计合理的软件的支持,尤其是微机应用高速发展的今天,许多由硬件完成的工作,都可通过软件编程而代替。
甚至有些必须采用很复杂的硬件电路才能完成的工作,用软件编程有时会变得很简单。
3.1程序流程图
图4-1
3.2源程序
#include
unsignedcharcodedispbitcode[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,
0xef,0xdf,0xbf,0x7f};
unsignedcharcodedispcode[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,
0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00};
unsignedchardispbuf[8]={10,10,10,10,10,10,0,0};
unsignedchardispcount;
unsignedchargetdata;
unsignedinttemp;
unsignedchari;
sbitST=P3.0;
sbitOE=P3.1;
sbitEOC=P3.2;
sbitCLK=P3.3;
sbitLED1=P3.6;
sbitLED2=P3.7;
sbitSPK=P3.5;
bitlowflag;
bithighflag;
unsignedintcnta;
unsignedintcntb;
bitalarmflag;
voidmain(void)
{
ST=0;
OE=0;
TMOD=0x12;
TH0=0x216;
TL0=0x216;
TH1=(65536-4000)/256;
TL1=(65536-4000)%256;
TR1=1;
TR0=1;
ET0=1;
ET1=1;
EA=1;
ST=1;
ST=0;
while
(1)
{
if((lowflag==1)&&(highflag==0))
{
LED1=0;
LED2=1;
}
elseif((highflag==1)&&(lowflag==0))
{
LED1=1;
LED2=0;
}
else
{
LED1=1;
LED2=1;
}
}
}
voidt0(void)interrupt1using0
{
CLK=~CLK;
}
voidt1(void)interrupt3using0
{
TH1=(65536-500)/256;
TL1=(65536-500)%256;
if(EOC==1)
{
OE=1;
getdata=P0;
OE=0;
temp=getdata*25;
temp=temp/64;
dispbuf[6]=temp/10;
dispbuf[7]=temp%10;
/*i=6;
dispbuf[0]=10;
dispbuf[1]=10;
dispbuf[2]=10;
dispbuf[3]=10;
dispbuf[4]=10;
dispbuf[5]=10;
dispbuf[6]=0;
dispbuf[7]=0;
while(temp/10)
{
dispbuf[i]=temp%10;
temp=temp/10;
i++;
}
dispbuf[i]=temp;*/
if(getdata<77)
{
lowflag=1;
highflag=0;
}
elseif(getdata>153)
{
lowflag=0;
highflag=1;
}
else
{
lowflag=0;
highflag=0;
}
ST=1;
ST=0;
}
P2=0xff;
P1=dispcode[dispbuf[dispcount]];
P2=dispbitcode[dispcount];
dispcount++;
if(dispcount==8)
{
dispcount=0;
}
if((lowflag==1)&&(highflag==0))
{
cnta++;
if(cnta==800)
{
cnta=0;
alarmflag=~alarmflag;
}
if(alarmflag==1)
{
SPK=~SPK;
}
}
elseif((lowflag==0)&&(highflag==1))
{
cntb++;
if(cntb==400)
{
cntb=0;
alarmflag=~alarmflag;
}
if(alarmflag==1)
{
SPK=~SPK;
}
}
else
{
alarmflag=0;
cnta=0;
cntb=0;
}
3.3调试仿真:
本设计采用Proteus和Kill两个仿真软件对硬件部分进行仿真。
Proteus是目前最好的模拟单片机外围器件的工具,它不仅能仿真单片机CPU的工作情况,也能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其它电路的工作情况。
可以仿真51系列、AVR,PIC等常用的MCU及其外围电路(如LCD,RAM,ROM,键盘,马达,LED,AD/DA,部分SPI器件,部分IIC器件)。
KeilC51µVision2集成开发环境是KeilSoftware,Inc/KeilElektronikGmbH开发的基于80C51内核的微处理器软件开发平台,内嵌多种符合当前工业标准的开发工具,可以完成从工程建立到管理、编译、链接、目标代码的生成、软件仿真、硬件仿真等完整的开发流程尤其是C编译工具在产生代码的准确性和效率方面达到了较高的水平,而且可以附加灵活的控制选项,在开发大型项目时非常理想
仿真结果:
4.致谢致谢
本文是在钱博老师精心指导和大力支持下完成的。
钱老师以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。
他渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。
还要感谢其他同学对我的无私帮助,使我得以顺利完成系统设计。
通过这次设计,我学会了和别人配合工作,因为一个人所学的知识不可能面面俱到的,只有通过合作,发挥自己的优点,体现团队精神,才能使工作做得更为出色。
通过这次设计,我学到了许多书本上学不到的知识,增强了自己的动手能力。
即将毕业我十分珍惜这次锻炼的机会,我认真的完成了自己的设计任务,但由于自己的知识水平有限,仍然存在很多的不足之处,恳请老师多多指教!
当今的社会是竞争的社会,而人才的竞争则是竞争的焦点,课程设计对于我们同学来说,是校很好的一次锻炼,使我们各方面的能力都有了很大的提高,为我们踏出校门,走上社会增强了能力与自信!
课程设计是专科学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会,通过这次设计,我摆脱了单纯的理论知识学习状态,与实际设计的结合锻炼了我综合运用所学的专业基础知识的能力,解决实际工程问题的能力,同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平,而且通过对整体的掌控,对局部的取舍,以及对细节的斟酌处理,都使我的能力得到了锻炼,经验得到了丰富,并且意志品质力、抗压能力及耐力也都得到了不同程度的提升。
这是我们都希望看到的也正是我们进行毕业设计的目的所在。
最后,再次对关心、帮助我的老师和同学表示衷心地感谢。
5.参考文献
参考文献
[1]张伟.单片机原理及应用.机械工业出版社,2002年
[2]苏平.单片机原理与接口技术.电子工业出版社,2003年
[3]胡汉才.单片机原理及接口技术.清华大学出版社,1996年
[4]何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计.北京航空航天大学出版社,1990年
[5]李建民.单片机在温度控制系统中的应用.江汉大学学报,1996年
[6]李华.MCS-51系列单片机应用接口技术.北京航空航天大学出版,1993年
6.附录
附录元件清单
项目代号
名称.规格
数量
AT89C51
单片机芯片
1
7SEG-MPX8-CA-BLUE
数码管显示器
1
ADC0808
模数转换器
1
BUTTON
开关
1
CAP
瓷片电容
2
CAP-ELEC
电解电容
1
CRYSTAL
晶振
1
LED-BLUE/YELLOW
发光二极管绿色/黄色
各1
POT-LIN
滑动变阻器
1
74LS1O7
JK触发器
1
SOUNDER
扬声器
1
RES
电阻
4
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
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