多路温度采集控制系统方案设计书.docx

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多路温度采集控制系统方案设计书

基于51单片机的多路温度采集控制系统设计

言：

随着现代信息技术的飞速发展，温度测量控制系统在工业、农业及人们的日常生活中扮演着一个越来越重要的角色，它对人们的生活具有很大的影响，所以温度采集控制系统的设计与研究有十分重要的意义。

本次设计的目的在于学习基于51单片机的多路温度采集控制系统设计的基本流程。

本设计采用单片机作为数据处理与控制单元，为了进行数据处理，单片机控制数字温度传感器，把温度信号通过单总线从数字温度传感器传递到单片机上。

单片机数据处理之后，发出控制信息改变报警和控制执行模块的状态，同时将当前温度信息发送到LED进行显示。

本系统可以实现多路温度信号采集与显示，可以使用按键来设置温度限定值，通过进行温度数据的运算处理，发出控制信号达到控制蜂鸣器和继电器的目的。

我所采用的控制芯片为AT89c52，此芯片功能较为强大，能够满足设计要求。

通过对电路的设计，对芯片的外围扩展，来达到对某一车间温度的控制和调节功能。

关键词：

温度多路温度采集驱动电路

正文：

1、温度控制器电路设计

本电路由89C51单片机温度传感器、模数转换器ADC0809、窜入并出移位寄存器74LS164、数码管、和LED显示电路等组成。

由热敏电阻温度传感器测量环境温度，将其电压值送入ADC0809的IN0通道进行模数转换，转换所得的数字量由数据端D7-D0输出到89C51的P0口，经软件处理后将测量的温度值经单片机的RXD端窜行输出到74LS164，经74LS164窜并转换后，输出到数码管的7个显示段，用数字形式显示出当前的温度值。

89C51的P2.0、P2.1、P2.2分别接入ADC0809通道地址选择端A、B、C，因此ADC0809的IN0通道的地址为F0FFH。

输出驱动控制信号由p1.0输出，4个LED为状态指示，其中，LED1为输出驱动指示，LED2为温度正常指示，LED3为高于上限温度指示，LED4为低于下限温度指示。

当温度高于上限温度值时，有p1.0输出驱动信号，驱动外设电路工作，同时LED1亮、LED2灭、LED3亮、LED4灭。

外设电路工作后，温度下降，当温度降到正常温度后，LED1亮、LED2亮、LED3灭、LED4灭。

温度继续下降，当温度降到下限温度值时，p1.0信号停止输出，外设电路停止工作，同时LED1灭、LED2灭、LED3灭、LED4亮。

当外设电路停止工作后，温度开始上升，接着进行下一工作周期。

2、温度控制器程序设计

本软件系统有1个主程序，6个子程序组成。

6个子程序为定时/计数器0中断服务程序、温度采集及模数转换子程序ADCON、温度计算子程序CALCU、驱动控制子程序DRVCON、十进制转换子程序METRICCON及数码管显示子程序DISP。

（1）主程序

主程序进行系统初始化操作，主要是进行定时/计数器的初始化。

（2）定时/计数器0中断服务程序

应用定时计数器0中断的目的是进行定时采样，消除数码管温度显示的闪烁现象，用户可以根据实际环境温度变化率进行采样时间调整。

每当定时时间到，调用温度采集机模数转换子程序ADCON，得到一个温度样本，并将其转换为数字量，传送给89C51单片机，然后在调用温度计算子程序CALCU，驱动控制子程序DRVCON，十进制转换子程序MERTRICCON，温度数码显示子程序DISP。

（3）温度采集及模数转换子程序ADCON

该子程序进行温度采样并将其转换为8位数字量传送给89C51的P0口。

采样得到的温度数据存放在片内RAM的20H单元中。

（4）温度计算子程序CALCU

根据热敏电阻的分度值和电路参数计算出出一张温度表，存放在DATATAB数据表中，由于篇幅关系，本程序只给出0-49℃的温度数据。

一个温度有两个字节组成，前一字节为温度值，后一字节为该温度所对应的热敏电阻上的电压的数字量。

根据采样值，通过查表及比较的方法计算出当前的温度值，并将其存入片内RAM的21H单元。

采用查表法计算温度值时为了克服热敏电阻的阻值——温度特性曲线的非线性，提高测量精度。

（5）驱动控制子程序DRVCON

该子程序调节温度，当温度高于上限温度时（本程序设为30℃），P1.0输出驱动控制信号，驱动外设工作降温；当温度下降到下限温度时（本程序设为25℃），P1.0停止输出，温度上升，周而复始；工作状态有LED1-LED4指示。

（6）十进制转换子程序METRICCON

将存放于内部RAM21H单元的当前温度值得二进制数形式转换为十进制数（BCD码）形式，以便输出显示，转换结果存放在片内RAM的32H单元（百位）、31H（十位）、30H单元（个位）。

（7）数码显示子程序DISP

该子程序利用89C51串口的方式0串行移位寄存器工作方式，将片内RAM的30H、31H、32H单元的BCD码查表转换为七段码后由RXD端串行发出去，然后经74LS164串并转换，将七段值传送给数码管，以十进制形式显示出当前温度值。

根据以上分析画出的部分程序设计流程图如图1-0至图1-4所示。

图1-0部分程序设计流程图的设计框架

图1-1主程序流程图

图1-2T0中断服务程序流程图

图1-3温度采样及模数转换子程序流程图

图1-4温度计算子程序流程图

3、具体内容

（1）温度控制器电器原理图设计

按以上分析及相关知识设计出的温度控制器电路原理图如图1-5所示。

图1-5温度控制电路原理图

（2）温度数据表

在图1-5所示的电路中，热敏电阻的连接如图1-6所示。

R8

100k

图1-6热敏电阻的连接

本设计所使用的热敏电阻的分度表及ADC0809转换后的电压数字量见附表1-1所示

转换后的电压数字量的计算方法为：

热敏电阻与R8并并联后的总电阻：

R=（Rt*R8）/（Rt+R8）

R与R7串联电路中R的分压值（即输入ADC0809的模拟量）：

V=5R/（R+R7）

5V被分成256等分（8位量化），则每份的电压值：

△=5/256

输入的模拟量电压经8位量化后的数字量：

D=V/△

例如，热敏电阻在温度为20℃时的阻值为62.254千欧，则根据上述方法计算出的电压数字量为169，注意在计算中R7用实测值19.6千欧代入进入计算。

在实际做该电路时，可根据自己所选择的热敏电阻的分度表计相关电路参数，按上述方法计算出ADC0809转换后的各温度对应的电压数字量。

程序中的温度数据表构成：

1个温度数据占2个字节，前一字为温度值，后一个字节为该温度下热敏电阻上的模拟电压转换成德8位数字量。

如在20℃时，热敏电阻对应的电压数字量为169，则20，169组成一个温度为20℃的温度数据。

按这样方法组成的0-49℃的温度数据表如下：

DATATAB：

DB0，194，1，193，2，192，3，191，4，190

DB5，189，6，188，7，187，8，186，9，185

DB10，184，11，182，12，181，13，180，14，178

DB15，177，16，175，17，174，18，173，19，171

DB20，169，21，168，22，166，23，165，24，163

DB25，161，26，159，27，158，28，，156，29，154

DB30，152，31，150，32，149，33，147，34，145

DB35，143，36，141，37，139，38，147，39，135

DB40，133，41，131，42，129，43，127，44，125

DB45，123，46，121，47，118，48，116，49，114

在温度采样机模数转换子程序中，采样得到的当前温度下热敏电阻上的数字电压存于20H单元，在温度计算子程序中通过查表的方法从表中的第一个温度（0℃）下热敏电阻上的数字电压开始，依次取出各温度下热敏电阻上的十字电压，与与存于20H单元的当前温度下热敏电阻上的的数字电压比较，如小于当前温度的数字电压，则在取出下一温度的数字电压与当前温度的数字电压比较；直到大于或等于当前的温度数字电压，比较结束。

如大于则取出前一温度作为当前温度存于21H单元，如等于则将该温度作为但前温度存于20H单元。

这种温度计算方法，避免了温度特性曲线的非线性对温度计算精确性的影响，计算出的温度非常精确。

（3）温度控制程序设计

在本设计中，晶体振荡器频率为6MHz，T0定时时间为100ms，T0工作于方式1，则T0的初值为：

X=（最大计数值M―定时时间t/及其周期Tm）=216-100ms/2us=15536=3CB0H

按以上任务分析设计出的源程序如下：

ORG0000H。

跳转到主程序

LJMPMAIN。

ORG000BH。

LJMPT0INT。

跳转到T0中断服务程序；

主程序

ORG0100H。

MAIN:

MOVR1,#10。

T0100马上定时溢出计数寄存器R1赋初值10

MOVP1,#0FFH。

所有指示灯灭

MOVSP,#60H。

堆栈指针赋初值60H

MOVTMOD,#01H。

T0定时、方式1、软启动

MOVTL0,#0B0H。

T0赋初值

MOVTH0,#3CH。

MOVIE,#82H。

开放T0中断

SETBTR0。

启动T0

SJMP$。

定时/计数器0中断服务程序

ORG0200H。

T0INT:

DJNZR1,NEXT。

T0溢出10次，即1s进一次采样处理

LCALLADCON。

调用温度采样及模数转换子程序

LCALLCALCU。

调用温度计算子程序

LCALLDRVCON。

调用驱动控制子程序

LCALLMETRICCON。

调用十进制转换子程序

LCALLDISP。

调用数码管显示子程序

MOVR1,#10。

R1重赋值10

NEXT:

MOVTL0,#0B0H。

T0重装初值

MOVTH0,#3CH。

RETI。

温度采样及模数转换子程序

ORG0300H。

ADCON:

MOVDPTR,#0F0FFH。

选通ADC0809通道0

MOVA,#00H。

MOVX@DPTR,A。

启动A/D转换

HERE:

JNBP3.3,HERE。

判断数据转换是否结束，没结束则等待

MOVXA,@DPTR。

读取转换后的数据

MOV20H,A。

将从ADC0809中读取的当前温度下热敏电阻上的电压值存于20H单元

RET；

温度计算子程序

ORG0400H。

CALCU:

MOVR2,#01H。

R2为数据表的索引值寄存器

MOVDPTR,#DATATAB。

温度数据表首地址送DPTR

NEXT1:

MOVA,R2。

索引值送A

MOVCA,@A+DPTR。

查表取出某一温度的数字电压值

CJNEA,20H,K1。

与当前温度的数字电压值比较

DECR2。

等于当前温度的数字电压值，则查表取出该温度值作为当前温度值

MOVA,R2。

MOVCA,@A+DPTR。

LJMPK3。

K1:

JNCK2。

大于当前温度的数字电压值，则继续取出下一温度的数字电压进行比较

DECR2。

小于当前温度的数字电压值，则查表取出前一个温度值作为当前温度值

DECR2

DECR2

MOVA,R2。

MOVCA,@A+DPTR。

LJMPK3。

K2:

INCR2。

INCR2。

LJMPNEXT1。

K3:

MOV21H,A。

将当前温度值存于21H单元

RET。

DATATAB。

DB0,194,1,193,2,192,3,191,4,190；温度数据表

DB5,189,6,188,7,187,8,186,9,185

DB10,184,11,182,12,181,13,180,14,178

DB15,177,16,175,17,174,18,173,19,171

DB20,169,21,168,22,166,23,165,24,163

DB25,161,26,159,27,158,28,156,29,154

DB30,152,31,150,32,149,33,147,34,145

DB35,143,36,141,37,139,38,137,39,135

DB40,133,41,131,42,129,43,127,44,125

DB45,123,46,121,47,118,48,116,49,114

驱动控制子程序

ORG0500H。

DRVCON:

MOVA,21H。

取出当前温度值

CJNEA,#30,J1。

与上限温度值（30℃）比较

LJMPGO。

J1:

JNCDRV1。

若高于上限温度，则输出驱动信号，同时高于上限温度指示灯点亮

CJNEA,#25,J2。

与显现温度（25℃）比较

LJMPGO。

J2:

JCDRV2。

弱低于下限温度，则驱动信号停止输出，同时点亮低于下限温度的指示灯

LJMPGO。

DRV1:

CLRP1.0。

SETBP1.1。

CLRP1.2。

SETBP1.3。

LJMPOVER。

DRV2:

SETBP1.0

SETBP1.1。

CLRP1.2。

SETBP1.3。

LJMPOVER。

DRV2:

SETBP1.0。

SETBP1.1。

SETBP1.1。

SETBP1.2。

CLRP1.3。

LJMPOVER。

GO:

CLRP1.1。

在下线温度（25℃）至上限温度（30℃）之间，则驱动信号保持前面状态，同时温度正常指示灯点亮

SETBP1.2。

SETBP1.3。

OVER:

RET。

；十进制转换子程序

ORG0600H。

METRICCON:

MOVR3,#00H。

将存于21H单元中的当前温度转换为BCD码

MOVR4,#00H。

百位存于32H单元，十位存于31H单元，个位存于30H单元

MOVA,21H。

CLRC。

W1:

SUBBA,#100。

JCW2。

INCR4。

AJMPW1。

W2:

ADDA,#100。

CLRC。

W3:

SUBBA,#10。

JCW4。

INCR3。

AJMPW3。

W4:

ADDA,#10。

MOV30H,A。

MOV31H,R3。

MOV32H,R4。

RET。

；数码管显示子程序

ORG0700H。

DISP:

MOVR5,#03H。

将存于32H单元、31H单元、30H单元中的温度BCD码查表转换为七段码

MOVR0,#30H。

通过串行通信方式0输出驱动3个数码管，显示当前温度

MOVDPTR,#TAB。

LOOP:

MOVA,@R0。

MOVCA,@A+DPTR。

MOVSBUF,A。

WAIT:

JNBT1,WAIT。

CLRT1。

INCR0。

DJNZR5,LOOP。

RET。

TAB:

DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH；七段码数据表

附表：

1-1

热敏电阻分度表及经ADC0809转换后的电压数字量

温度（℃）

热敏电阻阻值（千欧）

转换后的电压数字量

0

161.608

194

1

153.6308

193

2

146.0833

192

3

138.9435

191

4

132.01901

190

5

125.8025

189

6

119.7608

188

7

114.046

187

8

108.6397

186

9

103.5243

185

10

98.6833

184

11

94.1006

182

12

89.7613

181

13

85.6511

180

14

81.7564

178

15

78.0646

177

16

74.5637

175

17

71.2425

174

18

68.0903

173

19

65.0972

171

20

62.254

169

21

59.5519

168

22

56.9829

166

23

54.5392

165

24

52.2138

16

25

50

161

26

47.8916

159

27

45.8829

158

28

43.9683

156

29

42.1428

154

30

40.4017

152

31

38.7405

150

32

37.1552

149

33

35.6418

147

34

34.1967

145

35

32.8164

143

36

31.4979

141

37

30.238

139

38

29.0339

137

39

27.883

135

40

26.7828

133

41

25.7308

131

42

24.725

129

43

23.763

127

44

22.843

125

45

21.9629

123

46

21.1211

121

47

20.3158

118

48

19.5453

116

49

18.8082

114

50

18.1028

112

51

17.4241

110

52

16.7787

108

53

16.1643

104

54

15.5788

102

55

15.0199

100

56

14.4861

99

57

13.9754

97

58

13.4866

95

59

13.018

93

60

12.5686

91

参考文献：

1.贾好来主编.MCS-51单片机原理及应用.北京：

机械工业出版社，2006.

2.江太辉，石秀芳主编.MCS-51单片机原理及应用.广东：

华南理工大学出版社，2004.

3.曹龙汉，刘安才主编.MCS-51单片机原理及应用.重庆：

重庆出版社，2004.

4.劳动和社会保障部教材办公室主编.单片机应用技术（汇编语言）.北京：

中国劳动社会保障出版社，2006.

5.何立民主编.MCS-51单片机应用系统设计.北京：

北京航天航空大学出版社，1990.

6.朱定华主编.单片机原理及接口技术实验.北京：

北京大学出版社，2002.