单片机温度采集系统

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1、课程设计课程设计名称：温度采集装置班 级：数控技术 0901学 号 ：课程设计时间：2011.12.512.11目录1 设计任务 22 确定设计方案 32.1温度传感器一AD22100K 32.2 A/D 转换器一ADC0809 42.3 单片机的选择一80C51 62.4显示器接口一LED动态显示接口 83 硬件电路的设计103.1温度传感器与A/D转换器的接口电路 103.2 A/D转换器与89C51的接口电路 103.3 89C51与显示器间的接口电路 113.4 晶振电路和复位电路的设计 124 软件设计134.1温度采集的主程序流程图 134.2 程序清单155 心得体会 20附录

2、21温度采集装置1、设计任务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+20r+100C，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。2、设计方案2.1温度传感器一AD22100KAD22100K是有信号调节的单片温度传感器，工作温度范围为-50+150, 信号调节不需要调节电路、缓冲器和线性化电路，简化了系统设计。输出温 度与电压和电源电压的乘积（比率测量）成比例。输出电压摆幅为0.25V （对 应-50C ）和4.75V （对应150C），用5V单电源工作。2.1.1 AD22100K 的引脚图如 2.1.

3、1图2.1.1 AD22100K的引脚图注：1.V电源4.GND接地2.U输出3、58 NC不连接2.1.2 AD22100K 主要参数1. 工作电压4V6V2. 工作温度范围-50C+150C3. 精度优于土2%FS；线性度优于土 1%FS;温度系数22.5mV/C4. 单电源工作，反向电压保护；高电平低阻抗输出；封装形式为 TO-92 SOIC2.2 A/D 转换器一ADC0809根据题意，测量精度为1%，所以采用8位的ADC0809即可满足要求，在 显示温度时最低单位为 0.1。ADC0809是8位逐次逼近式A/D模数转换器。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

4、，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。2.2.1 ADC0809主要特性1）8 路输入通道， 8 位 A/D 转换器，即分辨率为 8 位。2）具有转换起停控制端。3）转换时间为lOOys（时钟为640kHz时），130阴（时钟为500kHz时）4）单个+5V电源供电 5）模拟输入电压范围0+5V，不需零点和满刻度校准。6） 工作温度范围为-40+85 摄氏度 7）低功耗，约 15mW。2.2.2 ADC0809内部结构ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，内部结构如图所示，它由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、逐次逼近寄存器、逻辑控制

5、 和定时电路组成。2.2.3 ADC0809外部特性（引脚功能）INOIN7： 8路模拟量输入端。2-12-8： 8位数字量输出端。ADDA、ADDB、ADDC： 3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。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）。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）。 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，

6、输出数字量。CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。 REF （ + ）、REF（-）：基准电压。Vcc:电源，单一+5V。GND：地。2.2.4 ADC0809的工作过程首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码 选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A/D转换完成，EOC变 为高电平，指示 A/D 转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平 时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。 转 换数据的传送A/D

7、转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。数据传送的关键 问题是如何确认 A/D 转换的完成，因为只有确认完成后，才能进行传送。为此可采用 下述三种方式。（1）定时传送方式 对于一种A/D转换器来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。例如ADC0809转换时间为128 m s相当于6MHz的MCS-51单片机共64个机器周期。可据此设计一个延时子程序，A/D转换启动后即调用此子程序，延迟时间一到，转换肯定已经完成了，接着就可进行数据传送。（2）查询方式A/D转换芯片由表明转换完成的状态信号，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查询方式，测试EOC的状态，即可确认转换是否完成，并接

8、着进行数据传 送。（3）中断方式把表明转换完成的状态信号（EOC）作为中断请求信号,以中断方式进行数据传送。 不管使用上述哪种方式，只要一旦确定转换完成，即 可通过指令进行数据传送。首先送出口地址并以信号有效时，OE信号即有效，把转换 数据送上数据总线，供单片机接受。2.3单片机的选择一80C5123180C51主要特性与MCS-51兼容 4K字节可编程闪烁存储器寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年全静态工作：0Hz-24MHz三级程序存储器锁定 128*8位内部RAM 32可编程I/O线两个16位定时器/计数器 5个中断源可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路2.

9、3.2 80C51的引脚图及管脚说明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 /地址的低八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时， P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。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，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

10、。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 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

11、 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 口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：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 /INTO （外部中断0）P3.3 /INT1 （外部中断1）P3.4 T0 （记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器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 口同时为闪烁

12、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A

13、LE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。233振荡器特性XTAL1和XTAL

14、2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内 振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。 由于输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任 何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。2.4显示器接口一LED动态显示器接口2.4.1七段式LED的结构与工作原理LED显示器是由发光二极管显示字段的显示器件，也可称为数码管。其外形 结构如图2.4.1所示，由图可见它由8个发光二极管组成，通过不同的组合可用 来显示0 9、A-F及小数点“”等字符。数码管通常有共阴极和共阳极两种接法。限流电阻是外接的，一般共阳极数 码管必须

15、外接电阻，共阴极不一定外接电阻。要显示某字形就应使此字形的相应 字段点亮，实际就是送一个用不同电平组合代表的数据至数码管。这种装入数码 管中显示字形的数据称为字形码。图2.4.1 LED外部引脚本次设计采用共阳极数码管，字形与字形码的关系，对照图2. 4. 1，字形码各位定义如下：D7D6D5D4D3D2D1D0DPgFedcba数据线DO与a段对应，D1与b段对应，以此类推。共阳极常用的显示字形如上表所示。按照显示字符顺序排序。通常显示代码 存放在程序存贮器的固定区域中，构成显示代码表。当要显示某字符时，可根据 地址及显示字符查表。2.4.2 LED 动态显示器接口的选择七段式LED显示器有

16、静态显示与动态扫描两种方式，动态显示需要耗费大量 的CPU时间，且亮度不够；而静态亮度高，CPU负担很小，但所需硬件驱动芯片 较多,在位数较多时，字符更新速度慢，电路比较复杂，成本较高。因此在此温 度采集装置中采用动态显示方式。3、硬件电路设计3.1温度传感器与A/D转换器的接口电路=全”二三3.2 A/D转换器与80C51的接口电路Date:7-Dec-201 1Sheel of化版EXDAMPBETDB80C51 单片机与 ADC0809 接口时必须注意事项( 80C51 单片机与ADC0809接口如图3.2 A/D转换器与80C51的接口电路)三丰壬“二”_”ADC08097-Dcc-2

17、01E:：PR X； RAM FlLuS：PK OTEL 汉化版EXAaWHLHS：B ACKU P-41.DDB图 3.2 A/D 转换器与 80C51 的接口电路(1) 在START端送一个100ns宽的启动正脉冲(2) 获取EOC端上的状态信息，因为它是A/D转换的结束标志(3)给“三台输出锁存器”分配一个端口地址，也就是给0E端送一个地址译码器的输出信号3.3 80C51 与显示器件的接口电路在单片机系统中， LED 显示一般采用静态显示和动态扫描两种驱动方式。本次设计采用的是动态扫描驱动方式。所谓动态显示就是指一位一位地轮流点亮 各个显示器，对于每一位显示器来说，每隔一段时间点亮一次

18、。点亮时间通常1 左右，相隔时间为20。动态显示器件与80C51间的接口如图3.3 80C51与显示器件的接口电路所示。1345图 3.3 80C51 与显示器件的接口电路图3.3 80C51与显示器件的接口电路中，74LS373-1的输出为段数据口,接显示器的各个段极，74LS373-2的输出为位扫描口，接LED的公共极。显示 时，首先使74LS373-2的Q0为低电平，Q1Q7为高电平，则仅第一位显示器 的公共阴极为低电平(被选通)；同时 74LS373-1 输出第一个显示数据的段码，这时第一位显示器将显示出第一个显示数据。持续 1 左右后，使 Q0 为低电平， 关闭第一个显示器，随后使

19、Q1 为低电平，并选通第二位显示器，并由 74LS373-1 输出第二个显示数据，并持续1左右。有类似的方法一次选通第3,第4,第 8 位即完成依次循环显示。3.4 晶振电路与复位电路的设计3.4 .1 晶振电路的设计要给 CPU 提供其工作时的时序要求就要有相关的硬件电路晶振电路，即 振荡器和时钟电路。 80C51 系列单片机内部有一个高增益方向放大器，用于构成 振荡器，但要构成时钟，外部还需要附加电路。 80C51 的时钟产生方法有内部时 钟方式和外部时钟方式两种。本次设计采用的是内部时钟方式。利用芯片内部的振荡器，然后在引脚XTAL1和XTAL2两端跨接晶体或陶瓷谐振器，就构成了稳定的自

20、己振荡器，其 发出的脉冲直接送入内部时钟电路，见图 3.4 .1 晶振电路。3.4 .2复位电路的设计 复位是单片机的初始化操作，单片机在启动运行时，都需要先复位，它的作 用是使 CPU 和系统中其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始 工作。单片机本身一般是不能自动进行复位的，必须配合相应的外部电路才能实 现。单片机的外部复位电路有上电自动复位和按键手动复位（按键手动复位又分 为按键电平复位和按键脉冲复位）两种，本次设计采用的是按键手动复位的按键 电平复位，见图3.4 .2 复位电路。按键电平复位相当于按复位键后复位端通过电 阻与电源接通。PR80EC11.DD B4、软件设计4.

21、1 主程序流程图L-22ufJRK图33.4 .2复位电路4扫描是否完毕Y开始结束查表转换温度值温度值转换成显示 代码调显示温度值子程 序读取A/D转换结果扫描下一个通道口扫描第0个通道调BCD码子程序初始化设置延时等待A/D转换 结果计算通道口地址启动A/D转换器N4.2程序清单根据题意设计电路如附录A所示。图中数码管采用共阴极，采用8位的ADC0809 转换器，单片机工作频率为12MHZ，采用定时器0定时为50ms .其地址分配及编 程如下：DM-ADDREQU0DFFFH;数码管段码地址WM-ADDREQU0BFFFH;数码管位码地址ADC-ADDREQU07FF0H;AD0809转换通

22、道0地址POSITIONEQU30H;显示位码寄存器CHANNELEQU31H；通道寄存器DISPLAY1EQU38H；显示数据寄存器（高位）DISPLAY2EQU39HDISPLAY3EQU3AHDISPLAY4EQU3BHDISPLAY5EQU3CH;显示数据寄存器（低位）CONEQU3DH;秒计数器9ORG0000HLJMPMAINORG000BHLJMPTIMER0；转10ms定时中断程序ORG0030HMAIN:MOVSP,#50H；修改堆栈指针MOVPOSITION,#0FEH ；设置位码寄存器MOVTMOD,#01H；设置定时器0工作方式MOVTHO, #0D8H；定时器0定初值

23、（10ms）MOVTLO, #0F0HSETBTR0；启动定时器0SETBET0；允许定时器0中断SETBEA；开中断CLR10H；秒标志位清0MOVCON,#100H；秒计数器置初值START:MOVCHANNEL,#00H；通道设置（0通道）EX5A: MOVDPTR,#ADC-ADDRMOVA,DPLADDA,CHANNEL；计算通道地址MOVDPL,AMOVXDPTR,A；启动A/D转换NOPJBINTI, $；等待转换结束MOVXA,DPTR;读取结果LCALL BCD；条结果转换子程序MOVDISPLAY1，CHANNEL；送当前显示通道号MOVDISPLAY2， #0AH；段码表

24、中“-”的位置偏移量DISP1：LCALLDISP；调结果显示子程序JB10H,DISP1；1秒不到，等待CLR10HMOV CON,#1OO；秒计数器重置初值INCCHANNEL；下一通道MOVA,CHANNELCJNEA,#08H,EX5A；不是最后一通道，转EX5ALJMP SYART;循环；将00FFH的十六进制数转换成000999的十进制数，显示单位位0.1；转换近似公式位：A* 1003D/256D，结果存入R2 (H) R3 (L)中，其中A:00FFH,1003=3EBH；将BCD结果送入寄存器DISPLAY3DISPLAY5中BCD:MOVR2，AMOVB,#0EBH； R2

25、*1003D (3EBH)MULABMOVR4，AMOVR3，BMOVA,R2MOVB,#03HMULABADDA,R3MOVR3，AMOVA,BADDCA,#00HMOVR2，ACJNER4，#80H,BCD1；与80H比较决定4舍5入BCD1:JCBCD2MOVA,R3ADDA,#01HMOVR3，AMOVA,R2ADDC A,#OOHMOV R2, ABCD2：XCH A,R3XCHA,BXCHA,R2MOVR0， #DISPLAY3MOVR6, #00HMOVR5,#64HLCALL SUMMOVR6， #00HMOVR5， #0AHLCALL SUMXCHA,BMOVR0，A；调除法

26、子程序SUM: MOVR7,#00HSUMO： CLRCXCH A,BSUBB A,R5XCH A,BSUBB A,R6INC R7JNC SUMODEC R7XCH A,BADD A,R5XCHA,BADDC A,R6XCHA,R7MOVR0, AXCHA,R7INCR0RETDISP:MOVDPTR ,#WM-ADDR；位控口地址MOVA,#OFFHMOVXDPTR,A； 关显示MOVR0, DISPLAY1；指向显示缓冲区首址MOVPOSITION,#OFEH；扌日向显示器取冋位MOVR4,#250；置显示延时值DISP2：MOVR3, #5DISP3：MOVDPTR,#WM-ADDR；

27、数码管位码地址MOVA, POSITIONGMOVXDPPTR,A；输出位控码MOVA,R0；取出显示数据MOVDPTR,#TAB；字形码地址MOVCA,A+DPTR；查表，字形码送AMOVDPTR ,#DM-ADDR；数码管（字形）码地址MOVXDPPTR,A；输出字形码INCR0；指向下一缓冲单元MOV A,POSTITIONMOV POSITIONDJNZ R3,DISP3DJNZRETR4 ,DISP2TAB: DB3FH,06H,5BH,4FH,66HDB6DH,7DH,07H,7FH,6FH,40HTIMER0：PUSHPSW；保护现场PUSHACCPUSHDPHPUSHDPLCL

28、RTF0；清溢出标志MOVTH0， #0D8H；重置初值MOVTLO, #0F0HDECCONMOVA,#100CJNEA,CON,TIENDSETB10H；置1秒到标志TIEND:POPDPL；恢复现场POPDPHPOPACCPOPPSW；位选字右移ARRRETI;中断返回5、心得体会通过这次单片机课程设计，我不仅加深了对单片机理论的理解，更重要的是将学习到的 理论应用到实际当中去，理解并掌握了单片机的一些基本功能，同时也发现了自己的许多相 关方面的知识都还很欠缺，还仍需不断的学习、不断的提高。同时意识到要想真正的把学到 的理论知识在实际生活中灵活应用，必须把基本的理论知识真正的掌握并做到真正的理解 同时还要不断拓展自己的知识面。