畢業(yè)設計（論文）基于單片機的實時溫度采集儀設計

1、摘要：本設計為基于單片機8 05l設計的實時溫度采集儀。采用一個以單片機為核心的重小系統(tǒng)。訪問系統(tǒng)有：單片機顯示器，鍵盤 、串口通訊、模擬開關、ad轉換器等以及整個系統(tǒng)中所要需要的電源組成的一個系統(tǒng)，對于超過此限的溫度數(shù)據(jù)將產(chǎn)生報警信號。關鍵詞：單片機 溫度采集 ad轉換器引言：近年來，隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，單片機繼續(xù)朝快速，高性能方向發(fā)展，從位、8位單片機發(fā)展到16位，32位單片機。單片機主要用于控制，它的應用領域遍及各行各業(yè)，大到航天飛機，小至日常生活中的冰箱、彩電，單片機都可以大顯其能。單片機在家用電器業(yè)中應用得十分廣泛：例如全自動冼衣機、智能玩具；除了上述傳統(tǒng)領域外，汽車、電子工業(yè)

2、在國外也是單片機應用十分廣泛的一個領域。它成本低、集成度高j功耗低、控制功能多、能靈活的組裝成各種智能控制裝置，由它構成的智能儀表解決了長期以來測量儀器中的誤差的修正、線性處理等問題。本文設計的就是利用805l單片機進行管理和控制的，具有能采集并顯示溫度，對于超出范圍的溫度發(fā)出蜂鳴聲警報的溫度采集系統(tǒng)。 1 系統(tǒng)設計采用intel公司生產(chǎn)的805l單片機作為主控制器進行對采集到的信號處理再輸送給八段數(shù)碼顯示。intel公司生產(chǎn)的8051是一個低功耗，字長為8位的單片微型計算機，由中央處理器、片內(nèi)128b ram、片內(nèi)4kbrom、兩個16位的定時計數(shù)器、四個8位的io口(p 0、p l、p 2

3、、p 3)、一個全雙工的串行口、五個中斷源以及時鐘等組成。它具有體積小，重量輕，抗干擾能力強，對環(huán)境要求不高，價格低廉，可靠性高，靈活性好。本設計是以單片機為核心的最小溫度采集系統(tǒng)。它主要是采用熱敏傳感器采集溫度并進行信號處理。再經(jīng)過ad轉換電路轉換成數(shù)字信號后，送給單片機進行信號處理與計算。計算的結果從顯示臺上顯示出來。本設計中模塊的功能如下：(1)溫度采集電路：將被測溫度量經(jīng)過溫度傳感器轉換為供給ad轉換的電量。(2)ad轉換電路：是將電量轉換成可供單片機識別接收的二進制數(shù)值。(3)單片機：對接收到的二進制數(shù)值按照設計目的進行相應的處理。(4)顯示器：是將采集到的溫度并經(jīng)過單片機的處理完畢

4、后的結果顯示出來，讓人們能看到此時此處的溫度值。1.1硬件電路設計硬件線路如下圖所示由圖可知，adc0809輸出部分直接與89c51的p1口相連；adc0809的clock端與89c51的ale相連；p2.o與adc0809的start和ale腳相連；adc0809的oe端與p2.1相連，通過對p2.o和p2.1的置位，啟動a/d和讀取a/d轉換結果；p2.2與adc0809 的轉換結束信號eoc相連，可以采用查詢測得；p2.5p2.7分別與adc0809的通道地址線a、b、c相連，通過對p2.5p2.7分別置位修改來選擇不同的輸入通道；通過串行輸出，其中cd4094(1)作為led顯示的段碼

5、，cd4094(2)分別控制4只led的位選。本設計中只用了3路模擬量輸入(in0in2)，模擬檢測參數(shù)為溫度。溫度的檢測應當是由溫度傳感器轉換成電信號，再經(jīng)過放大到合適的幅度送ad轉換器轉換成數(shù)字量。為了設計方便，采用電位器改變電壓來模擬輸入量。2 模塊設計及軟件應用21電源模塊本系統(tǒng)對供電要求不高，只要有l(wèi) 2v40ma和5v30ma就足夠了。所以我只采用一塊12v50ina和5v28ma。所以本系統(tǒng)是采用7812與7805兩穩(wěn)壓管構成。22溫度采集模塊在溫度采集模塊里面本文采用的是熱電偶。熱電偶是一種感溫元件，它能將溫度信號轉換成熱電勢信號，通過電氣測量儀表的配合，就能測量出被測的溫度。

6、熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測元件之一。其優(yōu)點是：(1)測量精度高。因熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介質的影響。(2)測量范圍廣。常用的熱電偶從一15loo均可連續(xù)測量，某些特殊熱電偶最低可測到一269(如金鐵鎳鉻)，最高可達+2800。(3)構造簡單，使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成而且不受大小和開頭的限制，外有保護套管，用起來非常方便。常用熱電偶可分為標準熱電偶和非標準熱電偶兩大類。所調測量。而本設計所談到的溫度采集系統(tǒng)主要是應用在普通場合的測量，故采用標準熱電偶。熱電偶的輸出是一個隨溫度變化的電壓信號，它必須加上補償電路才能正常工作，并且用標準熱電偶是指國家標準規(guī)定了其熱

7、電勢與溫度的關系，允許誤差、并有統(tǒng)一的標準分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標準化熱電偶在使用范圍或數(shù)量級上均不及標準化熱電偶，一般也沒有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊場合的它的輸出也要轉換為o10 v的電壓范圍傳送ad轉換電路。當溫度傳感器感應到溫度范圍在一l 5loo，通過放大器進行放大，可變電阻阻值變大，把溫度轉變?yōu)殡妷?，通過rdo一，rdo+，rd pout輸出。沒有感應到時，放大器沒有工作，無信號輸出，rd o一，rdo+，rd p一0ut輸出的電平可以判斷出溫度傳感器是否檢到溫度。溫度采集模塊電路（如圖）23顯示模塊由于各位的段選線并聯(lián)，段選碼的輸出都是相同的。因此

8、，同一時刻如果各位位選線都處于選通狀態(tài)，4位led將顯示相同的字符。若要各位led能夠顯示出與本位相應的字符，就必順采用掃描顯示方式，即在某一時刻，只讓某一位的位選線處于選通狀態(tài)，而其他各位的位選線處于截止狀態(tài)，同時，段選線上輸出對應顯示位的字符字形碼。4位led輪流選通，由于人限的視覺暫留現(xiàn)象，只要每位顯示間隔足夠短，就可得到多位同時亮的效果。系統(tǒng)無需擴展程序存儲器?？筛鶕?jù)系統(tǒng)程序大小選擇片內(nèi)帶不同容量閃存的單片機，這里我采用adc0809，該單片機每個io口的拉電流只有l(wèi)2ma，但在灌電流驅動狀態(tài)下能達到20ma左右，如果采用共陰極管需要加驅動電路，而采用共陽極管則不需要驅動電路，可使電路

9、得到簡化。24 ad轉換模塊241 805l單片機的引腳描述intel公司生產(chǎn)的8051單片機為字長8位的單片微型計算機，由中央處理器、片內(nèi)ram、片內(nèi)rom、兩個16位的定時計數(shù)器、四個8位的ro口(p0、p i、p2、p3)、一個全雙工的串行口、五個中斷源以及時鐘等組成。芯片結構圖如圖6所示。下面按其引腳功能分為四部分敘述這40條引腳的功能。(1)主電源引腳vcc和vssvc c(40腳)接+5v電壓vss一一(2 0腳)接地。(2)外接晶體引腳xtall和xtal2xtall(19腳)接外部晶體的一個引腳。xtal2(1 8腳)接外晶體的另一端。(3)控制或與其它電源復用引腳rstvpd

10、、aleprog、psen和eavpp(a)rstvpd(9腳)當振蕩器運行時，在此腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平將使單片機復位。(b)aleprog(30腳)：當訪問外部存貯器時，ale(允許地址鎖存)的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ale端仍以不變的頻率周期性地出現(xiàn)正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的l6。因此，它可用作對外輸出的時鐘，或用于定時目的。對于eprom單片機(如8751)，在eprom編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖(p r 0 g)。(c)psen(29腳)：此腳的輸出是外部程序存儲器的讀選通信號。(d)eavpp(引腳)：當ea端保持高電平時，訪問內(nèi)部程序存

11、儲器，但在pc(程序計數(shù)器)值超過0fffh(對851875l80c51)或1fffh(對8052)時，將自動轉向執(zhí)行外部程序存儲器內(nèi)的程序。當ea保持低電平時，則只訪問外部程序存儲器，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。對于常用的805 1來說，無內(nèi)部程序存儲器，所以ea腳必須常接地。(4)輸入輸出(io)引腳po、pl、p2、p 3(共3 2根)(a)po口(39腳至32腳)：是雙向8位三態(tài)io口，在外接存儲器時，與地址總線的低8位及數(shù)據(jù)總線復用，能以吸收電流的方式驅動8個ls型的ttl負載。(b)p1口(1腳至8腳)：是準雙向8位io口。(c)p2口(21腳至28腳)：是準雙向8位io口。(d)p

12、3口(1 0腳至17腳)：是準雙向8位io口，在mcs 5l中，和單片機直接接口。adc0809的內(nèi)部邏輯結構由圖7可知，adc0809由一個8路模擬開關、一個地址鎖存與譯碼器、一個ad轉換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成這8個引腳還用于專門功能，是復用雙功能口。4.2 74ls164引腳圖及引腳功能（如圖） 74ls164引腳圖clock：時鐘輸入端clear：同步清除輸入端（低電平有效） a，b：串行數(shù)據(jù)輸入端qaqh：輸出端當清除端（clear）為低電平時，輸出端（qaqh）均為低電平。 串行數(shù)據(jù)輸入端（a，b）可控制數(shù)據(jù)。當 a、b任意一個為 低電平，則禁止新數(shù)據(jù)輸入，在時鐘端（clock）

13、脈沖上升沿作用下q0 為低電平。當a、b 有一個為高電平，則另一個就允許輸入數(shù)據(jù)，并在clock 上升沿作用下決定q0 的狀態(tài)。242 adc0809轉換的原理及應用adc0809是帶有8位ad轉換器、8路多路開關以及微處理機兼容的控制邏輯的cmos組件。它是逐次逼近武ad轉換器，可以。多路開關可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用ad轉換器進行轉換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存ad轉換完的數(shù)字量，當oe端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉換完的數(shù)據(jù)。(2)引腳結構(見圖8)圖8 adc0809引腳圖in0一in7：8條模擬量輸入通道。adc0809對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范

14、圍是05v，若信號太小，必須進行放大，輸入的模擬量在轉換過程中應該保持 不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。地址輸入和控制線：4條。ale為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當ale線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將a，b，c三條地址線的地址信號進行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進轉換器進行轉換。a，b和c為地址輸入線，用于選通in0一in7上的一路模擬量輸入。數(shù)字量輸出及控制線：l l條st為轉換啟動信號。當st上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時，開始進行ad轉換；在轉換期間，st應保持低電平。eoc為轉換結束信號。當eoc為高電平時，表明轉換結束；否則，表明正在進行

15、ad轉換。o e為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉換得到的數(shù)據(jù)。oe=1，輸出轉換得到的數(shù)據(jù)0e=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。d7一do為數(shù)字量輸出線。clk為時鐘輸入信號線。因adc0809的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為500khz，vref(+)。vref(-)為參考電壓輸入。(3)adc0809應用說明(a)adc0809內(nèi)部帶有輸出鎖存器?？梢耘cat89s5 1單片機直接相連。(b)初始化時，使st和oe信號全為低電平。(c)送要轉換的哪一通道的地址到a，b，c端口上。(d)在st端給出一個至少有10011s寬的正脈沖信號。(e)是否轉換

16、完畢，我們根據(jù)e0c信號來判斷。(f)當eoc變?yōu)楦唠娖綍r，這時給0e為高電平，轉換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機了。ad轉換器的轉換速率就是能夠重復進行數(shù)據(jù)轉換的速度，即每秒轉換的次數(shù)。而完成一次ad轉換所需的時間，則是轉換速率的倒數(shù)。啟動adc0809的工作過程：先送通道號地址到addaaddc，由ale信號鎖存通道號地址后，讓start有效啟動ad轉換，即執(zhí)行一條movxdptr，a指令產(chǎn)生wr信號，使alestart有效，鎖存通道號并啟動ad轉換。ad轉換完后，eoc端發(fā)出一正脈沖，接著執(zhí)行movx a，dptr產(chǎn)生rd信號，使0e端有效。，打開鎖存器三態(tài)門，8位數(shù)據(jù)就讀入到cpu中。a 805

17、1單片機與adc0809的接口連接如圖9所示b 熱敏電阻與adc0809連接方式（如下圖） 熱敏電阻與adc0809連接圖程序流程圖主程序流程圖如圖所示，t0中斷服務程序流程圖如圖所示，溫度采樣及模數(shù)轉換子程序流程圖如圖所示，溫度計算子程序流程圖如圖所示。 主程序參考框圖 定時中斷t0服務程序參考框圖 定時中斷t1服務程序參考框圖 溫度巡回檢測子程序參考框圖 顯示子程序參考框圖軟件程序： 定時器to中斷服務程序定時器t1中斷服務程序顯示子程序溫度巡檢子程序4結語：本課題是設計了一個以單片機為核心的最小溫度采集系統(tǒng)。它主要是采用熱敏傳感器采集溫度并進行信號處理。經(jīng)過ad轉換電路轉換成數(shù)字信號后，

18、送給單片機進行信號處理與計算。計算的結果從八段數(shù)碼管上顯示出來。致謝信大學生活一晃而過，回收走過的歲月，心中倍感激動，當我寫完這篇畢業(yè)論文的時候，有一種如釋重負的感覺，感慨良多。首先誠摯的感謝我的論文指導老師東方老師，她在忙碌的教學工作中擠出時間來審查、修改我的論文，尤其是對一個在校外工作實習學生最大的關懷，在這里我想對她說一聲謝謝，還有教過我的所有老師，你們的嚴謹細致、一絲不茍的作風一直是我工作、學習中的榜樣；你們循序善誘的教導和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪.感謝三年中陪伴在我身邊的同學、朋友，感謝他們?yōu)槲姨岢龅挠幸娴慕ㄗh和意見，有了他們的支持、鼓勵和幫助，我才能充實的度過了三年的學習生活. 最后要感謝的就是養(yǎng)育我的父母，他們給了我無私的愛，我深知他們?yōu)槲仪髮W和生活所付出的巨大的犧牲和努力，至今我一直無以為報，在這里僅表達我對他們的深深地思念和感恩。在這里我想對他們說一聲，爸媽兒子不會令你們失望的.最后，衷心的感謝在百忙之中抽出時間審閱論文的各位老師，謝謝！ 8參考文獻1、單片機應用技術選編 何立民.北京航空航天大學出版社2、51系列單片機高級實例開發(fā)指南 李軍.北京航空航天大學出版社3、單片機原理及接口技術李朝青.北京航空航天大學出版社4、單片機原理與應用李曉荃.