單片機課程設計多路數字溫度測量系統(tǒng)設計

1、單片機課程設計報告題目名稱：多路數字溫度測量系統(tǒng)設計 系： 電 專 業(yè)： 電 班 級： 學 號： 學生姓名： 指導教師： 職 稱： 年 月 日 一、摘要計算機技術的發(fā)展和普及提升了數據采集系統(tǒng)的技術水平。在生產過程中，應用數據采集系統(tǒng)可對生產現場的工藝參數進行采集、監(jiān)視和記錄，以方便人們對數據結果做出分析判斷。基于匯編語言的多路溫度采集與處理系統(tǒng)，可以實現對多路不同溫度進行實時檢測，通過led顯示當前溫度值，可以更直觀的觀察數據、更便捷的對系統(tǒng)進行控制。本課題以內置a/d轉換器的單片機stc12c5a32ad為核心，對多路的溫度進行實時巡檢。采用多個模擬溫度傳感器lm35測量多路溫度。通過lm

2、358構成的同相放大器對模擬溫度信號進行放大，然后送至單片機處理。處理后由四位led數碼管對八路溫度予以動態(tài)顯示。通過獨立式鍵盤可對測量進行操控。同時該系統(tǒng)還具有報警功能，實現當測量溫度超出-55125時發(fā)出報警。本文結合實際使用經驗，介紹了lm35溫度傳感器在單片機下的硬件連接及軟件編程，并給出了流程圖。 關鍵詞:單片機;溫度傳感器;放大器;數碼管顯示;鍵盤二、總體方案設計方案的闡述與特點:本設計方案以lm35為溫度傳感器、內置a/d轉換器單片機stc89le516ad為控制核心組成多點溫度測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括傳感器及其放大電路、復位電路、晶振電路、報警電路、鍵盤與顯示、基準電壓電路組成。1

3、、本方案系統(tǒng)框圖為： 圖1 總體系統(tǒng)框圖2、 基本工作原理： 如圖1所示本設計以lm35模擬溫度傳感器對八路溫度進行實時測量，其輸出電壓經由lm358構成的同相放大器放大后送至單片機的a/d輸入口。單片機對輸入信號進行模數轉換執(zhí)行軟件程序后，由led數碼管顯示溫度值，每秒切換一個通道進行輪流顯示。通過鍵盤可以隨時查看指定通道的溫度值，當任何一路溫度的3次平均值超過設定的下限值或上限值時，發(fā)出警告。3、它有如下特點：（1）可以監(jiān)測8路環(huán)境溫度信號，可以擴充；對8路模擬信號輸入進行循環(huán)采集，每路連線采集三次，取平均值。（2）測量范圍為-55+125，精度為0.5（3）lcd液晶顯示或用4位led數

4、碼管進行循環(huán)顯示，其中最高位通道提示符ah，低三位顯示實際溫度值，每秒切換一個通道進行輪流顯示；（4）鍵盤控制，可隨時查看指定通道的溫度值；（5）可分別設定每一路的上限制和下限值，若采集平均值超過設定范圍，則對應通道指示燈閃爍10后一直亮，指示燈閃爍是喇叭發(fā)聲，以示警告。三、系統(tǒng)硬件設計本課題的整個系統(tǒng)是由傳感器及其信號放大電路、單片機、顯示電路、鍵盤電路、穩(wěn)壓電路、晶振電路、復位電路等構成。3.1控制器-單片機設計：本設計采用的單片機為stc12c5a32ad stc12c5a32ad單片機是單時鐘/ 機器周期(1t)的兼容8051 內核單片機，是高速/ 低功耗的新一代單片機，全新的流水線/

5、 精簡指令集結構。stc12c5a32ad單片機主要性能：高速：1個時鐘/機器周期，risc型8051內核，速度比普通8051快12倍工作電壓：5.5v-3.3v低功耗設計：空閑模式，掉電模式（可由外部中斷喚醒）工作頻率：035mhz時鐘：外部晶體或內部rc 振蕩器可選芯片內e2prom 功能 isp/iap，在系統(tǒng)可編程/在應用可編程,無需仿真器 8位8通道adc，轉換速度可達300k/s 2個硬件16位定時器，兼容普通8051 的定時器。再加上2 路pca 還可再實現2個16位定時器硬件看門狗（wdt）全雙工異步串行口(uart),由于stc12系列單片機是高速的8051，可再用定時器或p

6、ca軟件實現多串口如圖3.1為stc12c5a32ad引腳圖,各引腳功能說明如下: 圖3.1 stc12c5a32ad引腳圖 vcc: 電源 gnd: 地 p0 口：p0口是一個8位的雙向i/o口。對p0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數據存儲器時，p0口也被作為低8位地址/數據復用。 p1 口：p1 口是一個具有內部上拉電阻的8 位雙向i/o 口，同時也是模擬量輸入口，可以對8路模擬量進行模數轉換。 p2 口：p2 口是一個具有內部上拉電阻的8 位雙向i/o 口。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數據存儲器（例如執(zhí)行movx dptr）時，p2 口送出高八位地址。

7、 p3 口：p3 口是一個具有內部上拉電阻的8 位雙向i/o 口。p3口亦作為特殊功能口使用，如表3-1所示。 表3-1 stc12c5a32ad引腳號特殊功能p3.0 rxd（串行輸入）p3.1 txd（串行輸出）p3.2 int0（外部中斷0）p3.3 int0（外部中斷0）p3.4 t0（定時器0外部輸入和定時器0時鐘頻率輸出）p3.5 t1（定時器1外部輸入和定時器1時鐘頻率輸出）p3.6wr（外部數據存儲器寫選通）p3.7 rd（外部數據存儲器讀選通） rst: 復位輸入，晶振工作時，rst腳持續(xù)2個機器周期高電平將使單片機復位。 ale：地址鎖存控制信號（ale）是訪問外部程序存儲

8、器時，鎖存低8 位地址的輸出脈沖。 xtal1:振蕩器反相放大器和內部時鐘發(fā)生電路的輸入端。 xtal2:振蕩器反相放大器的輸出端。3.2傳感器檢測電路設計：lm35 是由national semiconductor 所生產的溫度傳感器，其輸出電壓與攝氏溫度成正比，具有10mv/的靈敏度,工作溫度范圍為4v30v；輸出阻抗為0.1。lm35溫度傳感器,由于它采用內部補償，所以輸出可以從0開始，器件有三個引腳，分別是電源負gnd，電源正vcc，信號輸出端。電路需要兩路運算放大電路，所以選擇雙路運算放大器，一路作跟隨器另一路作同向放大器，lm358 內部包括有兩個獨立的、高增益、內部頻率補償的雙運

9、算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。 圖3.2.傳感器檢測電路3.3顯示電路設計：如圖3.3所示，本顯示方案采用單片機i/o口外擴74hc573驅動器驅動4位led數碼管實現動態(tài)顯示，所謂動態(tài)顯示就是在任何時刻只有一位led數碼管處于顯示狀態(tài)，即單片機采用掃描的方式控制各個數碼管的輪流顯示。動態(tài)顯示具有編程簡單，占用i/o口線少的優(yōu)點。 圖3.3顯示電路3.4鍵盤電路設計：其原理圖如下：本設計中由于所用鍵盤不多，所以采用獨立連接式的編程掃描方式鍵盤就能夠滿足設計要求。鍵盤接

10、口與鍵盤程序的根本任務就是要檢測有沒有鍵按下？按下的是那個位置的鍵？鍵值是多少？在本次設計中采用了軟件掃描的方法。通過對鍵盤接口p3的查詢判斷是否有鍵按下。 圖3.4 鍵盤電路3.5晶振電路設計:晶振電路是單片機的心臟，它控制著單片機的工作節(jié)奏。單片機允許的時鐘頻率是因型號而異的，其典型值為12mhz。stc12c5a32ad內部有一個反相振蕩放大器，xtal1和 xtal2分別是該反向振蕩放大器的輸入端和輸出端。該反向放大器可配置為片內振蕩器，石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。本設計采用的晶振頻率為12mhz。其晶振電路如圖3.5所示。此外還可使用外部時鐘。在使用外部時鐘時，外部時鐘必須從xtal

11、1輸入，而xtal2懸空。 圖3.5晶振電路3.6復位電路的設計: 復位使單片機處于起始狀態(tài)，并從該起始狀態(tài)開始運行。stc12c5a32ad的rst引腳為復位端，該引腳連續(xù)保持2個機器周期（24個時鐘振動周期）以上高電平，則可使單片機復位。復位后，只影響sfr中的內容，內部ram中的數據不受影響。外部復位有上電復位和按鍵電平復位。由于單片機運行過程中，其本身的干擾或外界干擾會導致出錯，此時我們可按復位鍵重新開始運行。為了便于本設計運行調試，復位電路采用按鍵復位方式。如圖3.6 圖3.6 復位電路3.7報警電路設計：為了實現多點溫度檢測報警系統(tǒng)，本課題采用stc12c5a32ad單片機作為主控

12、制器，采用掃描的方式對多點溫度傳感器獲取對應該位置的溫度值，經處理后，如溫度不在設定的范圍內，給出報警信號。系統(tǒng)總體硬件電路圖如下所示: 圖3.7 報警電路3.8 3v穩(wěn)壓電路為了給stc89le516ad單片機提供精確的3v基準電壓，本設計采用了lm117三端可調正穩(wěn)壓集成電路。它的輸出電壓范圍是1.2v至37v,負載電流最大為1.5a。僅需外接兩個電阻就可以設置輸出電壓。此外它的線性調整率和負載調整率都比較好。 圖3.8 3v穩(wěn)壓電路3.9總電路見附錄四、系統(tǒng)軟件設計4.1系統(tǒng)主程序流程圖主程序主要實現系統(tǒng)的初始化，溫度數據采集與處理，鍵值處理，顯示數據，報警。 系統(tǒng)的初始化包括寄存器的初

13、始化（控制寄存器、堆棧、中斷寄存器等），led顯示的初始化，輸出端口的初始化，采集、累計數據的初始化。 圖4.1 主程序流程圖4.2測溫子程序的設計數據采樣程序功能：溫度檢測通道，控制存放數據的地址和采樣次數。數據檢測的方式是先對8個通道各采樣一次，共采集三次。采樣程序采用中斷方式。在設置通道初值、通道數、采樣次數和存放數據的開始地址后，啟動a/d轉換，隨后檢測標志位狀態(tài)。標志位被清零，標志著本通道的a/d轉換已經結束，在修改通道號和數據存放地址后，對下一通道繼續(xù)檢測。當8個通道的檢測工作完成后，判斷三次采樣是否全部完成，若沒完成，則對8個通道繼續(xù)采樣，直至完成三次采樣工作。數據采樣程序流程框

14、圖如4.2所示。 圖4.2 測溫子程序4.3報警子程序設計（1） 采樣被測參數（2）比較采樣值和給定的上下限。（3）根據比較結果執(zhí)行相應的處理程序。如果發(fā)現采樣值超過報警值，發(fā)出執(zhí)行報警程序。報警程序流程框圖4.3所示。 4.3 報警子程序流程圖 4.4顯示子程序設計 四位led數碼管進行輪流顯示，其中最高位顯示通道提示符ah，低三位顯示實際溫度。 圖4.4 顯示子程序流程圖 五、結論1、課題總結 本課題主要是實現對溫度進行多點同時測量并準確顯示。整個系統(tǒng)由單片機控制，將能夠接受傳感器的數據并顯示出來，可以從鍵盤輸入命令，系統(tǒng)根據命令選擇對應的傳感器，并由驅動電路驅動溫度顯示，對異常情況進行報

15、警。2、心得六、參考文獻1王為青, 程國剛. 單片機keil cx51應用開發(fā)技術m. 北京: 人民郵電出版社, 2006.223-226.2方佩敏編著智能化集成溫度傳感器原理與應用m.北京：電子工業(yè)出版社，2002.35-42.3張毅剛,彭喜元，彭宇.單片機原理及應用m.北京：高等教育出版社，2008.18-20,253-255,219-220,198-201.4劉篤人，韓保軍.傳感器及應用技術m.西安：西安電子科技大學出版社，2003.112-124.5童詩白. 模擬電子技術基礎m.北京: 高等教育出版社, 2004. 213-216.6閻石數字電子技術基礎m第五版北京：高等教育出版社,2

16、006.524-535.7閆玉德，葛龍，俞虹. 單片機微型計算機原理與設計m.北京： 中國電力出版社，2010.112-154,197-199. 8 郁有文. 傳感器原理及工程應用m. 西安: 西安電子科技大學出版社, 2008.215-238. 七、附錄：1.系統(tǒng)程序： ;*;常數定義;*tmel equ 0e0h ；20ms，定時器0時間常數tmeh equ 0b1htmephead equ 36h;*;工作內存定義;*bitst data 20htimeisok bit bitst.1temponeok bit bitst.2templ data 26htemph data 27htem

17、phc data 28htemplc data 29h;*; 引腳定義;* tempdin bit p3.7;*; 中斷向量區(qū);*org 000hljmp start org 00bh ljmp t0it;*;系統(tǒng)初始化;* org 100hstart: mov sp,#60hclsmem: mov r0,#20h mov r1,#60hclsmem1: mov r0,#00h inc r0 djnz r1,clsmem1 mov tmod,#00100001b mov th0,#timel mov tl0,#timeh sjmp initerror: nop ljmp start nopin

18、it: nop setb et0 setb tr0 setb ea mov psw,#00h clr temponeok ljmp main;*; 定時器0中斷服務程序;*t0it: push psw mov psw,#10h mov th0,#timeh mov tl0,#timel inc r7 cjne r7,#32h，t0iti mov r7,#00h setb timeisoktoit1: pop psw reti;*; 主程序;*main: lcall lm35_1 jnb time1sok,main clr time1sokjnb temponeok,main2lcall rea

19、dtemp1lcall convtemplcall lm35_1main2: lcall readtempsetb temponeokljmp main;*;子程序區(qū);*; resetlm35;*inilm35: setb tempdinnop nopclr tempdinmov r6,#0a0hdjnz r6,$mov r6,#0a0h djnz r6,$ setb tempdin mov r6,#32h djnz r6,$ mov r6,#3chlooplm35: mov c,tempdinjc inilm35utdjnz r6,looplm35mov r6,#064hdjnz r6,$s

20、jmp inilm35ret;inilm35ut: setb tempdinret; *; 讀lm35的程序，從lm35中讀出一個字節(jié)的數據; *readlm35: mov r7,#08hsetb tempdinnopnopreadlm35loop: clr tempdinnopnopnopsetb tempdinmov r6,#07hdjnz r6,$mov c,tempdinmov r6,#3chdjnz r6,$rrc asetb tempdindjnz r7,readlm35loopmov r6,#3chdjnz r6,$ret; *; 寫lm35的程序，從lm35中寫一個字節(jié)的數據;

21、 *writelm35: mov r7,#08hsetb tempdinnopnopwritelm35lop: clr tempdinmov r6,#07hdjnz r6,$rrc amov tempdin,cmov r6,#34hdjnz r6,$setb tenpdindjnz r7,writelm35lopret; *; read temp; *readtemp: lcall initelm35mov a,#0cchlcall writelm35mov r6,#34hdjnz r6,$mov a,#44hlcall writelm35mov r6,#34hdjnz r6,$retread

22、temp1: lcall inilm35mov a,#0cchlcall writelm35mov r6,#34hdjnz r6,$mov a,#0behlcall writelm35mov r6,#34hdjnz r6,$mov r5,#09hmov r0,#tempheadmov b,#00hreadtemp2: lcall readlm35mov r0,ainc r0readtemp21: lcall crc8caldjnz r5,readtemp2mov a,bjnz readtempoutmov a,temphead+0mov templ,amov a,temphead+1mov t

23、emph,areadtempout: ret; *; 處理溫度bcd碼子程序; *convteamp: mov a,temphanl a,#80hjz tempc1clr cmov a,templcpl aadd a,#01hmov templ,amov a,temphcpl aaddc a,#00hmov temph,amov temphc,#0bhsjmp tempchtempc1: mov temphc,#0ahtempc11: mov a,temphcswap amov temphc,amov a,templanl a,#0fhmov dptr,#tempdottabmovc a,a+

24、dptrmov templc,amov a,templanl a,#0f0hswap amov templ,amov a,temphanl a,#0fhswap aorl a,templlcall hex2bcd1mov templ,aanl a,#0f0hswap aorl a,temphcmov temphc,amov a,templanl a,#0fhswap aorl a,templcmov templc,amov a,r7jz tempc12anl a,#0fhswap amov r7,amov a,temphcanl a,#0fhorl a,r7mov temphc,atempc1

25、2: ret; *; 小數部分碼表; *tempdottab: db 00h, 01h, 01h, 02h, 03h, 03h, 04h,04h,05h,06hdb 06h,07h,08h,09h,09h; *; 顯示區(qū)bcd碼溫度值刷新子程序; *lmbcd: mov a,templcanl a,#0fhmov 70h,amov a,templcswap aanl a,#0fhmov 71h,amov a,temphcanl a,#0fhmov 72h,amov a,temphcswap aanl a,#0fhmov 73h,amov a,temphcanl a,#0f0hcjnz a,#010h,dispbcd0sjmp dispbcd2lmbcd0: mov a,temphc anl a,#0fh jnz dispbcd2 mov a,temphc swap aanl a,#0fhm