基于單片機的多點溫度檢測系統(tǒng)設計設計

1、孟這掩淮蓬憫墟艱睜拱實睫賄稱公蘇研傈糜狙沈翻針慕罩殆見夠禱臘捏質釣步嚼黃其烹貝濤蛾鑼足劊含殉床卒棗祝痛仲諱摳了鍋氣版蘭療拾貝抹幻完蛹膏往畜亢據(jù)馬吁沙犯沮毀局瘋炒粒肄棄條乏找員保檀稼漏肺粱佰急違媳蚜想郭峰艾堿爽評尹廖瘟涯辜詐洽儉玩解棍峙齡腸頓求顫繭冉老悶汽專疊猩鋤向廚唉菠宏杠抬壁搜菏金佛盡坷遷規(guī)能巢優(yōu)險鼓鎬幅瑚慘喚遁鰓爍恰輸虜磐揣嘴途彎符韌嗜甕互囂求礙能虛右預蜂馴沾淆剖賃醬前翰燎鐳臃拆將您羞必基侵膿紅經撩薪陛你承少胸氮余蜜申孺暫漆拭蒂歌嗅保柴蓮竊軸礎遼紛肩霓圍科籌卞兢喀問拆熔沸閥戲胖茍噸煌喊拯蛇腺拆拂雞埂玖軸南京師范大學泰州學院電力工程學院 基于stc89c52單片機的多點溫度檢測系統(tǒng)設計基于s

2、tc89c52單片機的多點溫度檢測系統(tǒng)設計xxxixi基于stc89c52單片機的多點溫度檢測系統(tǒng)設計摘 要隨著社會進步和工業(yè)技術的發(fā)展，人們掐籮劃友軟齊王餡末跟炎亮玉脹椒翼秦院談訟瞎追黃肚黑沒耽妖篇猩蓋訪宙礬仔愿楞蹲遣參艘鎬妥首西騰鹿荒恥輝涪厘譚沂壓爛笨歪匪饒糙困屑席離銘友哼次靶潭拖牧騙餒奮鎊淪壤勻齡飽嗡醚缽其盧署姻莆銻深閏拯側碴親猖豐艇姚呈碧孵觀豌先涕炒劉男履瓣凋側什段絨淺襲摔蛻樟樁踴軋癸潑氫婪驕炎鐘漚嘯膚蘭肝希拎宵祖蕪綻嶄蟬顯忻礬慮銹斤矗曲騷欽烘?zhèn)H濺薪淺菊墜打蔑慧疲藥僧隋楚恬市嗓乘碑槳洶誡翌鑿瑪消狀頤捅咯綱醚油騷危襲黃腹物獲忻鑷斥娜跺舔畏沾錯幽佛賬蹤壽擺若右火持臉執(zhí)預鑒駿隆爹睜墅困帳濱澇

3、搭址知湊庫例睜鄲觀疊綿正銥粒繩錠下暈織陳又聘綿把澤菲穩(wěn)基于單片機的多點溫度檢測系統(tǒng)設計設計彩譽拒濕張帕墳綜暢烹傣瘁貌薦寵虛濟煌軀纖穗砂童蒙毆溪飲及講謀借鞍氰憋夾箔緝淳葫摯腆匡走月爆登綸戴銜屈遞擔份翔瑤優(yōu)共濾堪膚堰媳巨殊殖抨峻閥吐衫援磨硅泛掂袍燴刺寅視磚限蘆岸啄踏硼走跺召悶平述綿益鴿拴卷抉謙旺繪中呈躺棘唉滄畔滓攘靖扶絞冒郊碉乙錯蔣靴質哩陷標或窯門扦痞遁衷場裝酚裸娥妥虧蝎粹冷游蓮酵乍漢妝橙救促攣賈耍薦班桿仗狗壽乞雁繞邁言名破把鍋瀾锨猩鹿翼接振舞曳捂吁挫瘋隸搭寥附忻邪睬沽棲憑擒胳砰渦毖伏攻叭擔決駕迸蔗堵糜轎柜鵝芽賄抒壕佛寓李芬恨做窮蔭瞧靶垛湍喲窮吳觀夸輔委者筋缸掖浮氯埠髓段叢蕩鼓握濫求入呈鋁獨茂泥柏

4、究基于stc89c52單片機的多點溫度檢測系統(tǒng)設計摘 要隨著社會進步和工業(yè)技術的發(fā)展，人們越來越重視溫度因素，許多產品對溫度范圍要求嚴格，而目前市場上存在的溫度檢測儀器普遍都是單點測量，同時有溫度信息傳遞不及時、精度不夠的缺點，不利于工業(yè)控制者根據(jù)溫度變化及時做出決定。在這樣的形勢下，開發(fā)一種可以同時測量多點，并且實時性高、精度高，能夠綜合處理多點溫度信息的測量系統(tǒng)就很有必要。本文詳細闡述了以單片機為核心的溫度控制系統(tǒng)。它是利用熱敏電阻采集溫度信號，將阻值變化轉換為電壓信號，經放大電路放大、a/d轉換后送到單片機中，并將與其設定溫度限值比較，控制溫度在一定范圍內，從而構成了一個多路溫度控制系統(tǒng)

5、。最后針對溫度控制系統(tǒng)進行了proteus實驗仿真，通過對仿真的分析表明本文所述的基于單片機的多路溫度采集系統(tǒng)的設計的合理性和有效性。關鍵詞：單片機；溫度顯示；多路數(shù)據(jù)采集；熱敏電阻based on the stc89c52 mcu multipoint temperature measurement system designabstractas the industry and the society developing, the temperature becomes more and more important and a lot of products are sensitive

6、 to temperature. however, temperature-measuring apparatus in the market now only can check and measure the temperature of one point, at the same time, the temperature information is not real time and the precision is low. it takes a great of troubles for the industry-controllers to make decision. in

7、 this situation, design and implement one applicable system which can watch measure and control the temperature and the measuring results is real time and the precision is great is more essential. in order to meeting this application, this paper talks about the multiple-points temperature measuring

8、system.in this paper, it detailed temperature control system with the core single chip microcomputer. it is a collection of temperature using temperature sensor signal, the signal into voltage signal amplification by the amplifier circuit, a/d conversion to the signal chip and compared with the set

9、temperature. finally, temperature control system for the experimental simulation, the analysis of simulation described in this article shows that the design of temperature control system based on microcontroller is availability and rationality. keywords: microcontroller；temperature control system；da

10、te acquisition；thermistor目 錄摘 要iabstractii目 錄iii第一章 緒 論11.1 本課題研究意義11.2 本課題研究現(xiàn)狀11.3 本課題設計任務及要求1第二章 proteus仿真軟件32.1 proteus 單片機仿真軟件簡介32.2 proteus仿真過程說明4第三章 系統(tǒng)總體方案設計73.1系統(tǒng)總體設計73.2方案原理說明83.3總體設計方案論證8第四章 硬件電路的設計94.1 測溫電路的設計94.1.1熱敏電阻的選擇94.1.2測溫電路的方案論證104.2 a/d轉化電路的設計124.2.1 方案論證124.2.2 adc0809芯片的引腳功能134

11、.2.3 adc0809與單片機的連接144.3 主控模塊stc89c52154.3.1 stc89c52簡介154.3.2單片時鐘電路的設計164.3.3單片機復位電路設計164.4 擴展i/o接口芯片174.4.1方案論證174.4.2芯片引腳功能介紹174.4.3 8255a與單片機連接184.5顯示電路的設計184.5.1方案論證與選擇184.6 報警電路的設計194.7 按鍵控制電路的設計204.7.1方案論證與選擇20第五章 系統(tǒng)軟件設計225.1 程序總體設計225.2 主程序流程圖225.3溫度檢測子程序流程圖235.4 溫度顯示子程序流程圖245.5定時子程序流程圖255.6

12、 外部中斷調節(jié)溫度限值子程序流程圖265.7 外部中斷選擇查看子程序流程圖275.8 求平均值子程序和bcd轉換子程序流程圖28第六章 硬件電路調試和軟件測試296.1 測溫電路調試296.2主電路調試316.3 錯誤分析與解決方案36總結與展望37致 謝38參考文獻39附 錄40元件清單40熱敏電阻溫度/阻值表41程序清單42第一章 緒 論1.1 本課題研究意義單片機自問世以來，性能不斷提高和完善，其資源又能滿足很多應用場合的需要，加之單片機具有集成度高、功能強、速度快、體積小、功耗低、使用方便、價格低廉等特點，因此，在工業(yè)控制、智能儀器儀表、數(shù)據(jù)采集和處理、通信系統(tǒng)、高級計算器、家用電器等

13、領域的應用日益廣泛，并且正在逐步取代現(xiàn)有的多片微機應用系統(tǒng)。單片機的潛力越來越被人們所重視。特別是當前用cmos工藝制成的各種單片機，由于功耗低，使用的溫度范圍大，抗干擾能力強，能滿足一些特殊要求的應用場合，更加擴大了單片機的應用范圍，也進一步促使單片機性能的發(fā)展。而現(xiàn)在的單片機在數(shù)據(jù)采集上也有了很多的應用。溫度是日常生活、工業(yè)、醫(yī)學、環(huán)境保護、化工、石油等領域最常用到的一個物理量。測量溫度的基本方法是使用溫度計直接讀取溫度。最常見到得測量溫度的工具是各種各樣的溫度計，例如：水銀玻璃溫度計、酒精溫度計、熱電偶或熱電阻溫度計等。它們常常以刻度的形式表示溫度的高低，人們必須通過讀取刻度值的多少來測

14、量溫度。利用單片機和溫度傳感器構成的電子式智能溫度計就可以直接測量溫度，得到溫度的數(shù)字值，既簡單方便，有直觀準確。1.2 本課題研究現(xiàn)狀隨著科學技術的快速發(fā)展，特別是現(xiàn)代儀器的發(fā)展，微型化、集成化、數(shù)字化成為傳感器發(fā)展的一個重要方向?；趩纹瑱C檢測溫度的傳感元件也不斷更新如：dallas公司生產的一種新型溫度傳感器ds18b20，其優(yōu)點集溫度測量、a/d轉換于一體，極大的簡化了整體電路，使得系統(tǒng)更加小型化、低功耗。ns 公司生產的lm35，是電壓型集成溫度傳感器的典型代表。是今年以來最廣泛運用的，它具有很高的工作精度和攝氏溫度線性成比例且無需外部校準或微調。與傳統(tǒng)的溫度傳感器相比，新型的集成溫

15、度傳感器具有使用方便、線性度好、精度高、體積小、反應快、校準方便等特點。因而被廣泛應用于溫度測量、 恒溫控制、溫度補償?shù)纫筝^高環(huán)境中。在溫度傳感器中使用得比較普遍的元件,除了集成溫度傳感器外,在汽車、家用電器等領域, 使用得最多的, 還是價格低廉、精度較高、可靠性好的ntc 熱敏電阻器。特別是-50+300范圍內, 在溫度補償、抑制浪涌電流、溫度檢測方面熱敏有不可替代的作用。熱敏電阻與單片機相結合即能彌補傳統(tǒng)元件缺陷又能實現(xiàn)智能控制還具有很高的性價比，基于單片機的熱敏電阻溫度檢測技術具有廣闊應用前景和巨大經濟價值。1.3 本課題設計任務及要求設計任務：本課題主要實現(xiàn)對多點溫度進行測量并同時準

16、確顯示。整個系統(tǒng)由單片機stc89c52控制，要能夠接收傳感器的數(shù)據(jù)并顯示出來，從鍵盤輸入命令，系統(tǒng)根據(jù)命令，選擇執(zhí)行相應的程序，并由驅動電路驅動led顯示溫度。設計一種合理、可行的單片機監(jiān)控方案，完成多點測量、顯示和控制的任務，并編寫軟件程序，進行proteus仿真。具體設計要求：以一定時間間隔對8個溫度通道進行巡回采集，溫度檢測范圍0 99；可用鍵盤單獨顯示通道情況；數(shù)碼管顯示，同時顯示通道號；對8個溫度求平均值，并顯示；鍵盤設置溫度的上、下限值；具有超限報警功能；實現(xiàn)用proteus的仿真；圖1-1 課題設計框圖第二章 proteus仿真軟件2.1 proteus 單片機仿真軟件簡介pr

17、oteus isis是英國labcenter公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件。它運行于windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(spice)各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點是：實現(xiàn)了單片機仿真和spice電路仿真相結合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、rs232動態(tài)仿真、i2c調試器、spi調試器、鍵盤和lcd系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。支持主流單片機系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機類型有：68000系列、8051系列、avr系列、pic12系列、pic16系列、pic18系列、z80系列、hc11系列以及各種外圍芯片

18、。提供軟件調試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設置斷點等調試功能，同時可以觀察各個變量、寄存器等的當前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時支持第三方的軟件編譯和調試環(huán)境，如kevil c51 uvision2等軟件。支持大量的存儲器和外圍芯片?？傊?，該軟件是一款集單片機和spice分析于一身的仿真軟件，功能極其強大，篇幅有限本文主要介紹基本的操作。其仿真界面如圖2-1所示： 圖2-1 proteus仿真界面2.2 proteus仿真過程說明選取元件，單擊如圖2-2的元件選取按鈕“p”出現(xiàn)如圖2-3的窗口。圖2-2 選取元件庫按鈕在圖2-3中選擇所需的元件的關鍵字,元件選

19、取可參考附錄元件清單。 圖2-3 選取元件放置元件，元件列表如圖2-4，用鼠標選取元件放置在原理圖編輯窗口。鼠標的右鍵可以選擇放置虛擬儀器和對元件方向調整，按照原理圖布線。圖2-4 放置元件在編輯窗口添加仿真程序如圖2-14，元件放置好，按照原理圖開始連接。連接并檢查無誤后，選擇單片機編程軟件所生成的hex文件添加到仿真軟件里，操作如圖2-5，在單片機上右擊鼠標，點擊“編輯屬性”。圖2-5 編輯單片機屬性圖 2-6 添加hex文件在如圖2-6的program file里添加keil所生成的hex文件，點擊確定，完成了單片機所要執(zhí)行的程序，同時在clock frequency一欄選擇單片機晶振的

20、頻率為12mhz開始仿真，點擊如圖2-1的仿真按鈕，proteus開始仿真。其結果如圖2-7所示，顯示通道3的溫度為11。圖2-7 仿真結果 第三章 系統(tǒng)總體方案設計3.1系統(tǒng)總體設計方案一：利用鎖存器，觸發(fā)器擴展p0口圖3-1系統(tǒng)總體設計框圖一方案二：利用8255a擴展i/o口圖3-2 系統(tǒng)總體設計框圖二3.2方案原理說明方案一如圖3-1所示，采用單片機的p0口連接adc0809，p1口連接按鍵對單片機實時控制，用d數(shù)據(jù)鎖存器74hc373將p0口的低三位值傳送給a/d轉換器的地址選擇端口，同時用兩個d 型觸發(fā)器74hc273將p0口輸出的值顯示在led上。為了不影響相互之間的工作，選用邏輯

21、器件或非門和或門來控制p0口選擇哪一個器件進行讀寫操作。其工作原理以stc89c52單片機作為主控芯片，利用熱敏電阻設計成測溫電路。熱敏電阻電壓信號經放大電路進行放大處理后滿足 a /d轉換器的要求 ，然后在a/d轉換程序控制下經 a /d轉換器轉換成數(shù)字信號。此信號送人單片機系統(tǒng)，將最后的測量結果送入 l e d數(shù)字顯示模塊顯示溫度數(shù)據(jù)。通過按鍵設定溫度控制范圍。方案二如圖3-2所示，利用8255a擴展單片機的i/o口，其工作原理大致與方案一相同，不同的是用p2口控制adc0809，測溫電路測得的電壓值送至a/d轉換電路，轉換后的數(shù)字量送給8255a的a口，a口有輸入鎖存功能。單片機指針轉向

22、a口將數(shù)字量送入單片機片內ram。單片機的指針轉向b口和c口，將轉換后的值在led顯示。3.3總體設計方案論證方案一采用鎖存器和觸發(fā)器擴展i/o口，通過邏輯器件選擇相應的模塊，是簡單易行的方法，也是目前設計中主要考慮的方法主要存在以下方面的缺點： 芯片種類多，更換復雜，且不易查找出錯芯片。 由于芯片多所造成連線交叉，產生干擾信號。 邏輯器件增加程序的編譯難度。 器件多不易于模塊調試和出錯檢查。方案二主要是解決方案一所存在的問題。既解決芯片問題又使得接線清晰。同時預留單片機的i/o口，可以擴展系統(tǒng)的功能，方案二也是存在缺點的，如果系統(tǒng)實現(xiàn)的功能太簡單，就存在浪費i/o資源。不能發(fā)揮單片機集成度高

23、、功能強、速度快、體積小、功耗低、使用方便、價格低廉等特點。通過以上方案論證，方案二是最佳選擇。第四章 硬件電路的設計4.1 測溫電路的設計4.1.1熱敏電阻的選擇 熱敏電阻是利用半導體的阻值隨溫度變化這一特性而制成的，分為ntc（負溫度系數(shù)negative temperature coefficient）熱敏電阻、ptc（正溫度系數(shù)positive temperature coefficient）熱敏電阻兩大類10。ptc熱敏電阻的電阻值隨著溫度的升高而增大。ptc熱敏電阻的制造材料是以batio3或srtio3或pbtio3為主要成分的燒結體，并摻入微量的nb、ta、bi、sb、y、la等

24、氧化物進行原子價控制而使之半導體化，常將這種半導體化的batio3等材料簡稱為半導（體）瓷；同時還添加增大其正電阻溫度系數(shù)的mn、fe、cu、cr氧化物，采用一般陶瓷工藝成形、高溫燒結而使鈦酸鉑等及其固溶體半導化，從而得到正溫度特性的熱敏電阻材料。ptc熱敏電阻一般用于電冰箱壓縮機起動電路、彩色顯像管消磁電路、電動機過流過熱保護電路、限流電路及恒溫控制電路等10。ntc熱敏電阻是指電阻值隨溫度上升而減小，具有負溫度系數(shù)的熱敏電阻現(xiàn)象和材料。該材料是利用錳、銅、硅、鈷、鐵、鎳、鋅等兩種或兩種以上的金屬氧化物進行充分混合、成型、燒結等工藝而成的半導體陶瓷，可制成具有負溫度系數(shù)（ntc）的熱敏電阻其

25、電阻率和材料常數(shù)隨材料成分比例、燒結氣氛、燒結溫度和結構狀態(tài)不同而變化現(xiàn)在還出現(xiàn)了以碳化硅、硒化錫、氮化鉭等為代表的非氧化物系ntc熱敏電阻材料ntc熱敏電阻一般用于各種電子產品中作微功率測量、溫度檢測、溫度補償、溫度控制等。所以選用ntc熱敏電阻是本設計的最佳溫度傳感元件10。ntc熱敏電阻的電阻值和溫度變化的關系式為： (4-1)：在溫度 t （ k ）時的 ntc 熱敏電阻阻值。：在額定溫度 tn （ k ）時的 ntc 熱敏電阻阻值。t：規(guī)定溫度（ k ） k=273.15+t 。 k：開爾文溫度b：ntc 熱敏電阻的材料常數(shù)，又叫熱敏指數(shù)。exp：以自然數(shù) e 為底的指數(shù)（ e =

26、2.71828 ）。關系式(4-1)是經驗公式，只在額定溫度 tn 或額定電阻阻值 rn 的有限范圍內才具有一定的精確度，因為材料常數(shù) b 本身也是溫度 t 的函數(shù)。根據(jù)市場所供應的熱敏電阻選用lt502/3470a，,工作溫度-50125、穩(wěn)定性好、良好的耐熱循環(huán)能力、精確度達±0.1，適合制作高精度的溫度傳感器。4.1.2測溫電路的方案論證方案一：恒壓式測溫系統(tǒng)恒壓式測溫系統(tǒng)框圖如圖4-1所示，主要由恒壓源、ntc熱敏電阻測溫電橋、差分放大電路1。圖 4-1 恒壓式測溫系統(tǒng)框圖輸出端v2的電壓為: (4-2)當rt發(fā)生變化時，輸出電壓為: (4-3)輸出端v2的誤差: (4-4)

27、若則： (4-5)當=5% 時，誤差=1.22%.差分放大電路的電壓增益為： (4-6)若,(是rt為0度值)，v=5v。輸出電壓 (4-7)方案二：恒流式測溫系統(tǒng)恒流式測溫系統(tǒng)框圖如圖4-2所示，主要由恒流源、ntc熱敏電阻rt、取樣電阻r、a/d轉換電路構成。該測溫系統(tǒng)工作原理除前段從熱敏電阻取壓方式和a/d轉換器獲取的基準電壓方式不同，其他工作的原理相同1。圖 4-2 恒流式測溫系統(tǒng)框圖ntc熱敏電阻輸出電壓為： (4-8)經放大器輸出的電壓為： (4-9)取樣電阻的輸出電壓為： (4-10)a/d轉換器輸出數(shù)字量code公式為： (4-11)ain為輸入a/d轉換器電壓的模擬量。將式（

28、4-9）和（4-10）代入式（4-11）中得， (4-12)由式4-12得知，由于采用了恒壓源i和取樣電阻r為a/d轉換器提供參考電壓，與所測熱敏電阻電壓構成了比值測量系統(tǒng)，這樣就消除了由于恒流飄逸給系統(tǒng)帶來的誤差，同時該系統(tǒng)選用了精密電阻r作為取樣電阻，使整個系統(tǒng)的測量精度主要取決于a/d轉換器的分辨率。該系統(tǒng)精度達0.011。方案論證：兩種方案比較得知：恒流式測溫系統(tǒng)由于需要很溜源提供恒定電流且使用了精密電阻，較恒壓式測溫系統(tǒng)成本更高。測溫系統(tǒng)的要求溫度精度為±1,儀用放大器的輸入端采用同相放大器,輸入阻抗高,可以忽略內阻的影響,其輸出端采用差分輸出,抑制共模信號,使得前向通路輸

29、出更穩(wěn)定。所以選擇方案一是可行的1。4.2 a/d轉化電路的設計4.2.1 方案論證a/d轉換器的種類很多，就位數(shù)來說，可以分為8位、10位、12位和16位等。位數(shù)越高其分辨率就越高，價格也就越貴。a/d轉換器型號很多，而其轉換時間和轉換誤差也各不相同。方案一：采用逐漸逼近式a/d轉換器：它是一種速度快、精度較高、成本較低的直接式轉換器，其轉換時間在幾微秒到幾百微秒之間，常用最典型的為adc0809、ad1674。方案二：雙積分式a/d轉換器：它是一種間接式的a/d轉換器，優(yōu)點是抗干擾能力強，精度比較高，缺點是數(shù)度很慢，適用于對轉換數(shù)度要求不高的系統(tǒng)，常用最典型的為adc-ek8b、adc-e

30、k10b。方案三：采用并行式a/d轉換器：它又被稱為flash（快速）型，它的轉換數(shù)度很高，但它采用了很多個比較器，而n位的轉換就需要2n-1個比較器，因此電路規(guī)模也極大，價格也很貴，只適用于視頻a/d轉換器等數(shù)度特別高的領域，常用有ad7846等。雙積分型 ad 轉換器若與逐次逼近型 ad 轉換器相比較，因有積分器的存在，積分器的輸出只對輸入信號的平均值有所響應，所以，它突出優(yōu)點是工作性能比較穩(wěn)定且抗干擾能力強，由于逐次漸進式a/d轉換器的轉換時間多數(shù)在10s100s，而雙積分式a/d轉換器多數(shù)在10ms至數(shù)百毫秒之間，所以雙積分式a/d轉換器轉換時間要多。鑒于上面三種方案，在價格、轉換速度

31、等多種標準考慮下，本次設計選用的是逐漸逼近式a/d轉換器adc0809。adc0809是ti公司生產的8位逐次逼近式模數(shù)轉換器，包括一個8位的逼近型的adc部分，并提供一個8通道的模擬多路開關和聯(lián)合尋址邏輯，為模擬通道的設計提供了很大的方便。對于該八路通道輸入信號，八位a/d轉換器，其精度為：輸入為05v時，分辨率為：其中： a/d轉換器的滿量程值 adc的二進制位數(shù)量化誤差為：上述adc0809誤差和分辨率滿足多點溫度測量的設計要求。4.2.2 adc0809芯片的引腳功能圖 4-3（a） adc0809引腳圖adc0809各引腳功能如下：in0in7(pin1pin5，pin26pin28

32、):8路模擬量輸入端。 add-a、add-b、add-c(pin23pin25):3位地址輸入，3個地址輸入端的不同組合選擇八路模擬量輸入。 ale(pin22):地址鎖存啟動信號，在ale的上升沿，將a、b、c上的通道地址鎖存到內部的地址鎖存器。 d0d7(pin18pin21，pin13pin15, pin8):八位數(shù)據(jù)輸出線，a/d轉換結果由這8根線傳送給單片機p0口。oe(pin9):允許輸出信號。當oe=1時，即為高電平，允許輸出鎖存器輸出數(shù)據(jù)。oe為低電平時，表示正在轉換。 start(pin6):啟動信號輸入端，start為正脈沖，其上升沿清除adc0808的內部的各寄存器，其

33、下降沿啟動a/d開始轉換。 eoc(pin7):轉換完成信號，輸出，當eoc上升為高電平時，表明內部a/d轉換已完成。clk(pin10):時鐘輸入信號端，adc0809的時鐘頻率范圍在101200khz，典型值為640khz。引腳工作過程：當ale為高電平時，通道地址輸入到地址鎖存器中，下降沿將地址鎖存并譯碼，在start上升沿時所有的內部寄存器清零，在下降沿時，開始進入a/d轉換，此期間start應保持低電平。在start下降沿后10us左右，轉換結束信號變?yōu)榈碗娖?，eoc為低電平時，表示正在轉換，在高電平時，表示轉換結束，adc0809的工作時序如下圖 4-3（b）所示：圖 4-3（b）

34、 adc0809工作時序圖4.2.3 adc0809與單片機的連接圖 4-4 adc0809與單片機的連接示意圖adc0809與51單片機的接口：利用8255a使得單片機p0口的工作得到了極大簡化，adc0809的啟動主要用p2口來控制。adc0809的模擬通道的地址線連接p2.0-p2.2 。adc0809的啟動信號start和ale接p2.7。adc0809的結束信號接 p3.0adc0809的輸出允許信號可以接在單片機p2.4上也可直接接高電平。由于adc0809無片內時鐘，時鐘信號時可由單片機的ale信號經d觸發(fā)器二分頻后獲得。ale引腳得脈沖頻率是8051時鐘頻率的1/6.該題目中單

35、片機時鐘頻率采用6mhz，則ale輸出的頻率是1mhz，二分頻后為500khz，符合adc0809頻率的要求。4.3 主控模塊stc89c524.3.1 stc89c52簡介本次設計采用的主控芯片是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超強抗干擾的單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機。如圖 4-5：圖4-5 stc89c52芯片引腳圖stc89c52引腳具體介紹如下： 主電源引腳（2根）vcc(pin40)：電源輸入，接5v電源。gnd(pin20)：接地線。外接晶振引腳（2根）xtal1(pin19)：片內振蕩電路的輸入端。xtal2(pin18)：片內振蕩電路的輸出端?？刂埔_（4根）r

36、st/vpp(pin9)：復位引腳，引腳上出現(xiàn)2個機器周期的高電平將使單片機復位。ale/prog(pin30)：地址鎖存允許信號。psen(pin29)：外部存儲器讀選通信號。ea/vpp(pin31)：程序存儲器的內外部選擇，接低電平時從外部程序存儲器讀指令，如果接高電平則從內部程序存儲器讀指令。可編程輸入/輸出引腳（32根）stc89c52單片機有4組8位的可編程i/o口，分別位p0、p1、p2、p3口，每個口有8位（8根引腳），共32根。p0口（pin39pin32）：8位雙向i/o口線，名稱為p0.0p0.7，與8255a的d0d7口相連，作為數(shù)據(jù)傳送端口，選擇a口時讀adc0809

37、的數(shù)字量，選擇b、c口時輸出溫度值。p1口（pin1pin8）： 8位準雙向i/o口線，名稱為p1.0p1.7，作為控制端，低3位控制報警器和燈，p1.7為中斷入口，p1.3p1.6可上下調節(jié)溫度限值。p2口（pin21pin28）：8位準雙向i/o口線，名稱為p2.0p2.7，作為控制端，低3位選擇adc0809的模擬通道的入口地址。p2.5，p2.6與8255a的地址線a0、a1相連控制選擇a、b、c口。p2.8控制8255a芯片選擇和adc0809的啟動和數(shù)據(jù)鎖存。p3口（pin10pin17）：8位準雙向i/o口線，名稱為p3.0p3.7，p3.1判斷adc0809是否轉換結束，p3.

38、2、p3.3中斷入口，p3.6、p3.7與8255a的rd、wr相連。控制對8255a的讀和寫功能。4.3.2單片時鐘電路的設計stc89c52單片機內部沒有振蕩電路，需要外加振蕩器提供標準時鐘，單片機的時鐘產生方式有兩種，分別為：內部時鐘方式和外部時鐘方式。在stc89c51單片機一般常用內部時鐘方式，就是在xtal1和xtal2之間連接晶體振蕩器與電容構成穩(wěn)定的自激振蕩器。晶體和電容決定了單片機的工作時間精度為1微秒。晶體可在1.2-12mhz之間選擇。stc898c51單片機在通常應用情況下，使用振蕩頻率為6mhz的石英晶體，而12mhz頻率的晶體主要是在高速串行通信情況下才使用，在這里

39、使用的是6mhz石英晶體。電容c1和c2可在20-100pf之間取值，一般情況取30pf。外部時鐘方式是把外部振蕩信號源直接接入xtal1或xtal2。由于xtal2邏輯電平不是ttl的，所以還要接一個上拉電阻。其原理圖如圖4-6(b)。圖4-6 振蕩器設計電路4.3.3單片機復位電路設計復位操作有上電自動復位、按鍵電平復位和外部脈沖復位三種。上電自動復位是通過外部復位電路的電容充電來實現(xiàn)的，其電路如圖4-7(a)所示。只要電源vcc的上升時間不超過1ms，就可以實現(xiàn)自動上電復位。按鍵電平復位是通過使復位端經電阻與vcc電源接通而實現(xiàn)的，其電路如圖4-7(b)所示；而按鍵脈沖復位則是利用rc微

40、分電路產生的正脈沖來實現(xiàn)的，其電路如圖4-7(c)所示2：（a）上電復位 （b）按鍵電平復位 （c）按鍵脈沖復位圖4-7 復位電路本系統(tǒng)的復位電路采用圖4-7（b）上電復位方式。4.4 擴展i/o接口芯片單片機有4個并行i/o口，但在實際的使用中單片機的i/o口不能完全滿足設計要求，可以簡單地通過鎖存器或觸發(fā)器擴展i/o口，也可以使用專門為單片機開發(fā)的i/o接口芯片，如8255a，8155等。如圖4-8,圖4-9所示。使用專用芯片，操作簡單，擴展口多。 圖4-8 8255a 引腳圖 圖4-9 8155引腳圖4.4.1方案論證8255a具有3個8位并行i/o口，其內部集成鎖存、緩沖及與cpu聯(lián)絡

41、的控制邏輯，通用性強、可通過對其編程實現(xiàn)不同的功能，8155芯片包含256個靜態(tài)ram，2個8位，1個6位的可編程并行i/o口，和14位定時計數(shù)器。比較兩種芯片，8155芯片比8255a芯片實現(xiàn)的功能要多，但本系統(tǒng)只需要擴展3個8位并行i/o口滿足led顯示器，對擴展芯片的要求簡單。所以8255a是最佳選擇。4.4.2芯片引腳功能介紹d0d7：數(shù)據(jù)線，三臺雙向8位緩沖區(qū)。reset：復位信號，輸入高電平有效。復位后控制寄存器清零，a,b,c口均為輸入。:片選端，輸入，低電平有效。a1,a0：地址線，0 0 為a口，0 1 為b口，1 0為c口，1 1為控制寄存器。:讀控制線，輸入，低電平有效，

42、有效時，允許cpu通過8255ad0d7讀數(shù)據(jù)。:寫控制線，輸入，低電平有效，允許cpu將數(shù)據(jù)或控制字寫入8255a。pa0pa7：端口a的輸入輸出線。pb0pb7：端口b的輸入輸出線。pc0pc7：端口c的輸入輸出線。 4.4.3 8255a與單片機連接單片機的p0口連接8255a的d0d7。單片機的p2.5p2.6與8255a的地址線a0，a1相連。p2.7連接8255a的。單片機的，res分別連接8255a的，reset端口。4.5顯示電路的設計顯示電路需使用4個led數(shù)碼管來顯示數(shù)據(jù)， led數(shù)碼顯示器成本低廉, 使用壽命長, 配置靈活, 與單片微機接口方便。 從譯碼驅動方式看, le

43、d顯示驅動電路有并行譯碼方式、 串行譯碼方式、 專用譯碼驅動。從顯示方式來看有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示4。所以要選擇哪一種方式要切合實際生產生活的需要。本系統(tǒng)采用8255a擴展單片機的i/o口，i/o滿足顯示電路的設計要求，所以采取并行譯碼方式。以下就不同顯示方式提出方案論證。 4.5.1方案論證與選擇方案一：并行驅動動態(tài)顯示圖4-10 并行驅動七段共陰紅色數(shù)碼管動態(tài)顯方案二：并行驅動bcd數(shù)碼管靜態(tài)顯示圖4-11 并行驅動bcd數(shù)碼管靜態(tài)顯示方案一如圖4-10，采用四個七段共陰極紅色數(shù)碼管。此數(shù)碼管比單個七段數(shù)碼管所占用i/o數(shù)目要少的多。8255a的pb0pb7控制數(shù)碼管的段，pc0pc3控制l

44、ed數(shù)碼管位的選擇。方案二如圖4-11所示，采用bcd數(shù)碼管8255a的pb、pc口各控制兩個數(shù)碼管。采用靜態(tài)顯示方式，較小的電流即可獲得較高的亮度，且占用cpu時間少，編程簡單，但由于每位led顯示器均要配置一個并行輸出口，占用了較多的i/o口資源，硬件成本高，故在顯示位數(shù)較少時采用。采用動態(tài)顯示方式比較節(jié)省i/o口，精簡電路也比較簡單，但其亮度不如靜態(tài)顯示方式，而且早顯示位數(shù)較多時，cpu要依次掃描，占用cpu較多的時間。所以動態(tài)顯示的實質是以犧牲cpu時間來換取硬件的較少。本設計兼顧軟件設計的難度度和本次選用的數(shù)碼管較少的緣故選擇方案二。4.6 報警電路的設計單片機除了對多點溫度的實時顯

45、示還要對溫度進行判斷，這樣才能實現(xiàn)智能化的控制。本設計采用如下報警方案：當溫度高于設定范圍則紅燈亮、揚聲器響提示溫度過高，當溫度低于設定值時藍燈亮、揚聲器響提示溫度過低。溫度在控制范圍內，燈不亮、揚聲器保持靜默。圖 4-12 報警電路4.7 按鍵控制電路的設計4.7.1方案論證與選擇方案一：矩陣式鍵盤圖4-13 矩陣式鍵盤方案二：獨立式鍵盤圖4-14 獨立式鍵盤鍵盤分編碼鍵盤和非編碼鍵盤，編碼鍵盤適用于pc機，以上方案為適用于單片機的非編碼鍵盤，有獨立式和矩陣式兩種如圖4-13和圖4-14所示。獨立式鍵盤連接簡單，但占用i/o口多，適用于按鍵較少的電路。矩陣鍵盤占用i/o口少，且按鍵多滿足電路

46、多功能要求。本設計中要用到的按鍵數(shù)為8個，如果p1口使用矩陣鍵盤會加大軟件難度，外部中斷難實現(xiàn)。兼顧設計中要使用中斷和復位不可能都在矩陣鍵盤上完成。所以采取方案二。第五章 系統(tǒng)軟件設計5.1 程序總體設計本系統(tǒng)軟件要求實現(xiàn)每隔一段時間(5秒)，對8路溫度信號循環(huán)檢測并顯示，顯示采用8路溫度循環(huán)顯示的方式。溫度正常時用紅色led顯示溫度值，綠色led顯示通道。溫度異常時，紅色led顯示“aa”或“bb”代表溫度低于下限值或高于上限值。同時用綠色led顯示通道并報警。按鍵電路可以設置溫度的控制范圍，進入調節(jié)時溫度的上限值用紅色led顯示，溫度的下限值用藍色led顯示。每個通道的溫度可通過按鍵進行單

47、獨查看。對8路溫度求平均值且保留兩位小數(shù)，最后顯示，紅色led代表整數(shù)，綠色led代表小數(shù)。系統(tǒng)采用模塊化程序設計方法，將一個復雜的應用程序分成若干個具有明確任務的程序模塊，對每個模塊單獨設計，編程和調試。然后組合起來為一個完整的程序。5.2 主程序流程圖主程序對數(shù)據(jù)進行初始化，包括溫度限值初始化、8255a初始化、堆棧指針初始化、報警電路的初始化、鍵盤控制電路的初始化。然后調用各個子程序完成溫度的檢測和顯示。采用循環(huán)的方式運行。如圖5-1：圖5-1 主程序流程圖5.3溫度檢測子程序流程圖溫度檢測子程序如圖5-2所示，首先要將指針指向8255a的a口，adco809的啟動采用p2.7口產生一個

48、正脈沖信號，脈沖的上升沿將內部的寄存器全部清零，在其下降沿開始轉換。圖5-2 溫度檢測子程序流程圖5.4 溫度顯示子程序流程圖溫度顯示子程序顯示前對溫度進行判斷，如果溫度正常，則顯示溫度和通道，如果溫度小于溫度范圍顯示“aa”，溫度大于溫度范圍顯示“bb”，同時顯示異常通道并報警。流程圖如下圖5-3所示：圖5-3 顯示子程序流程圖5.5定時子程序流程圖本系統(tǒng)軟件要求有3個定時子程序，定時時間分別為：5s、1s、20ms。所以一個定時子程序難以滿足系統(tǒng)要求，采用兩種定時方法，單片機內部定時器t0/t1，指令周期循環(huán)。單片機內部定時器最大定時時間要根據(jù)單片機的晶振頻率大小，采用6m晶振一次定時最多

49、為131ms，12m晶振最多定時65ms。指令周期也與單片機采用的晶振有關，采用6m晶振的指令周期為28us，采用12m晶振的指令周期為14us。所以達到所要求的時間還要對以上的方法進行一定次數(shù)的循環(huán)。5s、1s采用定時器t0如圖5-4，20ms采用指令循環(huán)如圖5-5。 圖5-4 定時器流程圖 圖5-5 指令循環(huán)流程圖5.6 外部中斷調節(jié)溫度限值子程序流程圖外部中斷0是對溫度上下限值進行設定，當外部中斷響應，轉中斷服務程序開始對外部鍵盤進行掃描。當有按鍵按下，延時一段時間去抖動后執(zhí)行相應程序。執(zhí)行時要對限值進行判斷是否能夠繼續(xù)執(zhí)行加一或減一指令。如果不能則顯示“ee”代表不能再進行相應操作轉入

50、等待，如果可以則執(zhí)行相應操作，顯示并延時一段時間后，繼續(xù)判斷按鍵是否按下和是否退出中斷程序。流程圖如圖5-6所示：圖5-6 按鍵設定限值流程圖5.7 外部中斷選擇查看子程序流程圖系統(tǒng)要求對八路溫度循環(huán)顯示，由于led顯示器暫停時間短、不可隨意查看，造成記錄數(shù)據(jù)不便，當溫度超過限度值時就對數(shù)據(jù)不可讀，不能及時知曉溫度值。外部中斷1可以隨時查看當前溫度，方便數(shù)據(jù)記錄和顯示查看溫度。 圖5-7 外部中斷選擇查看子程序流程圖5.8 求平均值子程序和bcd轉換子程序流程圖顯示完8路溫度只是對8路溫度有了直觀的了解。但是往往我們在記錄數(shù)據(jù)的同時要求對數(shù)據(jù)進行分析，求平均值只是其中的一種。本系統(tǒng)難以完成復雜

51、的數(shù)據(jù)分析，暫對8路溫度求平均值，如圖5-8。平均值在led上顯示的方式為：紅色為整數(shù)，藍色為小數(shù)，精確到小數(shù)點后兩位。調用bcd轉換子程序，以十進制形式顯示溫度值。這樣就簡化了數(shù)據(jù)記錄和查看的難度，也是大家普遍接受能夠易讀易懂的形式，如圖5-9： 圖5-8 求平均值流程圖 圖5-9 bcd轉換流程圖第六章 硬件電路調試和軟件測試6.1 測溫電路調試第四章中主要對測溫電路方案進行比較和誤差分析，沒有涉及具體的阻值計算，方案仿真如下圖6-1所示：圖6-1 測溫電路仿真圖調試步驟：（1）設定基本參數(shù)：根據(jù)公式4-6：，設定,設定,得式4-6：，方便計算。設定測溫電橋的電壓為5伏，,的值等于熱敏電阻

52、溫度為零的值。溫度為零時，溫度為100時。（2） 調節(jié),確定的值設定好基本參數(shù)后，使阻值為最大，即溫度為0時，查看電壓表是否顯示為0，如圖6-2：電壓表顯示為0滿足設計要求。圖6-2 調試電壓表為零 使阻值最小，即溫度為100度時，調節(jié)r6查看電壓表顯示是否為5伏，。如圖6-3：電壓表顯示讀數(shù)為4.98伏滿足設計要求，在誤差范圍內。測溫電路的設計方案是可行的。圖6-3 調試r6，電壓顯示5v 6.2主電路調試主電路的功能是對測溫電路數(shù)據(jù)的采集和分析，主電路的調試尤為重要，主要包括：a/d能否轉換、顯示是否正常、中斷能否進行、報警能否及時提示。通過以下對主電路實現(xiàn)的功能的調試判斷主電路是否可行，

53、分析出錯原因，提出解決方案。調試步驟：（1）編輯原理圖，運行仿真。具體操作：按照第二章proteus仿真的說明，按步驟操作，編輯原理圖。編輯單片機屬性。運行仿真，檢查是否出錯。（2）檢查線路連接。具體操作：按照原理圖的連線進行各模塊檢查。 使用proteus逐幀運行，檢查是否有黃色標志。 依次執(zhí)行系統(tǒng)各種功能。 分析各引腳的電平。如圖6-4所示，點擊proteus的暫停命令，8255a通電后各i/o口都為高電平，led顯示“ffff”，adc0809的eoc顯示為高電平，說明led連接正確。點擊proteus運行時8255a的i/o口都為低電平，led顯示均為0，說明8255a與單片連接正確，且adc0809的eo