微機(jī)-基于8086的溫度測控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、目錄題目.1摘要.1關(guān)鍵詞.1緒論. .11系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案及結(jié)構(gòu)框圖.12系統(tǒng)器件選擇.22.1系統(tǒng)器件選擇.22.2溫度傳感器與AD轉(zhuǎn)換器的選擇.22.3顯示接口芯片.22.4 8086微處理器及其體系結(jié)構(gòu).23系統(tǒng)各部分功能模塊的具體電路及工作原理.33.1溫度測量和控制部分.33.2 ADC0809與8255的連接.4 3.3 8086的可編程外設(shè)接口.5 3.4 數(shù)據(jù)顯示部分.5 3.5系統(tǒng)硬件原理圖.64 軟件設(shè)計(jì).75 系統(tǒng)流程圖.75.1 主程序.75.2 BCD碼轉(zhuǎn)換子程序.95.3 顯示子程序.95.4 溫度值設(shè)置子程序.96 系統(tǒng)調(diào)試.117 結(jié)論.11參考文獻(xiàn).12基

2、于8086的溫度測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要 本文介紹了一種基于8086微處理器的溫度測控系統(tǒng)，采用溫度傳感器AD590采集溫度數(shù)據(jù)，用CPU控制溫度值穩(wěn)定在預(yù)設(shè)溫度。當(dāng)溫度低于預(yù)設(shè)溫度值時系統(tǒng)啟動電加熱器，當(dāng)這個溫度高于預(yù)設(shè)溫度值時斷開電加熱器。關(guān)鍵詞：微處理器 溫度傳感器 A/D轉(zhuǎn)換器 控制系統(tǒng)緒論近年來，溫度控制系統(tǒng)不僅在工業(yè)設(shè)計(jì)、工程建設(shè)中應(yīng)用廣泛，而且在人們的日常生活中也常常需要用到溫度控制。大到大型鋼鐵廠、化工廠等，小到酒店、溫室、家電等。溫度監(jiān)控的應(yīng)用隨處可見，隨著人們生活質(zhì)量的提高及溫度控制技術(shù)的成熟，溫度控制將更好的服務(wù)于社會。這是本次設(shè)計(jì)的意義所在。微處理器8086在工業(yè)控制系統(tǒng)諸多

3、領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,由于它具有極好的穩(wěn)定性，更快和更準(zhǔn)確的運(yùn)算精度，所以這次設(shè)計(jì)目的在于利用8086微處理器設(shè)計(jì)一個溫度控制系統(tǒng)，當(dāng)溫度低于預(yù)設(shè)溫度值時系統(tǒng)啟動電加熱器，當(dāng)這個溫度高于預(yù)設(shè)溫度值時斷開電加熱器。本次設(shè)計(jì)的另一個目的是鞏固并加深對所學(xué)知識的理解，同時提高設(shè)計(jì)應(yīng)用的能力，提高個人的綜合素質(zhì)。1系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案及結(jié)構(gòu)框圖溫度信息由溫度傳感器測量并轉(zhuǎn)換成微安級的電流信號，經(jīng)過運(yùn)算放大電路將溫度傳感器輸出的小信號進(jìn)行跟隨放大，輸入到A/D轉(zhuǎn)換器（ADC0809）轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸入主機(jī)。數(shù)據(jù)經(jīng)過標(biāo)度轉(zhuǎn)換后，一方面通過數(shù)碼管將溫度顯示出來；另一方面，將該溫度值與設(shè)定的溫度值進(jìn)行比較，調(diào)整

4、電加熱爐的開通情況，從而控制溫度。在斷開電加熱器，溫度仍然異常，報(bào)警器發(fā)出聲音報(bào)警，提示采取相應(yīng)的調(diào)整措施。其溫度控制系統(tǒng)的原理框圖如圖1-1所示。電壓跟隨器運(yùn)算放大電路溫度傳感器AD轉(zhuǎn)換器微處理器加熱控制電路報(bào)警譯碼顯示圖 1-1 系統(tǒng)原理框圖2系統(tǒng)器件選擇2.1 系統(tǒng)擴(kuò)展接口的選擇 本次設(shè)計(jì)采用的是8086微處理器，選擇8255A可編程并行接口作為系統(tǒng)的擴(kuò)展接口，8255A的通用性強(qiáng)，適應(yīng)靈活，通過它CPU可直接與外設(shè)相連接。2.2溫度傳感器與AD轉(zhuǎn)換器的選擇本系統(tǒng)選用溫度傳感器AD590構(gòu)成測溫系統(tǒng)。AD590是一種電壓輸入、電流輸出型集成溫度傳感器，測溫范圍為-55150，非線性誤差在

5、±0。30，其輸出電流與溫度成正比，溫度沒升高1K（K為開爾文溫度），輸出電流就增加1uA。其輸出電流I=(273+T)uA。本設(shè)計(jì)中串聯(lián)電阻的阻值選用2K，所以輸出電壓V+=(2730 + 10T)MV.另外，為滿足系統(tǒng)輸入模擬量進(jìn)行處理的功能，對其再擴(kuò)展一片ADC0809，以進(jìn)行模擬數(shù)字量轉(zhuǎn)化。2.3 顯示接口芯片為滿足本次設(shè)計(jì)溫度顯示的需要，我們選擇了8279芯片，INTEL8279芯片是一種通用的可編程的鍵盤、顯示接口器件，單個芯片就能完成鍵盤鍵入和LED顯示控制兩種功能。備注：系統(tǒng)硬件接線應(yīng)盡量以插接形式連接，這樣便于多用途使用和故障的檢查和排除。 2.4 8086微處理器

6、及其體系結(jié)構(gòu)2.4.1 8086CPU的編程結(jié)構(gòu)編程結(jié)構(gòu)：是指從程序員和使用者的角度看到的結(jié)構(gòu)，亦可稱為功能結(jié)構(gòu)。從功能上來看，8086CPU可分為兩部分，即總線接口部件BIU（Bus Interface Unit）和執(zhí)行部件EU（Execution Unit）。8086CPU的內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)如圖21所示:圖2-1 8086/8088CPU內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)圖2.4.2執(zhí)行部件（EU）功能：負(fù)責(zé)指令的執(zhí)行。組成：包括ALU(算術(shù)邏輯單元)、通用寄存器組和標(biāo)志寄存器等，主要進(jìn)行8位及16位的各種運(yùn)算。2.4.3總線接口部件（BIU）功能：負(fù)責(zé)與存儲器及I/O接口之間的數(shù)據(jù)傳送操作。具體來看，完成取指令送

7、指令隊(duì)列，配合執(zhí)行部件的動作，從內(nèi)存單元或I/O端口取操作數(shù)，或者將操作結(jié)果送內(nèi)存單元或者I/O端口。組成：它由段寄存器（DS、CS、ES、SS）、16位指令指針寄存器IP（指向下一條要取出的指令代碼）、20位地址加法器（用來產(chǎn)生20位地址）和6字節(jié)（8088為4字節(jié)）指令隊(duì)列緩沖器組成。3 系統(tǒng)各部分功能模塊的具體電路及工作原理3.1溫度測量和控制部分3.1.1溫度測量部分AD590是AD公司生產(chǎn)的一種精度和線度較好的雙端集成傳感器，其輸出電流與絕對溫度有關(guān)，對于電源電壓從5-10V變化只引起1uA最大電流的變化或1攝氏度等效誤差。圖4-1給出了用于獲得正比于絕對溫度的輸出電流的基本溫度敏感

8、電路。AD590輸出的電流I=（273+T）uA(T為攝氏溫度)。因此測量的電壓V為（273+T）uA×10K=（2.73+T/100）V，為了將電壓測量出來，又務(wù)必使電流I不分流出來。使用電壓跟隨器使其輸出電壓V2等于V 。由于一般電源供應(yīng)多器件之后，電源是帶雜波的，因此使用穩(wěn)壓二極管作為穩(wěn)壓元件，再利用可變電阻分壓，其輸出電壓V1需調(diào)至2.73V。差動放大器其輸出V0 為（100K/10K）×(V2-V1)=T/10，如果現(xiàn)在為攝氏28，輸出電壓為2.8V。輸出電壓接AD轉(zhuǎn)換器，那么AD轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)字量就和攝氏溫度成線性比例的關(guān)系。圖 3-1輸出電流的基本溫度敏感電路3

9、.1.2 溫度控制部分當(dāng)PC6為高電平時，三極管導(dǎo)通，繼電器吸合，向加熱系統(tǒng)輸出12V電壓加熱；反之，輸入低電平，三極管截止，繼電器斷開，停止加熱。在圖3-2中，二極管的作用是吸收繼電器端開時產(chǎn)生的浪涌電壓。圖 3-2 溫度控制圖3.2 ADC0809與8255的連接模擬輸入通道地址A,B,C直接接地，因此ADC0809只對通道IN0輸入的電壓進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。為了減少輸入噪聲其他通道直接接地。ADC0809的數(shù)據(jù)線D0-D7與8255的PB0-PB7相連接。其片選CS與8086的地址/數(shù)據(jù)總線AD14相連接。圖 3-3 ADC0809與8255的連接圖3.3 8086的可編程外設(shè)接口電路8255

10、的數(shù)據(jù)口D0-D7與CPU的6根控制線相連接，控制8255A內(nèi)部的各種操作。控制線RESET用來使8255A復(fù)位。CS和地址線A1及A0用于芯片選擇和通道尋址。圖 3-4 8086的可編程外設(shè)接口電路圖3.4 數(shù)據(jù)顯示部分 圖3-4數(shù)據(jù)顯示圖3.5 系統(tǒng)硬件原理圖圖 3-5系統(tǒng)硬件原理圖4 軟件設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的目的是以8086微處理器為控制器，將溫度傳感器輸出的小信號經(jīng)過放大和低通濾波后，送至A/D轉(zhuǎn)換器；微控制器實(shí)時采集、顯示溫度值（要求以攝氏度顯示），同時系統(tǒng)還應(yīng)可設(shè)定、控制溫度值，使系統(tǒng)工作在設(shè)定溫度 5系統(tǒng)流程圖5.1 主程序通過開始界面，顯示提示信息，調(diào)用溫度子程序，設(shè)置溫度。通過模數(shù)轉(zhuǎn)換

11、器采集AD值并求其平均值。調(diào)用BCD碼轉(zhuǎn)換子程序?qū)⑵滢D(zhuǎn)換為十進(jìn)制溫度值；調(diào)用顯示子程序，如果溫度高于實(shí)際溫度，就加熱，反之撥動開關(guān)關(guān)閉，停止加熱。在此過程中，還可以重復(fù)設(shè)置溫度值。其流程圖如圖5-1所示。N開始系統(tǒng)初始化顯示提示信息調(diào)用溫度值設(shè)置子程序?qū)嶋H溫度低于給定值PA0=1加熱8255 PC6口=1停止加熱8255 PC6口=0顯示提示信息調(diào)用溫度值設(shè)置子程序重新設(shè)置溫度并將PA0撥到0 以進(jìn)行重新調(diào)節(jié)有鍵按下返回采集AD值并求其平均值調(diào)用BCD碼轉(zhuǎn)換子程序?qū)⑵滢D(zhuǎn)換為十進(jìn)制溫度值調(diào)用顯示子程序YYNNN圖 5-1系統(tǒng)流程圖 5.2 BCD碼轉(zhuǎn)換子程序設(shè)定溫度為0攝氏度時變換放大電路送出的

12、模擬量為0.0V，此時A/D輸出的數(shù)字量為00H；溫度為76.5時變換器送出對應(yīng)電壓4.98V，此時A/D輸出的數(shù)字量為FFH，即每0.3對應(yīng)1LSB的變化量，對應(yīng)電壓值為19.5mV。報(bào)警溫度設(shè)定為76.8，此時，輸出電壓約為5.0V左右。其流程圖如圖5-2所示。通過移位得到組合BCD碼BCD碼轉(zhuǎn)換子程序?qū)⒉杉玫降钠骄党艘?.3 轉(zhuǎn)換為溫度值返回對其進(jìn)行非壓縮BCD碼乘法調(diào)整圖 5-2 BCD碼轉(zhuǎn)換子程序流程圖5.3 顯示子程序采用動態(tài)顯示方式，其流程圖如圖5-3所示。5.4 溫度值設(shè)置子程序問了避免加熱溫度過高，在程序設(shè)計(jì)中加了一條，即設(shè)定值不能大于76.8，否則就認(rèn)為有錯系統(tǒng)報(bào)警。其

13、流程圖如圖5-4所示。得到溫度值十位上的數(shù)值取出（BL）中的溫度值延時顯示溫度值個位上的數(shù)值通過查表指令得到對應(yīng)的數(shù)碼管的斷碼先將十進(jìn)制溫度值（AL）送到(BL)得到溫度值各位上的數(shù)通過查表指令得到對應(yīng)的數(shù)碼管的斷碼溫度值設(shè)置子程序鍵入溫度值十位上的數(shù)值將它存于DI鍵入溫度值個位上的數(shù)值將它存于DI+1將十位上的數(shù)值左移四位并與個位上的數(shù)值既得溫度值設(shè)置溫度大于76將溫度值存于DI+1返回聲音報(bào)警并顯示錯誤信息返回顯示溫度值十位上的數(shù)值延時返回顯示子程序NY圖 4-4圖 5-4溫度值設(shè)置子程序流程圖6 系統(tǒng)調(diào)試通過前一部分的介紹說明，我們對系統(tǒng)的工作情況有了大體的了解。為了進(jìn)一步了解系統(tǒng)的工作

14、過程，這里介紹一下系統(tǒng)調(diào)試過程及調(diào)試過程中出現(xiàn)的一些具體的問題。我們的實(shí)驗(yàn)調(diào)試軟件運(yùn)行于DOC環(huán)境下，其步驟如下：一、根據(jù)硬件圖和原理圖連接好線路。二、在PC機(jī)上敲入程序，并對其進(jìn)行的查錯，編譯，連接，最后生成可執(zhí)行文件。三、接上電源，敲入可執(zhí)行文件的文件名，系統(tǒng)就開始了工作過程。（1）這是DOC屏幕上會出現(xiàn)的一些提示信息，如ENTER ANY KEY TO BEGIN!* LET PA0=0 TO ADJUST THE TEMPERATURE VALUE!* LET PA0=1 TO INPUT A NEW TEMPERATURE VALUE!*這里后兩條只作注釋用。（2）然后敲任意一個鍵，

15、系統(tǒng)就開始進(jìn)行溫度測量和顯示，屏幕上就會顯示 INPUT THE TEMPERATURE：在這一條信息之后敲入一溫度值。注意這里敲入的溫度值不能大于76攝氏度，否則屏幕將會顯示INPUT VALUE ERROR !并返回 DOC。（以后重新設(shè)定溫度時也是如此）（3）在正常情況下，敲入設(shè)定溫度后系統(tǒng)就開始進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，當(dāng)實(shí)際溫度小魚設(shè)定值時，系統(tǒng)就開始進(jìn)行加熱，如果不加改變，它就會加熱一直穩(wěn)定到設(shè)定的溫度值；如果這是想重新設(shè)置一溫度，只要把8255的PA0讀取撥動開關(guān)撥到1，屏幕上就會顯示：INPUT A NEW TEMPERATURE:這里又得注意一下，在敲入一個新的設(shè)定溫度之前，得先把PA0

16、讀取撥動開關(guān)撥到0，否則，在敲完設(shè)定溫度之后，屏幕上又會顯示同樣一條信息。因?yàn)樗歉鶕?jù)PA0是0還是1來決定是去重新輸入設(shè)定溫度還是去調(diào)節(jié)溫度。如果不先把PA0撥為0，它就是一直輸入?yún)s不進(jìn)行調(diào)節(jié)。另外，這里溫度值的設(shè)定的次數(shù)沒有限制。7 結(jié)論本文的溫度控制系統(tǒng)，只是單片機(jī)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中的一例。本設(shè)計(jì)中應(yīng)用了許多單片機(jī)芯片和單片機(jī)常用的外部設(shè)，單片機(jī)芯片如：ADC0809，8255等。單片機(jī)外部設(shè)備如：溫度檢測元件AD590，鍵盤和顯示系統(tǒng)中的LED顯示器等。該系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)如下：本設(shè)計(jì)采用的單片機(jī)是作為現(xiàn)代工業(yè)中最常用的集成芯片。具有體積小、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)、對環(huán)境要求不高、價格低廉、可靠性高、靈活性好、易于推廣應(yīng)用等顯著優(yōu)點(diǎn)，通過軟件邏輯控制實(shí)現(xiàn)對溫度的控制和調(diào)節(jié)。在系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)中，都加有安全設(shè)計(jì)部分，避免加熱過高造成設(shè)備的損壞。同時，該系統(tǒng)在測量過程中會帶來系統(tǒng)誤差。通過這次設(shè)計(jì)，提高了我們對所學(xué)知識實(shí)際應(yīng)用的能力，同時提高了團(tuán)隊(duì)之間的協(xié)作能力，還有寫作及文字排版的水平。同時我們發(fā)現(xiàn)還有很多知識并不