基于51單片機(jī)的溫度采集系統(tǒng)(DOC)

1、基于51單片機(jī)的溫度采集系統(tǒng)隊員：林楷松吳漢幫毛歡李春慧目錄一、緒論2二、基本理論分析32.1系統(tǒng)方案設(shè)計32.2 器件的選擇32.2.1 單片機(jī)AT89C513三、硬件電路設(shè)計53.1 最小系統(tǒng)設(shè)計53.1.1時鐘電路53.1.2復(fù)位電路63.2 PT100驅(qū)動電路設(shè)計63.3 ADC0809驅(qū)動電路設(shè)計73.4 電源電路設(shè)計7四、程序設(shè)計84.1 中斷服務(wù)程序設(shè)計84.2 主函數(shù)程序設(shè)計94.3 數(shù)碼管顯示程序設(shè)計9五、結(jié)論1015【摘要】本系統(tǒng)設(shè)計以89C51微控制器作為數(shù)據(jù)處理與控制單元，PT100作為溫度傳感器，將溫度變化轉(zhuǎn)化為電阻大小的變化，再通過驅(qū)動電路將其轉(zhuǎn)化為電壓信號，單片機(jī)

2、通過控制AD采集芯片ADC0809采集電壓信號，通過實驗測量將其轉(zhuǎn)化問實際溫度值，單片機(jī)數(shù)據(jù)處理之后，將溫度信息顯示到到數(shù)碼管上。本系統(tǒng)可以實現(xiàn)多路溫度信號采集，通過進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的運算處理，將所采集到的溫度顯示出來。【關(guān)鍵字】89C51單片機(jī)PT100溫度AD采集數(shù)碼管顯示一、緒論隨著人們生活水平的不斷提高,單片機(jī)控制無疑是人們追求的目標(biāo)之一，它所給人帶來的方便也是不可否定的。單片機(jī)在測控領(lǐng)域中具有十分廣泛的應(yīng)用，它既可以測量電信號，又可以測量溫度濕度等非電信號。由單片機(jī)構(gòu)成的溫度檢測、溫度控制系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于很多領(lǐng)域。單片機(jī)在工業(yè)控制、尖端武器、通信設(shè)備、信息處理、家用電器等各測控領(lǐng)域的應(yīng)用

3、中獨占鰲頭。今天，我們的生活環(huán)境和工作環(huán)境有越來越多稱之為單片機(jī)的小電腦在為我們服務(wù)。時下，家用電器和辦公設(shè)備的智能化、遙控化、模糊控制化己成為世界潮流，而這些高性能無一不是靠單片機(jī)來實現(xiàn)的。人民的生活與環(huán)境的溫度息息相關(guān)，在工業(yè)生產(chǎn)過程中需要實時測量溫度，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也離不開溫度的測量，因此研究溫度的測量方法和裝置具有重要的意義。測量溫度的關(guān)鍵是溫度傳感器，傳感器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，尤其是溫度傳感器技術(shù)，在我國各領(lǐng)域已經(jīng)引用的非常廣泛，可以說是滲透到社會的每一個領(lǐng)域。溫度傳感器的發(fā)展經(jīng)歷了三個發(fā)展階段：傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器、模擬集成溫度傳感器、智能集成溫度傳感器。目前的智能溫度傳感

4、器(亦稱數(shù)字溫度傳感器)是在20世紀(jì)90年代中期問世的，它是微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和自動測試技術(shù)(ATE)的結(jié)晶，特點是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器(MCU)。社會的發(fā)展使人們對傳感器的要求也越來越高，現(xiàn)在的溫度傳感器正在基于單片機(jī)的基礎(chǔ)上從模擬式向數(shù)字式，從集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向飛速發(fā)展，并朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。本次設(shè)計的目的在于學(xué)習(xí)基于51單片機(jī)的多路溫度采集控制系統(tǒng)設(shè)計的基本流程。本設(shè)計采用單片機(jī)作為數(shù)據(jù)處理與控制單元，為了進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，單片機(jī)控制數(shù)字溫度傳感器，把

5、溫度信號通過單總線從數(shù)字溫度傳感器傳遞到單片機(jī)上。單片機(jī)數(shù)據(jù)采集之后，通過進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的運算處理，將當(dāng)前溫度信息發(fā)送到數(shù)碼管進(jìn)行顯示。本系統(tǒng)可以實現(xiàn)多路溫度信號采集與顯示，可以使用按鍵來設(shè)置溫度限定值，通過進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的運算處理，將實際溫度值顯示到數(shù)碼管上。二、基本理論分析2.1系統(tǒng)方案設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計要求，當(dāng)溫度傳感器PT100把所測得的溫度通過驅(qū)動電路轉(zhuǎn)換成電壓信號，89C51通過控制ADC0809對AD值盡心采集并進(jìn)行處理，把溫度數(shù)碼管上顯示。利用89C51芯片控制溫度傳感器PT100進(jìn)行實時溫度檢測并顯示，能夠?qū)崿F(xiàn)快速測量環(huán)境溫度。系統(tǒng)框圖如下圖：圖1.1系統(tǒng)框圖2.2器件的選擇2.

6、2.1單片機(jī)AT89C51AT89C51作為溫度測試系統(tǒng)設(shè)計的核心器件。該器件是INTEL公司生產(chǎn)的MCS5l系列單片機(jī)中的基礎(chǔ)產(chǎn)品，采用了可靠的CMOS工藝制造技術(shù)。具有高性能的8位單片機(jī)，屬于標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51的CMOS產(chǎn)品。片內(nèi)含8Kbytes的可販毒擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和256bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件兼容標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令系統(tǒng)。片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元。結(jié)合了HMOS的高速和高密度技術(shù)及CHMOS的低功耗特征。其具有如下性質(zhì)：（1）與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容（2）4K字節(jié)可重擦寫Flash閃爍存儲器。（3）壽

7、命：1000寫/擦循環(huán)。（4）數(shù)據(jù)保留時間：10年。（5）全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz。（6）三級程序存儲器鎖定。（7）128*8位內(nèi)部RAM。8）32可編程I/O線。（9）兩個16位定時器/計數(shù)器。（10）8個中斷源。（11）可編程串行通道。（12）低功耗的閑置和掉電模式。（13）片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。AT89C51單片機(jī)提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k字節(jié)Flash,256字節(jié)RAM,32位I/O口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89C51可降至OHz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，C

8、PU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。2.2.2 溫度傳感器PT100PT100溫度系數(shù)為3.9X103/°C,0°C時，電阻值為100Q，電阻變化率為0.3851Q/C。鉑電阻溫度傳感器精度高，穩(wěn)定性好，應(yīng)用溫度范圍廣，是中低溫區(qū)（-200C650C）最常用的一種溫度檢測器，不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測溫，而且被制成各種標(biāo)準(zhǔn)溫度計。PT100溫度傳感器的主要技術(shù)參數(shù)如下：1）測量范圍：-200C+850C；2）允許偏差值aoC:A級土（0.15+0.002丨t

9、|）,B級土（0.30+0.005|t|）；3）熱響應(yīng)時間30s；4）最小置入深度：熱電阻的最小置入深度200mm5）允通電流5mA。另外，Pt100溫度傳感器還具有抗振動、穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高、耐高壓等優(yōu)點。2.2.3 電壓采集芯片ADC0809ADC0809是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。其主要特性:1）8路輸入通道，8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位。2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?。3）轉(zhuǎn)換時間為100s（時鐘為640kHz時），130口s（時鐘為

10、500kHz時）4）單個+5V電源供電5）模擬輸入電壓范圍0+5V，不需零點和滿刻度校準(zhǔn)。6）工作溫度范圍為-40+85攝氏度7）低功耗，約15mW。轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)應(yīng)及時傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問題是如何確認(rèn)A/D轉(zhuǎn)換的完成，因為只有確認(rèn)完成后，才能進(jìn)行傳送。為此可采用下述三種方式。（1）定時傳送方式對于一種A/D轉(zhuǎn)換器來說，轉(zhuǎn)換時間作為一項技術(shù)指標(biāo)是已知的和固定的。例如ADC0809轉(zhuǎn)換時間為128口s,相當(dāng)于6MHz的MCS-51單片機(jī)共64個機(jī)器周期?？蓳?jù)此設(shè)計一個延時子程序，A/D轉(zhuǎn)換啟動后即調(diào)用此子程序，延遲時間一到，轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完成了,接著就可進(jìn)行

11、數(shù)據(jù)傳送。（2）查詢方式A/D轉(zhuǎn)換芯片由表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查詢方式，測試EOC的狀態(tài)，即可確認(rèn)轉(zhuǎn)換是否完成，并接著進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。（3）中斷方式把表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號（EOC）作為中斷請求信號，以中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。不管使用上述哪種方式，只要一旦確定轉(zhuǎn)換完成，即可通過指令進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。首先送出口地址并以信號有效時，OE信號即有效，把轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，供單片機(jī)接受。三、硬件電路設(shè)計3.1最小系統(tǒng)設(shè)計51單片機(jī)最小系統(tǒng)由復(fù)位電路、輸入輸出設(shè)備、晶振電路、電源電路構(gòu)成。3.1.1時鐘電路XTAL1和XTAL2是獨立的輸入和輸出反相放大器，它們可以被

12、配置為使用石英晶振的片內(nèi)振蕩器，或者是器件直接由外部時鐘驅(qū)動。本實驗中采用的是內(nèi)時鐘模式，即采用利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，在XTAL1、XTAL2的引腳上外接定時元件（一個石英晶體和兩個電容），內(nèi)部振蕩器便能產(chǎn)生自激振蕩。一般來說晶振可以在1.212MHz之間任選，甚至可以達(dá)到24MHz或者更高，但是頻率越高功耗也就越大。在本實驗套件中采用的12M的石英晶振。和晶振并聯(lián)的兩個電容的大小對振蕩頻率有微小影響，可以起到頻率微調(diào)作用。illHI圖2內(nèi)部時鐘配置電路3.1.2復(fù)位電路51系列單片機(jī)的復(fù)位引腳RST（第9管腳）出現(xiàn)大于10ms的高電平時單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機(jī)就

13、處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電自動復(fù)位和開關(guān)復(fù)位。本實驗所用的的復(fù)位電路就包括了這兩種復(fù)位方式。上電瞬間，電容兩端電壓不能突變，此時電容的負(fù)極和RESET相連，電壓全部加在了電阻上，RESET的輸入為高，芯片被復(fù)位。隨之+5V電源給電容充電，電阻上的電壓逐漸減小，最后約等于0,芯片正常工作。并聯(lián)在電容的兩端為復(fù)位按鍵，當(dāng)復(fù)位按鍵沒有被按下的時候電路實現(xiàn)上電復(fù)位，在芯片正常工作后，通過按下按鍵使RST管腳出現(xiàn)高電平達(dá)到手動復(fù)位的效果。一般來說，只要RST管腳上保持10ms以上的高電平，就能使單片機(jī)有效的復(fù)位。3.2PT100驅(qū)動電路設(shè)計采用一個分壓電阻與PT100串聯(lián)，串聯(lián)后

14、分壓電阻及PT100兩端分別與電源正負(fù)極相連。串聯(lián)的電阻大小選用3.3k,使其通過的電流不得過大，從而導(dǎo)致PT100發(fā)熱導(dǎo)致測量不準(zhǔn)確。分壓輸出點電壓，也就是PT100兩端的電壓，可以反映溫度的高低，溫度越高，輸出電壓越高。輸出點連接一個窗口比較器，當(dāng)輸出電壓高于比較器上限時，輸出高電平，低于比較下限時，輸出低電平，輸出電壓在上限和下限之間時，比較器輸出維持。比較器的上限電壓對應(yīng)溫度上限，下限電壓對應(yīng)溫度下限。采用窗口比較器是為了避免溫度微小波動或電源電壓微小波動或遇到干擾導(dǎo)致輸出電壓微小波動時，比較器輸出電平頻繁變化。為了增加抗干擾能力，在分壓輸出點接濾波電容至地。電路右邊是一個放大10倍的

15、差動放大電路，將PT100兩端的電壓信號放大，使其利于AD采集。圖4PT100驅(qū)動電路3.3ADC0809驅(qū)動電路設(shè)計本系統(tǒng)中，CLK時鐘信號，開始轉(zhuǎn)換信號，端口選擇信號都由單片機(jī)提供，由于我們采用的是CPU查詢的方式來判斷AD是否采集完成，所以，EOC口連接的是單片機(jī)的一個普通I/O口，通過檢測標(biāo)志位來判斷數(shù)據(jù)是否采集完成。圖5ADC0809電路3.4電源電路設(shè)計本實驗采用三端穩(wěn)壓芯片7805作為單片機(jī)以及溫度采集模塊提供5V電源。圖6電源電路四、程序設(shè)計4.1中斷服務(wù)程序設(shè)計定時器/計數(shù)器0服務(wù)程序主要完成的是CLK引腳也就是P1.3引腳的取反,從而生成驅(qū)動ADC0809所需要的始終信號。

16、圖7中斷程序流程圖4.2主函數(shù)程序設(shè)計主函數(shù)里面對定時器以及ADC0809進(jìn)行初始化，然后通過P3口采集ADC0809電壓值，并將其進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)化為實際溫度，最后將其顯示到數(shù)碼管上。圖8主程序流程圖4.3數(shù)碼管顯示程序設(shè)計本實驗用的是四個共陰極的數(shù)碼管，公共端位陰極，程序執(zhí)行時，單片機(jī)首先選中其中一位，并關(guān)閉另外三位，將第一位要顯示的數(shù)據(jù)通過P0口寫到數(shù)碼管中，關(guān)掉第一位和第三位、第四位數(shù)碼管，并打開第二位，然后將第二位要顯示的數(shù)據(jù)寫到數(shù)碼管中，然后依次類推，從而將四個數(shù)碼管的數(shù)據(jù)顯示完整。五、結(jié)論本次課程設(shè)計完成了一個基于51單片機(jī)的溫度采集裝置，在這次難得的課程設(shè)計過程中，鍛煉了自己的思考

17、能力和動手能力。通過題目選擇和設(shè)計電路的過程中，加強(qiáng)了我思考問題的完整性和實際生活聯(lián)系的可行性。在方案設(shè)計選擇和芯片的選擇上，培養(yǎng)了我們綜合應(yīng)用單片機(jī)的能力，對單片機(jī)的各個管腳的功能也有了進(jìn)一步的認(rèn)識。還鍛煉我們個人的查閱技術(shù)資料的能力，動手能力，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題的能力。并且我們熟練掌握了有關(guān)器件的性能及測試方法。參考文獻(xiàn)：【1】.賈好來主編.MCS-51單片機(jī)原理及應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.【2】.江太輝，石秀芳主編.MCS-51單片機(jī)原理及應(yīng)用.廣東：華南理工大學(xué)出版社，2004.【3】.曹龍漢，劉安才主編.MCS-51單片機(jī)原理及應(yīng)用.重慶：重慶出版社，2004.【4】.勞

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