基于8086的溫度測控系統(tǒng)課程設(shè)計(共18頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上中南大學(xué)微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與綜合實驗設(shè)計報告設(shè)計題目 溫度測控系統(tǒng)的設(shè)計 指導(dǎo)老師 * 設(shè)計者 * 專業(yè)班級 測控140* 班*號 設(shè)計日期 2016年7月5號 目 錄一、系統(tǒng)設(shè)計要求1二、系統(tǒng)總體設(shè)計方案2 2.1 溫度檢測的基本原理2 2.2 溫度數(shù)據(jù)采集 2 2.3 顯示方案 2 2.4 系統(tǒng)組成 3三、系統(tǒng)硬件設(shè)計 10 3.1 8086與A/D轉(zhuǎn)換器及顯示器的硬件連接 10 3.2 溫度檢測及放大電路 11四、系統(tǒng)軟件設(shè)計 12 4.1 I/O資源分配 12 4.2 功能模塊軟件設(shè)計 13五、課程設(shè)計及調(diào)試中遇到的問題及解決方法 14 5.1 系統(tǒng)設(shè)計中遇到的

2、問題及解決方法 14 5.2 系統(tǒng)調(diào)試中遇到的問題及解決方法 14六、收獲與體會 15參考文獻(xiàn) 16專心-專注-專業(yè)一、系統(tǒng)設(shè)計要求設(shè)計并制作出具有如下功能的溫度測控系統(tǒng)。設(shè)計一個溫度測控系統(tǒng),溫度測量部分采用ADC0809, 控制輸出部分采用 8255控制加熱器加熱/冷卻，系統(tǒng)實現(xiàn)一路溫度信號的測控，在3位LED顯示器上顯示當(dāng)前溫度。控制溫度范圍 076.5 CO，每隔0.2s檢測一次，每點(diǎn)連續(xù)采集5次，取其中值，經(jīng)標(biāo)度變換，轉(zhuǎn)為BCD碼后送顯示器顯示，每1s刷新一次顯示。設(shè)定溫度為0時,變換放大電路送出的模擬量為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

3、.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。報警溫度設(shè)定為76.5，此時，輸出電壓約為5.0V左右。 顯示方式為： 例：溫度：45.0 CO 設(shè)計要求：設(shè)計相應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換器、I/O接口、顯示、鍵盤等微機(jī)接口電路，可在線鍵盤參數(shù)設(shè)置、檢測、顯示、報警。并設(shè)計出電路原理圖，說明工作原理，編寫程序及程序流程圖。二、系統(tǒng)總體設(shè)計方案2.1 溫度檢測的基本原理 系統(tǒng)設(shè)計采用溫度傳感器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。測溫范圍是-55150，非線性誤差在±0.30，其輸出電流與溫度成正比，溫度每升

4、高1開爾文，輸出電流就增加1A，其輸出電流I=(273+T)A。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)字量的轉(zhuǎn)化。2.2 溫度數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)采用ADC0809做A/D轉(zhuǎn)換實驗 。ADC0809是一種8路模擬輸入、8位數(shù)字輸出的逐次逼近法A/D器件，轉(zhuǎn)換時間100s，轉(zhuǎn)換精度±1/512，適用于多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。系統(tǒng)只采用IN0這一路進(jìn)行模擬量采集轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸出。數(shù)字量00-FF經(jīng)過標(biāo)度變換為溫度值076.8。比例關(guān)系為0.3/1bit。2.3 顯示方案本系統(tǒng)采用六位七段字符顯示器LED燈進(jìn)行顯示，前三位顯示溫度期望值，后三位顯示溫度實測

5、值。LED顯示器由7個發(fā)光二極管組成，因此也稱之為七段LED顯示器，其排列形狀如圖1. 1所示。此外，顯示器中還有一個圓點(diǎn)型發(fā)光二極管（在圖中以dp表示），用于顯示小數(shù)點(diǎn)。通過七段發(fā)光二極管亮暗的不同組合，可以顯示多種數(shù)字、字母以及其它符號。 圖1.1 七段LED顯示器共陽極接法： 把發(fā)光二極管的陽極連在一起構(gòu)成會共陽極。使用時公共陽極接5V，這樣陰極端接入低電平的段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮，而輸入高電平的則不點(diǎn)亮。 用LED顯示器顯示十六進(jìn)制數(shù)的字形代碼在表1-1中列出。表1-1 十六進(jìn)制數(shù)字形代碼表 實際使用的LED顯示器都是多位的。對多位LED顯示器，通常都是采用動態(tài)掃描的方法進(jìn)行顯示，即逐

6、個地循環(huán)地點(diǎn)亮各位顯示器。這樣雖然在任一時刻只有一位顯示器被點(diǎn)亮，但是由于人眼具有視覺殘留效應(yīng)，看起來與全部顯示器持續(xù)點(diǎn)亮效果完全一樣。 為了實現(xiàn)LED顯示器的動態(tài)掃描，除了要給顯示器提供段（字形代碼）的輸入之外，還要對顯示器加位的控制，這就是通常所說的段控和位控。因此多位LED顯示器接口電路需要有兩個輸出口，其中一個用于輸出8條段控線（有小數(shù)點(diǎn)顯示）；另一個用于輸出位控線，位控線的數(shù)目等于顯示器的位數(shù)。 2.4 系統(tǒng)組成整個系統(tǒng)可以分為溫度測量部分、模數(shù)轉(zhuǎn)換部分、中央處理單元、顯示單元以及控制單元。溫度測量部分：溫度傳感器以及外圍放大電路；模數(shù)轉(zhuǎn)換部分：ADC0809及其相關(guān)電路；中央處理單

7、元：8086CPU及其相關(guān)電路；顯示單元：LED顯示器及其相關(guān)電路；控制單元：可編程I/O接口芯片8255A及其相關(guān)電路?？傮w設(shè)計由上述幾個部分組成，其相互之間的關(guān)系如圖2.1所示：溫度傳感器的輸出經(jīng)過電壓跟隨器和運(yùn)放后交由AD轉(zhuǎn)換，AD轉(zhuǎn)換得出數(shù)字量由8086進(jìn)行處理，并顯示在LED燈上。同時對溫度進(jìn)行控制。 圖2.1 總體原理圖主程序流程圖如圖2.2：主程序開始，分別調(diào)用鍵掃、AD轉(zhuǎn)換、溫度控制、保護(hù)子程序，然后無限循環(huán)執(zhí)行該過程。 圖2.2 主程序流程圖鍵盤掃描子程序流程圖如圖2.3：執(zhí)行鍵掃程序時，首先對按下的鍵進(jìn)行賦值，根據(jù)鍵值判斷按下的是哪個鍵，如果是DAR鍵，表示進(jìn)行數(shù)字輸入，如

8、果是MOVE鍵，退出溫度設(shè)置。如果未按鍵，直接返回主程序并繼續(xù)向下執(zhí)行。 圖2.3鍵盤掃描子程序AD采樣子程序流程圖如圖2.4AD采樣每次采五個值，將其排序并存儲，經(jīng)過取舍之后進(jìn)行標(biāo)度變換得出具體溫度值，送至LED的口地址。 圖2.4 AD采樣子程序控制子程序流程圖如圖2.5：控制子程序不僅僅是將三位溫度值進(jìn)行簡單的比較，而是經(jīng)過一定的優(yōu)化算法，使溫度在一定誤差允許范圍內(nèi)不進(jìn)行加熱或冷卻，防止在平衡點(diǎn)附近控制動作的頻繁跳動。在這里將優(yōu)化算法寫在下面：yh1: ;比較溫度第二位，相差 在±0.7之外 則控制 inc al cmp bl,al ja wind mov bl,ds:077a

9、h MOV AL, ds:077dh cmp al,bl jbe wind add bl,02h cmp al,bl jb wind jmp hang yh2: inc bl cmp bl,al jb heat mov bl,ds:077ah mov al, ds:077dh cmp bl,al jbe heat add al,02h cmp al,bl ja heat jmp hang mov bl,ds:077ah ; 前兩位相等則比較第三位 mov al, ds:077dh cmp bl, al ja yh3 cmp bl,al jb yh4 jmp hangyh3: add al,07

10、h cmp bl,al ja wind jmp hang yh4: add bl,07h ; ;相差在±0.7之外則控制 cmp bl,al jb heat jmp hang 圖2.5控制子程序流程圖 三、系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 8086與A/D轉(zhuǎn)換器及顯示器的硬件連接 1.8086與A/D轉(zhuǎn)換器，如圖3.1所示：圖3.1 8086與A/D轉(zhuǎn)換器的連接 2. 用8155作LED顯示器接口 圖3-2是使用8155作6位LED顯示器的接口電路。 其中C口為輸出口（位控口），以PC0 PC5輸出位控線。由于位控線的驅(qū)動電流較大，8段全亮?xí)r約4060 mA，因此PC口輸出加74LS06進(jìn)行反相和

11、提高驅(qū)動能力，然后再接各LED顯示器的位拉端。 B口也為輸出口（段控口），以輸出8位字形代碼（段控線）。段控線的負(fù)載電流約為8 mA，為提高顯示亮度，通常加74LS244進(jìn)行段控輸出驅(qū)動圖3.2 8155作6位LED顯示器接口電路3.2 溫度檢測及放大電路如圖3.3所示 圖3.3溫度檢測及放大電路四、系統(tǒng)軟件設(shè)計 4.1 I/O資源分配 在DVCC系列實驗開發(fā)系統(tǒng)上系統(tǒng)所用接口器件地址安排如下： 8155控制口FF20 H 8155A口（字位）FF21H 8155B口（字形）FF22H 8155C口（鍵掃）FF23 H 8255控制口FF2BH 8255A口FF28H 8255B口FF29H

12、8255C口FF2 AH ADC0809地址12端口 0010hDVCC0806實驗系統(tǒng)上實驗用各接口器件模塊其地址由74LS138譯碼產(chǎn)生。其譯碼輸出地址如下表4-2所示。表4-2 在8086狀態(tài)下，YO - Y7作為用戶目標(biāo)程序、數(shù)據(jù)或1/O口片選地址。接口器件地址譯碼電路原理圖如下圖4.1所示。圖4.1 接口器件地址譯碼電路原理圖 4.2 功能模塊軟件設(shè)計 1.初始化模塊 包括初始化8255的工作方式和LED燈的初始值。 設(shè)置8255 位 基本輸入輸出方式，溫度期望值初始為37.0。 2.鍵掃模塊功能設(shè)計 鍵盤掃描程序要求：按下DAR鍵進(jìn)入溫度期望值的輸入，按下MOVE鍵 退出鍵盤輸入，

13、按STEP鍵刪除上一個輸入值。鍵盤鍵值存在DS:0752H并且賦值給AL。 3.顯示模塊功能設(shè)計 將存在LED燈對應(yīng)位置的字形碼進(jìn)行顯示，每一位的顯示要有一定的延時以保證足夠的亮度。 4.AD采樣模塊功能設(shè)計 從IN0口 進(jìn)行采樣，每次采樣5個值，將其依次存放在代碼段a開始的5個字的存儲空間里。 5.取均值模塊功能設(shè)計 將代碼段以a開始的5個字存儲空間里儲存的采樣值按照從小到大的順序儲存起來。并將這五個值去掉最大最小值后取均值。 7.標(biāo)度轉(zhuǎn)換程序設(shè)計 將AX中的值進(jìn)行標(biāo)度變換（00-ff變換為0768），并將變換所得的數(shù)字按位存放在代碼段以ascbuf開始的5字節(jié)空間的后三個字節(jié)空間。 8.溫

14、度控制程序設(shè)計 將采樣所得中值與鍵盤輸入所得溫度期望值進(jìn)行比較，確定需要進(jìn)行的控制操作，利用8255的B端口進(jìn)行加熱或者吹風(fēng)操作。在平衡點(diǎn)附近的溫度控制代碼需要優(yōu)化防止頻繁跳變。 五、課程設(shè)計及調(diào)試中遇到的問題及解決方法 5.1 系統(tǒng)設(shè)計中遇到的問題及解決方法 1.由于溫度的測量總會滯后于其實際值，AD采樣值不能準(zhǔn)確反映實際溫度。為此，每次采樣5個值，編寫取其中值，使采樣值能較準(zhǔn)確地反映實際值。 2.數(shù)字量00ff不能直觀反映溫度值，因此編寫了標(biāo)度變換程序，將00FF線性變換為0768。 3.由于溫度值的顯示帶小數(shù)點(diǎn)，因此對于不同的LED顯示位需要不同的字形碼，為此編寫程序?qū)⒉煌瑸閰^(qū)分開來，使

15、顯示加上小數(shù)點(diǎn)。 5.2 系統(tǒng)調(diào)試中遇到的問題及解決方法 1.顯示刷新時，黑屏?xí)r間太長，達(dá)到了2s，為此分別對鍵掃、AD轉(zhuǎn)換、溫度控制三大模塊單獨(dú)進(jìn)行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)黑屏是由AD轉(zhuǎn)換模塊引起，然后對程序進(jìn)行檢查，取消了不必要的每個單次采樣之間的軟件延時，再次調(diào)試，問題解決。 2.調(diào)試時發(fā)現(xiàn)，雖然系統(tǒng)能滿足溫度測控的要求，但是其精度較差，表現(xiàn)為超調(diào)量大、在平衡位置控制行為頻繁跳變。為此，對溫度控制模塊的代碼進(jìn)行優(yōu)化，使其在實測溫度在期望值的±0.6的范圍內(nèi)時不進(jìn)行控制動作，而是進(jìn)行延時，演示完畢直接從程序開始運(yùn)行。以此增加控制精度，使溫度穩(wěn)定在平衡點(diǎn)±0.6的范圍內(nèi)。 3.對上述溫

16、度控制子程序進(jìn)行優(yōu)化時編譯不通過，提示錯誤信息：“jmp out of range for 12 bytes!”向老師咨詢之后才知道是jmp指令本身不能跳得太遠(yuǎn)的緣故。 4.調(diào)試時發(fā)現(xiàn)，期望值的輸入是任意的，但是我們知道系統(tǒng)的溫度實際值范圍應(yīng)該是076.8，因此期望值的輸入不應(yīng)大于這個值。因此加入一個起保護(hù)功能的小程序，每次執(zhí)行完鍵掃模塊（也就是期望值的輸入），就檢驗該期望值的合理性，如果輸入不合理的值將會進(jìn)行自動調(diào)整。從而保證溫度測控系統(tǒng)的安全運(yùn)行。 5.調(diào)試時發(fā)現(xiàn)，溫度的實時變化存在小范圍內(nèi)的小幅度跳變，也就是說對于溫度采樣值的取舍算法存在問題，導(dǎo)致濾波不滿足要求。為此，將原先的采樣5個值

17、取中值的算法改為采樣五個值去掉最大最小值剩余三個數(shù)取均值。問題得以解決。六、收獲與體會 這次微機(jī)原理課程設(shè)計歷時一個星期，在這段時間里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。以前在上課的時候，老師經(jīng)常強(qiáng)調(diào)在寫一個程序的時候，一定要事先把程序原理方框圖化出來，但是我開始總覺得這樣做沒必要，很浪費(fèi)時間。但是，這次課程設(shè)計完全改變了我以前的那種錯誤的認(rèn)識，以前我接觸的那些程序都是很短、很基礎(chǔ)的，但是在課程設(shè)計中碰到的那些需要很多代碼才能完成的任務(wù)，畫程序方框圖是很有必要的。因為通過程序方框圖，在做設(shè)計的過程中，我們每一步要做什么，每一步要完成什么任務(wù)都有一個很清楚的思路，而且在程序測試的過程中也有利于查錯。 其次，以前對于編程工具的使用還處于一知半解的狀態(tài)上，但是經(jīng)過一段上機(jī)的實踐，對于怎么去排錯、查錯，怎么去看每一步的運(yùn)行結(jié)果，怎么去了解每個寄存器的內(nèi)容以確保程序的正確性上都有了很大程度的提高。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠