專業(yè)課程設(shè)計溫度的采集與控制(軟件)2

1、課程設(shè)計名稱：專業(yè)課程設(shè)計課程設(shè)計題目： 溫度的采集與控制（2）學(xué) 院 名 稱：信息工程學(xué)院專業(yè)： 電子信息工程班級：學(xué)號：評分：姓名：教師：20年月日20122013學(xué)年第二學(xué)期 分散 1周 第 17 周 19 周集中溫度的采集與控制（2）（ - ，分辨率為1；（ 200時能能用繼電器控制一LED發(fā)光管亮。指導(dǎo)地點：中 506室2013 年 7 月 5 日任務(wù)下達考核方式指導(dǎo)教師系（部）主任摘要隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，溫度測量控制系統(tǒng)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)及人們的日常生活中扮演著一個越來越重要的角色，它對人們的生活具有很大的影響，所以溫度采集控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究有十分重要的意義。本次設(shè)計的目的在于

2、學(xué)習(xí)基于 51 單片機的溫度采集控制系統(tǒng)設(shè)計的基本流程。本設(shè)計采用單片機作為數(shù)據(jù)處理與控制單元，為了進行數(shù)據(jù)處理，單片機控制數(shù)字溫度傳感器，把溫度信號通過單總線從溫度傳感器傳遞到單片機上。單片機數(shù)據(jù)處理之后，發(fā)出控制信息改變報警和控制執(zhí)行模塊的狀態(tài)，同時將當前溫度信息發(fā)送到 LED 進行顯示。本系統(tǒng)可以實現(xiàn)溫度信號采集與顯示，通過進行溫度數(shù)據(jù)的運算處理，發(fā)出控制信號達到控制蜂鳴器和繼電器的目的。關(guān)鍵詞：溫度 溫度采集 溫度控制目 錄第一章 系統(tǒng)組成及工作原理 11.1 設(shè)計要求 11.2 系統(tǒng)組成 11.3 工作原理 1第二章 硬件電路設(shè)計 22.1 溫度轉(zhuǎn)換電路 22.2 A/D轉(zhuǎn)換電路 2

3、2.3 控制電路 32.4 單片機最小系統(tǒng) 3第三章 軟件設(shè)計 53.1 主程序流程圖 53.2 7279初始化程序 INIT7279 63.3 發(fā)送字節(jié)程序 STFS 73.4 延時程序 93.5 中斷程序 103.6 AD采樣程序 123.7 數(shù)值轉(zhuǎn)換程序 133.8 7279送顯程序 14第四章 實驗、調(diào)試和測試結(jié)果分析 164.1 主要儀器和工具 164.2 調(diào)試過程及測試結(jié)果 16結(jié)論 18參考文獻 19附錄 20第一章、系統(tǒng)組成及工作原理1.1、設(shè)計要求（1 PT100溫度傳感器測溫；（2 0804 A/D轉(zhuǎn)換器；（30 - 255，分辨率為1；（4 200時能能用繼電器控制一 L

4、ED發(fā)光管亮。1.2、系統(tǒng)組成圖 1.3、工作原理（1）、溫度轉(zhuǎn)換電路：可由用PT-100或熱敏電阻構(gòu)成的電橋與放大電路組成；（2）、A/D轉(zhuǎn)換電路：可采用轉(zhuǎn)換器為 ADC0804，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量；（3）、單片機控制：可采用 51系列單片機構(gòu)成的最小系統(tǒng)；（4）、顯示電路：可采用 7279鍵盤、顯示接口電路；（5）、控制裝置：通過一個繼電器控制一 LED發(fā)光管亮。1第頁第二章、硬件電路設(shè)計2.1、溫度轉(zhuǎn)換電路如圖 31 所示為溫度轉(zhuǎn)換電路，由熱敏電阻和普通電阻構(gòu)成的電橋與放大電路組成，通過熱敏電阻阻值隨溫度的變化改變電壓從而實現(xiàn)對溫度的采集，本方案中采用了三運放結(jié)構(gòu)的測量電路，兩個對稱的

5、同相放大器構(gòu)成第一級，第二級為差動放大器減法器,提高了電路的抗共模干擾能力和抑制溫漂的影響。圖 、A/D 轉(zhuǎn)換電路圖 32 是 AD 轉(zhuǎn)換及單片機控制電路，AD 轉(zhuǎn)換電路主要由芯片 ADC0804 構(gòu)成。其中 ADC0804 的引腳 CS 和 WR 用來控制 A/D 轉(zhuǎn)換的啟動信號。CS RD 用來讀 A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果，當它們同時為低電平時，輸出數(shù)據(jù)鎖存器 DB0DB7 各端上出現(xiàn) 8 位并行二進制數(shù)碼。CLKI（引腳 4 CLKR（引腳 19CLKI”和“CLKR”兩端外接一對電阻電容即可產(chǎn)生A/D 轉(zhuǎn)換所要求的時鐘，其振蕩頻率為fCLK1/1.1RC。其典型應(yīng)用參數(shù)為：R=10K ，C=1

6、50PF，fCLK640KHZ，轉(zhuǎn)換速度為 100 INTR （引腳 5）是轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出端，輸出跳轉(zhuǎn)為低電平表示本次轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成，將其與單片機AT89C511 的 INT1 引腳連接可作為微處理器的中斷信號。到V 2第頁ADC0804 數(shù)據(jù)輸出線與 AT89C51 的數(shù)據(jù)總線直接相連，AT89C51 的 RD WR 和INT1直接連到 ADC0804，由于用 P1.5線來產(chǎn)生片選信號，故無需外加地址譯碼器。當 AT89C51 向 ADC0804發(fā) WR (啟動轉(zhuǎn)換)、RD (讀取結(jié)果)信號時，只要虛擬一個系統(tǒng)不占用的數(shù)據(jù)存儲器地址即可。2.3、控制電路引腳 P1.4接一個繼電器用于控制發(fā)光

7、二極管，當 P1.4輸出高電平時繼電器導(dǎo)通從而發(fā)光二極管發(fā)光，P1.4輸出低電平時繼電器處于斷路狀態(tài)，發(fā)光二極管滅。圖2.4、單片機最小系統(tǒng)見下圖 兩種簡單的方式。考慮到減少操作，采用上電自動復(fù)位方3第頁圖 圖 4第頁第三章、軟件設(shè)計3.1、主程序流程圖圖 INIT7279對 7279 顯示系統(tǒng)進行初始化，使數(shù)碼管初始顯示的數(shù)據(jù)為 0，初始化完成后將地址 40H4AH和 68H86H清零，接著進行定時器初始化，使定時器T0 以方式 1 進行定時中斷定時時間為 5ms，對中斷允許控制寄存器 IE置 82H 允許定時器/計數(shù)器 0 溢出中斷，最后等待中斷。5第頁3.2、7279初始化程序 INIT

8、7279A送圖7279初始化程序：調(diào)用該子程序后程序?qū)⒘⒓磾?shù) 0A4H，然后調(diào)用發(fā)送一字節(jié)子程序 STFS將 0A4H一移位形式送入 7279中，在 7279中 0A4H為復(fù)位清除指令代碼，當HD7279A收到該指令后，將所有的顯示清除，所有設(shè)置的字符消隱、閃爍等6第頁3.3、發(fā)送字節(jié)程序 STFS將口A8口口否是將口圖 7第頁發(fā)送字節(jié)程序 STFS I/O 口 P1.0 置為低電平，與之連接的 7279 片選端 CS 有效使 7279 LDelay 延時 50us加器 A 中可存放 8 位二進制數(shù)，將A 中的數(shù)通過 I/O 口 P1.2 移入 7279 中必須移八次，則對 R7 送數(shù) 08H

9、 置循環(huán)次數(shù)，然后將 A 中的數(shù)左移一位到進位標志位，將移入 cy 的一位二進制數(shù)送入 P1.2 進入與 P1.2 連接的 7279DAT I/O口 P1.1 置高電平延時 8us 接著取反置低電平延時 8us 從與 P1.1 連接的 7279CLOCK引腳輸入脈沖信號，從而將數(shù)據(jù)送入7279 中，送完一位數(shù)后將R7 中的數(shù)減一判斷結(jié)果是否為零，如果不為零則循環(huán)執(zhí)行送數(shù)程序，如果為零則將 P1.0 置為高電平使 7279 停止接收數(shù)據(jù)，然后返回。8第頁3.4、延時程序?qū)χ梅穹穹?否是是是是圖 延時程序：以上三個流程框圖分別是延時子程序 Delay、SDelay、LDelay，延時時間分別為 7

10、ms、8us、50us。9第頁3.5、中斷程序調(diào)是否否是圖 第頁中斷程序：當定時器計數(shù)溢出后程序響應(yīng)中斷，進行堆棧保護現(xiàn)場然后對定時器重新賦初值并且定時次數(shù)寄存器加一，調(diào) AD 轉(zhuǎn)換子程序讀取模擬量轉(zhuǎn)換后的數(shù)BCD碼的形式，按照從高位到低位的順序存于 32H 到 30H 地址中，調(diào)閾值子程序?qū)?shù)字量與在地址48H P1.4 置為高電平使發(fā)光二極管亮發(fā)出警告，若低于閾值則將 P1.4 置為低電平使發(fā)光二極管滅，然后判斷定時次數(shù)是否達到 255 次若沒有達到則調(diào)用顯示子程序?qū)⑺鶞y得的溫度送入 7279 中顯示，并且將定時次數(shù)寄存器清零最后恢復(fù)現(xiàn)場并返回，若定時次數(shù)達到255 次則直接恢復(fù)現(xiàn)場返回。

11、11第頁3.6、AD采樣程序圖AD A DPTR置數(shù) 0A000H即單片機片外 AD轉(zhuǎn)換所的數(shù)據(jù)的存儲地址，然后利用指令 MOVX將該地址清零，延時120us后同樣運用指令 MOVX將地址 0A000H中的數(shù)據(jù)線傳送給 A最后將數(shù)據(jù)存入地址 4CH中。第頁3.7、數(shù)值轉(zhuǎn)換程序否是否加1是將A 圖 數(shù)值轉(zhuǎn)換子程序：進入此程序后先將 R3、R4 清零分別用于存放溫度值的十位數(shù)和百位數(shù)，將溫度值送入累加器A 中并且清進位標志位，將溫度值減去100 若結(jié)果大于零則將 R4 加一接著返回繼續(xù)減 100 直到結(jié)果小于零，若結(jié)果小于零則將數(shù)值加100 10 若結(jié)果大于零則將 R,3 加一接著返回繼續(xù)減 10

12、 直到結(jié)果小于零，若結(jié)果小于零則將數(shù)值加10 恢復(fù)數(shù)據(jù)，以上操作完成后將 A 中的結(jié)果存入 ，將 R3 中的數(shù)據(jù)存入 31H，將 R4 中的數(shù)據(jù)存入 32H,即分別將轉(zhuǎn)換后 BCD 碼的個、十、百位分別存入地址 30H、31H3、2H。第頁3.8、7279送顯程序?qū)否是圖7279循環(huán)次數(shù)為八次，將存儲地址37H賦給 R0作為指針，然后將7279的固定指令代碼97H送入 R2再送入 A第頁使指令有足夠的時間送入 7279 中，將R0 中的地址所存的 BCD 碼送入 A 查表得到該BCD R0R2 減一時期分別指向下一個地址中的 BCD 碼和下一個數(shù)碼管，然后 R5 減一判斷結(jié)果是否為零若不為零

13、則重復(fù)送數(shù)，若為零則返回。15第頁第四章、實驗、調(diào)試和測試結(jié)果分析4.1、主要儀器和工具計算機，7279 顯示板，綜合實驗儀，模塊電路。 口圖 4.2、調(diào)試過程及結(jié)果A、硬件調(diào)試調(diào)零：調(diào)節(jié) PT-100（電位器逆時針旋轉(zhuǎn)到頂）使得數(shù)碼管顯示“00000000即 0；調(diào)滿：調(diào)節(jié)PT-100（電位器順時針旋轉(zhuǎn)到底）使得數(shù)碼管顯示“00000255即 255；第頁調(diào)閾值 200，當溫度從0上升到 200LED由滅變亮，發(fā)出警報信號；當從255下降到 200時，LED燈由亮變滅，表示溫度低于 200，在正常值內(nèi)。B、軟件調(diào)試調(diào)試時，最初數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)從最高位的數(shù)碼管開始顯示，雖然顯示的數(shù)據(jù)準確但是與正

14、常的顯示順序相反，檢查程序后發(fā)現(xiàn) 7279的顯示子程序 DISP中送入7279的現(xiàn)實代碼為 MOV ，#97H即從最高為數(shù)碼管開始顯示，但是送顯的數(shù)據(jù)是MOV R0，#30H從最低位開始，將送數(shù)的收地改為最高為 MOV R0，#37H并依次減一后數(shù)據(jù)的顯示順序恢復(fù)正常。開始時，顯示不能從零開始，是因為在查表時沒有加偏移量，使得查得的表不是從首址開始，將累加器A加上偏移量后即可以從零開始顯示。C、測試結(jié)果實現(xiàn)溫度范圍在 0到 255的顯示，且分辨率為 1。當采集的溫度值超過 200時，能由單片機 P1.4口控制繼電器點亮發(fā)光二極管。17第頁結(jié)論： PT-100 的電阻值隨溫度的增加而增加的性質(zhì)實

15、現(xiàn)溫度的采集，用平衡電橋和PT100 將溫度量轉(zhuǎn)換為電壓量。然后通過A/D 采樣將電壓的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，編寫程序通過單片機對其進行控制使得溫度值超過 200時，能夠使繼電器控制 LED 燈點亮，并且同時由單片機向 7279 鍵盤顯示模塊發(fā)送數(shù)據(jù)并顯示。這樣就實現(xiàn)了溫度采集與控制的功能，可用于工業(yè)控制中對溫度的監(jiān)控和處理，也可以用于日常的溫度測量中。并且通過提高元器件的性能提高測量精度和改進程序，可以提高溫度的測量精度，這樣也能將改進后的器件用于對溫度控制較高的環(huán)境當中。通過本次設(shè)計，加深了運用了單片機能力，將上課所學(xué)的理論知識應(yīng)用到設(shè)計當中，更好的將理論與實際聯(lián)系在一起，對單片機的應(yīng)用和掌

16、握更加熟練。18第頁參考文獻：【1】 賈好來.MCS-51單片機原理及應(yīng)用.北京：機械工業(yè)出版社，2006.【2】江太輝.石秀芳主編.MCS-51單片機原理及應(yīng)用.2004.【3】 陳黎娟.吳開志.萬在紅.單片機技術(shù)實驗教程.南昌航空大學(xué)，2012.【4】何立民.MCS-51單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計.1990.【5】 朱兆優(yōu).單片機原理與應(yīng)用.電子工業(yè)出版社，2012.【6】 朱定華主編.單片機原理及接口技術(shù)實驗.北京：北京大學(xué)出版社，2002.【7】 曹龍漢.劉安才. MCS-51單片機原理及應(yīng)用.重慶：重慶出版社，2004.19第頁附錄1、程序ORG 0000HLJMP MAINORG 000B

17、HLJMP INT_T0MAIN: MOV SP,#0E0HLCALL INIT7279MOV R0,#40H；堆棧初始化；7279初始化；暫存單元初始化MOV R7,#0AHCC1: MOV A,#00HMOV R0,AINC R0DJNZ R7,CC1MOV R0,#68HMOV R7,#18HMOV A,#00HCC2:MOV R0,AINC R0DJNZ R7,CC2MOV 4CH,#00HMOV 48H,#200MOV 68H,#30HMOV 69H,#09H；200是控制閥值電壓的，要改變電壓就改這個MOV 6AH,#20HMOV 7CH,#32HMOV TMOD,#01H；定時器

18、工作方式；定時器初值初始化；開總中斷MOV TH0,#0ECHMOV TL0,#78HMOV IE,#82HSETB TR0；開定時中斷LOOP1: SJMP LOOP1INIT7279: MOV A,#0A4HLCALL STFS20第頁RETINT_T0: PUSH ACCPUSH PSW;保護現(xiàn)場;定時器賦初值；調(diào) AD子程序MOV PSW,#08HMOV TH0,#0ECHMOV TL0,#78HINC 3EHLCALL AD0809LCALL CHANGELCALL NBSWLCALL ZKB；調(diào)數(shù)值轉(zhuǎn)換子程序MOV A,3EHCLR CSUBB A,#0FFHJC INTLP1LC

19、ALL DISPMOV 3EH,#00HLJMP INTTC2；調(diào)顯示子程序INTLP1: MOV A,3EHCLR CSUBB A,49HJNC INTLP2SETB P1.3SETB P1.4LJMP INTTC2INTLP2: CLR P1.3CLR P1.4INTTC2:POP PSWPOP ACCRETIAD0809:loop2:MOV A,#00HMOV DPTR,#0a000HMOVX DPTR,AMOV R7,#200DJNZ R7,LOOP2MOVX A,DPTR;0809AD的通道開始轉(zhuǎn)換嗎?21第頁MOV 4CH,A;存儲溫度采樣值; 延時子程序RETDelay:MOV

20、R7, #00HDELAYLOOP1: MOV R6,#00HDelayLoop: DJNZ R6, DelayLoopDJNZ R7, DelayLoop1RETSDelay:LP5:MOV R6,#08HDJNZ R6,LP5;延時 8usRETRETLDelay:WAIT:MOV R6,#32HDJNZ R6,WAIT;延時 50usSTFS:LP1:CLR P1.0LCALL LDelayMOV R7,#08HRLC A;調(diào)發(fā)送一字節(jié)程序MOV P1.2,CSETB P1.1LCALL SDelayCLR P1.1LCALL SDelayDJNZ R7,LP1CLR P1.2RETCH

21、ANGE:NEXT1:MOV R2,#00HMOV DPTR,#DATATABMOV A,#02H;R2為數(shù)據(jù)表的索引值寄存器;溫度數(shù)據(jù)表首地址送 DPTRADD A,R2;索引值送 AMOVC A,A+DPTRCJNE A,4CH,K1MOV A,R2;查表取出某一溫度的數(shù)字電壓值MOVC A,A+DPTR22第頁LJMP K3JC K2K1:DEC R2MOV A,R2MOVC A,A+DPTRMOV B,ACJNE A,4CH,K1MOV A,BLJMP K3K2:INC R2MOV A,R2MOVC A,A+DPTRMOV B,ACJNE A,4CH,K4MOV A,BLJMP K3K

22、4:K3:JC K2DEC R0MOV A,R0MOVC A,A+DPTRMOV 21H,ARETDATATAB:DB 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9DB 10,11,12,13,14,15,16,17,18,19DB 20,21,22,23,24,25,26,27,28,29DB 30,31,32,33,34,35,36,37,38,39DB 40,41,42,43,44,45,46,47,48,49DB 50,51,52,53,54,55,56,57,58,59DB 60,61,62,63,64,65,66,67,68,69DB 70,71,72,73,74,75,76,77,78

23、,79DB 80,81,82,83,84,85,86,87,88,89DB 90,91,92,93,94,95,96,97,98,99DB 100,101,102,103,104,105,106,107,108,109DB 110,111,112,113,114,115,116,117,118,119DB 120,121,122,123,124,125,126,127,128,129DB 130,131,132,133,134,135,136,137,138,139DB 140,141,142,143,144,145,146,147,148,14923第頁DB 150,151,152,153,

24、154,155,156,157,158,159DB 160,161,162,163,164,165,166,167,168,169DB 170,171,172,173,174,175,176,177,178,179DB 180,181,182,183,184,185,186,187,188,189DB 190,191,192,193,194,195,196,197,198,199DB 200,201,202,203,204,205,206,207,208,209DB 210,211,212,213,214,215,216,217,218,219DB 220,221,222,223,224,225,226,227,228,229DB 230,231,232,233,234,