溫度采集實驗報告

1、課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書題 目 基于AD590的溫度測控系統(tǒng)設(shè)計 系 (部) 信息科學(xué)與電氣工程學(xué)院 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級 電氣092 學(xué)生姓名 劉玉興 學(xué) 號 090819210 月 日至 月 日 共 周指導(dǎo)教師(簽字) 系 主 任(簽字) 年 月 日一、設(shè)計內(nèi)容及要求在單片機(jī)實驗臺上實現(xiàn)智能溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計。要求利用溫度傳感器AD590采集溫度信號，并調(diào)理放大采集到的電壓信號，用ADC0809進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)溫度采集，并將采集溫度用數(shù)碼管靜態(tài)方式顯示出來。設(shè)計內(nèi)容包括：1）AD590溫度采集電路；2）ADC0809接口電路；3）數(shù)碼管靜態(tài)方式實時顯示溫度；4）可按鍵設(shè)置

2、報警上下限。設(shè)計要求：1）能演示；2）能回答答辯過程中提問的問題；3）完成設(shè)計報告。二、設(shè)計原始資料單片機(jī)原理及應(yīng)用教程 范立南 2006年 1月單片機(jī)原理及應(yīng)用教程 劉瑞新 2003年07月三、設(shè)計完成后提交的文件和圖表1計算說明書部分1）方案論證報告打印版或手寫版2）程序流程圖3）具體程序 2圖紙部分：具體電路原理圖打印版四、進(jìn)程安排教學(xué)內(nèi)容 地點資料查閱與學(xué)習(xí)討論 現(xiàn)代電子技術(shù)實驗室分散設(shè)計 現(xiàn)代電子技術(shù)實驗室編寫報告 現(xiàn)代電子技術(shù)實驗室成果驗收 現(xiàn)代電子技術(shù)實驗室五、主要參考資料電子設(shè)計自動化技術(shù)基礎(chǔ)馬建國、孟憲元編 清華大學(xué)出版 2004年4月 實用電子系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ) 姜威 2008年

3、1月 單片機(jī)系統(tǒng)的PROTEUS設(shè)計與仿真 張靖武 2007年4月 摘要 溫度是工業(yè)生產(chǎn)和自動控制中最常見的工藝參數(shù)之一。過去溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計中,大多采用模擬技術(shù)進(jìn)行設(shè)計,這樣就不可避免地遇到諸如傳感器外圍電路復(fù)雜及抗干擾能力差等問題;而其中任何一環(huán)節(jié)處理不當(dāng),就會造成整個系統(tǒng)性能的下降。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的高速發(fā)展,特別是大規(guī)模集成電路設(shè)計技術(shù)的發(fā)展, 數(shù)字化、微型化、集成化成為了傳感器發(fā)展的主要方向。以單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)利用匯編語言程序設(shè)計實現(xiàn)整個系統(tǒng)的控制過程。在軟件方面，結(jié)合ADC0809并行8位AD轉(zhuǎn)換器的工作時序，給出80C51單片機(jī)與ADC0908并行AD轉(zhuǎn)換器件的接口電路圖，提

4、出基于器件工作時序進(jìn)行匯編程序設(shè)計的基本技巧。本系統(tǒng)包括溫度傳感器，數(shù)據(jù)傳輸模塊，溫度顯示模塊和溫度調(diào)節(jié)驅(qū)動電路，其中溫度傳感器為數(shù)字溫度傳感器AD590，包括了單總線數(shù)據(jù)輸出電路部分。文中對每個部分功能、實現(xiàn)過程作了詳細(xì)介紹。關(guān)鍵詞：單片機(jī)、匯編語言、ADC0809、溫度傳感器AD590Abstract Temperature is the most common one of process parameters in automatic control and industrial production. In the traditional temperature measuremen

5、t system design, often using simulation technology to design, and this will inevitably encounter error compensation, such as lead,complex outside circuit,poor anti-jamming and other issues, and part of a deal with them Improperly, could cause the entire system of the decline. With modern science and

6、 technology of semiconductor development, especially large-scale integrated circuit design technologies, digital, miniaturization, integration sensors are becoming an important direction of development.In the control systems with the core of SCM，assembly language programming is used to achieve the c

7、ontrol of the whole systemCombining with the operation sequence of ADC0809，the interface circuit diagrams of 80C51 SCM and ADC0809 parallel AD conveger ale givenThe basic skills of assembly language programming based on the operation sequenee of the chip ale put forwardThis system include temperatur

8、e sensor and data transmission, the moduledisplays module and thermoregulation driven circuit from the sensors intofigures of the temperature sensors AD590, including a list of the data outputcircuit. The text of every part of the functions and procedure at present.Key words：single-chip；assembly lan

9、guage；parallel AD conversion； ADC0809；Temperature sensor AD590目錄摘要4Abstract5第一章 系統(tǒng)功能原理及硬件介紹71.1 80C51單片機(jī)介紹71.2 ADC0809介紹-9l.2.1 ADC0809的主要特點91.2.2 ADC0809芯片的工作原理91.3 AD590的介紹10第二章 理論分析122.1 各模塊接線及原理說明122.1.1 AD590采集溫度信號模塊122.1.2 ADC0809 A/D(模數(shù))轉(zhuǎn)換模塊122.1.3動態(tài)數(shù)碼管顯示模塊122.1.4 蜂鳴器超量程報警模塊122.2最小分度、量程及報警溫度的

10、算法122.2.1最小分度、量程的算法12第三章 各模塊電路設(shè)計133.1溫度測量采集及加熱電路模塊133.2 并行A/D(模數(shù))轉(zhuǎn)換模塊143.3 蜂鳴器超量程報警模塊153.4 可按鍵設(shè)置報警模塊15第四章 電路與程序設(shè)計154.1 程序流程圖164.2 程序清單16總結(jié)20參考文獻(xiàn)20第一章 系統(tǒng)功能原理及硬件介紹該數(shù)字溫度計利用AD590集成溫度傳感器及其接口電路完成溫度的測量并轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號，經(jīng)由模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能夠處理的數(shù)字信號，然后送到單片機(jī)80C51中進(jìn)行處理變換，最后將溫度值顯示在LED顯示器上。系統(tǒng)以80C51單片機(jī)為控制核心，加上AD590測溫電路

11、、ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、溫度數(shù)據(jù)顯示電路以及外圍電源等組成。系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。80C51溫度顯示電源及復(fù)位電路等ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)化AD590測溫電路超量程報警圖1 系統(tǒng)組成框圖1.1 80C51單片機(jī)介紹80C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，可提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4K 字節(jié)閃存，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個I/O口線，兩個16位定時計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，80C51可降至0HZ的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時計數(shù)器，串行通信口及中

12、斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。圖2 80C51引腳圖引腳功能說明Vcc：電源電壓 GND：地 P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)位口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動8個邏輯門電路，對端口寫“1”可 作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，此時P0激活內(nèi)部的上拉電阻。P1口：P1是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P1的輸出緩沖級可驅(qū)動（輸入或輸出）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高

13、電平，此時可做輸入口。因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。P2口：P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅(qū)動（輸入或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作為輸入口。因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。在訪問外部程序存儲器獲16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVX DPTR指令）時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行 MOVX RI指令）時，P2口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中R2寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不改變

14、。P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級可驅(qū)動（輸入或輸出）4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時，他們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入口。此時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號，因此它可對輸出時鐘信號或用于定時。要注意的是：當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。閃存編程期時，該

15、引腳還用于輸入編程脈沖。PSEN：程序存儲允許輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)80C51由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機(jī)器周期兩個PSEN有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，這兩次有效的PSEN信號不出現(xiàn)。 EA/VPP:外部訪問允許。要使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H-FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是; 如果加密位LB1被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如 EA端為高電平（接VCC端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。XTAL1:振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2 :振蕩器反相放大器的輸出端。1.2

16、ADC0809介紹l.2.1 ADC0809的主要特點ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器，ADC0809是8通道8位CMOS逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換芯片，片內(nèi)有模擬量通道選擇開關(guān)及相應(yīng)的通道鎖存、譯碼電路，A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)由三態(tài)鎖存器輸出，由于片內(nèi)沒有時鐘需外接時鐘信號。芯片的引腳如圖21-1,各引腳功能如下：IN0IN7：八路模擬信號輸入端。ADD-A、ADD-B、ADD-C：三位地址碼輸入端。CLOCK：外部時鐘輸入端。CLOCK輸入頻率范圍在101280KHz，典型值為640KHz，此時A/D轉(zhuǎn)換時間為100us。51單片機(jī)ALE直接或分頻后可與CLOCK相連。D0D7：數(shù)字量輸出端。OE：A/D轉(zhuǎn)

17、換結(jié)果輸出允許控制端。當(dāng)OE為高電平時，允許A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果從D0D7端輸出。 圖21-1 ADC0809引腳ALE：地址鎖存允許信號輸入端。八路模擬通道地址由A、B、C輸入，在ALE信號有效時將該八路地址鎖存。START：啟動A/D轉(zhuǎn)換信號輸入端。當(dāng)START端輸入一個正脈沖時，將進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。EOC：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出端。當(dāng) A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，EOC輸出高電平。Vref(+)、Vref(-)：正負(fù)基準(zhǔn)電壓輸入端?；鶞?zhǔn)正電壓的典型值為+5V。1.2.2 ADC0809芯片的工作原理 ADC0809帶有片內(nèi)系統(tǒng)時鐘，該時鐘與IOCLOCK是獨立工作的，無需特殊的速度或相位匹配。當(dāng)CS為高時

18、，數(shù)據(jù)輸D端處于高阻狀態(tài)，此時IO CLOCK不起作用。這種CS控制作用允許在同時使用多片ADC0809時，共用IOcLOCK，以減少多路(片)AD使用時的IO控制端口。一組通常的控制時序操作圖如下： 圖4 TLC549的工作時序1.3 AD590的介紹AD590是AD公司利用PN結(jié)構(gòu)正向電流與溫度的關(guān)系制成的電流輸出型兩端溫度傳感器.（熱敏器件）AD590是美國模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。它的主要特性如下： 1、流過器件的電流（mA）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開爾文）度數(shù)，即：mA/K式中： 流過器件（AD590）的電流，單位為mA； T熱力學(xué)溫度，單位為K。 2、AD59

19、0的測溫范圍為-55+150。 3、AD590的電源電壓范圍為4V30V。電源電壓可在4V6V范圍變化，電流 變化1mA，相當(dāng)于溫度變化1K。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會被損壞。 4、輸出電阻為710MW。 5、精度高。AD590共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，在-55+150范圍內(nèi)，非線性誤差為0.3。 AD590溫度感測器是一種已經(jīng)IC化的溫度感測器,它會將溫度轉(zhuǎn)換為電流,在8051的各種課本中?？吹剿?相當(dāng)常用到。 其規(guī)格如下： 溫度每增加1,它會增加1A輸出電流。 可量測范圍-55至150。 供應(yīng)電壓范圍+4V至30V。 AD590

20、的輸出電流值說明如下： 其輸出電流是以絕對溫度零度(-273)為基準(zhǔn),每增加1,它會增加1A輸出電流,因此在室溫25時,其輸出電流Io=(273+25)=298A。 Vo的值為Io乘上10K,以室溫25而言,輸出值為2.98V(10K298A)。 量測Vo時,不可分出任何電流,否則量測值會不準(zhǔn)。 AD590的輸出電流I=(273+T)A(T為攝氏溫度),因此量測的電壓V為(273+T)A 10K= (2.73+T/100)V。為了將電壓量測出來又需使輸出電流I不分流出來,我們使用電壓追隨器其輸出電壓V2等于輸入電壓V。 由于一般電源供應(yīng)較多零件之后,電源是帶雜訊的,因此我們使用齊納二極體作為穩(wěn)

21、壓零件,再利用可變電阻分壓,其輸出電壓V1需調(diào)整至2.73V。 接下來我們使用差動放大器其輸出Vo為 (100K/10K)(V2-V1)=T/10V。如果現(xiàn)在為攝氏28度,輸出電壓為2.8V。圖5 AD590的封裝及其基本應(yīng)用電路圖6 AD590內(nèi)部電路原理圖第二章 理論分析ADC08099溫度采集系統(tǒng)采用了AD590采集溫度信號，ADC0809轉(zhuǎn)換溫度模擬信號，80C51（偉福仿真器仿真）控制ADC0809轉(zhuǎn)換，靜態(tài)數(shù)碼管顯示，超量程報警。2.1 各模塊接線及原理說明2.1.1 AD590采集溫度信號模塊將T-DETECT接到ADC0809的IN-0端口，然后用T-CON控制電路加熱與否。不

22、需要進(jìn)行其他的控制。2.1.2 ADC0809 A/D(模數(shù))轉(zhuǎn)換模塊ADC0809的三個I/O口分別為EOC、CLK和CS端口，其中CLK為時鐘、CS為片選、EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號。2.1.3靜態(tài)數(shù)碼管顯示模塊靜態(tài)數(shù)碼管顯示電路由四只74LS164、四只共陰極LED數(shù)碼管組成。輸入只有兩個信號，它們是串行數(shù)據(jù)線DIN和移位信號CLK。單片機(jī)的P3 口輸出顯示段碼，經(jīng)由一片74LS164 驅(qū)動輸出給LED 管，由P3.0 口輸出位碼，經(jīng)由74L164 輸出給LED 管。2.1.4 蜂鳴器超量程報警模塊由AT89C51的I/O口直接輸出信號到蜂鳴器的控制信號輸入端口C，當(dāng)輸入信號為高點平時，蜂

23、鳴器報警。2.2最小分度、量程及報警溫度的算法2.2.1最小分度、量程的算法ADC0809工作溫度為080，溫度與電壓成正比。當(dāng)設(shè)定量程與80接近時測量所得溫度與實際溫度才能相符。ADC0809的A/D輸出為00H到FFH，可進(jìn)行256等分，3能被256整除，以此算法設(shè)定最小分度為0.33，量程為080.0，比較符合要求。2.2.2報警溫度的算法設(shè)定最小溫度分度為0.33，量程為 080.0，所以，15.0時A/D輸出的數(shù)字量為2DH，63.67時A/D輸出的數(shù)字量為0BFH。報警溫度為：15.063.67第三章 各模塊電路設(shè)計溫度采集系統(tǒng)由溫度采集模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊和溫度值顯示模塊三大部分組

24、成。其中溫度采集模塊主要用AD590采集溫度，并輸出一個模擬電壓信號，ADC0809接收到模擬信號后，進(jìn)行/轉(zhuǎn)換把模擬信號轉(zhuǎn)換位數(shù)字信號，并行輸出（一個時鐘下降沿輸出一次），單片機(jī)接到數(shù)據(jù)后存入累加器，經(jīng)過一定的轉(zhuǎn)化，經(jīng)過74LS164輸入到七位數(shù)碼管中，并靜態(tài)顯示出來，當(dāng)溫度超過設(shè)定的報警溫度，蜂鳴器報警裝置自動報警。3.1溫度測量采集及加熱電路模塊T-DETECT接到ADC0809模擬信號輸入端IN-0，T-CON接高電平時開始加熱。圖7 溫度測量采集及加熱電路原理圖圖8 參考電壓電路3.2 并行A/D(模數(shù))轉(zhuǎn)換模塊圖9 并行模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3.4 蜂鳴器超量程報警模塊圖11 蜂鳴器超量程報

25、警原理電3.5 可按鍵報警模塊通過I/O口控制按鍵輸入，暫存在寄存器B,并由P2口通過顯示燈顯示出來。與暫存在寄存器A中數(shù)對比，若A高于B就報警，否則正常顯示。第四章 電路與程序設(shè)計開始溫度采集啟動轉(zhuǎn)換進(jìn)行標(biāo)度轉(zhuǎn)換將十位、個位、小數(shù)位分開處理小數(shù)位各位暫存在單片機(jī)是否達(dá)到報警下限溫度執(zhí)行報警子程序查段碼，送靜態(tài)顯示管觀察示數(shù)結(jié)束是否達(dá)到報警上限溫度YNYN4.1 程序流程圖4.2 程序清單ORG 0000H SJMP MAIN MAIN:MOV DPTR,#7FF8H ;DPTR指向0通道MOVX DPTR,A ;啟動A/D轉(zhuǎn)換 JNB P3.2,$ ;等待MOVX A,DPTR ;讀數(shù) MO

26、V 40H,A ;存數(shù)LCALL DNOW ;設(shè)置下限LOP0:LCALL UP ;設(shè)置上限LOP1:LCALL TRAN ;模數(shù)-數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換LCALL DISP ;數(shù)據(jù)的靜態(tài)顯示LCALL DELAY1sSJMP MAINDNOW:MOV A,40HCJNE A,#2DH,LOP2 LOP2:JNC LOP0 ;Cy=0,轉(zhuǎn)LOP0AJMP LOP4 ;Cy=1,轉(zhuǎn)LOP4UP:MOV A,40HCJNE A,#0BFH,LOP3LOP3:JNC LOP4 ;Cy=0,轉(zhuǎn)LOP4AJMP LOP1 ;Cy=1,轉(zhuǎn)LOP1LOP4:MOV SP,#60H ;給堆棧指針賦初值A(chǔ)CALL MUSIC

27、AJMP LOP1;蜂鳴器輸出聲子程序;MUSIC:MOV 4AH,#34HLOP6:MOV R5,#60H ;控制音長MIC:CPL P1.5ACALL DELAY5ms ;控制音調(diào)DJNZ R5,MICDJNZ 4AH,LOP6RET ;數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換;TRAN:MOV R0,#40H MOV R3,#30H ;用來存放小數(shù)位 MOV A,R0 ;把R0中的數(shù)給AMOV B,#03H DIV AB ;標(biāo)度變換3格一度MOV R3,B ;存小數(shù) MOV B,#0AH DIV AB ;將標(biāo)度變換結(jié)果的十位與個位分開MOV R0,A ;將十位數(shù)送顯示緩沖單元INC R0 ;指向緩沖單元下一地址MOV

28、R0,B ;將個位數(shù)送顯示緩沖單元MOV A,R3 ;標(biāo)度轉(zhuǎn)換結(jié)果小數(shù)部分處理MOV B,#03H MUL AB ;實現(xiàn)三格一度INC R0 ;指向下一個緩沖單元 MOV R0,A ;將小數(shù)送顯示緩沖單元LOP8:RET ;返回 ;靜態(tài)顯示子程序-串入并出;DISP:MOV DPTR,#TAB ;段碼表首地址 MOV R0,#40H ;R0指向緩存區(qū)首地址MOV A,R0 ;將整數(shù)位數(shù)給AMOVC A,A+DPTR ;查十位段碼MOV 40H,A ;將段碼結(jié)果送入40HINC R0 ;R0指向緩存區(qū)下一地址MOV A,R0 ;將個位數(shù)給AMOVC A,A+DPTR ;查個位段碼MOV 41H,

29、A ;將段碼結(jié)果送入41HINC R0 ;R0指向緩存區(qū)下一地址MOV A,R0 ;將小數(shù)給AMOVC A,A+DPTR ;查小數(shù)段碼MOV 42H,A ;將段碼結(jié)果送入42H;最后一位清零;MOV 43H,#00HMOV A,43HMOV R7,#08HCCC:JB ACC.7,AAACLR P3.0JMP BBBAAA:SETB P3.0BBB:SETB P3.1 ;CLK下降沿觸發(fā)CLR P3.1RL A DJNZ R7,CCC;小數(shù)位數(shù)顯示;MOV A,42H MOV R7,#08H CC:JB ACC.7,AACLR P3.0JMP BBAA:SETB P3.0BB:SETB P3.1 ;CLK下降沿觸發(fā)CLR P3.1RL ADJNZ R7,CC ;所有位檢測后順序執(zhí)行;個位數(shù)顯示;ORL 41H,#80H ;個位數(shù)后置小數(shù)點MOV A,41HMOV R7,#08HDD:JB ACC.7,EECLR P3.0JMP FFEE:SETB P3.0FF:SETB