基于51單片機的多路溫度采集控制系統(tǒng)設(shè)計

1、基于51單片機的多路溫度采集控制系統(tǒng)設(shè)計言：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)計的目的在于學習基于51單片機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數(shù)字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)多路溫度信號采集與顯示，可以使用按鍵來設(shè)置溫度限

2、定值，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。我所采用的控制芯片為AT89c51，此芯片功能較為強大，能夠滿足設(shè)計要求。通過對電路的設(shè)計，對芯片的外圍擴展，來達到對某一車間溫度的控制和調(diào)節(jié)功能。 關(guān)鍵詞：溫度 多路溫度采集 驅(qū)動電路 正文 ：1、溫度控制器電路設(shè)計本電路由89C51單片機溫度傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809、竄入并出移位寄存器74LS164、數(shù)碼管、和LED顯示電路等組成。由熱敏電阻溫度傳感器測量環(huán)境溫度，將其電壓值送入ADC0809的IN0通道進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量由數(shù)據(jù)端D7-D0輸出到89C51的P0口，經(jīng)軟件處理后將測量的溫度值經(jīng)單

3、片機的RXD端竄行輸出到74LS164，經(jīng)74LS164 竄并轉(zhuǎn)換后，輸出到數(shù)碼管的7個顯示段，用數(shù)字形式顯示出當前的溫度值。89C51的P2.0、P2.1、P2.2分別接入ADC0809通道地址選擇端A、B、C，因此ADC0809的IN0通道的地址為F0FFH。輸出驅(qū)動控制信號由p1.0輸出，4個LED為狀態(tài)指示，其中，LED1為輸出驅(qū)動指示，LED2為溫度正常指示，LED3為高于上限溫度指示，LED4為低于下限溫度指示。當溫度高于上限溫度值時，有p1.0輸出驅(qū)動信號，驅(qū)動外設(shè)電路工作，同時LED1亮、LED2滅、LED3亮、LED4滅。外設(shè)電路工作后，溫度下降，當溫度降到正常溫度后，LED

4、1亮、LED2亮、LED3滅、LED4滅。溫度繼續(xù)下降，當溫度降到下限溫度值時，p1.0信號停止輸出，外設(shè)電路停止工作，同時LED1滅、LED2滅、LED3滅、LED4亮。當外設(shè)電路停止工作后，溫度開始上升，接著進行下一工作周期。2、 溫度控制器程序設(shè)計 本軟件系統(tǒng)有1個主程序，6個子程序組成。6個子程序為定時/計數(shù)器0中斷服務程序、溫度采集及模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序ADCON、溫度計算子程序CALCU、驅(qū)動控制子程序DRVCON、十進制轉(zhuǎn)換子程序METRICCON及數(shù)碼管顯示子程序DISP。（1） 主程序主程序進行系統(tǒng)初始化操作，主要是進行定時/計數(shù)器的初始化。（2） 定時/計數(shù)器0中斷服務程序應用定

5、時計數(shù)器0中斷的目的是進行定時采樣，消除數(shù)碼管溫度顯示的閃爍現(xiàn)象，用戶可以根據(jù)實際環(huán)境溫度變化率進行采樣時間調(diào)整。每當定時時間到，調(diào)用溫度采集機模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序ADCON，得到一個溫度樣本，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，傳送給89C51單片機，然后在調(diào)用溫度計算子程序CALCU，驅(qū)動控制子程序DRVCON，十進制轉(zhuǎn)換子程序MERTRICCON，溫度數(shù)碼顯示子程序DISP。（3） 溫度采集及模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序ADCON該子程序進行溫度采樣并將其轉(zhuǎn)換為8位數(shù)字量傳送給89C51的P0口。采樣得到的溫度數(shù)據(jù)存放在片內(nèi)RAM的20H單元中。（4） 溫度計算子程序CALCU根據(jù)熱敏電阻的分度值和電路參數(shù)計算出出一張溫度

6、表，存放在DATATAB數(shù)據(jù)表中，由于篇幅關(guān)系，本程序只給出0-49的溫度數(shù)據(jù)。一個溫度有兩個字節(jié)組成，前一字節(jié)為溫度值，后一字節(jié)為該溫度所對應的熱敏電阻上的電壓的數(shù)字量。根據(jù)采樣值，通過查表及比較的方法計算出當前的溫度值，并將其存入片內(nèi)RAM的21H單元。采用查表法計算溫度值時為了克服熱敏電阻的阻值溫度特性曲線的非線性，提高測量精度。（5） 驅(qū)動控制子程序DRVCON該子程序調(diào)節(jié)溫度，當溫度高于上限溫度時（本程序設(shè)為30）， P1.0輸出驅(qū)動控制信號，驅(qū)動外設(shè)工作降溫；當溫度下降到下限溫度時（本程序設(shè)為25），P1.0停止輸出，溫度上升，周而復始；工作狀態(tài)有LED1-LED4指示。（6） 十

7、進制轉(zhuǎn)換子程序METRICCON將存放于內(nèi)部RAM21H單元的當前溫度值得二進制數(shù)形式轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)（BCD碼）形式，以便輸出顯示，轉(zhuǎn)換結(jié)果存放在片內(nèi)RAM的32H單元（百位）、31H（十位）、30H單元（個位）。（7） 數(shù)碼顯示子程序DISP該子程序利用89C51串口的方式0串行移位寄存器工作方式，將片內(nèi)RAM的30H、31H、32H單元的BCD碼查表轉(zhuǎn)換為七段碼后由RXD端串行發(fā)出去，然后經(jīng)74LS164串并轉(zhuǎn)換，將七段值傳送給數(shù)碼管，以十進制形式顯示出當前溫度值。根據(jù)以上分析畫出的部分程序設(shè)計流程圖如圖1-0至圖1-4所示。開始在0000H處放置一條長跳轉(zhuǎn)指令LJMP MAIN跳轉(zhuǎn)到主程

8、序在0000H處放置一條長跳轉(zhuǎn)指令LJMP T0INT跳轉(zhuǎn)到T0中斷服務程序圖1-0 部分程序設(shè)計流程圖的設(shè)計框架主程序計數(shù)寄存器R1賦初值10TMOD賦初值01HT0工作于定時方式1軟啟動堆棧指針SP賦初值60HSETB TR0啟動T0工作P1口賦初值FFH，所有指示燈全滅TH0賦初值3CH，TL0賦初值B0H，T0定時100msIE賦初值82H，T0允許中斷動態(tài)停機圖1-1 主程序流程圖T0中斷服務程序溫度采樣時間間隔到否T0重裝初值調(diào)用數(shù)碼管顯示子程序DISP調(diào)用十進制轉(zhuǎn)換子程序METRICCON調(diào)用驅(qū)動控制子程序DRVCON調(diào)用溫度計算子程序CALCU調(diào)用溫度采用及模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序ADC

9、ON中斷返回YN圖1-2 T0中斷服務程序流程圖溫度采樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序?qū)DC0809啟動A/D轉(zhuǎn)換讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)將轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)存于片內(nèi)RAM20H單元返回轉(zhuǎn)換結(jié)束否圖1-3 溫度采樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序流程圖溫度數(shù)據(jù)表索引值寄存器R2賦初值01H溫度數(shù)據(jù)表首地址送DPTR查表取出某一溫度的電壓數(shù)據(jù)取出表中前一溫度值將該溫度值存于21H單元查表取出該溫度值將該溫度值存于21H單元索引值加2返回返回當前溫度電壓值與查表取得的某一溫度電壓值比較溫度計算子程序相等小于大于圖1-4 溫度計算子程序流程圖3、具體內(nèi)容（1）溫度控制器電器原理圖設(shè)計按以上分析及相關(guān)知識設(shè)計出的溫度控制器電路原理圖如圖1-5所示。圖

10、1-5 溫度控制電路原理圖（2）溫度數(shù)據(jù)表在圖1-5所示的電路中，熱敏電阻的連接如圖1-6所示。R8100kD0D1 VR（+）D2D3D4D5 VR（-）D6D7 IC2ABC ADC0809 IN0OE IN1ALE IN2SC IN3 IN4EOC IN5 IN6CLK IN71714158181920212524239226710121626272812345VccR720kRTR9圖1-6 熱敏電阻的連接本設(shè)計所使用的熱敏電阻的分度表及ADC0809轉(zhuǎn)換后的電壓數(shù)字量見附表1-1所示轉(zhuǎn)換后的電壓數(shù)字量的計算方法為：熱敏電阻與R8并并聯(lián)后的總電阻：R=（Rt*R8）/（Rt+R8）R與

11、R7串聯(lián)電路中R的分壓值（即輸入ADC0809的模擬量）：V=5R/（R+R7）5V被分成256等分（8位量化），則每份的電壓值：=5/256輸入的模擬量電壓經(jīng)8位量化后的數(shù)字量：D=V/例如，熱敏電阻在溫度為20時的阻值為62.254千歐，則根據(jù)上述方法計算出的電壓數(shù)字量為169，注意在計算中R7用實測值19.6千歐代入進入計算。在實際做該電路時，可根據(jù)自己所選擇的熱敏電阻的分度表計相關(guān)電路參數(shù)，按上述方法計算出ADC0809轉(zhuǎn)換后的各溫度對應的電壓數(shù)字量。程序中的溫度數(shù)據(jù)表構(gòu)成：1個溫度數(shù)據(jù)占2個字節(jié)，前一字為溫度值，后一個字節(jié)為該溫度下熱敏電阻上的模擬電壓轉(zhuǎn)換成德8位數(shù)字量。如在20時，

12、熱敏電阻對應的電壓數(shù)字量為169，則20，169組成一個溫度為20的溫度數(shù)據(jù)。按這樣方法組成的0-49的溫度數(shù)據(jù)表如下：DATATAB：DB 0，194，1 ，193 ，2 ，192， 3， 191，4，190 DB 5，189，6， 188， 7 ，187， 8， 186，9，185 DB10，184，11，182，12，181，13，180，14，178 DB 15，177，16，175，17，174，18，173，19，171DB 20，169，21，168，22，166，23，165，24，163DB 25，161，26，159，27，158，28，156，29，154DB 30，15

13、2，31，150，32，149，33，147，34，145DB 35，143，36，141，37，139，38，147，39，135DB 40，133，41，131，42，129，43，127，44，125DB 45，123，46，121，47，118，48，116，49，114在溫度采樣機模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序中，采樣得到的當前溫度下熱敏電阻上的數(shù)字電壓存于20H單元，在溫度計算子程序中通過查表的方法從表中的第一個溫度（0）下熱敏電阻上的數(shù)字電壓開始，依次取出各溫度下熱敏電阻上的十字電壓，與與存于20H單元的當前溫度下熱敏電阻上的的數(shù)字電壓比較，如小于當前溫度的數(shù)字電壓，則在取出下一溫度的數(shù)字電壓與

14、當前溫度的數(shù)字電壓比較；直到大于或等于當前的溫度數(shù)字電壓，比較結(jié)束。如大于則取出前一溫度作為當前溫度存于21H單元，如等于則將該溫度作為但前溫度存于20H單元。這種溫度計算方法，避免了溫度特性曲線的非線性對溫度計算精確性的影響，計算出的溫度非常精確。（3）溫度控制程序設(shè)計在本設(shè)計中，晶體振蕩器頻率為6MHz，T0定時時間為100ms，T0工作于方式1，則T0的初值為：X=（最大計數(shù)值M定時時間t/及其周期Tm）=216 -100ms/2us=15536=3CB0H按以上任務分析設(shè)計出的源程序如下：ORG 0000H;跳轉(zhuǎn)到主程序LJMP MAIN;ORG 000BH;LJMP T0INT;跳轉(zhuǎn)

15、到T0中斷服務程序；主程序ORG 0100H;MAIN:MOV R1,#10; T0 100馬上定時溢出計數(shù)寄存器R1賦初值10MOV P1,#0FFH; 所有指示燈滅MOV SP,#60H; 堆棧指針賦初值60HMOV TMOD,#01H; T0定時、方式1、軟啟動MOV TL0,#0B0H; T0賦初值MOV TH0,#3CH;MOV IE,#82H; 開放T0中斷SETB TR0; 啟動T0SJMP $;定時/計數(shù)器0中斷服務程序ORG 0200H;T0INT:DJNZ R1,NEXT; T0溢出10次，即1s進一次采樣處理LCALL ADCON; 調(diào)用溫度采樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序LCALL

16、 CALCU; 調(diào)用溫度計算子程序LCALL DRVCON; 調(diào)用驅(qū)動控制子程序LCALL METRICCON; 調(diào)用十進制轉(zhuǎn)換子程序LCALL DISP; 調(diào)用數(shù)碼管顯示子程序MOV R1,#10; R1重賦值10NEXT:MOV TL0,#0B0H; T0重裝初值MOV TH0,#3CH;RETI;溫度采樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序ORG 0300H;ADCON:MOV DPTR,#0F0FFH; 選通ADC0809通道0MOV A,#00H;MOVX DPTR,A; 啟動A/D轉(zhuǎn)換HERE:JNB P3.3,HERE; 判斷數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換是否結(jié)束，沒結(jié)束則等待MOVX A,DPTR; 讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)M

17、OV 20H,A; 將從ADC0809中讀取的當前溫度下熱敏電阻上的電壓值存于20H單元RET ；溫度計算子程序ORG 0400H;CALCU:MOV R2,#01H; R2為數(shù)據(jù)表的索引值寄存器MOV DPTR,#DATATAB; 溫度數(shù)據(jù)表首地址送DPTRNEXT1:MOV A,R2; 索引值送AMOVC A,A+DPTR; 查表取出某一溫度的數(shù)字電壓值CJNE A,20H,K1; 與當前溫度的數(shù)字電壓值比較DEC R2; 等于當前溫度的數(shù)字電壓值，則查表取出該溫度值作為當前溫度值MOV A,R2;MOVC A,A+DPTR;LJMP K3;K1:JNC K2; 大于當前溫度的數(shù)字電壓值，

18、則繼續(xù)取出下一溫度的數(shù)字電壓進行比較DEC R2; 小于當前溫度的數(shù)字電壓值，則查表取出前一個溫度值作為當前溫度值DEC R2DEC R2MOV A,R2;MOVC A,A+DPTR;LJMP K3;K2:INC R2;INC R2;LJMP NEXT1;K3:MOV 21H,A; 將當前溫度值存于21H單元RET;DATATAB;DB 0,194,1,193,2,192,3,191,4,190；溫度數(shù)據(jù)表 DB 5,189,6,188,7,187,8,186,9,185DB 10,184,11,182,12,181,13,180,14,178DB 15,177,16,175,17,174,1

19、8,173,19,171DB 20,169,21,168,22,166,23,165,24,163DB 25,161,26,159,27,158,28,156,29,154DB 30,152,31,150,32,149,33,147,34,145DB 35,143,36,141,37,139,38,137,39,135DB 40,133,41,131,42,129,43,127,44,125DB 45,123,46,121,47,118,48,116,49,114驅(qū)動控制子程序ORG 0500H;DRVCON:MOV A,21H; 取出當前溫度值CJNE A,#30,J1; 與上限溫度值（30

20、）比較LJMP GO;J1:JNC DRV1; 若高于上限溫度，則輸出驅(qū)動信號，同時高于上限溫度指示燈點亮CJNE A,#25,J2; 與顯現(xiàn)溫度（25）比較LJMP GO;J2:JC DRV2; 弱低于下限溫度，則驅(qū)動信號停止輸出，同時點亮低于下限溫度的指示燈LJMP GO;DRV1:CLR P1.0;SETB P1.1;CLR P1.2;SETB P1.3;LJMP OVER;DRV2:SETB P1.0SETB P1.1;CLR P1.2;SETB P1.3;LJMP OVER;DRV2:SETB P1.0;SETB P1.1;SETB P1.1;SETB P1.2;CLR P1.3;L

21、JMP OVER;GO:CLR P1.1; 在下線溫度（25）至上限溫度（30）之間，則驅(qū)動信號保持前面狀態(tài)，同時溫度正常指示燈點亮SETB P1.2;SETB P1.3;OVER:RET;；十進制轉(zhuǎn)換子程序ORG 0600H;METRICCON:MOV R3,#00H; 將存于21H單元中的當前溫度轉(zhuǎn)換為BCD碼MOV R4,#00H; 百位存于32H單元，十位存于31H單元，個位存于30H單元MOV A,21H;CLR C;W1:SUBB A,#100;JC W2;INC R4;AJMP W1;W2:ADD A,#100;CLR C;W3:SUBB A,#10;JC W4;INC R3;A

22、JMP W3;W4:ADD A,#10;MOV 30H,A;MOV 31H,R3;MOV 32H,R4;RET;；數(shù)碼管顯示子程序ORG 0700H;DISP:MOV R5,#03H; 將存于32H單元、31H單元、30H單元中的溫度BCD碼查表轉(zhuǎn)換為七段碼MOV R0,#30H; 通過串行通信方式0輸出驅(qū)動3個數(shù)碼管，顯示當前溫度MOV DPTR,#TAB;LOOP:MOV A,R0;MOVC A,A+DPTR;MOV SBUF,A;WAIT:JNB T1,WAIT;CLR T1;INC R0;DJNZ R5,LOOP;RET;TAB:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7

23、DH,07H,7FH,6FH；七段碼數(shù)據(jù)表附表：1-1熱敏電阻分度表及經(jīng)ADC0809轉(zhuǎn)換后的電壓數(shù)字量溫度（）熱敏電阻阻值（千歐）轉(zhuǎn)換后的電壓數(shù)字量0161.6081941153.63081932146.08331923138.94351914132.019011905125.80251896119.76081887114.0461878108.63971869103.52431851098.68331841194.10061821289.76131811385.65111801481.75641781578.06461771674.56371751771.24251741868.09031

24、731965.09721712062.2541692159.55191682256.98291662354.53921652452.21381625501612647.89161592745.88291582843.9683156294240171523138.7405150323764181473434.19671453532.81641433631.49791413730.2381393829.03391373927.8831354026.78281334125.73081314224.7251294323.7631274422.8431

25、254521.96291234621.12111214720.31581184819.54531164918.80821145018.10281125117.42411105216.77871085316.16431045415.57881025515.01991005614.4861995713.9754975813.4866955913.018936012.568691參考文獻：1.賈好來主編.MCS-51單片機原理及應用.北京：機械工業(yè)出版社，2006.2.江太輝，石秀芳主編. MCS-51單片機原理及應用.廣東：華南理工大學出版社，2004.3.曹龍漢，劉安才主編. MCS-51單片機

26、原理及應用.重慶：重慶出版社，2004.4.勞動和社會保障部教材辦公室主編.單片機應用技術(shù)（匯編語言）.北京：中國勞動社會保障出版社，2006.5.何立民主編. MCS-51單片機應用系統(tǒng)設(shè)計.北京：北京航天航空大學出版社，1990.6.朱定華主編.單片機原理及接口技術(shù)實驗.北京：北京大學出版社，2002. 0 引 言目前市場中大多數(shù)溫度采集卡的測量范圍、測量方式及測量精度在出廠時就已經(jīng)固定。測量方式單一、測量范圍固定、傳感方式也只能適應一定的場合。因此不能很好的適用一些多測量方式及測量范圍的場合。再者它們的測量程序和查表數(shù)據(jù)庫已經(jīng)固定，對于一些有特殊要求的場合不能適用。本系統(tǒng)采用現(xiàn)場可編程門

27、陣列(FPGAEP1K30QC2O83)對數(shù)據(jù)進行處理，它的程序能夠在線修改，因此有極強的可塑性?？梢赃m時的對其程序及查表數(shù)據(jù)庫進行改進和更新，能使系統(tǒng)的性能得到升級。從而可以使系統(tǒng)滿足不同的場合需要。1 溫度采集系統(tǒng)硬件設(shè)計由于不同的傳感器有不同的輸出量，但是最終都需要轉(zhuǎn)換為010V的電壓值，從而才能滿足AD轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換要求r】。因此各個傳感器需要不同的轉(zhuǎn)換和放大電路。11 PN結(jié)測溫原理由于PN結(jié)隨溫度變化產(chǎn)生的是一個電壓信號，溫度每升高IC，PN結(jié)的正向?qū)▔航迪陆? mV。但在0CRW42O時要求輸出電壓為0 V，因此必須將PN結(jié)連接成單臂非平衡直流電橋。并且將輸出電壓放大到010 V

28、范圍送AD轉(zhuǎn)換電路。電路原理圖如圖(2)所示 ：12 PT100熱電阻測溫原理硬件電路由于PT100熱電阻隨溫度變化產(chǎn)生的是一個電阻信號，當溫度升高時電阻值增大。因此必須將熱電阻接成單臂直流電橋，將其阻值變化轉(zhuǎn)換為電壓變化信號。再將這個電壓信號放大到010 V范圍送AD轉(zhuǎn)換電路。電路圖略。 RW1，013 熱電偶測溫原理硬件電路熱電偶的輸出是一個隨溫度變化的電壓信號，它必須加上冷端補償電路才能正常工作，并且它的輸出也要轉(zhuǎn)換為010 V的范圍送AD轉(zhuǎn)換電路。電路圖如圖3所示：2 溫度采集系統(tǒng)軟件設(shè)計溫度采集系統(tǒng)軟件分為單片機程序設(shè)計和FPGA程序設(shè)計，單片機程序采用匯編語言編寫，實現(xiàn)對外圍電路的

29、控制。FPGA采用VHDL語言編寫2，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的處理及被測溫度的顯示輸出。21 單片機控制單片機用來控制多路模擬開關(guān)及FPGA，并顯示是那種方式測量。P1口接一位數(shù)碼管(表示輸出測量方式代碼，1代表PN結(jié)測量方式，2代表熱電偶測量方式，3代表熱電阻測量方式)。P2口接輸出模擬開關(guān)控制字、存儲器片選信號及FPGA程序切換控制信號l】。程序流程圖如2溫度采集系統(tǒng)軟件設(shè)計溫度采集系統(tǒng)軟件分為單片機程序沒計和FPGA程序設(shè)計，單片機程序采用匯編語言編寫，實現(xiàn)對外圍電路的控制。FPGA采用VHDL語言編寫”，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的處理及被測溫度的顯示輸出。21單片機控制譯片機用來控制多路模擬丌關(guān)及FPGA，并顯示是那種方式測量。P1口接一位數(shù)碼管(表示輸出測量方式代碼，I代表