溫度測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、德州學(xué)院微機(jī)原理課程設(shè)計(jì)目 錄摘 要1前 言21方案設(shè)計(jì)311方案一312方案二42溫度控制系統(tǒng)的總體概況421溫度控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)422系統(tǒng)硬件選擇和設(shè)計(jì)4221系統(tǒng)擴(kuò)展接口的選擇4222溫度傳感器與ad轉(zhuǎn)換器的選擇4223顯示接口芯片53系統(tǒng)主要元件功能與原理介紹531 8086微處理器及其體系結(jié)構(gòu)5311 8086微處理器的一般性能特點(diǎn)5312 8086cpu的編程結(jié)構(gòu)54系統(tǒng)工作原理及軟件設(shè)計(jì)641系統(tǒng)工作原理6411溫度測(cè)量顯示部分6412溫度控制部分642系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)643系統(tǒng)流程圖6431主程序6432 bcd碼轉(zhuǎn)換子程序9433顯示子程序9433顯示子程序9434溫度值設(shè)置子

2、程序95系統(tǒng)調(diào)試116結(jié)論11參考文獻(xiàn)12基于8086微處理器的溫度測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要溫度是與人類生活密切相關(guān)的物理量，在眾多的行業(yè)中都需要對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)控。本文介紹了一種基于8086微處理器的溫度測(cè)控系統(tǒng)，采用溫度傳感器ad590采集溫度數(shù)據(jù)，用cpu控制溫度值穩(wěn)定在預(yù)設(shè)溫度。當(dāng)溫度低于預(yù)設(shè)溫度值時(shí)系統(tǒng)啟動(dòng)電加熱器，當(dāng)這個(gè)溫度高于預(yù)設(shè)溫度值時(shí)斷開電加熱器。系統(tǒng)操作簡(jiǎn)便、自動(dòng)化程度高、擴(kuò)展方便且具有良好的人機(jī)交互的能力。該系統(tǒng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)，取得了較為滿意的控制效果?？蓱?yīng)用在一些精度要求不太高的系統(tǒng)中。為了降低整個(gè)系統(tǒng)的成本，在滿足性能的要求下，選擇低成本器件，簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：8086微處理器

3、溫度傳感器 a/d轉(zhuǎn)換器 溫度測(cè)控系統(tǒng)前 言隨著科技的不斷發(fā)展， 傳統(tǒng)的溫度監(jiān)測(cè)方法由于工作量大， 操作不方便，測(cè)量準(zhǔn)確度低，難以滿足各個(gè)領(lǐng)域的要求。目前，微處理器8086在工業(yè)控制系統(tǒng)諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,由于它具有極好的穩(wěn)定性，更快和更準(zhǔn)確的運(yùn)算精度得到了廣泛應(yīng)用。由于模擬溫度傳感器輸出為模擬信號(hào)，需要經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換后獲得數(shù)字信號(hào)傳輸給微處理器接口，使得硬件電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。而新型單總線數(shù)字式溫度傳感器將溫度測(cè)量和a/d 集合成一體，直接輸出數(shù)字量，使得硬件電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，8086微處理器具有豐富的外設(shè)且功耗很低，工作穩(wěn)定，方便調(diào)試。本文設(shè)計(jì)了一種基于8086微處理器單片機(jī)和溫度傳感

4、器ad590采集溫度數(shù)據(jù)的溫度測(cè)控系統(tǒng)，具有較強(qiáng)的推廣應(yīng)用價(jià)值。 1 方案設(shè)計(jì)11方案一設(shè)計(jì)一種溫度控制方法將溫度控制在某一設(shè)定值。在該實(shí)驗(yàn)利用pc機(jī)鍵盤輸入設(shè)定溫度值。當(dāng)系統(tǒng)采集的溫度值低于設(shè)定值時(shí)，開通加熱系統(tǒng)，反之，當(dāng)溫度高于設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉加熱系統(tǒng)。仍然利用8255的pc6口控制加熱系統(tǒng)。其流程圖如圖1-1所示：開始顯示提示信息設(shè)置溫度設(shè)置溫度大于實(shí)際溫度n停止加熱y加熱顯示溫度有鍵按下？n y返回圖 1-1分析和討論：該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了將溫度控制到一設(shè)定值，并保持穩(wěn)定，但溫度值只能設(shè)定一次。當(dāng)在控制過(guò)程中，如果有時(shí)想將溫度再調(diào)高點(diǎn)就辦不到了，為此引入了方案二。1.2方案二設(shè)計(jì)一種溫度控制方法

5、將溫度控制到某一設(shè)定值，并保持穩(wěn)定。同時(shí)還可以根據(jù)實(shí)際需要重新設(shè)置溫度并進(jìn)行重新控制調(diào)節(jié)，使溫度達(dá)到一新的設(shè)定值，并保持穩(wěn)定。這里的重新設(shè)置和控制可以進(jìn)行無(wú)限多次，當(dāng)然這個(gè)設(shè)置值得在某一最大值范圍之內(nèi)，這里把最大值設(shè)為76。當(dāng)設(shè)置溫度大于76時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)報(bào)錯(cuò)并退出系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)對(duì)以上兩方案得分析、比較，我覺得方案二比較完善些，于是我采用方案二作為本場(chǎng)次設(shè)計(jì)的總體方案。其流程圖如圖4-1所示2 溫度控制系統(tǒng)的總體概況2.1溫度控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)溫度信息由溫度傳感器測(cè)量并轉(zhuǎn)換成微安級(jí)的電流信號(hào)，經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大電路將溫度傳感器輸出的小信號(hào)進(jìn)行跟隨放大，輸入到a/d轉(zhuǎn)換器（adc0809）轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸入

6、主機(jī)。數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)標(biāo)度轉(zhuǎn)換后，一方面通過(guò)數(shù)碼管將溫度顯示出來(lái)；另一方面，將該溫度值與設(shè)定的溫度值進(jìn)行比較，調(diào)整電加熱爐的開通情況，從而控制溫度。在斷開電加熱器，溫度仍然異常，報(bào)警器發(fā)出聲音報(bào)警，提示采取相應(yīng)的調(diào)整措施。其溫度控制系統(tǒng)的原理框圖如圖1-1所示。電壓跟隨器運(yùn)算放大電路溫度傳感器ad轉(zhuǎn)換器微處理器加熱控制電路報(bào)警譯碼顯示圖 2-1 系統(tǒng)原理框圖2.2系統(tǒng)硬件選擇和設(shè)計(jì)2.2.1系統(tǒng)擴(kuò)展接口的選擇本次設(shè)計(jì)采用的是8086微處理器，選擇8255a可編程并行接口作為系統(tǒng)的擴(kuò)展接口，8255a的通用性強(qiáng)，適應(yīng)靈活，通過(guò)它c(diǎn)pu可直接與外設(shè)相連接。2.2.2溫度傳感器與ad轉(zhuǎn)換器的選擇本系統(tǒng)選用溫

7、度傳感器ad590構(gòu)成測(cè)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(cè)溫范圍為-55150，非線性誤差在0。30，其輸出電流與溫度成正比，溫度沒升高1k（k為開爾文溫度），輸出電流就增加1ua。其輸出電流i=(273+t)ua。本設(shè)計(jì)中串聯(lián)電阻的阻值選用2k，所以輸出電壓v+=(2730 + 10t)mv.另外，為滿足系統(tǒng)輸入模擬量進(jìn)行處理的功能，對(duì)其再擴(kuò)展一片adc0809，以進(jìn)行模擬數(shù)字量轉(zhuǎn)化。2.2.3顯示接口芯片為滿足本次設(shè)計(jì)溫度顯示的需要，我們選擇了8279芯片，intel8279芯片是一種通用的可編程的鍵盤、顯示接口器件，單個(gè)芯片就能完成鍵盤鍵入和led顯示控制兩種

8、功能。備注：系統(tǒng)硬件接線應(yīng)盡量以插接形式連接，這樣便于多用途使用和故障的檢查和排除。 3 系統(tǒng)主要元件功能與原理介紹3.1 8086微處理器及其體系結(jié)構(gòu)3.1.1 8086微處理器的一般性能特點(diǎn)（1） 16位的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，16位雙向數(shù)據(jù)信號(hào)線；（2）20位地址信號(hào)線，可尋址1m字節(jié)存儲(chǔ)單元；（3）較強(qiáng)的指令系統(tǒng)；（4）利用第16位的地址總線來(lái)進(jìn)行i/o端口尋址，可尋址64k個(gè)i/o端口；（5）中斷功能強(qiáng)，可處理內(nèi)部軟件中斷和外部中斷，中斷源可達(dá)256個(gè)；（6）單一的5v電源，單相時(shí)鐘5mhz。另外，intel公司同期推出的intel8088微處理器一種準(zhǔn)16位微處理器，其內(nèi)部寄存器，內(nèi)部操作等均

9、按16位處理器設(shè)計(jì)，與intel8088微處理器基本上相同，不同的是其對(duì)外的數(shù)據(jù)線只有8位，目的是為了方便地與8位i/o接口芯片相兼容。3.1.2 8086cpu的編程結(jié)構(gòu)編程結(jié)構(gòu)：是指從程序員和使用者的角度看到的結(jié)構(gòu)，亦可稱為功能結(jié)構(gòu)。從功能上來(lái)看，8086cpu可分為兩部分，即總線接口部件biu（bus interface unit）和執(zhí)行部件eu（execution unit）。8086cpu的內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)如圖31所示:圖3-1 8086cpu內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)圖4 系統(tǒng)工作原理及軟件設(shè)計(jì)41、系統(tǒng)工作原理411溫度測(cè)量顯示部分溫度通過(guò)ad590溫度傳感集成芯片，將溫度變化量轉(zhuǎn)換成電壓值變化量

10、，經(jīng)過(guò)op07一級(jí)跟隨后輸入到電壓放大電路，放大后的信號(hào)輸入到a/d轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后將該數(shù)字信號(hào)通過(guò)然間編程轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制bcd碼，并送到8279進(jìn)行溫度值的顯示。412溫度控制部分 溫度的上升或下降，通過(guò)給加熱系統(tǒng)通斷電來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)需要加熱時(shí)，8255的pc6輸出低電平，啟動(dòng)加熱系統(tǒng)。當(dāng)需要降溫時(shí)，8255的pc6輸出高電平，關(guān)閉加熱系統(tǒng)。加熱或降溫的控制信號(hào)通過(guò)8255的pa0讀取撥動(dòng)開關(guān)的狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)。42系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的目的是以8086微處理器為控制器，將溫度傳感器輸出的小信號(hào)經(jīng)過(guò)放大和低通濾波后，送至a/d轉(zhuǎn)換器；微控制器實(shí)時(shí)采集、顯示溫度值（要求以攝氏度顯示），同

11、時(shí)系統(tǒng)還應(yīng)可設(shè)定、控制溫度值，使系統(tǒng)工作在設(shè)定溫度。4.3系統(tǒng)流程圖431主程序通過(guò)開始界面，顯示提示信息，調(diào)用溫度子程序，設(shè)置溫度。通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集ad值并求其平均值。調(diào)用bcd碼轉(zhuǎn)換子程序?qū)⑵滢D(zhuǎn)換為十進(jìn)制溫度值；調(diào)用顯示子程序，如果溫度高于實(shí)際溫度，就加熱，反之撥動(dòng)開關(guān)關(guān)閉，停止加熱。在此過(guò)程中，還可以重復(fù)設(shè)置溫度值。其流程圖如圖4-1所示。n開始系統(tǒng)初始化顯示提示信息調(diào)用溫度值設(shè)置子程序?qū)嶋H溫度低于給定值pa0=1加熱8255 pc6口=1停止加熱8255 pc6口=0顯示提示信息調(diào)用溫度值設(shè)置子程序重新設(shè)置溫度并將pa0撥到0 以進(jìn)行重新調(diào)節(jié)有鍵按下返回采集ad值并求其平均值調(diào)用bc

12、d碼轉(zhuǎn)換子程序?qū)⑵滢D(zhuǎn)換為十進(jìn)制溫度值調(diào)用顯示子程序yynnn圖 4-1432 bcd碼轉(zhuǎn)換子程序設(shè)定溫度為0攝氏度時(shí)變換放大電路送出的模擬量為0.0v，此時(shí)a/d輸出的數(shù)字量為00h；溫度為76.5時(shí)變換器送出對(duì)應(yīng)電壓4.98v，此時(shí)a/d輸出的數(shù)字量為ffh，即每0.3對(duì)應(yīng)1lsb的變化量，對(duì)應(yīng)電壓值為19.5mv。報(bào)警溫度設(shè)定為76.8，此時(shí)，輸出電壓約為5.0v左右。其流程圖如圖5-2所示。通過(guò)移位得到組合bcd碼bcd碼轉(zhuǎn)換子程序?qū)⒉杉玫降钠骄党艘?.3 轉(zhuǎn)換為溫度值返回對(duì)其進(jìn)行非壓縮bcd碼乘法調(diào)整圖 4-2433顯示子程序采用動(dòng)態(tài)顯示方式，其流程圖如圖5-3所示。444溫度值設(shè)

13、置子程序問(wèn)了避免加熱溫度過(guò)高，在程序設(shè)計(jì)中加了一條，即設(shè)定值不能大于76.8，否則就認(rèn)為有錯(cuò)系統(tǒng)報(bào)警。其流程圖如圖5-4所示。得到溫度值十位上的數(shù)值取出（bl）中的溫度值延時(shí)顯示溫度值個(gè)位上的數(shù)值通過(guò)查表指令得到對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管的斷碼先將十進(jìn)制溫度值（al）送到(bl)得到溫度值各位上的數(shù)通過(guò)查表指令得到對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管的斷碼溫度值設(shè)置子程序鍵入溫度值十位上的數(shù)值將它存于di鍵入溫度值個(gè)位上的數(shù)值將它存于di+1將十位上的數(shù)值左移四位并與個(gè)位上的數(shù)值既得溫度值設(shè)置溫度大于76將溫度值存于di+1返回聲音報(bào)警并顯示錯(cuò)誤信息返回顯示溫度值十位上的數(shù)值延時(shí)返回顯示子程序ny圖 5-4圖 4-35 系統(tǒng)調(diào)試通

14、過(guò)前一部分的介紹說(shuō)明，我們對(duì)系統(tǒng)的工作情況有了大體的了解。為了進(jìn)一步了解系統(tǒng)的工作過(guò)程，這里介紹一下系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程及調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的一些具體的問(wèn)題。我們的實(shí)驗(yàn)調(diào)試軟件運(yùn)行于doc環(huán)境下，其步驟如下：一、根據(jù)硬件圖和原理圖連接好線路。二、在pc機(jī)上敲入程序，并對(duì)其進(jìn)行的查錯(cuò)，編譯，連接，最后生成可執(zhí)行文件。三、接上電源，敲入可執(zhí)行文件的文件名，系統(tǒng)就開始了工作過(guò)程。1）這是doc屏幕上會(huì)出現(xiàn)的一些提示信息，如enter any key to begin!* let pa0=0 to adjust the temperature value!* let pa0=1 to input a new te

15、mperature value!*這里后兩條只作注釋用。2）然后敲任意一個(gè)鍵，系統(tǒng)就開始進(jìn)行溫度測(cè)量和顯示，屏幕上就會(huì)顯示 input the temperature：在這一條信息之后敲入一溫度值。注意這里敲入的溫度值不能大于76攝氏度，否則屏幕將會(huì)顯示input value error !并返回 doc。（以后重新設(shè)定溫度時(shí)也是如此）3）在正常情況下，敲入設(shè)定溫度后系統(tǒng)就開始進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，當(dāng)實(shí)際溫度小魚設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)就開始進(jìn)行加熱，如果不加改變，它就會(huì)加熱一直穩(wěn)定到設(shè)定的溫度值；如果這是想重新設(shè)置一溫度，只要把8255的pa0讀取撥動(dòng)開關(guān)撥到1，屏幕上就會(huì)顯示：input a new tem

16、perature:這里又得注意一下，在敲入一個(gè)新的設(shè)定溫度之前，得先把pa0讀取撥動(dòng)開關(guān)撥到0，否則，在敲完設(shè)定溫度之后，屏幕上又會(huì)顯示同樣一條信息。因?yàn)樗歉鶕?jù)pa0是0還是1來(lái)決定是去重新輸入設(shè)定溫度還是去調(diào)節(jié)溫度。如果不先把pa0撥為0，它就是一直讓你輸入?yún)s不進(jìn)行調(diào)節(jié)。另外，這里溫度值的設(shè)定的次數(shù)沒有限制。6 結(jié)論本設(shè)計(jì)采用的單片機(jī)是作為現(xiàn)代工業(yè)中最常用的集成芯片。具有體積小、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)、對(duì)環(huán)境要求不高、價(jià)格低廉、可靠性高、靈活性好、易于推廣應(yīng)用等顯著優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)軟件邏輯控制實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制和調(diào)節(jié)。本文的溫度控制系統(tǒng)，只是單片機(jī)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中的一例。本設(shè)計(jì)中應(yīng)用了許多單片機(jī)芯片和單片機(jī)常用的外部設(shè)，單片機(jī)芯片如：adc0809，8255等。單片機(jī)外部設(shè)備如：溫度檢測(cè)元件ad590，鍵盤和顯示系統(tǒng)中的led顯示器等。該系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)如下：一、本系統(tǒng)本著簡(jiǎn)單可靠的原則完成了設(shè)計(jì)要求，盡量