單片機原理與應用課程設計溫度測控系統(tǒng)設計

1、 單片機原理與應用課程設計設計題目： 溫度測控系統(tǒng)設計 設計時間： 2011-2012第一學期 專業(yè)班級： 電自化2008級3班 姓名學號： 指導老師： 2011 年 12 月 25 日 目 錄目 錄1第一章 設計要求及目的2第二章 系統(tǒng)總體方案選擇與說明3第三章 系統(tǒng)方框圖與工作原理4第四章 器件說明64.1 單片機89c51說明64.2 adc0809說明64.3 adc0809 應用說明74.4 led顯示器84.5 8255可編程器件擴展并行接口9第五章 軟件設計與說明175.1 程序設計17總 結(jié)25參考文獻25第一章 設計要求及目的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用于將模擬信號轉(zhuǎn)換為計算機可以識別的數(shù)

2、字信號.該系統(tǒng)目的是便于對某些物理量進行監(jiān)視.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的好壞取決于他的精度和速度.設計時,應在保證精度的情況下盡可能的提高速度以滿足實時采樣、實時處理、實時控制的要求.在科學研究中應用該系統(tǒng)可以獲得大量動態(tài);是研究瞬間物理過程的重要手段;亦是獲取科學奧秘的重要手段之一.這次設計用到的集成芯片主要有8051單片機、adc0808等.adc0800主要作用是對八路模擬信號進行選擇采集,并將其轉(zhuǎn)化為八位數(shù)字信號,再送至主控制器(8051單片機);軟件部分即為控制單片機的工作進程,程序由匯編語言完成并在proteuce開發(fā)軟件中進行的調(diào)試與仿真.設計要求：溫度檢測范圍0 64；選擇合適的方式對采集

3、的值應進行數(shù)字濾波；數(shù)碼管顯示，同時顯示通道號；具有超限報警功能；可通過鍵盤設置上、下限值。第二章 系統(tǒng)總體方案選擇與說明為了充分利用學校的有效資源，我們僅僅對本課題做一個簡單的設計，八路模擬信號數(shù)值測量顯示電路由a/d轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理及顯示控制等組成。a/d轉(zhuǎn)換由集成電路0808完成，0808具有8路模擬輸入端口，地址線（23-25腳）可決定對哪一路模擬輸入作a/d轉(zhuǎn)換，22腳為地址鎖存控制，當輸入為高電平時，對地址信號進行鎖存。6腳為測試控制，當輸入一個2s寬高電平脈沖時，就開始a/d轉(zhuǎn)換。7腳為a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束標志，當a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束時，7腳輸出高電平。9腳為a/d轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出允許控制，當oe

4、腳為高電平時，a/d轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)從端口輸出。單片機的p0、p3端口作四位led數(shù)碼管顯示控制，p1端口作a/d轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)讀入用，p2端口用作0809的a/d轉(zhuǎn)換控制第三章 系統(tǒng)方框圖與工作原理根據(jù)設計要求的性能指標，本系統(tǒng)不僅要滿足一定精度的溫度采集的基本功能，而且由于測量的路數(shù)為8路，還存在多路信號的循環(huán)顯示問題，還要考慮溫度超限報警輸出的功能，同時系統(tǒng)還具有顯示當前各路的測量溫度值的功能和鍵盤選擇顯示路數(shù)的功能。根據(jù)本課題的設計目標以及硬件的特點,本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖如下圖1所示:核心控制板stc89c514位數(shù)碼管報警指示燈（高、低溫）4個鍵盤蜂鳴器報警adc0808模數(shù)轉(zhuǎn)換器溫感元件 圖1 系

5、統(tǒng)方框圖硬件圖第四章 器件說明4.1 單片機89c51說明80c51是intel公司mcs-51系列單片機中最基本的產(chǎn)品，它采用intel公司可靠的chmos工藝技術制造的高性能8位單片機，屬于標準的mcs-51的hcmos產(chǎn)品。它結(jié)合了hmos的高速和高密度技術及chmos的低功耗特征，它繼承和擴展了mcs-48單片機的體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)。80c51內(nèi)置中央處理單元、128字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器ram、32個雙向輸入/輸出(i/o)口、2個16位定時/計數(shù)器和5個兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)時鐘振蕩電路。此外，80c51還可工作于低功耗模式，可通過兩種軟件選擇空閑和掉電模式。在空閑模

6、式下凍結(jié)cpu而ram定時器、串行口和中斷系統(tǒng)維持其功能。掉電模式下，保存ram數(shù)據(jù)，時鐘振蕩停止，同時停止芯片內(nèi)其它功能。8051是典型的單片機，由cpu系統(tǒng)，外圍功能單元和一體化的i/o端口3部分組成。cpu系統(tǒng)：包括cpu，時鐘系統(tǒng)和總線控制邏輯3部分。cpu包含運算器和控制器，專門為面向控制對象，嵌入式特點而設計，有突出控制功能的指令系統(tǒng)。時鐘系統(tǒng)：包含振蕩器，外接諧振元件，可關閉振蕩器或cpu時鐘?？偩€控制邏輯：主要用于管理外部并行總線時序及系統(tǒng)的復位控制,外部引腳有ret、ale、ea和psen。外圍功能單元包括rom程序存儲器,ram數(shù)據(jù)存儲器,i/o端口和sfr特殊功能寄存器4

7、部分。80c51基本功能單元包括定時/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)和串行接口3個基本功能單元。4.2 adc0809說明adc0808 由一個8 路模擬開關、一個地址鎖存與譯碼器、一個a/d 轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關可選通8 個模擬通道，允許8 路模擬量分時輸入，共用a/d 轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存a/d 轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當oe 端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。adc0808 各腳功能如下：d7-d0：8 位數(shù)字量輸出引腳。in0-in7：8 位模擬量輸入引腳。vcc：+5v 工作電壓。gnd：地。ref（+）：參考電壓正端。ref（-）：參考電壓負端。s

8、tart：a/d 轉(zhuǎn)換啟動信號輸入端。ale：地址鎖存允許信號輸入端。（以上兩種信號用于啟動a/d 轉(zhuǎn)換）.eoc：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出引腳，開始轉(zhuǎn)換時為低電平，當轉(zhuǎn)換結(jié)束時為高電平。oe：輸出允許控制端，用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。clk：時鐘信號輸入端（一般為500khz）。adc0808的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)：圖10 adc0808的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)4.3 adc0809 應用說明（1） adc0809 內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與at89s51 單片機直接相連。（2） 初始化時，使st 和oe 信號全為低電平。（3） 送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到a，b，c 端口上。（4） 在st 端給出一個至少有100n

9、s 寬的正脈沖信號。（5） 是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)eoc 信號來判斷。（6） 當eoc 變?yōu)楦唠娖綍r，這時給oe 為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機了。軟件設計完成后，可根據(jù)prtel99se中的電路原理圖進行引腳鎖定，然后啟動編譯程序來編譯項目。編譯器將進行錯誤檢查、網(wǎng)表提取、邏輯綜合和器件適配，然后進行行為仿真、功能仿真和時序仿真。4.4 led顯示器本led顯示器可自動輪流顯示8路輸入模擬電壓的數(shù)字值，最小分辨精度為0.02v，最大顯示數(shù)值為255（輸入為5v時），模擬輸入最大值為5v。表2 led數(shù)碼顯示器的字形（段）碼顯示字形字形碼（共陽極）字形碼（共陰極）0c0h3fh1f9h06

10、h2a4h5bh3b0h4fh499h66h592h6dh682h7dh7f8h07h880h7fh990h6fha88h77hb83h7chcc6h39hda1h5ehe86h79hf8eh71h熄滅ffh00h4.5 8255可編程器件擴展并行接口系統(tǒng)軟8255: 有三個八位的并行口：pa、pb、pc。有三種工作方式：方式0，方式1，方式2。可以與8031直接接口 1.邏輯結(jié)構(gòu)圖: 包含四個部分： 三個并行數(shù)據(jù)輸入輸出端口 兩個工作方式控制電路 一個讀寫邏輯控制電路 八位總線緩沖器1 三個并行數(shù)據(jù)輸入輸出端口：a口；b口；c口一般，a口，b口作為數(shù)據(jù)輸入輸出端口，c口作為控制/狀態(tài)信息口，

11、可以分為兩個部分，分別與a口和b口配合使用，作為控制信息輸出或狀態(tài)信息輸入。工作方式控制電路工作方式控制電路有兩個：a組控制和b組控制電路，a組控制用來控制a口和c口的上半部分pc7pc4；b組控制用來控制b口和c口的下半部分pc3pc0；兩組控制電路具有一個控制命令寄存器，用來接收來自cpu的數(shù)據(jù)（控制字），以決定芯片的工作方式，或?qū)口按位進行清“0”或者置“1”。總線緩沖器 三態(tài)雙向八位緩沖器，作為微處理器數(shù)據(jù)總線與8255之間的接口，用來傳送命令、數(shù)據(jù)及狀態(tài)信息。2 讀寫邏輯控制電路讀寫邏輯控制電路接受cpu來的控制信號：讀、寫、地址及復位信息，根據(jù)控制信號的要求，將數(shù)據(jù)讀出，送往cp

12、u，或者將cpu來的信息寫入端口。2. 引腳說明：片選信號，低電平有效，表示芯片被選中；：讀操作，低電平有效，控制數(shù)據(jù)讀出；：寫操作，低電平有效，控制數(shù)據(jù)寫入；reset：復位信號，高電平有效，各端口被置成輸入;d7d0：雙向三態(tài)數(shù)據(jù)線；pa7pa0：a口輸入輸出線；pb7pb0：b口輸入輸出線；pc7pc0：c口輸入輸出線；3工作方式選擇工作方式控制字8255有三種工作方式：方式0，方式1，方式2。其中方式2只對a口。8255的工作方式是由工作方式控制字決定，工作方式控制字是由cpu寫入。8255方式控制字定義如下：d7 d6 d5 d4 d3 d2 d1 d0 b組： 端口c（下半部） 1

13、：輸入，0：輸出 端口b 1：輸入，0：輸出 方式選擇0：方式0，1方式1 a組 c口上半部 1：輸入，0：輸出 端口a 1：輸入，0：輸出 方式選擇 00： 方式0， 01： 方式1 1：方式2d7=1：命令控制字有效。當d7=0，通過控制口對c口進行位操作。c口具有位操作功能，通過工作方式控制字可以將pc7pc0 中任意一位置1或清0d7 d6 d5 d4 d3 d2 d1 d0d7=0 對c口操作，d6 d5 d4 無效，d3 d2 d1：位選擇0 0 0 pc00 0 1 pc10 1 0 pc20 1 1 pc31 0 0 pc41 0 1 pc51 1 0 pc61 1 1 pc7

14、d0=0：清0 ；0=1：置11 工作方式0：基本輸入輸出方式三個端口都可以設置成輸入或輸出方式：具有兩個八位端口：a口和b口具有兩個四位端口：pc0pc3，pc4pc7任一端口都可設置為輸入或輸出數(shù)據(jù)輸出帶鎖存，輸入時不鎖存此時，8255可以工作在無條件傳送；也可以查詢式傳送，c口作為聯(lián)絡信號2 工作方式1：選通式輸入/輸出方式有固定的選通信號，選通信號與數(shù)據(jù)一齊傳送，由選通信號表示數(shù)據(jù)傳送的狀態(tài)：三個端口分為兩組：a組和b組每組包括一個八位數(shù)據(jù)端口和一個四位的控制狀態(tài)端口每個八位數(shù)據(jù)端口均可設置為輸入或輸出，輸入輸出均帶鎖存四位端口作為八位端口的控制/狀態(tài)聯(lián)絡信號方式1輸入： stb：設備

15、的選通信號輸入線，低電平有效，的下降沿將端口數(shù)據(jù)線上信息打入端口鎖存器； ibf：端口鎖存器滿標志輸出線，ibf和設備相連。ibf為高電平表示設備已將數(shù)據(jù)打入端口鎖存器、但cpu尚未讀取。當cpu讀取端口數(shù)據(jù)后ibf變成低電平，表示端口鎖存器空。inte：8255a端口內(nèi)部的中斷允許觸發(fā)器。只有當inte為高電平時才允許端口中斷請求。intea，inteb分別由pc口的第四、第二位置位復位控制：inte a 由pc4復位/置位控制inte b 由pc2復位/置位控制 intr：中斷請求信號線，高電平有效。方式1輸入方式下時序如圖：ibfintrrdinput方式1輸出： 當任何一個端口按方式1

16、輸出時，各控制信號如下：輸出緩沖器滿信號，低電平有效， 是8255輸出給外設的聯(lián)絡信號，表示cpu已經(jīng)將數(shù)據(jù)送入了指定 的端口中，外設可以將數(shù)據(jù)取走。 由信號的上升沿置0，由的下降沿置1；：外設響應信號，低電平有效，表示cpu輸出給8255的數(shù)據(jù)已被外設取走。intr：中斷請求信號，高電平有效；表示數(shù)據(jù)已被外設取走，請求cpu繼續(xù)輸入數(shù)據(jù)，中斷條件：、inte均為高電平，intr由的下降沿復位。inte：8255片內(nèi)中斷允許觸發(fā)器，高電平有效；inte a 由pc6復位/置位控制inte b 由pc2復位/置位控制方式1輸出方式下時序如圖：wrobfackintroutput3 工作方式2僅對

17、a口 a口定義為八位雙向總線端口，既可發(fā)送數(shù)據(jù)，又可接收數(shù)據(jù)，輸入輸出均鎖存c口定義為五位控制信號端口，作為a口的控制狀態(tài)信號既可工作于查詢方式，也可工作于中斷方式。各控制信號功能如下：intr：中斷請求信號，高電平有效，用于向cpu發(fā)出中斷申請；：輸出緩沖器滿，低電平有效，8255輸出給外設的聯(lián)絡信號， 表示輸出時，cpu已將數(shù)據(jù)送進了a口。：外設響應信號，低電平有效，用來啟動a口向外輸出數(shù)據(jù)。inte1：輸出中斷允許觸發(fā)器，由pc6的復位/置位控制。：選通輸入信號，低電平有效。 外設送來的信號，用來將數(shù)據(jù)送入輸入鎖存器；ibf：輸入緩沖器滿，高電平有效，表示數(shù)據(jù)已送入輸入鎖存器inte2：

18、輸入中斷允許觸發(fā)器，由pc4的復位/置位控制。d7 d6d5d4 d3 d2 d1 d0 pc3 intr 1 1 i/0 i/o i/o pa7-0 8 pc2-0： pc7 端口b 1 輸入 pc6 方式2 1 輸入 0 輸出 inte1 a口雙向方式 0 輸出 pc4 b組方式 pc5 ibf 0：方式0 pc2-0 i/01：方式1 inte2 方式2下8255控制字 方式2下聯(lián)絡信號b口可以工作在方式0或方式1，可以作為輸入，也可以作為輸出，c口的低3位用于b口 方式0 方式1輸出 方式1輸入pc0 i/o intr intrpc1 i/o obfb ibfbpc2 i/o inte

19、b inteb第五章 軟件設計與說明系統(tǒng)軟件主要功能是對整個計算機系統(tǒng)進行調(diào)度、管理、監(jiān)視及服務等。它能夠使系統(tǒng)的各種資源得到合理的調(diào)度和高效的使用，并能監(jiān)視系統(tǒng)的運行狀態(tài)，一旦出現(xiàn)故障就能自動保護現(xiàn)場信息使之不受破壞，并診斷出故障部位。它還可以幫助用戶調(diào)試程序、查找程序中的錯誤等。5.1 程序設計主程序主要功能是控制調(diào)用子程序，實現(xiàn)溫度的實時顯示、讀出并處理adc0809的數(shù)據(jù)測量值（溫度測量每0.1s進行一次）。#include#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define ad0809 xbyte0

20、x8000 /*根據(jù)外圍電路與單片機的連線計算ad0809數(shù)據(jù)端口地址*/#define s273 xbyte0x8200 /*地址計算方式同上*/sbit led1=p11;sbit led2=p12;uchar x,num,chuzhi1,chuzhi2,key,cishu,m,n,j,k;uchar code shu16=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e;#define pa xbyte0xffff#define pc xbyte0xfffe#define wei

21、 xbyte0xfffd#define duan xbyte0xfffcvoid delay(unsigned int m ) /*延時子程序*/ unsigned int n; for(m;m0;m-) for(n=0;n0;i-) for(j=110;j0;j-); void display1() /*實時顯示顯示子程序*/ duan=shunum/10%10;wei=0x02;delay(1);duan=shunum%100%10;wei=0x01;delay(1);void display(uchar m,uchar n,uchar j,uchar k) /*輸入顯示顯示子程序*/ w

22、ei=0x80; duan=datm%10;delay(1); wei=0x40; duan=datn%10;delay(1); wei=0x10; duan=datj%10;delay(1); wei=0x08; duan=datk%10; delay(1);uchar testkey() /*鍵盤檢測子程序*/ wei=0; return(pc)&0x0f);uchar keyscan() /*鍵盤掃描子程序*/ uchar pos,i,k; i=8; pos=0x80; do wei=pos; pos=1; k=pc&0xf; while(-i!=0)&(k=0); if(k!=0) i*=4; if(k&2) i+=1; else if(k&4) i+=2; else if(k&8) i+=3; wei=0; while(testkey(); return(i); else return(0xff); void main() /*主程序*/