單片機(jī)的多路溫度采集控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案()

1、基于51單片機(jī)的多路溫度采集控 制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā) 展，溫度測(cè)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(gè) 越來越重要的角色，它對(duì)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(jì)與研究有十分重要 的意義。 本次設(shè)計(jì)的目的在于學(xué)習(xí)基于 51單片機(jī)的多路溫度采集控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì)的基本流程。本設(shè)計(jì)采用單片 機(jī)作為數(shù)據(jù)處理與控制單元，為了 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，單片機(jī)控制數(shù)字溫 度傳感器，把溫度信號(hào)通過單總線 從數(shù)字溫度傳感器傳遞到單片機(jī) 上。單片機(jī)數(shù)據(jù)處理之后，發(fā)出控 制信息改變報(bào)警和控制執(zhí)行模塊的 狀態(tài)，同時(shí)將當(dāng)前溫度信息發(fā)送到 LED進(jìn)行顯示。本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多路 溫度信號(hào)

2、采集與顯示，可以使用按 鍵來設(shè)置溫度限定值，通過進(jìn)行溫 度數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理，發(fā)出控制信號(hào) 達(dá)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(qiáng)大， 能夠滿足設(shè)計(jì)要求。通過對(duì)電路的 設(shè)計(jì)，對(duì)芯片的外圍擴(kuò)展，來達(dá)到 對(duì)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(dòng)電路 正文 ： 1、溫度控制器電路設(shè)計(jì) 本電路由 89C51 單片機(jī)溫度傳感 器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC080、9 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(cè)量環(huán)境溫度，將其電壓 值送入ADC0809的INO通道進(jìn)行模 數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換所

3、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(cè)量的溫度值經(jīng)單片 機(jī)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(gè)顯示段，用數(shù)字形式顯示 出當(dāng)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(dòng)控制信號(hào)由 p1.0 輸出， 4 個(gè) LED 為狀態(tài)指示，其中， LED1 為輸出驅(qū) 動(dòng) 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(dāng)溫度高于上

4、限溫度值時(shí)，有 p1.0 輸出驅(qū)動(dòng)信 號(hào)，驅(qū)動(dòng)外設(shè)電路工作，同時(shí) LED1 亮、LED2滅、LED3亮、LED4滅。夕卜 設(shè)電路工作后，溫度下降，當(dāng)溫度 降到正常溫度后，LED1亮、LED2 亮、LED3滅、LED4滅。溫度繼續(xù)下 降 ， 當(dāng)溫 度 降 到 下限 溫 度 值時(shí) ， p1.0 信號(hào)停止輸出，外設(shè)電路停止 工作，同時(shí)LED1滅、LED2滅、LED3 滅、 LED4 亮。當(dāng)外設(shè)電路停止工作 后，溫度開始上升，接著進(jìn)行下一 工作周期。 2、溫度控制器程序設(shè)計(jì) 本軟件系統(tǒng)有 1 個(gè)主程序， 6 個(gè) 子程序組成。 6 個(gè)子程序?yàn)槎〞r(shí) / 計(jì) 數(shù)器 0 中斷服務(wù)程序、溫度采集及 模數(shù)轉(zhuǎn)換子程

5、序ADCO、溫度計(jì)算子 程 序 CALCU、 驅(qū) 動(dòng) 控 制 子 程 序 DRVCON、 十 進(jìn) 制 轉(zhuǎn) 換 子 程 序 METRICCOI及數(shù)碼管顯示子程序 DISP。 （1）主程序 主程序進(jìn)行系統(tǒng)初始化操作， 主要是進(jìn)行定時(shí) / 計(jì)數(shù)器的初始化。 （2）定時(shí)/ 計(jì)數(shù)器 0 中斷服務(wù)程序 應(yīng)用定時(shí)計(jì)數(shù)器 0 中斷的目的是 進(jìn)行定時(shí)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(shí)際 環(huán)境溫度變化率進(jìn)行采樣時(shí)間調(diào) 整。每當(dāng)定時(shí)時(shí)間到，調(diào)用溫度采 集機(jī)模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序 ADCON ，得到 一個(gè)溫度樣本，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字 量，傳送給 89C51 單片機(jī)，然后在 調(diào)用溫度計(jì)算子程序 CALCU ，驅(qū)

6、動(dòng) 控制子程序 DRVCON ，十進(jìn)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(jìn)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(jì)算子程序 CALCU 根據(jù)熱敏電阻的分度值和電路 參數(shù)計(jì)算出出一張溫度表，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 C的溫度數(shù) 據(jù)。一個(gè)溫度有兩個(gè)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(duì)應(yīng)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

7、較的方法計(jì)算出當(dāng)前的溫度值，并 將其存入片內(nèi) RAM 的 21H 單元。采 用查表法計(jì)算溫度值時(shí)為了克服熱 敏電阻的阻值溫度特性曲線的 非線性，提高測(cè)量精度。 （5） 驅(qū)動(dòng)控制子程序 DRVCON 該子程序調(diào)節(jié)溫度，當(dāng)溫度高 于上限溫度時(shí) 本程序設(shè)為30C）, P1.0 輸出驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)外設(shè) 工作降溫；當(dāng)溫度下降到下限溫度 時(shí)本程序設(shè)為25C）, P1.0停止輸 出，溫度上升，周而復(fù)始；工作狀 態(tài)有 LED1-LED4 指示。 （6）十 進(jìn) 制 轉(zhuǎn) 換 子 程 序 METRICCON 將存放于內(nèi)部 RAM21H 單元的 當(dāng)前溫度值得二進(jìn)制數(shù)形式轉(zhuǎn)換為 十進(jìn)制數(shù) BCD 碼）形式，以便輸出

8、 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(gè)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(jìn)制形式顯示出當(dāng)前溫度值。 根據(jù)以上分析畫出的部分程序設(shè)計(jì) 流程圖如圖1-0至圖1-4所示。 圖 1-0 部分程序設(shè)計(jì)流 程圖的設(shè)計(jì)框架 程圖 服務(wù)程序流程圖 圖 1-3 溫度采樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換 子程序流程圖 圖1-4溫度計(jì)算子 程序流程圖

9、3、具體內(nèi)容 1）溫度控制器電器原理圖設(shè)計(jì) 按以上分析及相關(guān)知識(shí)設(shè)計(jì)出 的溫度控制器電路原理圖如圖 1-5 所 示。 R1 LED1 制 200 輸出控制 -R6 二二 綠 LED2 紅 LED3 T 2C R4黃 LED4 20= R5 c1 I0uF P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 IC1 RST AT89C51 15 14 31 29 T1 T0 P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 P2.0 P2.1 P2.2 P2.3 3814 -3715- 36 35 18 34 19 33 20 32 21 21 2

10、5 22 24 23 23 39 17 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 IC2 A B ADC0809 C VR(+) VR(-) 12 16 丄ffk 10 11 EA/Vp P PSEN RXD TXD P2.4 P2.5 P2.6 P2.7 RD WR INT0 INT1 ALE TD卜 一 6MHz C0pF- 3C3F IC5 路原理圖 25 26 27 28 17 IC3B 16 6 12 13 30 IC3A74LS02 9 I 1 3 5 74LS02 4 22 6 10 OE ALE SC EOC CLK IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6

11、 IN7 26 27 28 1 2 3 4 5 ABK 寸 1 1 74LS164 IC6 74LS164 IC7 IC8 圖1-5溫度控制電 2）溫度數(shù)據(jù)表 在圖1-5所示的電路中，熱敏電阻的 R8 100k 圖1-6熱敏電 阻的連接 本設(shè)計(jì)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(jì)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 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

12、： =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 C時(shí)的 阻值為 62.254 千歐，則根據(jù)上述方 法計(jì)算出的電壓數(shù)字量為 169，注意 在計(jì)算中 R7 用實(shí)測(cè)值 19.6千歐代入 進(jìn)入計(jì)算。 在實(shí)際做該電路時(shí)，可根據(jù)自 己所選擇的熱敏電阻的分度表計(jì)相 關(guān)電路參數(shù)，按上述方法計(jì)算出 ADC0809 轉(zhuǎn)換后的各溫度對(duì)應(yīng)的電 壓數(shù)字量。 程序中的溫度數(shù)據(jù)表構(gòu)成： 1 個(gè)溫度數(shù)據(jù)占 2 個(gè)字節(jié)，前一字為溫 度值，后一個(gè)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 C時(shí)，熱敏電阻對(duì)應(yīng)的 電壓數(shù)字量為 169，則 20，169

13、 組成 一個(gè)溫度為20 C的溫度數(shù)據(jù)。按這 樣方法組成的 0-49C的溫度數(shù)據(jù)表 如下： DATATAB ：DB 0， 194， 1 ， 1 93 ， 2 ，1 92， 3， 191， 4，1 90 DB 5，189， 6， 188， 7 ， 187， 8， 186，9， 85 DB 0，184， 11， 182， 12， 181， 13， 180，14， 178 DB 15， 177， 16， 175， 17， 174， 18， 173，19， 171 DB 20 ，1 69 ， 21 ， 168， 22， 166，23， 165， 24， 163 DB 25 ，1 61 ， 26 ， 15

14、9， 27， 158 ， 28 ， 156， 29， 154 DB 30 ，1 52 ， 31 ， 150， 32， 149， 33， 147， 34， 145 DB 35 ，1 43 ， 36 ， 141， 37， 139， 38， 147， 39， 135 DB 40， 133， 41， 131， 42， 129， 43， 127， 44， 125 DB 45， 123， 46， 121， 47， 118， 48， 116， 49， 114 在溫度采樣機(jī)模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序 中，采樣得到的當(dāng)前溫度下熱敏電 阻上的數(shù)字電壓存于 20H 單元，在 溫度計(jì)算子程序中通過查表的方法 從表中的第一個(gè)溫度

15、0 C）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(dāng)前溫度下熱 敏電阻上的的數(shù)字電壓比較，如小 于當(dāng)前溫度的數(shù)字電壓，則在取出 下一溫度的數(shù)字電壓與當(dāng)前溫度的 數(shù)字電壓比較；直到大于或等于當(dāng) 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(dāng)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(jì)算方法，避免了溫度特性曲 線的非線性對(duì)溫度計(jì)算精確性的影 響，計(jì)算出的溫度非常精確。 3）溫度控制程序設(shè)計(jì) 在本設(shè)計(jì)中，晶體振蕩器頻率 為 6MHz ，T0 定時(shí)時(shí)間為 100ms， T0 工作于方式 1，則

16、 T0 的初值為： X=最大計(jì)數(shù)值M 定時(shí)時(shí)間t/及其 周 期 Tm )=216- 100ms/2us=15536=3CB0H 按以上任務(wù)分析設(shè)計(jì)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)到 T0 中斷服務(wù)程 序； 主程序 ORG 0100H。 MAIN:MOV R1,#10 。 T0 100 馬上定 時(shí)溢出計(jì)數(shù)寄存器 R1 賦初值 10 MOV P1,#0FFH 。 所有指示燈滅 MOV SP,#60H。 堆 棧 指 針 賦 初 值 60H MOV TMOD,#01H。 TO 定時(shí)、方式 1 、軟啟動(dòng) MO

17、V TL0,#0B0H 。 T0 賦初值 MOV TH0,#3CH 。 MOV IE,#82H 。開放 T0 中斷 SETB TRO。啟動(dòng) TO SJMP $。 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0 中斷服務(wù)程序 ORG O2OOH。 TOINT:DJNZ R1,NEXT 。 TO 溢出 1O 次，即 1s 進(jìn)一次采樣處理 LCALL ADCON 。調(diào)用溫度采樣及模 - 26 - / 42 數(shù)轉(zhuǎn)換子程序 LCALL CALCU 。調(diào)用溫度計(jì)算子程 序 LCALL DRVCON 。 調(diào)用驅(qū)動(dòng)控制子 程序 LCALL METRICCON 。 調(diào)用十進(jìn)制 轉(zhuǎn)換子程序 LCALL DISP。 調(diào)用數(shù)碼管顯示子 程序 M

18、OV R1,#10。 R1 重賦值 10 NEXT: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 0 MOV A,#00H 。 MOVX DPTR,A 。 啟動(dòng) 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) MOV 20H,A 。 將從 ADC0809 中讀 取的當(dāng)前溫度下熱敏電阻上的電壓 值存于 20H 單元 RET ； 溫度計(jì)算子程序

19、 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 DPTR NEXT1:MOV A,R2 。 索引值送 A MOVC A,A+DPTR 。 查表取出某 一溫度的數(shù)字電壓值 CJNE A,20H,K1 。 與當(dāng)前溫度的數(shù) 字電壓值比較 DEC R2。 等于當(dāng)前溫度的數(shù)字電壓 值，則查表取出該溫度值作為當(dāng)前 溫度值 MOV A,R2 。 MOVC A,A+DPTR 。 LJMP K3 。 K1:JNC K2 。 大于當(dāng)前溫度的數(shù)字 電壓值，則繼續(xù)取出下一溫度的數(shù) 字電壓進(jìn)行比較 DEC R2

20、。 小于當(dāng)前溫度的數(shù)字電壓 值，則查表取出前一個(gè)溫度值作為 當(dāng)前溫度值 DEC R2 DEC R2 MOV A,R2 。 MOVC A,A+DPTR 。 LJMP K3 。 K2:INC R2 。 INC R2 。 LJMP NEXT1 。 K3:MOV 21H,A 。 將當(dāng)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 5,189,6,188,7,187,8,186,9,185 DB 10,184,11,182,12,181,13,180,14,178 DB 15,177,16,175,17

21、,174,18,173,19,171 DB 20,169,21,168,22,166,23,165,24,163 DB 25,161,26,159,27,158,28,156,29,154 DB 30,152,31,150,32,149,33,147,34,145 DB 35,143,36,141,37,139,38,137,39,135 DB 40,133,41,131,42,129,43,127,44,125 DB 45,123,46,121,47,118,48,116,49,114 驅(qū)動(dòng)控制子程序 ORG 0500H。 DRVCON:MOV A,21H 。 取出當(dāng)前溫 度值 CJNE A

22、,#30,J1 。 與 上 限 溫 度 值 30 C）比較 LJMP GO。 J1:JNC DRV1。 若高于上限溫度，則 輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，同時(shí)高于上限溫度 指示燈點(diǎn)亮 與顯現(xiàn)溫度 CJNE A,#25,J2 。 25 C）比較 LJMP GO。 J2:JC DRV2 。弱低于下限溫度，則 驅(qū)動(dòng)信號(hào)停止輸出，同時(shí)點(diǎn)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 P1.0 SETB P1.1。 CLR P1.2。 SETB P1.3。 LJMP OVER 。 DRV

23、2:SETB P1.0。 SETB P1.1。 SETB P1.1。 SETB P1.2。 CLR P1.3。 LJMP OVER 。 GO:CLR P1.1。在下線溫度 25C) 至上限溫度30 C)之間，則驅(qū)動(dòng)信 號(hào)保持前面狀態(tài)，同時(shí)溫度正常指 示燈點(diǎn)亮 SETB P1.2。 SETB P1.3。 OVER:RET。 ；十進(jìn)制轉(zhuǎn)換子程序 ORG 0600H。 METRICCON:MOV R3,#00H。 將存 于 21H 單元中的當(dāng)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(gè)位存于 30H 單元 MOV A,21H 。 CLR

24、 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 。 AJMP 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(dòng) 3 個(gè)數(shù)碼管，顯示當(dāng)前溫度 MOV D

25、PTR,#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,7DH,07 H,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 轉(zhuǎn)換后的電壓 C) 值 千歐） 數(shù)字量 0 161.608 194 1 153.6308 193 2 146.0833 192 3 138.9435 191 4 132.01901 190 5 125.8025 189 6 119.7608 188 7 114.046 187 8 108.6397 186 9 103.5243 185 10 98.6833 184 11 94.1006 182 12 89.7613 181 13 85.6511 180 14 81.7564 178 15 78.0646 177 16 74.5637 175 17 71.2425 174 18 68.0903 173 19 65.0972 171 20 62.254 169 21 59.5519 168 22 56.9