基于8086微處理器的溫度測控系統(tǒng)設(shè)計

1、微型計算機原理及應(yīng)用課程設(shè)計報告書 題 目： 溫度測控系統(tǒng)設(shè)計 班 級： 電子信息工程1103班 姓 名: 學(xué) 號： 電 話： 小組成員：譚振輝，周振邦，陳永鋒 完成時間： 2012年12月30日 目錄題目.11溫度控制系統(tǒng)的原理.12系統(tǒng)器件選擇.22.1系統(tǒng)器件選擇.22.2溫度傳感器與AD轉(zhuǎn)換器的選擇.22.3顯示接口芯片.22.4 8086微處理器及其體系結(jié)構(gòu).3 2.4.1 8086CPU的編程結(jié)構(gòu).3 2.4.2執(zhí)行部件(EU).3 2.4.3總線接口部件(BIU).43系統(tǒng)各部分功能模塊介紹.43.1溫度測量和控制部分.43.2 ADC0809與8255的連接.5 3.3 808

2、6的可編程外設(shè)接口.6 3.4 數(shù)據(jù)顯示部分.6 3.5系統(tǒng)硬件原理圖.74 軟件設(shè)計.75 系統(tǒng)流程圖.85.1 主程序.85.2 BCD碼轉(zhuǎn)換子程序.95.3 顯示子程序.95.4 溫度值設(shè)置子程序.106 結(jié)論.117 參考文獻.11溫度測控系統(tǒng)設(shè)計1溫度控制系統(tǒng)的原理 溫度測控系統(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。當溫度低于預(yù)設(shè)溫度值時系統(tǒng)啟動電加熱器，當這個溫度高于預(yù)設(shè)溫度值時斷開電加熱器。溫度信息由溫度傳感器測量并轉(zhuǎn)換成微安級的電流信號，經(jīng)過運算放大電路將溫度傳感器輸出的小信號進行跟隨放大，輸入到A/D轉(zhuǎn)換器（ADC0809）轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸入

3、主機。數(shù)據(jù)經(jīng)過標度轉(zhuǎn)換后，一方面通過數(shù)碼管將溫度顯示出來；另一方面，將該溫度值與設(shè)定的溫度值進行比較，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，報警器發(fā)出聲音報警，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警譯碼顯示圖 1-1 系統(tǒng)原理框圖2系統(tǒng)器件選擇2.1 系統(tǒng)擴展接口的選擇 本次設(shè)計采用的是8086微處理器，選擇8255A可編程并行接口作為系統(tǒng)的擴展接口，8255A的通用性強，適應(yīng)靈活，通過它CPU可直接與外設(shè)相連接。2.2溫度傳感器與AD轉(zhuǎn)換器的選擇本系統(tǒng)選用溫度傳感器AD5

4、90構(gòu)成測溫系統(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，溫度每升高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)計中串聯(lián)電阻的阻值選用2K，所以輸出電壓V+=(2730 + 10T)MV. 2.3 顯示接口芯片我們選擇了8279芯片，INTEL8279芯片是一種通用的可編程的鍵盤、顯示接口器件，單個芯片就能完成鍵盤鍵入和LED顯示控制兩種功能。2.4 8086微處理器及其體系結(jié)構(gòu)2.4.1 8086CPU的編程結(jié)構(gòu)從功能上來看，8086CPU可分為兩部分，即總線接口部件BI

5、U（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21所示:圖2-1 8086/8088CPU內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)圖2.4.2執(zhí)行部件（EU）功能：負責指令的執(zhí)行。組成：包括ALU(算術(shù)邏輯單元)、通用寄存器組和標志寄存器等，主要進行8位及16位的各種運算。2.4.3總線接口部件（BIU）功能：負責與存儲器及I/O接口之間的數(shù)據(jù)傳送操作。具體來看，完成取指令送指令隊列，配合執(zhí)行部件的動作，從內(nèi)存單元或I/O端口取操作數(shù)，或者將操作結(jié)果送內(nèi)存單元或者I/O端口。組成：它由段寄存器（DS、CS、ES、SS）、16位指令指針寄存器IP（

6、指向下一條要取出的指令代碼）、20位地址加法器（用來產(chǎn)生20位地址）和6字節(jié)（8088為4字節(jié)）指令隊列緩沖器組成。3 系統(tǒng)各部分功能模塊介紹3.1溫度測量和控制部分3.1.1溫度測量部分AD590是AD公司生產(chǎn)的一種精度和線度較好的雙端集成傳感器，其輸出電流與絕對溫度有關(guān)，對于電源電壓從5-10V變化只引起1uA最大電流的變化或1攝氏度等效誤差。圖4-1給出了用于獲得正比于絕對溫度的輸出電流的基本溫度敏感電路。AD590輸出的電流I=（273+T）uA(T為攝氏溫度)。因此測量的電壓V為（273+T）uA10K=（2.73+T/100）V，為了將電壓測量出來，又務(wù)必使電流I不分流出來。使用電

7、壓跟隨器使其輸出電壓V2等于V 。由于一般電源供應(yīng)多器件之后，電源是帶雜波的，因此使用穩(wěn)壓二極管作為穩(wěn)壓元件，再利用可變電阻分壓，其輸出電壓V1需調(diào)至2.73V。差動放大器其輸出V0 為（100K/10K）(V2-V1)=T/10，如果現(xiàn)在為攝氏28，輸出電壓為2.8V。輸出電壓接AD轉(zhuǎn)換器，那么AD轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)字量就和攝氏溫度成線性比例的關(guān)系。圖 3-1輸出電流的基本溫度敏感電路3.1.2 溫度控制部分當PC6為高電平時，三極管導(dǎo)通，繼電器吸合，向加熱系統(tǒng)輸出12V電壓加熱；反之，輸入低電平，三極管截止，繼電器斷開，停止加熱。在圖3-2中，二極管的作用是吸收繼電器端開時產(chǎn)生的浪涌電壓。圖 3

8、-2溫度控制圖3.2 ADC0809與8255的連接模擬輸入通道地址A,B,C直接接地，因此ADC0809只對通道IN0輸入的電壓進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。為了減少輸入噪聲其他通道直接接地。ADC0809的數(shù)據(jù)線D0-D7與8255的PB0-PB7相連接。其片選CS與8086的地址/數(shù)據(jù)總線AD14相連接。圖 3-3 ADC0809與8255的連接圖3.3 8086的可編程外設(shè)接口電路8255的數(shù)據(jù)口D0-D7與CPU的6根控制線相連接，控制8255A內(nèi)部的各種操作。控制線RESET用來使8255A復(fù)位。CS和地址線A1及A0用于芯片選擇和通道尋址。圖 3-48086的可編程外設(shè)接口電路圖3.4 數(shù)據(jù)顯示

9、部分圖 3-4數(shù)據(jù)顯示圖3.5 系統(tǒng)硬件原理圖圖 3-5系統(tǒng)硬件原理圖4 軟件設(shè)計設(shè)計的目的是以8086微處理器為控制器，將溫度傳感器輸出的小信號經(jīng)過放大和低通濾波后，送至A/D轉(zhuǎn)換器；微控制器實時采集、顯示溫度值（要求以攝氏度顯示），同時系統(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 5系統(tǒng)流程圖5.1 主程序通過開始界面，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)換為十進制溫度值；調(diào)用顯示子程序，如果溫度低于實際溫度，就加熱，反之撥動開關(guān)關(guān)閉，停止加熱。在此過程中，還可以重復(fù)設(shè)置溫度值。其流程圖如圖5-1所示。N開始系統(tǒng)初始

10、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BCD碼轉(zhuǎn)換子程序?qū)⑵滢D(zhuǎn)換為十進制溫度值調(diào)用顯示子程序YYNNN圖 5-1系統(tǒng)流程圖 5.2 BCD碼轉(zhuǎn)換子程序設(shè)定溫度為0攝氏度時變換放大電路送出的模擬量為0.0V，此時A/D輸出的數(shù)字量為00H；溫度為76.5時變換器送出對應(yīng)電壓4.98V，此時A/D輸出的數(shù)字量為FFH，即每0.3對應(yīng)1LSB的變化量，對應(yīng)電壓值為19.5mV。報警溫度設(shè)定為76.8，此時，輸

11、出電壓約為5.0V左右。其流程圖如圖5-2所示。通過移位得到組合BCD碼BCD碼轉(zhuǎn)換子程序?qū)⒉杉玫降钠骄党艘?.3 轉(zhuǎn)換為溫度值返回對其進行非壓縮BCD碼乘法調(diào)整圖 5-2 BCD碼轉(zhuǎn)換子程序流程圖5.3 顯示子程序采用動態(tài)顯示方式，其流程圖如圖5-3所示。5.4 溫度值設(shè)置子程序問了避免加熱溫度過高，在程序設(shè)計中加了一條，即設(shè)定值不能大于76，否則就認為有錯系統(tǒng)報警。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）中的溫度值延時顯示溫度值個位上的數(shù)值通過查表指令得到對應(yīng)的數(shù)碼管的斷碼先將十進制溫度值（AL）送到(BL)得到溫度值各位上的數(shù)通過查表指令得到對應(yīng)的數(shù)碼管的斷碼溫度值

12、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返回聲音報警并顯示錯誤信息返回顯示溫度值十位上的數(shù)值延時返回顯示子程序NY圖 4-4圖 5-4溫度值設(shè)置子程序流程圖6 結(jié)論從開始設(shè)計到設(shè)計完成，要做的事情很多。收拾資料，定好題目，討論方案原理，畫出圖形，編程，用什么硬件軟件等等。而且還要經(jīng)過反復(fù)的調(diào)試驗證，通過軟件邏輯控制實現(xiàn)對溫度的控制和調(diào)節(jié)；這是一步工作量相當大的工作，需要和團隊合作配合好才能搞好。這需要一個良好的基礎(chǔ)知識、課外知識和比較強的動手能力。溫度控制系統(tǒng)，只是單片機廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中的一例。本設(shè)計中應(yīng)用了許多單片機芯片和單片機常用的外部設(shè)，單片機芯片如：ADC0809，8255等。單片機外部設(shè)備如：溫度檢測元件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)點如下：一、本系統(tǒng)本著簡單可靠的原則完成了設(shè)計要求，盡量做到線路簡單，充分利用軟件編程，安裝比較靈活而且價格較低。二、在系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計中，都加有安全設(shè)計部分，避免加熱過高造成設(shè)備的損壞。同時，該系統(tǒng)在測量過程中會帶來系統(tǒng)