單片機(jī)課程設(shè)計(jì)_基于89C51的溫度報(bào)警器設(shè)計(jì)

1、 單片機(jī)系統(tǒng)課 程 設(shè) 計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表設(shè)計(jì)課題 ： 基于89C51的溫度報(bào)警器設(shè)計(jì) 學(xué)院名稱 ： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí) ： 學(xué)生姓名 ： 學(xué) 號(hào) ： 指導(dǎo)教師 ： 設(shè)計(jì)地點(diǎn) ： 設(shè)計(jì)時(shí)間 ： 指導(dǎo)教師意見：成績(jī): 簽名： 年 月 日 單片機(jī)系統(tǒng)課 程 設(shè) 計(jì)課程設(shè)計(jì)名稱： 基于89C51的溫度報(bào)警器設(shè)計(jì) 專 業(yè) 班 級(jí) ： 學(xué) 生 姓 名 ： 學(xué) 號(hào) ： 指 導(dǎo) 教 師 ： 課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 課程設(shè)計(jì)時(shí)間： 單片機(jī)系統(tǒng) 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)學(xué)號(hào)題 目課題性質(zhì)工程設(shè)計(jì)課題來(lái)源選題指導(dǎo)教師主要內(nèi)容（參數(shù)）利用89C51設(shè)計(jì)溫度報(bào)警器實(shí)現(xiàn)以下功能：1. 實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫度的測(cè)量和顯示；2. 溫度

2、超過(guò)設(shè)定值時(shí)，蜂鳴器報(bào)警；3. 報(bào)警同時(shí)系統(tǒng)發(fā)出中斷命令停止工作；任務(wù)要求（進(jìn)度）第1-2天：熟悉課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求，查閱技術(shù)資料，確定設(shè)計(jì)方案。第3-4天：按照確定的方案設(shè)計(jì)單元電路。要求畫出單元電路圖，元件及元件參數(shù)選擇要有依據(jù)，各單元電路的設(shè)計(jì)要有詳細(xì)論述。第5-8天：軟件設(shè)計(jì)，編寫程序，要求內(nèi)容完整、圖表清晰。第9-10天：撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。要求文理流暢、格式規(guī)范、方案合理、設(shè)計(jì)正確。主要參考資料1 張迎新單片微型計(jì)算機(jī)原理、應(yīng)用及接口技術(shù)（第2版）M北京：國(guó)防工業(yè)出版社，20042偉福LAB6000系列單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)使用說(shuō)明書3 閻石數(shù)字電路技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）北京：高等教育出版社

3、，2006審查意見系（教研室）主任簽字： 年 月 日 目 錄1 引言42 總體方案設(shè)計(jì)42.1總體方案42.2 方案論證42.3 硬件組成63 硬件電路設(shè)計(jì)73.1 時(shí)鐘電路73.2 復(fù)位電路73.3 A/D轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)8 3. 4放大電路設(shè)計(jì). 93.5 顯示電路設(shè)計(jì).103.6 報(bào)警電路114 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)124.1 主程序設(shè)計(jì)124.2 顯示子程序的設(shè)計(jì)134.3 AD轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)145 總結(jié).15 附錄A 總原理圖16 附錄B 部分源程序171 引言 隨著時(shí)代的進(jìn)步和發(fā)展，溫度的測(cè)試已經(jīng)影響到我們的生活、工作、科研、各個(gè)領(lǐng)域，已經(jīng)成為了一種非常重要的事情，因此設(shè)計(jì)一個(gè)溫度測(cè)試的系統(tǒng)勢(shì)在必行。在

4、人類的生活環(huán)境中，溫度扮演著極其重要的角色。無(wú)論你生活在哪里，從事什么工作，無(wú)時(shí)無(wú)刻不在與溫度打著交道。進(jìn)入了21世紀(jì)后溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測(cè)溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。 本設(shè)計(jì)以PT100熱電阻為溫度檢測(cè)元件，設(shè)計(jì)了一個(gè)對(duì)單點(diǎn)溫度實(shí)時(shí)檢測(cè)并在溫度超過(guò)一定值時(shí)進(jìn)行報(bào)警的的單片機(jī)溫度檢測(cè)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)以下功能：1實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫度的測(cè)量和顯示；2能通過(guò)按鍵設(shè)置報(bào)警溫度；3溫度超過(guò)設(shè)置值時(shí)產(chǎn)生光聲報(bào)警；4. 報(bào)警同時(shí)系統(tǒng)發(fā)出中斷命令停止工作。2 總體方案設(shè)計(jì)2.1 總體方案 本方案以AT89C51單片機(jī)系統(tǒng)為核心，對(duì)單點(diǎn)的

5、溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量檢測(cè)，并采用熱電阻PT100作為溫度傳感器,AD620作為信號(hào)放大器、ADC0809作為A/D轉(zhuǎn)換部件，對(duì)于溫度信號(hào)的采集具有大范圍、高精度的特點(diǎn)。在功能、性能、可操作性等方面都有較大的提升，具有更高的性價(jià)比。2.2 方案論證 2.2.1單片機(jī)選型本方案使用的是AT89C51單片機(jī)，AT89系列的單片機(jī)對(duì)于一般用戶來(lái)說(shuō)，有下列明顯的優(yōu)點(diǎn)：AT89C51單片機(jī)在一塊芯片上集成了CPU、RAM、ROM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和多種功能的I/O口設(shè)備等，相當(dāng)于一臺(tái)計(jì)算機(jī)所需要的基本功能部件。內(nèi)部含有Flash存儲(chǔ)器，在系統(tǒng)開發(fā)過(guò)程中很容易修改程序，可以大大縮短了系統(tǒng)的開發(fā)時(shí)間。AT89系列并

6、不對(duì)80C31的簡(jiǎn)單繼承，功能進(jìn)一步增強(qiáng)。在我國(guó)這種單片機(jī)受到廣泛青睞，很多以前使用80C51、80C52的用戶都轉(zhuǎn)而使用AT89系列。對(duì)于有豐富編程經(jīng)驗(yàn)的用戶而言，不需要仿真器，可以直接將程序載入芯片，放在目標(biāo)板上加電直接運(yùn)行，觀察運(yùn)行結(jié)果，出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)再進(jìn)行修改，然后重新寫程序，再進(jìn)行試驗(yàn)，直至成功。 AT89系列包括兩大類，第一類是常規(guī)的，就是AT89C系列，這類單片機(jī)要用常規(guī)的并行方法編程，必需使用編程器編程；第二類是在系統(tǒng)可編程ISP Flash系列，也就是AT89S系列，這類單片機(jī)除了用常規(guī)的并行方法變成外，還2.2.2 溫度傳感器選擇 傳感器是測(cè)控系統(tǒng)前向通道的關(guān)鍵部件，它也稱換能

7、器和變換器，一般是指非電物理量與電量的轉(zhuǎn)換，即傳感器是將被測(cè)的非電量（如壓力、溫度等）轉(zhuǎn)換成與之對(duì)應(yīng)的電量或電參量（如電流、電壓、電阻等）輸出的一種裝置。采集溫度是有一下幾種方案： 方案一：采用溫度傳感器AD590。它具有較高的精度，相比于熱敏電阻精度有所提高，但非線性誤差為±0.3，且檢測(cè)溫度范圍為：-55+155。 方案二：采用Pt100。它的國(guó)際測(cè)溫標(biāo)準(zhǔn)為：-40+450，可選環(huán)境溫度為：-4070，精度為：±0.1，且安裝尺寸小，可直接安裝在印刷電路板上，可焊SIP封裝。 采用熱電阻電路測(cè)溫。熱電阻是利用導(dǎo)體的電阻率隨溫度變化這一物理現(xiàn)象來(lái)測(cè)量溫度的。鉑易于提純，物

8、理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，電阻率較大，能耐較高的溫度，因此用PT100作為實(shí)現(xiàn)溫標(biāo)的基準(zhǔn)器。 pt100是鉑熱電阻，簡(jiǎn)稱為：PT100鉑電阻，它的阻值會(huì)隨著溫度的變化而改變。PT后的100即表示它在0時(shí)阻值為100歐姆，在100時(shí)它的阻值約為138.5歐姆。它的工業(yè)原理：當(dāng)PT100在0攝氏度的時(shí)候他的阻值為100歐姆，它的的阻值會(huì)隨著溫度上升它的阻值是成勻速增漲的。 方案三：采用熱電偶溫差電路測(cè)溫，溫度檢測(cè)部分可以使用低溫?zé)崤?，熱電偶由兩個(gè)焊接在一起的異金屬導(dǎo)線所組成，熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)由兩種金屬的接觸電勢(shì)和單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)組成。通過(guò)將參考結(jié)點(diǎn)保持在已知溫度并測(cè)量該電壓，便可推斷出檢測(cè)結(jié)點(diǎn)的溫度。數(shù)

9、據(jù)采集部分則使用帶有A/D 通道的單片機(jī)，在將隨被測(cè)溫度變化的電壓或電流采集過(guò)來(lái)，進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測(cè)溫度顯示出來(lái)。熱電偶的優(yōu)點(diǎn)是工作溫度范圍非常寬，且體積小，但是它們也存在著輸出電壓小、容易遭受來(lái)自導(dǎo)線環(huán)路的噪聲影響以及漂移較高的缺點(diǎn)，并且這種設(shè)計(jì)需要用到A/D 轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩。 基于對(duì)以上三種方案的分析以及實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備，選擇方案二的PT100作為溫度傳感器。2.2.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換器選型 模擬量輸入到計(jì)算機(jī)，首先要經(jīng)過(guò)模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，簡(jiǎn)稱A/D轉(zhuǎn)換，計(jì)算機(jī)才能接收。實(shí)現(xiàn)模/數(shù)轉(zhuǎn)換的設(shè)備稱A/D轉(zhuǎn)換器或ADC。A/D轉(zhuǎn)換器

10、的種類有很多,而A/D轉(zhuǎn)換的好與壞直接關(guān)系到真?zhèn)€系統(tǒng)的精確度。由于本系統(tǒng)測(cè)量的是溫度信號(hào)，響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，滯后大，不要求快速轉(zhuǎn)換，因此選用8位串行A/D轉(zhuǎn)換ADC0809能達(dá)到設(shè)計(jì)的基本要求。為進(jìn)一步提高精度，可以直接采用12位A/D轉(zhuǎn)換器，也可以采用過(guò)采樣和求均值技術(shù)來(lái)提高測(cè)量分辨率。2.3 硬件組成按照溫度報(bào)警器設(shè)置的組成以及所需完成的功能，本設(shè)計(jì)需要以下硬件： 1 熱敏電阻PT100:完成對(duì)溫度的采集，將溫度的變化轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)； 2 放大器AD620:將熱敏電阻所轉(zhuǎn)化的電壓信號(hào)進(jìn)行放大，并送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809中； 3 聲光報(bào)警系統(tǒng): 當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定值時(shí)用于報(bào)警的系統(tǒng) 4 控制器:作

11、為控制系統(tǒng)的核心，可采用工控機(jī)、PLC、DCS或微控制器，本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)。 溫度報(bào)警器系統(tǒng)框圖見圖2.1所示。 圖2.1 溫度報(bào)警器系統(tǒng)框圖可以在系統(tǒng)下用下載線進(jìn)行編程，省去價(jià)格昂貴的編程器，而且可以在目標(biāo)板上直接修改程序。 3 硬件電路設(shè)計(jì) 3.1 時(shí)鐘電路 給一塊內(nèi)部含有程序存儲(chǔ)器的單片機(jī)配上時(shí)鐘電路和復(fù)位電路就可以構(gòu)成單片機(jī)的最小應(yīng)用系統(tǒng)。 89C51系列單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器，但要形成時(shí)鐘，外部還需附加電路，89C51的時(shí)鐘產(chǎn)生方法有兩種，內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式，本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，內(nèi)部時(shí)鐘電路圖如圖3.1所示。 圖3.1 內(nèi)部時(shí)鐘電路圖3.2 復(fù)位

12、電路 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，單片機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，都需要先復(fù)位，它的作用是使CPU和系統(tǒng)中其它部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。例如復(fù)位后，PC初始化為0，于是單片機(jī)自動(dòng)從0單元開始執(zhí)行程序。因而復(fù)位是一個(gè)很重要的操作方式。 本設(shè)計(jì)采用按鍵脈沖復(fù)位，其原理圖如圖3.2所示。 圖3.2 按鍵脈沖復(fù)位原理圖3.3 A/D轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì) 3.3.1 8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809 ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以及微處理器兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。它是目前應(yīng)用最廣泛的8位通用的A/D轉(zhuǎn)換的芯片。 3.3

13、.2 ADC0809應(yīng)用注意事項(xiàng)： ADC0809內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可與AT89S52單片機(jī)直接相連。 初始化時(shí)，使ST和OE信號(hào)為低電平。 送要轉(zhuǎn)換的那一通道的地址到A,B,C端口上。 在ST端給出一個(gè)至少100ms寬的正脈沖信號(hào)。 是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)EOC信號(hào)來(lái)判斷。 當(dāng)EOC變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，這時(shí)給OE為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)了。 3.3.3模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊電路 ADC0809接線圖，即A/D轉(zhuǎn)換電路如圖3.3所示。 圖3.3 A/D轉(zhuǎn)換電路3.4 放大電路設(shè)計(jì)測(cè)溫原理：采用 R1、R2、VR2、Pt100 構(gòu)成測(cè)量電橋（其中 R29R28），溫度變化時(shí)，當(dāng)Pt100 的電阻值和

14、 R27 的電阻值不相等，電橋輸出一個(gè) mV 級(jí)的壓差信號(hào)，這個(gè)壓差信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)放 AD620 放大后輸出期望大小的電壓信號(hào)，該信號(hào)可直接連 A/D 轉(zhuǎn)換芯片。從而把熱電阻的阻值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。AD620為三運(yùn)放集成的儀表放大器結(jié)構(gòu),AD620的兩個(gè)內(nèi)部增益電阻為24. 7 k , 因而增益方程式為: G =49.4 k/R G + 1 (1)對(duì)于所需的增益, 則外部控制電阻值為:R G =49.4/（G - 1）k (2)電路原理如圖3.4所示：圖3.4 AD620原理圖 橋式電路測(cè)溫整體電路如圖3.5所示：圖3.5 放大電路3.5 顯示電路設(shè)計(jì)在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，如果需要顯示的內(nèi)容只有數(shù)碼和某

15、些字母，使用LED數(shù)碼管是一種較好的選擇。LED數(shù)碼管顯示清晰、成本低廉、配置靈活，與單片機(jī)接口簡(jiǎn)單易行。圖3-7（a）是4位共陽(yáng)數(shù)碼管的管腳圖。LED數(shù)碼管的使用與發(fā)光二極管相同，根據(jù)其材料不同正向壓降一般為1.52V,額定電流為10mA,最大電流為40mA。靜態(tài)顯示時(shí)取10mA為宜，動(dòng)態(tài)掃描顯示可加大，加大脈沖電流，但一般不超過(guò)40mA。 本設(shè)計(jì)選用4位共陰數(shù)碼管。由于數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)電流較大，所以在設(shè)計(jì)時(shí)加上了三極管3904作為驅(qū)動(dòng)電路，數(shù)碼管和單片機(jī)的接口如圖3.6所示。 圖3.6 顯示電路3.6報(bào)警電路由一個(gè)蜂鳴器和三極管組成，當(dāng)高溫超過(guò)設(shè)定值，蜂鳴器將會(huì)發(fā)出報(bào)警。 放大電路與單片機(jī)P3

16、.4口相連，當(dāng)采集到的溫度值超過(guò)所設(shè)置的范圍時(shí)，單片機(jī)會(huì)輸出一信號(hào)，通過(guò)三極管放大后驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。如圖3.7所示。圖3.7 蜂鳴器報(bào)警電路4 軟件設(shè)計(jì) 4.1 主程序設(shè)計(jì)4.1.1 程序說(shuō)明主程序是系統(tǒng)上電或復(fù)位后首先要執(zhí)行的程序，主程序主要完成系統(tǒng)的初始化、掃描顯示等工作。這是一個(gè)綜合硬件設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)。利用顯示電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警的系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)將模擬溫度信號(hào)，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并經(jīng)過(guò)計(jì)算處理后通過(guò)LED靜態(tài)顯示電路以十進(jìn)制形式顯示出來(lái)，設(shè)置溫度上限為100，該系統(tǒng)可以對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)過(guò)程的監(jiān)控。當(dāng)實(shí)際溫度高于設(shè)定的溫度上限時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。4.1.2 流程圖

17、 主程序流程圖如圖4.1所示。 圖4.1 主程序流程圖4.2 顯示子程序設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用4位LED共陰極數(shù)碼靜態(tài)顯示，顯示溫度范圍從0到99，字段碼放在LEDLAB中，采用查表方式，偏移量加首址查得對(duì)應(yīng)的字形代碼。當(dāng)定時(shí)器T0定時(shí)時(shí)間到，采樣電路進(jìn)行采樣，采樣結(jié)果經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路處理后，送入A/D轉(zhuǎn)換，經(jīng)標(biāo)度變換后顯示。 顯示子程序流程圖如圖4.2所示 圖4.2 顯示子程序流程圖4.3 A/D轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)4.3.1 標(biāo)度變換說(shuō)明: 本設(shè)計(jì)是模擬溫度的顯示，溫度經(jīng)過(guò)熱敏電阻轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，經(jīng)放大器AD620放大后進(jìn)入單片機(jī)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后輸出到動(dòng)態(tài)顯示部分，顯示其溫度值。 4.3.2 A/D

18、轉(zhuǎn)換流程圖如圖4-3所示。 圖4.3 A/D轉(zhuǎn)換流程圖 5 總結(jié) 經(jīng)過(guò)這段時(shí)間的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，終于完成該課程的設(shè)計(jì)，在本次設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我發(fā)現(xiàn)很多的問(wèn)題，通過(guò)這次設(shè)計(jì)真的讓我長(zhǎng)進(jìn)了很多，單但我覺的寫好一個(gè)程序并不是一件簡(jiǎn)單的事，因?yàn)樵O(shè)計(jì)時(shí)間有限，加之缺少對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)整體把握的經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致本設(shè)計(jì)在功能上還不十分完善。從這次的課程設(shè)計(jì)中，我真真正正的意識(shí)到，在以后的學(xué)習(xí)中，要理論聯(lián)系實(shí)際，把我們所學(xué)的理論知識(shí)用到實(shí)際當(dāng)中，學(xué)習(xí)單機(jī)片機(jī)更是如此，我想我會(huì)在今后的學(xué)習(xí)生活中更加努力的去學(xué)習(xí)單片機(jī)的知識(shí)，不斷加強(qiáng)自己的理論知識(shí)，努力完成更多的設(shè)計(jì)與創(chuàng)作。附錄A 總原理圖附錄B 部分源程序LED_0 EQU

19、 30LED_1 EQU 31HLED_2 EQU 32HADC EQU 35HTCNTA EQU 36HTCNTB EQU37HH_TEMP EQU 64H ; /溫度上限FLAG BIT 00HH_ALM BITP3.0L_ALM BIT P3.1SOUND BITP3.7CLOCK BITP2.4ST BIT P2.5EOC BIT P2.6OE BIT P2.7 ORG 00H SJMP START ORG 0BH LJMP INT_T0 ORG 1BH LJMP INT_T1START : MOV LED_0, #00H MOV LED_1, #00H MOV LED_2, #00H

20、 MOV DPTR, #TABLE MOV H_TEMP, #60 MOV L_TEMP, #30 MOV TMOD, #12H MOV TH0, #245 MOV TL0, #0 MOV TH1, # (65536-1000)/256 MOV TL1, # (65536-1000) %256 MOV IE, #8aH CLR C SETB TR0 ;為ADC0809提供時(shí)鐘 WAIT:SETBH_ALM SETB L_ALM CLR ST SETB STCLR ST ;啟動(dòng)轉(zhuǎn)換 JNB EOC, $ SETB OE MOV ADC, P1 ;讀取AD轉(zhuǎn)換結(jié)果 CLR OE MOV A, ADCMOV A, H_TEMPMOV R0, ADCSUBB A, R0 ;判斷是否高于上限JC HALMCLR TR1LJMP PTOC HALM: ;高溫報(bào)警 CLR H_ALM SETB TR1 SETB FLAG LJMP PTOCPTOC: MOV A, ADC ;數(shù)值轉(zhuǎn)換 MOV B, #100 DIV ABMOV LED_2, AMOV A, B MOV B,#10 DIV AB MOV LED_1,A MOV LED_0,B LCALLDISP SJMP WAITINT_T0: CPLCLOCK ;提供89C51時(shí)鐘 RETIINT_T1: MO