基于89C51的溫度報警器設置課程設計

1、 學科競賽單片機系統課 程 設 計成績評定表設計課題 ： 基于89C51的溫度報警器設置 學院名稱 ： 電氣工程學院 專業(yè)班級 ： 學生姓名 ： 學 號 ： 指導教師 ： 設計地點 ： 31-630 設計時間 ： 2012-12-172012-12-23 指導教師意見：成績: 簽名： 年 月 日 單片機系統課 程 設 計課程設計名稱： 基于89C51的溫度報警器設計 專 業(yè) 班 級 ： 學 生 姓 名 ： 學 號 ： 指 導 教 師 ： 課程設計地點： 31-630 課程設計時間： 2012-12-172012-12-23 單片機系統 課程設計任務書學生姓名專業(yè)班級學號題 目基于89C51的溫

2、度報警器設計課題性質工程設計課題來源自擬指導教師主要內容（參數）利用89C51設計溫度報警器實現以下功能：1. 實現對環(huán)境溫度的測量和顯示；2. 溫度超過設定值時，蜂鳴器報警；3. 報警同時系統發(fā)出中斷命令停止工作；任務要求（進度）第1-2天：熟悉課程設計任務及要求，查閱技術資料，確定設計方案。第3-4天：按照確定的方案設計單元電路。要求畫出單元電路圖，元件及元件參數選擇要有依據，各單元電路的設計要有詳細論述。第5-6天：軟件設計，編寫程序。第7-8天：實驗室調試。第9-10天：撰寫課程設計報告。要求內容完整、圖表清晰、文理流暢、格式規(guī)范、方案合理、設計正確，篇幅不少于6000字。主要參考資料

3、1 張迎新單片微型計算機原理、應用及接口技術（第2版）M北京：國防工業(yè)出版社，20042偉福LAB6000系列單片機仿真實驗系統使用說明書3 閻石數字電路技術基礎（第五版）北京：高等教育出版社，2006審查意見系（教研室）主任簽字： 年 月 日 目 錄1 引言42 總體方案設計42.1硬件組成42.2 方案論證52.3 總體方案73 硬件電路設計73.1 時鐘電路73.2 復位電路83.3 A/D轉換設計8 3. 4放大電路設計.93.5 顯示電路設計103.6 報警電路114 系統軟件設計124.1 主程序設計124.2 AD轉換設計134.3 顯示子程序的設計145 調試155.1 硬件調

4、試155.2 軟件調試156 總結.16參考文獻17附錄A 系統原理圖18附錄B 源程序清單191 引言隨著時代的進步和發(fā)展，單片機技術已經普及到我們生活，工作，科研，各個領域，已經成為一種比較成熟的技術,本文將介紹一種基于單片機控制的溫度報警器設置，當溫度不在設置范圍內時，可以進行聲光報警。 在人類的生活環(huán)境中，溫度扮演著極其重要的角色。無論你生活在哪里，從事什么工作，無時無刻不在與溫度打著交道。自18世紀工業(yè)革命以來，工業(yè)發(fā)展對是否能掌握溫度有著絕對的聯系。在冶金、鋼鐵、石化、水泥、玻璃、醫(yī)藥等行業(yè)都要考慮溫度的因素。溫度對于工業(yè)如此重要，由此推進了溫度傳感器的發(fā)展。 進入了21世紀后溫度

5、傳感器正朝著高精度、多功能、總線標準化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網絡傳感器、研制單片測溫系統等高科技的方向迅速發(fā)展。 本設計以PT100熱電阻為溫度檢測元件，設計了一個對單點溫度實時檢測并在溫度超過一定值時進行報警的的單片機溫度檢測系統，可以實現以下功能：1實現對環(huán)境溫度的測量和顯示；2能通過按鍵設置報警溫度；3溫度超過設置值時產生光聲報警； 4. 報警同時系統發(fā)出中斷命令停止工作。2 總體方案設計 2.1 硬件組成按照溫度報警器設置的組成以及所需完成的功能，本設計需要以下硬件： 1 熱敏電阻PT100:完成對溫度的采集，將溫度的變化轉換成電壓信號； 2 放大器AD620:將熱敏電阻

6、所轉化的電壓信號進行放大，并送到模數轉換器ADC0809中； 3 聲光報警系統: 當溫度超過設定值時用于報警的系統 4 控制器:作為控制系統的核心，可采用工控機、PLC、DCS或微控制器，本設計采用單片機。 溫度報警器系統框圖見圖2.1所示。 圖2.1 溫度報警器系統框圖2.2 方案論證 2.2.1單片機選型本方案使用的是AT89C51單片機，AT89系列的單片機對于一般用戶來說，有下列明顯的優(yōu)點：AT89C51單片機在一塊芯片上集成了CPU、RAM、ROM、定時器/計數器和多種功能的I/O口設備等，相當于一臺計算機所需要的基本功能部件。內部含有Flash存儲器，在系統開發(fā)過程中很容易修改程序

7、，可以大大縮短了系統的開發(fā)時間。AT89系列并不對80C31的簡單繼承，功能進一步增強。在我國這種單片機受到廣泛青睞，很多以前使用80C51、80C52的用戶都轉而使用AT89系列。對于有豐富編程經驗的用戶而言，不需要仿真器，可以直接將程序載入芯片，放在目標板上加電直接運行，觀察運行結果，出現問題時再進行修改，然后重新寫程序，再進行試驗，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；第二類是在系統可編程ISP Flash系列，也就是AT89S系列，這類單片機除了用常規(guī)的并行方法變成外，還可以在系統下用下載線進行編程

8、，省去價格昂貴的編程器，而且可以在目標板上直接修改程序。2.2.2 溫度傳感器選擇 傳感器是測控系統前向通道的關鍵部件，它也稱換能器和變換器，一般是指非電物理量與電量的轉換，即傳感器是將被測的非電量（如壓力、溫度等）轉換成與之對應的電量或電參量（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，且檢測溫度范圍為：-55+155。 方案二：采用Pt100。它的國際測溫標準為：-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

9、裝在印刷電路板上，可焊SIP封裝。 采用熱電阻電路測溫。熱電阻是利用導體的電阻率隨溫度變化這一物理現象來測量溫度的。鉑易于提純，物理化學性質穩(wěn)定，電阻率較大，能耐較高的溫度，因此用PT100作為實現溫標的基準器。 pt100是鉑熱電阻，簡稱為：PT100鉑電阻，它的阻值會隨著溫度的變化而改變。PT后的100即表示它在0時阻值為100歐姆，在100時它的阻值約為138.5歐姆。它的工業(yè)原理：當PT100在0攝氏度的時候他的阻值為100歐姆，它的的阻值會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溫，溫度檢測部分可以使用低溫熱偶，熱電偶由兩個焊接在一起的異金屬導線所組成，熱電

10、偶產生的熱電勢由兩種金屬的接觸電勢和單一導體的溫差電勢組成。通過將參考結點保持在已知溫度并測量該電壓，便可推斷出檢測結點的溫度。數據采集部分則使用帶有A/D 通道的單片機，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進行A/D 轉換后，就可以用單片機進行數據的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來。熱電偶的優(yōu)點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、容易遭受來自導線環(huán)路的噪聲影響以及漂移較高的缺點，并且這種設計需要用到A/D 轉換電路，感溫電路比較麻煩。 基于對以上三種方案的分析以及實驗室的設備，選擇方案二的PT100作為溫度傳感器。2.2.4 模數轉換器選型 模擬量輸入

11、到計算機，首先要經過模擬量到數字量的轉換，簡稱A/D轉換，計算機才能接收。實現模/數轉換的設備稱A/D轉換器或ADC。A/D轉換器的種類有很多,而A/D轉換的好與壞直接關系到真?zhèn)€系統的精確度。由于本系統測量的是溫度信號，響應時間長，滯后大，不要求快速轉換，因此選用8位串行A/D轉換ADC0809能達到設計的基本要求。為進一步提高精度，可以直接采用12位A/D轉換器，也可以采用過采樣和求均值技術來提高測量分辨率。2.3 總體方案 本方案以AT89C51單片機系統為核心，對單點的溫度進行實時測量檢測，并采用熱電阻PT100作為溫度傳感器,AD620作為信號放大器、ADC0809作為A/D轉換部件，

12、對于溫度信號的采集具有大范圍、高精度的特點。在功能、性能、可操作性等方面都有較大的提升，具有更高的性價比。3 硬件電路設計 3.1 時鐘電路 給一塊內部含有程序存儲器的單片機配上時鐘電路和復位電路就可以構成單片機的最小應用系統。 89C51系列單片機內部有一個高增益反相放大器，用于構成振蕩器，但要形成時鐘，外部還需附加電路，89C51的時鐘產生方法有兩種，內部時鐘方式和外部時鐘方式，本設計采用內部時鐘方式，內部時鐘電路圖如圖3.1所示。 圖3.1 內部時鐘電路圖3.2 復位電路 復位是單片機的初始化操作，單片機在啟動運行時，都需要先復位，它的作用是使CPU和系統中其它部件都處于一個確定的初始狀

13、態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。例如復位后，PC初始化為0，于是單片機自動從0單元開始執(zhí)行程序。因而復位是一個很重要的操作方式。 本設計采用按鍵脈沖復位，其原理圖如圖3.2所示。 圖3.2 按鍵脈沖復位原理圖3.3 A/D轉換設計 3.3.1 8位逐次逼近式A/D轉換器ADC0809 ADC0809是帶有8位A/D轉換器、8路多路開關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轉換器，可以和單片機直接接口。它是目前應用最廣泛的8位通用的A/D轉換的芯片。 3.3.2 ADC0809應用注意事項： ADC0809內部帶有輸出鎖存器，可與AT89S52單片機直接相連。 初始化時，使ST

14、和OE信號為低電平。 送要轉換的那一通道的地址到A,B,C端口上。 在ST端給出一個至少100ms寬的正脈沖信號。 是否轉換完畢，我們根據EOC信號來判斷。 當EOC變?yōu)楦唠娖綍r，這時給OE為高電平，轉換的數據就輸出給單片機了。 3.3.3模數轉換模塊電路 ADC0809接線圖，即A/D轉換電路如圖3.3所示。 圖3.3 A/D轉換電路3.2.3 放大電路設計測溫原理：采用 R1、R2、VR2、Pt100 構成測量電橋（其中 R29R28），溫度變化時，當Pt100 的電阻值和 R27 的電阻值不相等，電橋輸出一個 mV 級的壓差信號，這個壓差信號經過運放 AD620 放大后輸出期望大小的電壓

15、信號，該信號可直接連 A/D 轉換芯片。從而把熱電阻的阻值轉換成數字量。AD620為三運放集成的儀表放大器結構,AD620的兩個內部增益電阻為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 橋式電路測溫整體電路如圖3.5所示：圖3.5 放大電路3.4 顯示電路設計在單片機應用系統中，如果需要顯示的內容只有數碼和某些字母，使用LED數碼管是一種較好的選擇。LED數碼管顯示清晰、成本低廉、配置靈活，與單片機接口簡單易行。圖3-7（a

16、）是4位共陽數碼管的管腳圖。LED數碼管的使用與發(fā)光二極管相同，根據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)顯示時取10mA為宜，動態(tài)掃描顯示可加大，加大脈沖電流，但一般不超過40mA。 本設計選用4位共陰數碼管。由于數碼管的驅動電流較大，所以在設計時加上了三極管3904作為驅動電路，數碼管和單片機的接口如圖3.6所示。 圖3.6 顯示電路3.5報警電路由一個蜂鳴器和三極管組成，當高溫超過設定值，蜂鳴器將會發(fā)出報警。 放大電路與單片機P3.4口相連，當采集到的溫度值超過所設置的范圍時，單片機會輸出一信號，通過三極管放大后驅動蜂鳴器發(fā)出報警信號。如圖3.7

17、所示。圖3.7 蜂鳴器報警電路4 軟件設計 4.1 主程序設計4.1.1 程序說明主程序是系統上電或復位后首先要執(zhí)行的程序，主程序主要完成系統的初始化、掃描顯示等工作。這是一個綜合硬件設計控制系統。利用顯示電路、A/D轉換電路、單片機實現溫度報警的系統。本設計可以實現將模擬溫度信號，轉換成數字信號，并經過計算處理后通過LED靜態(tài)顯示電路以十進制形式顯示出來，設置溫度上限為100，該系統可以對溫度進行實時過程的監(jiān)控。當實際溫度高于設定的溫度上限時，發(fā)出報警信號。4.1.2 流程圖 主程序流程圖如圖4.1所示。 圖4.1 主程序流程圖4.2 A/D轉換器設計4.2.1 標度變換說明: 本設計是模擬

18、溫度的顯示，溫度經過熱敏電阻轉換為電壓信號，經放大器AD620放大后進入單片機進行A/D轉換成數字量后輸出到動態(tài)顯示部分，顯示其溫度值。 4.2.2 A/D轉換流程圖如圖4-2所示。 圖4.2 A/D轉換流程圖4.3 顯示子程序設計 本設計采用4位LED共陰極數碼靜態(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應的字形代碼。當定時器T0定時時間到，采樣電路進行采樣，采樣結果經信號調理電路處理后，送入A/D轉換，經標度變換后顯示。 顯示子程序流程圖如圖4.3所示 圖4.3 顯示子程序流程圖5 調試 5.1 硬件調試 對各個模塊的功能進行調試，主要調試各

19、模塊能否實現指定的功能。 檢查印制板及焊接的質量情況，在檢查無誤后可通電檢查LED顯示器。若亮度不理想，可以調整P0口的電阻大小，一般情況取200歐電阻即可。 5.2 軟件調試軟件調試采用單片機仿真器WAVE6000L及微機，將源程序編譯及仿真調試應分段或以子程序為單位逐個進行，主要是檢查語法錯誤，最后結合硬件實時調試。通過以上檢查后，將電路通電查看是否按要正常工作，實驗最終結果顯示實驗成功。6 總結 AD620是一款低成本、高精度儀表放大器，僅需要一個外部電阻來設置增益，增益范圍為1至10,000。此外，AD620采用8引腳SOIC和DIP封裝，尺寸小于分立式設計，并且功耗較低(最大電源電流

20、僅1.3 mA)，因此非常適合電池供電的便攜式(或遠程)應用。 AD620具有高精度(最大非線性度40 ppm)、低失調電壓(最大50 µV)和低失調漂移(最大0.6 µV/°C)特性，是電子秤和傳感器接口等精密數據采集系統的理想之選。它還具有低噪聲、低輸入偏置電流和低功耗特性，使之非常適合ECG和無創(chuàng)血壓監(jiān)測儀等醫(yī)療應用。 由于其輸入級采用Supereta處理，因此可以實現最大1.0 nA的低輸入偏置電流。AD620在1 kHz時具有9 nV/Hz的低輸入電壓噪聲，在0.1 Hz至10 Hz頻帶內的噪聲為0.28V峰峰值，輸入電流噪聲為0.1

21、 pA/ Hz，因而作為前置放大器使用效果很好。同時，AD620的0.01%建立時間為15s，非常適合多路復用應用；而且成本很低，足以實現每通道一個儀表放大器的設計。 經過這段時間的單片機課程設計，終于完成了我的第一次設計歷程，雖然沒有完全達到設計要求，但從心底里說，還是高興的，畢竟這次設計讓自己收獲頗豐，高興之余不得不深思。在本次設計的過程中，我發(fā)現很多的問題，通過這次設計真的讓我長進了很多，單片機課程設計重點就在于軟件算法的設計，需要有很巧妙的程序算法，雖然以前寫過幾次程序，但我覺的寫好一個程序并不是一件簡單的事，因為設計時間有限，加之缺少對工業(yè)現場整體把握的經驗，導致本設計在功能上還不十

22、分完善。 從這次的課程設計中，我真真正正的意識到，在以后的學習中，要理論聯系實際，把我們所學的理論知識用到實際當中，學習單機片機更是如此，程序只有在經常的寫與讀的過程中才能提高，這就是我在這次課程設計中的最大收獲。 我想我會在今后的學習生活中更加努力的去學習單片機的知識，不斷加強自己的理論知識，努力完成更多的設計與創(chuàng)作。參考文獻1 張迎新.單片微型計算機原理，應用及接口技術.北京：國防工業(yè)出版社 20092郭天祥.新概念51單片機C語言教程M.北京:電子工業(yè)出版社。3 閻石.數字電子技術基礎.北京:高等教育出版社4PT100鉑金屬溫度傳感器使用說明書.北京億學通電子附錄A 系統原理圖附錄B 源

23、程序清單LED_0 EQU 30HLED_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 M

24、OV LED_2, #00H 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提供時鐘 WAIT:SETBH_ALM SETB L_ALM CLR ST SETB STCLR ST ;啟動轉換 JNB EOC, $ SETB OE MOV ADC, P1 ;讀取AD轉換結果 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: ;高溫報警 CLR H_ALM SETB TR1 SETB FLAG LJMP PTOCPTOC: MOV A, ADC ;數值轉換 MOV B, #100 DIV ABMO