單片機溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實驗報告

1、基于單片機的溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實驗報告班級：電技 10 1班姓 名：田波平學 號： 1012020188 指導老師：仲老師 題目：基于單片機的溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 一設計要求1被測量溫度范圍：0120C，溫度分辨率為0.5 C。2被測溫度點： 2 個，每 5 秒測量一次。3顯示器要求：通道號 2 位，溫度 4 位<精度到小數(shù)點后一位）。 顯示方式為定點顯示和輪流顯示。4鍵盤要求： <1）定點顯示設定； <2）輪流顯示設定； <3）其他功能鍵。 二設計內容1單片機及電源模塊設計 單片機可選用AT89S51及其兼容系列，電源模塊可以選用7805等穩(wěn)壓組件，本機輸入電壓范圍 9-1

2、2v 。2存儲器設計 擴展串行 I2C 存儲器 AT24C02。 要求：AT24C02 的 SCK 接 P3.2 AT24C02 的 SDA 接 P3.42傳感器及信號轉換電路溫度傳感器可以選用PTC熱敏電阻，信號轉換電路將 PTC輸出阻值轉換為 0-5V。3A/D 轉換器設計A/D 選用 ADC0832要求：ADC0832 的 CS端接 P3.5ADC0832勺 DI 端接 P3.6ADC0832勺 DO端接 P3.7 ADC0832勺 CLK端接 P2.14顯示器設計。6位共陽極LED顯示器，段選<a-h）由P0 口控制，位選由 控制。數(shù)碼管由2N5401驅動。5鍵盤電路設計。6 個

3、按鍵， P2.2-P2.7 接 6 個按鍵， P3.4 接公共端，采用動態(tài)掃描方式檢 測鍵盤。6系統(tǒng)軟件設計。系統(tǒng)初始化模塊，鍵盤掃描模塊，數(shù)據(jù)采集模塊，標度變換模塊、顯示模三設計報告要求設計報告應按以下格式書寫：<1）封面；<2）設計任務書；<3）目錄；<4）正文；<5）參考文獻。 其中正文應包含以下內容： <1）系統(tǒng)總體功能及技術指標描述；<2）各模塊電路原理描述；<3）系統(tǒng)各部分電路圖及總體電路圖 <用PROTE繪制）；<4）軟件流程圖及軟件清單； <5）設計總結及體會。四、參考資料1、李全利，單片機原理及接口技術，高等教

4、育出版社， 20042、于永， 51 單片機常用模塊與綜合系統(tǒng)設計實例精講，電子工業(yè)出版社， 2007目錄 一項目研究意義 二項目研究內容1. 單片機及電源模塊設計2. 存儲器設計3. A/D 轉換器設計4. 顯示器設計5. 鍵盤電路設計6. 系統(tǒng)軟件設計 三項目心得 四參考文獻 一項目的研究意義21 世紀的今天，科學技術的發(fā)展日新月異，科學技術的進步同時也帶動了 測量技術的發(fā)展，現(xiàn)代控制設備不同于以前，它們在性能和結構發(fā)生了翻天覆 地的變化。我們已經進入了高速發(fā)展的信息時代，測量技術是當今社會的主 流，廣泛地深入到應用項目的各個領域。溫度是工業(yè)、農業(yè)生產中常見的和最基本的參數(shù)之一，在生產過程

5、中常需 對溫度進行檢測和監(jiān)控，采用微型機進行溫度檢測、數(shù)字顯示、信息存儲及實 時控制，對于提高生產效率和產品質量、節(jié)約能源等都有重要的作用。伴隨工 業(yè)科技、農業(yè)科技的發(fā)展，溫度測量需求越來越多，也越來越重要。但是在一 些特定環(huán)境溫度監(jiān)測環(huán)境范圍大 , 測點距離遠 , 布線很不方便。這時就要采用無 線方式對溫度數(shù)據(jù)進行采集。本設計是以Atmel公司的AT89C52單片機作為控制核心，通過 ADC0832莫數(shù)轉 換對所測的溫度進行數(shù)字量變化，且通過數(shù)碼管進行相應的溫度顯示。因為采用微型機進行溫度檢測、數(shù)字顯示、信息存儲及實時控制，對于提 高生產效率和產品質量、節(jié)約能源等都有重要的作用，并且溫度參數(shù)

6、對工業(yè)生 產的重要性，所以溫度測量系統(tǒng)的精確度和智能化一直受到企業(yè)的重視。所以 學習并研究溫度測量及相關知識可做為一個較為實用的課題的方向，能獲得較 實用的知識和方法。因此溫度測控技術是一個很實用、也很重要的技術，值得 去研究掌握。 它應用的領域也相當廣泛，可以應用到消防電氣的非破壞性溫度檢測，電力、 電訊設備的過熱故障預知檢測，空調系統(tǒng)的溫度檢測，各類運輸工具之組件的 過熱檢測，保全與監(jiān)視系統(tǒng)之應用，醫(yī)療與健診的溫度測試，化工、機械等設備溫度過熱檢測。因此前景是相當?shù)目捎^。二研究內容1. 單片機及電源莫塊設計單片機：AT89C52簡介如圖5.1-1所示為AT89C52芯片的引腳圖。兼容標準

7、MCS-51指令系統(tǒng)的 AT89S52單片機是一個低功耗、高性能 CHMO的單片機，片內含4KB在線可編 程 Flash 存儲器的單片機。它與通用 80C51 系列單片機的指令系統(tǒng)和引腳兼 容。AT89C52單片機片內的Flash可允許在線重新編程，也可用通用非易失性 存儲編程器編程；片內數(shù)據(jù)存儲器內含 128字節(jié)的RAM有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出1/0 ）端口。具有兩個16位可編程疋時器；中斷系統(tǒng)是具有6個中斷源、5個中斷矢量、2級中斷優(yōu)先級的中斷結構；震蕩器頻率0至V33MHZ因此我們在此選用 12MHZ的晶振是比較合理的；具有片內看門狗定時器；具有斷電標志 P0F等等。AT8

8、9S51具有PDIP、TQFP和PLCC三種封裝形式8。6P1.0(T2)VCCP11(T2EX)P0.0(AD0)Pl,2PO.lfADl)P1JP0.2(AD2)PL4P0.3(AD3)Pl.5PO.(AD-1)Pl.6PO.5(AD5)Pl.7P0.6(AD6)RSTP07(AD7)P3.0(RXD)EA(TP)P3.1(T?®)ALEfPROG)P3.2ONT0)PSENP3J(INT1)P2.7(A15)P3.4(TO)P2.6(A14)PJ.5(TljP2J(A13)P3.6 陛)P2.4(A12)P3,7(RO)P2.3(A11)XTAL2P2.2(A10)XTAL1P

9、21(A9)GNDP2.0(A8)789圖5.1-1 AT89S52 引腳圖o 1 2 3TV-6-.8901i 1 1 1 - 1 - 11 - 1 一 1 - 1 - 1>4 -3938373635343332JI30r 29182726252423222140上圖就是PDIP封裝的引腳排列，下面介紹各引腳的功能。5.2 AT89C52引腳說明P0 口： 8位、開漏級、雙向I/O 口。P0 口可作為通用I/O 口，但須外接上 拉電阻；作為輸出口，每各引腳可吸收8各TTL的灌電流。作為輸入時，首先應將引腳置1。P0也可用做訪問外部程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器時的低8位地址/數(shù)據(jù)總線的復用線。

10、在該模式下，P0 口含有內部上拉電阻。在 FLASH編程時， P0 口接收代碼字節(jié)數(shù)據(jù)；在編程效驗時，P0 口輸出代碼字節(jié)數(shù)據(jù)（需要外接上拉電阻。P1 口： 8位、雙向I/0 口，內部含有上拉電阻。P1 口可作普通I/O 口。輸出緩沖器可驅動四個 TTL負載；用作輸入時，先將引腳置1,由片內上拉電阻將其抬到高電平。P1 口的引腳可由外部負載拉到低電平，通過上拉電阻提供電 流。在FLASH并行編程和校驗時，P1 口可輸入低字節(jié)地址。在串行編程和效驗 時，P1.5/M0-SI，P1.6/MIS0和P1.7/SCK分別是串行數(shù)據(jù)輸入、輸出和移位脈 沖引腳。P2 口：具有內部上拉電阻的8位雙向I/O

11、口。P2 口用做輸出口時，可驅動 4各TTL負載；用做輸入口時，先將引腳置 1，由內部上拉電阻將其提高到高電 平。若負載為低電平，貝U通過內部上拉電阻向外部輸出電流。CPU訪問外部16位地址的存儲器時，P2 口提供高8位地址。當CPU用8位地址尋址外部存儲 時，P2 口為P2特殊功能寄存器的內容。在 FLASH并行編程和校驗時，P2 口可 輸入高字節(jié)地址和某些控制信號。P3 口：具有內部上拉電阻的8位雙向口。P3 口用做輸出口時，輸出緩沖器 可吸收4各TTL的灌電流；用做輸入口時，首先將引腳置1,由內部上拉電阻抬位高電平。若外部的負載是低電平，貝U通過內部上拉電阻向輸出電流。在與 FLASH并

12、行編程和校驗時，P3 口可輸入某些控制信號。P3 口除了通用I/O 口功 能外，還有替代功能，如表5.3-1所示。表5.3-1 P3口的替代功能引腳符號說明P3.0RXD串行口輸入P3.1TXD串行口輸出P3.2/INT0外部中斷0P3.3/INT1外部中斷1P3.4T0T0定時器的外部的計數(shù)輸入P3.5T1T1定時器的外部的計數(shù)輸入P3.6/WR外部數(shù)據(jù)存儲器的寫選通P3.7/RD外部數(shù)據(jù)存儲器的讀選通RST復位端。當振蕩器工作時，此引腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平將系 統(tǒng)復位。ALE/"：當訪問外部存儲器時，ALE<fe許地址鎖存）是一個用于鎖存地址的低8位字節(jié)的書粗脈沖。在

13、Flash編程期間，此引腳也可用于輸入編程脈 沖二一）。在正常操作情況下，ALE以振蕩器頻率的1/6的固定速率發(fā)出脈 沖，它是用作對外輸出的時鐘，需要注意的是，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， 將跳過一個ALE脈沖。如果希望禁止 ALE操作，可通過將特殊功能寄存器中位 地址為8EH那位置的“ 0”來實現(xiàn)。該位置的“ 1”后。ALE僅在MOV或MOVC 指令期間激活，否則ALE引腳將被略微拉高。若微控制器在外部執(zhí)行方式，ALE禁止位無效。=7：外部程序存儲器讀選取通信號。當AT89S51在讀取外部程序時，每個機器周期 將PSEN激活兩次。在此期間內，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將 跳過兩個二7信號。丁/

14、Vpp :訪問外部程序存儲器允許端。為了能夠從外部程序存儲器的 0000H 至FFFFH單元中取指令，丸必須接地，然而要注意的是，若對加密位 1進行編 程，則在復位時，匕的狀態(tài)在內部被鎖存。執(zhí)行內部程序缸應接VCC不當選擇12V編程電源時，在 Flash編程期 間，這個引腳可接12V編程電壓。XTAL1振蕩器反向放大器輸入端和內部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2振蕩器反相放大器輸出端9。電源模塊：電源電路電源變壓器是將交流電網220V的電壓變?yōu)樗枰碾妷褐怠＝涣麟娊涍^二 極管整流之后，方向單一了，但是電流強度大小還是處在不斷地變化之中。這 種脈動直流一般是不能直接用來給集成電路供電的，而要通過

15、整流電路將交流 電變成脈動的直流電壓。因為此脈動的直流電壓還含有較大的紋波，必須通過 濾波電路加以濾除，從而得到平滑的直流電壓。濾波的任務，就是把整流器輸 出電壓中的波動成分盡可能地減小，改造成接近穩(wěn)恒的直流電。但這樣的電壓 還隨電網電壓波動，一般有 ±0%左右的波動，負載和溫度的變化而變化，因而 在整流、濾波電路之后，還需要接穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當電網電壓波動，負載和溫度變化時，維持輸出直流電 壓穩(wěn)定。220V交流電通過9V變壓器變?yōu)?V的交流電，9V交流電通過四個二極管的全橋整流后變?yōu)?V直流電，然后經過電解電容470yF）進行一級濾 波，以去除直流電里面的雜波，防止干擾。

16、9V直流電出來后再經過三端穩(wěn)壓器 LM7805穩(wěn)壓成為穩(wěn)定的5V電源，其中7805的Vin腳是輸入腳，接9V直流 電源正極，GND是接地腳，接9V直流電源負極，Vout為輸出腳，它和接地腳 的電壓就是+5V 了。5V電源出來再經過電解電容的二級濾波，使 5V電源更加 穩(wěn)定可靠。同時在5V穩(wěn)壓電源加上一個10K的電阻和一個紅色發(fā)光二極管， 當上電后，紅色發(fā)光二極管點亮，表示電源工作正常。此時一個穩(wěn)定輸出5V的電源已經設計好，對于本設計它完全能夠滿足單片機及集成塊所需電源的要 求2。電源原理圖如圖所示。32. 存儲器設計本設計采用的是AT24C02外擴存儲器工作電壓：1.8V5.5V/輸出引腳兼容

17、5V128x8(1K>,256x8(2K>,512x8(4K>,1024x8(8K>,2048x8(16K>400KHz<1.8V,2.5V,2.7V,3.6V)1,000,000 次- 數(shù)據(jù)保存：100年引腳說明串行時鐘信號引腳（SCL:在SCL輸入時鐘信號的上升沿將數(shù)據(jù)送入 EEPRO件, 并在時鐘的下降沿將數(shù)據(jù)讀出。串行數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳（SDA: SDA引腳可實現(xiàn)雙向串行數(shù)據(jù)傳輸。該引腳為 開漏輸出，可與其它多個開漏輸出器件或開集電極器件線或連接。24C04僅使用A2、A1作為硬件連接的器件地址輸入引腳，在一個總線上最多 可尋址四個4K器件。A0引腳

18、內部未連接。器件操作時鐘及數(shù)據(jù)傳輸：SD引I腳通常被外圍器件拉高。SD/引腳的數(shù)據(jù)應在SCL為低 時變化；當數(shù)據(jù)在SCL為高時變化，將視為下文所述的一個起始或停止命令。起始命令：當SCL為高，SDAfe高到低的變化被視為起始命令，必須以起始命 令作為任何一次讀/寫操作命令的開始（參見圖5。停止命令：當SCL為高，SDA由低到高的變化被視為停止命令，在一個讀操作 后，停止命令會使EEPROM進入等待態(tài)低功耗模式（參見圖5。應答：所有的地址和數(shù)據(jù)字節(jié)都是以8位為一組串行輸入和輸出的。每收到一 組8位的數(shù)據(jù)后，EEPRO都會在第9個時鐘周期時返回應答信號。每當主控器 件接收到一組8位的數(shù)據(jù)后，應當在

19、第9個時鐘周期向EEPROM返回一個應答信號。收到該應答信號后，EEPROM會繼續(xù)輸出下一組8位的數(shù)據(jù)。若此時沒有得到主控器件的應答信號，EEPROh會停止讀出數(shù)據(jù)，直到主控器件返回一個停止命令 來結束讀周期。等待模式：24C01/02/04/08/16特有一個低功耗的等待模式?？梢酝ㄟ^以下方法 進入該模式：（a上電（ 收到停止位并且結束所有的內部操作后。器件復位：在協(xié)議中斷、下電或系統(tǒng)復位后，器件可通過以下步驟復位：1）連續(xù)輸入9個時鐘；2）在每個時鐘周期中確保當 SCL為高時SDA也為高； 3）建立一個起始條件?？偩€時序圖2SCL:串行時鐘輸入.SDA:串行數(shù)據(jù)輸入/輸出程序設計如下：vo

20、id start(>開始信號 sda=1。 delay(>。 sck=1。 delay(>。sda=0b delay(>。void stop(>結束信號 sda=0b delay(>。 sck=1o delay(>。 sda=1。delay(>ovoid resp on s(>/應答uchar i。sck=1。delay(>。 while(sda=1>&&i<250> i+。sck=0o delay(>ovoid in it(>/ 初始化sda=1。 delay(>o sck=1od

21、elay(。void write_byte(uchar date/寫字節(jié)uchar i,temp。temp=date。for(i=0 o i8。i+ temp=temp1。sck=0。delay(。sda=CY。delay(。sck=1。 delay(。sck=0。delay(。sda=1。delay(。uchar read_byte(/讀字節(jié)uchar i,k。sck=0。delay(。sda=1。delay(。for(i=0。 i8。 i+ sck=1。delay(。k=(k1|sda。sck=0。delay(。return k。void write_add(uchar address,u

22、char date 寫入外存儲器中start(。write_byte(0xa0。respons(。write_byte(address。respons(。write_byte(date。respons(。stop(。uchar read_add(uchar address從外存儲器中讀出數(shù)據(jù) _uchar datestart(。write_byte(OxaO。resp ons(write_byte(addressresp ons(start(。write_byte(0xa1。resp ons(。date=read_byte(鼻stop(。return data3. A/D轉換器設計ADC083

23、是美國國家半導體公司生產的一種8位分辨率、雙通道A/D轉換芯 片。因為它體積小，兼容性強，性價比高而深受單片機愛好者及企業(yè)歡迎，其 目前已經有很高的普及率。學習并使用 ADC083可是使我們了解A/D轉換器的原 理，有助于我們單片機技術水平的提高。ADC0832具有以下特點：位分辨率；雙通道A/D轉換；俞入輸出電平與TTL/CMOS相兼容； 5V電源供電時輸入電壓在05V之間；工作頻率為250KHZ，轉換時間為32卩S般功耗僅為15mW ； 8P 14P DIPv雙列直插)、PICC多種封裝；$用級芯片溫寬為0OC to +70 C，工業(yè)級芯片溫寬為40Cto +85C。 引腳圖a引腳功能如下

24、:cs_片選使能.低電平芯片使能，CH0模擬輸入通道0,或作為IN+/-使用CH1模擬輸入通道或作為IN”-使用.GND芯片蔘考0電位（地人DI數(shù)據(jù)信號輸入.選擇通道控制“DO數(shù)據(jù)借號輸出.轉換數(shù)據(jù)輸出.CLK芯片時鐘輸入。Vcc/REF電源輸入及參考電壓輸入 ' 復用）芯片接口說明ADC0832為8位分辨率A/D轉換芯片，其最高分辨可達 256級，可以適應一般的 模擬量轉換要求。其內部電源輸入與參考電壓的復用，使得芯片的模擬電壓輸 入在05V之間。芯片轉換時間僅為32以 據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗，以 減少數(shù)據(jù)誤差，轉換速度快且穩(wěn)定性能強。獨立的芯片使能輸入，使多器件掛 接和處理器

25、控制變的更加方便。通過 DI數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實現(xiàn)通道功能 的選擇。功能時序圖ADC04321314*1819T 23 i 5610 T1 121318192021CLK_*IIMICS當ADC0832未工作時其CS輸入端應為高電平，此時芯片禁用，CLK和DO/DI的電平可任意。當要進行A/D轉換時，須先將CS使能端置于低電平并且保持低電 平直到轉換完全結束。此時芯片開始轉換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入 端CLK輸入時鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。在 第1個時鐘脈沖的下沉之前DI端必須是高電平，表示啟始信號。在第 2、3個脈沖 下沉之前DI端應輸入2位數(shù)據(jù)

26、SGL、Odd）用于選擇通道功能，當此2位數(shù)據(jù)為1”、0”時，只對CH0進行單通道轉換。當2位數(shù)據(jù)為 T、 T時，只對CH1進 行單通道轉換。當2位數(shù)據(jù)為0”、0”時，將CH0作為正輸入端IN+，CH1作為 負輸入端IN-進行輸入。當2位數(shù)據(jù)為0”、 1”時，將CH0作為負輸入端IN-， CH1作為正輸入端IN+進行輸入。在完成輸入啟動位、通道選擇之后，就可以開始讀出數(shù)據(jù)，轉換得到的數(shù)據(jù)會被送出二次，一次高位在前傳送，一次低位 在前傳送，連續(xù)送出。在程序讀取二個數(shù)據(jù)后，我們可以加上檢驗來看看數(shù)據(jù) 是否被正確讀取。下面 程序如下：un sig ned char GetValueO832(bit

27、Cha nn el>/AD專換后的數(shù)據(jù)un sig ned char i,data1=0,data2=0 clk=O。d0=1。di=1 。cs=0。/cs=0時 ADC0832有效clk=1 。/delay(>。clk=0。 /第一個脈沖，開始位d0=1。di=1 。clk=1 。/delay(>。clk=0。 /第二個脈沖，模式選擇di=Channel。d0=channel。 /通道選擇 clk=1 。/delay(>。clk=0。 /第三個脈沖 ,通道選擇d0=1。di=1 。for(i=0。 i<8。 i+> /第一次讀數(shù)從高到低 ,時鐘下降沿有效

28、clk=1 。 clk=0。if(d0=1&&di=1> data1|=0x80>>i。for(i=0。 i<8。 i+> /第二次從低到高讀數(shù)，下降沿有效if(d0=1&&di=1> data2|=0x01<<i。clk=1 。 delay(>。 clk=0。cs=1。d0=1。di=1 。clk=1 。 if(data1=data2> return(data1>。5.鍵盤電路設計6個按鍵，接6個按鍵，P3.4接公共端，采用動態(tài)掃描方式檢測鍵盤6.uint keysca n(> uchar

29、 temp。P33=0。temp=P2&0xf0。 if(temp!=0xf0> Delayms(10>。 temp=P2&0xf0。 if(temp!=0xf0>switch(temp>case 0x70:retur n 1。breakcase 0xb0:retur n 2。breakcase 0xd0:retur n 3。breakcase 0xe0:retur n 4。break顯示模塊采用6個共陽極數(shù)碼管，采用動態(tài)掃描的方式進行示。電路圖如下：1 1.丿丿丿丿丿丿丿丿H/hrmfrffH、Pl(H圖6:顯示模塊void Display(void顯示溫度的函數(shù)P27=0b /選中第一個位選P0 =LEDucADC/2/100。/ 顯示Delayms(1。delay1(200。P27=1。P26=0b /選中第一個位選P0 = LEDucADC/2%100/10。/ 顯示/Delayms(1 。delay1(200> 。P26=1。P25=0。 / 選中第一個位選P0 = (LEDucADC/2%10-0x80> 。 / 顯示 /Delayms(1> 。dela