基于51單片機(jī)的溫度采集系統(tǒng)(DOC)

1、基于51單片機(jī)的溫度采集系統(tǒng)隊(duì)員：林楷松吳漢幫毛歡李春慧目錄一、緒論2二、基本理論分析32.1系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)32.2 器件的選擇32.2.1 單片機(jī)AT89C513三、硬件電路設(shè)計(jì)53.1 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)53.1.1時(shí)鐘電路53.1.2復(fù)位電路63.2 PT100驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)63.3 ADC0809驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)73.4 電源電路設(shè)計(jì)7四、程序設(shè)計(jì)84.1 中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì)84.2 主函數(shù)程序設(shè)計(jì)94.3 數(shù)碼管顯示程序設(shè)計(jì)9五、結(jié)論1015【摘要】本系統(tǒng)設(shè)計(jì)以89C51微控制器作為數(shù)據(jù)處理與控制單元，PT100作為溫度傳感器，將溫度變化轉(zhuǎn)化為電阻大小的變化，再通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路將其轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，單片機(jī)

2、通過(guò)控制AD采集芯片ADC0809采集電壓信號(hào)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量將其轉(zhuǎn)化問(wèn)實(shí)際溫度值，單片機(jī)數(shù)據(jù)處理之后，將溫度信息顯示到到數(shù)碼管上。本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多路溫度信號(hào)采集，通過(guò)進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理，將所采集到的溫度顯示出來(lái)?！娟P(guān)鍵字】89C51單片機(jī)PT100溫度AD采集數(shù)碼管顯示一、緒論隨著人們生活水平的不斷提高,單片機(jī)控制無(wú)疑是人們追求的目標(biāo)之一，它所給人帶來(lái)的方便也是不可否定的。單片機(jī)在測(cè)控領(lǐng)域中具有十分廣泛的應(yīng)用，它既可以測(cè)量電信號(hào)，又可以測(cè)量溫度濕度等非電信號(hào)。由單片機(jī)構(gòu)成的溫度檢測(cè)、溫度控制系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于很多領(lǐng)域。單片機(jī)在工業(yè)控制、尖端武器、通信設(shè)備、信息處理、家用電器等各測(cè)控領(lǐng)域的應(yīng)用

3、中獨(dú)占鰲頭。今天，我們的生活環(huán)境和工作環(huán)境有越來(lái)越多稱之為單片機(jī)的小電腦在為我們服務(wù)。時(shí)下，家用電器和辦公設(shè)備的智能化、遙控化、模糊控制化己成為世界潮流，而這些高性能無(wú)一不是靠單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。人民的生活與環(huán)境的溫度息息相關(guān)，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中需要實(shí)時(shí)測(cè)量溫度，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也離不開(kāi)溫度的測(cè)量，因此研究溫度的測(cè)量方法和裝置具有重要的意義。測(cè)量溫度的關(guān)鍵是溫度傳感器，傳感器屬于信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，尤其是溫度傳感器技術(shù)，在我國(guó)各領(lǐng)域已經(jīng)引用的非常廣泛，可以說(shuō)是滲透到社會(huì)的每一個(gè)領(lǐng)域。溫度傳感器的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段：傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器、模擬集成溫度傳感器、智能集成溫度傳感器。目前的智能溫度傳感

4、器(亦稱數(shù)字溫度傳感器)是在20世紀(jì)90年代中期問(wèn)世的，它是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試技術(shù)(ATE)的結(jié)晶，特點(diǎn)是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器(MCU)。社會(huì)的發(fā)展使人們對(duì)傳感器的要求也越來(lái)越高，現(xiàn)在的溫度傳感器正在基于單片機(jī)的基礎(chǔ)上從模擬式向數(shù)字式，從集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向飛速發(fā)展，并朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開(kāi)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

5、溫度信號(hào)通過(guò)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)采集之后，通過(guò)進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理，將當(dāng)前溫度信息發(fā)送到數(shù)碼管進(jìn)行顯示。本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多路溫度信號(hào)采集與顯示，可以使用按鍵來(lái)設(shè)置溫度限定值，通過(guò)進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理，將實(shí)際溫度值顯示到數(shù)碼管上。二、基本理論分析2.1系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，當(dāng)溫度傳感器PT100把所測(cè)得的溫度通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，89C51通過(guò)控制ADC0809對(duì)AD值盡心采集并進(jìn)行處理，把溫度數(shù)碼管上顯示。利用89C51芯片控制溫度傳感器PT100進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度檢測(cè)并顯示，能夠?qū)崿F(xiàn)快速測(cè)量環(huán)境溫度。系統(tǒng)框圖如下圖：圖1.1系統(tǒng)框圖2.2器件的選擇2.

6、2.1單片機(jī)AT89C51AT89C51作為溫度測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心器件。該器件是INTEL公司生產(chǎn)的MCS5l系列單片機(jī)中的基礎(chǔ)產(chǎn)品，采用了可靠的CMOS工藝制造技術(shù)。具有高性能的8位單片機(jī)，屬于標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51的CMOS產(chǎn)品。片內(nèi)含8Kbytes的可販毒擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和256bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件兼容標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令系統(tǒng)。片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元。結(jié)合了HMOS的高速和高密度技術(shù)及CHMOS的低功耗特征。其具有如下性質(zhì)：（1）與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容（2）4K字節(jié)可重擦寫(xiě)Flash閃爍存儲(chǔ)器。（3）壽

7、命：1000寫(xiě)/擦循環(huán)。（4）數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年。（5）全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz。（6）三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定。（7）128*8位內(nèi)部RAM。8）32可編程I/O線。（9）兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。（10）8個(gè)中斷源。（11）可編程串行通道。（12）低功耗的閑置和掉電模式。（13）片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。AT89C51單片機(jī)提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k字節(jié)Flash,256字節(jié)RAM,32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89C51可降至OHz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，C

8、PU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。2.2.2 溫度傳感器PT100PT100溫度系數(shù)為3.9X103/°C,0°C時(shí)，電阻值為100Q，電阻變化率為0.3851Q/C。鉑電阻溫度傳感器精度高，穩(wěn)定性好，應(yīng)用溫度范圍廣，是中低溫區(qū)（-200C650C）最常用的一種溫度檢測(cè)器，不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制成各種標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)。PT100溫度傳感器的主要技術(shù)參數(shù)如下：1）測(cè)量范圍：-200C+850C；2）允許偏差值aoC:A級(jí)土（0.15+0.002丨t

9、|）,B級(jí)土（0.30+0.005|t|）；3）熱響應(yīng)時(shí)間30s；4）最小置入深度：熱電阻的最小置入深度200mm5）允通電流5mA。另外，Pt100溫度傳感器還具有抗振動(dòng)、穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高、耐高壓等優(yōu)點(diǎn)。2.2.3 電壓采集芯片ADC0809ADC0809是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開(kāi)關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。其主要特性:1）8路輸入通道，8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位。2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?。3）轉(zhuǎn)換時(shí)間為100s（時(shí)鐘為640kHz時(shí)），130口s（時(shí)鐘為

10、500kHz時(shí)）4）單個(gè)+5V電源供電5）模擬輸入電壓范圍0+5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。6）工作溫度范圍為-40+85攝氏度7）低功耗，約15mW。轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問(wèn)題是如何確認(rèn)A/D轉(zhuǎn)換的完成，因?yàn)橹挥写_認(rèn)完成后，才能進(jìn)行傳送。為此可采用下述三種方式。（1）定時(shí)傳送方式對(duì)于一種A/D轉(zhuǎn)換器來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)換時(shí)間作為一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是已知的和固定的。例如ADC0809轉(zhuǎn)換時(shí)間為128口s,相當(dāng)于6MHz的MCS-51單片機(jī)共64個(gè)機(jī)器周期?？蓳?jù)此設(shè)計(jì)一個(gè)延時(shí)子程序，A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)后即調(diào)用此子程序，延遲時(shí)間一到，轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完成了,接著就可進(jìn)行

11、數(shù)據(jù)傳送。（2）查詢方式A/D轉(zhuǎn)換芯片由表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查詢方式，測(cè)試EOC的狀態(tài)，即可確認(rèn)轉(zhuǎn)換是否完成，并接著進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。（3）中斷方式把表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)（EOC）作為中斷請(qǐng)求信號(hào)，以中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。不管使用上述哪種方式，只要一旦確定轉(zhuǎn)換完成，即可通過(guò)指令進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。首先送出口地址并以信號(hào)有效時(shí)，OE信號(hào)即有效，把轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，供單片機(jī)接受。三、硬件電路設(shè)計(jì)3.1最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)51單片機(jī)最小系統(tǒng)由復(fù)位電路、輸入輸出設(shè)備、晶振電路、電源電路構(gòu)成。3.1.1時(shí)鐘電路XTAL1和XTAL2是獨(dú)立的輸入和輸出反相放大器，它們可以被

12、配置為使用石英晶振的片內(nèi)振蕩器，或者是器件直接由外部時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)。本實(shí)驗(yàn)中采用的是內(nèi)時(shí)鐘模式，即采用利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，在XTAL1、XTAL2的引腳上外接定時(shí)元件（一個(gè)石英晶體和兩個(gè)電容），內(nèi)部振蕩器便能產(chǎn)生自激振蕩。一般來(lái)說(shuō)晶振可以在1.212MHz之間任選，甚至可以達(dá)到24MHz或者更高，但是頻率越高功耗也就越大。在本實(shí)驗(yàn)套件中采用的12M的石英晶振。和晶振并聯(lián)的兩個(gè)電容的大小對(duì)振蕩頻率有微小影響，可以起到頻率微調(diào)作用。illHI圖2內(nèi)部時(shí)鐘配置電路3.1.2復(fù)位電路51系列單片機(jī)的復(fù)位引腳RST（第9管腳）出現(xiàn)大于10ms的高電平時(shí)單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機(jī)就

13、處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電自動(dòng)復(fù)位和開(kāi)關(guān)復(fù)位。本實(shí)驗(yàn)所用的的復(fù)位電路就包括了這兩種復(fù)位方式。上電瞬間，電容兩端電壓不能突變，此時(shí)電容的負(fù)極和RESET相連，電壓全部加在了電阻上，RESET的輸入為高，芯片被復(fù)位。隨之+5V電源給電容充電，電阻上的電壓逐漸減小，最后約等于0,芯片正常工作。并聯(lián)在電容的兩端為復(fù)位按鍵，當(dāng)復(fù)位按鍵沒(méi)有被按下的時(shí)候電路實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位，在芯片正常工作后，通過(guò)按下按鍵使RST管腳出現(xiàn)高電平達(dá)到手動(dòng)復(fù)位的效果。一般來(lái)說(shuō)，只要RST管腳上保持10ms以上的高電平，就能使單片機(jī)有效的復(fù)位。3.2PT100驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)采用一個(gè)分壓電阻與PT100串聯(lián)，串聯(lián)后

14、分壓電阻及PT100兩端分別與電源正負(fù)極相連。串聯(lián)的電阻大小選用3.3k,使其通過(guò)的電流不得過(guò)大，從而導(dǎo)致PT100發(fā)熱導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確。分壓輸出點(diǎn)電壓，也就是PT100兩端的電壓，可以反映溫度的高低，溫度越高，輸出電壓越高。輸出點(diǎn)連接一個(gè)窗口比較器，當(dāng)輸出電壓高于比較器上限時(shí)，輸出高電平，低于比較下限時(shí)，輸出低電平，輸出電壓在上限和下限之間時(shí)，比較器輸出維持。比較器的上限電壓對(duì)應(yīng)溫度上限，下限電壓對(duì)應(yīng)溫度下限。采用窗口比較器是為了避免溫度微小波動(dòng)或電源電壓微小波動(dòng)或遇到干擾導(dǎo)致輸出電壓微小波動(dòng)時(shí)，比較器輸出電平頻繁變化。為了增加抗干擾能力，在分壓輸出點(diǎn)接濾波電容至地。電路右邊是一個(gè)放大10倍的

15、差動(dòng)放大電路，將PT100兩端的電壓信號(hào)放大，使其利于AD采集。圖4PT100驅(qū)動(dòng)電路3.3ADC0809驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中，CLK時(shí)鐘信號(hào)，開(kāi)始轉(zhuǎn)換信號(hào)，端口選擇信號(hào)都由單片機(jī)提供，由于我們采用的是CPU查詢的方式來(lái)判斷AD是否采集完成，所以，EOC口連接的是單片機(jī)的一個(gè)普通I/O口，通過(guò)檢測(cè)標(biāo)志位來(lái)判斷數(shù)據(jù)是否采集完成。圖5ADC0809電路3.4電源電路設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)采用三端穩(wěn)壓芯片7805作為單片機(jī)以及溫度采集模塊提供5V電源。圖6電源電路四、程序設(shè)計(jì)4.1中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0服務(wù)程序主要完成的是CLK引腳也就是P1.3引腳的取反,從而生成驅(qū)動(dòng)ADC0809所需要的始終信號(hào)。

16、圖7中斷程序流程圖4.2主函數(shù)程序設(shè)計(jì)主函數(shù)里面對(duì)定時(shí)器以及ADC0809進(jìn)行初始化，然后通過(guò)P3口采集ADC0809電壓值，并將其進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)化為實(shí)際溫度，最后將其顯示到數(shù)碼管上。圖8主程序流程圖4.3數(shù)碼管顯示程序設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)用的是四個(gè)共陰極的數(shù)碼管，公共端位陰極，程序執(zhí)行時(shí)，單片機(jī)首先選中其中一位，并關(guān)閉另外三位，將第一位要顯示的數(shù)據(jù)通過(guò)P0口寫(xiě)到數(shù)碼管中，關(guān)掉第一位和第三位、第四位數(shù)碼管，并打開(kāi)第二位，然后將第二位要顯示的數(shù)據(jù)寫(xiě)到數(shù)碼管中，然后依次類推，從而將四個(gè)數(shù)碼管的數(shù)據(jù)顯示完整。五、結(jié)論本次課程設(shè)計(jì)完成了一個(gè)基于51單片機(jī)的溫度采集裝置，在這次難得的課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，鍛煉了自己的思考

17、能力和動(dòng)手能力。通過(guò)題目選擇和設(shè)計(jì)電路的過(guò)程中，加強(qiáng)了我思考問(wèn)題的完整性和實(shí)際生活聯(lián)系的可行性。在方案設(shè)計(jì)選擇和芯片的選擇上，培養(yǎng)了我們綜合應(yīng)用單片機(jī)的能力，對(duì)單片機(jī)的各個(gè)管腳的功能也有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。還鍛煉我們個(gè)人的查閱技術(shù)資料的能力，動(dòng)手能力，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力。并且我們熟練掌握了有關(guān)器件的性能及測(cè)試方法。參考文獻(xiàn)：【1】.賈好來(lái)主編.MCS-51單片機(jī)原理及應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.【2】.江太輝，石秀芳主編.MCS-51單片機(jī)原理及應(yīng)用.廣東：華南理工大學(xué)出版社，2004.【3】.曹龍漢，劉安才主編.MCS-51單片機(jī)原理及應(yīng)用.重慶：重慶出版社，2004.【4】.勞

18、動(dòng)和社會(huì)保障部教材辦公室主編.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)（匯編語(yǔ)言）.北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2006.【5】.何立民主編.MCS-51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京：北京航天航空大學(xué)出版社，1990.【6】.朱定華主編.單片機(jī)原理及接口技術(shù)實(shí)驗(yàn).北京：北京大學(xué)出版社，2002.附錄：程序源代碼#include<reg52.h>#defineucharunsignedchar#defineunitunsignedintucharcodeDSY_CODE=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;/數(shù)碼管段碼共陰/ucharcodeDSY_CODE=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;sbitCLK=PM3;時(shí)鐘信號(hào)sbitST=PM2;啟動(dòng)信號(hào)sbitEOC=PM1;轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)sbitOE=P1A0;/輸出使能sbitC3=P1A4;sbitC2=P1A5;sbitC1=P1A6;voidDelayMS(unitms)/毫秒級(jí)延時(shí)函數(shù)unchari;while(ms-)for(i=0;i<60;i+);voidDisplay_Result(unchard)溫度顯示函數(shù)uncharm,n,l;m=d%