接口技術綜合實驗 溫度檢測系統(tǒng)

1、 接口技術綜合實驗題目：溫度檢測系統(tǒng)院（系、部）：姓 名：學 號：班 級：專 業(yè)：指導教師：年 月 日 信息工程學院目 錄一、實驗任務11.1 實驗目的 11.2 實驗內容（四選一） 11.3 實驗具體任務 11.4 實驗報告要求 1二、任務分析2三、系統(tǒng)硬件設計33.1 系統(tǒng)硬件框圖 33.2 元器件的原理、參數介紹 33.2.1 AT89C51的原理與參數33.2.2 ADC0809的原理與參數43.2.3 74LS373的原理與參數53.2.4 82C55的原理與參數63.2.5 74LS244的原理與參數73.2.6 七段數碼管（共陰極）83.3系統(tǒng)硬件原理圖（手繪） 93.4 I/O

2、口地址的計算 93.5 電路原理圖(PROTEL設計) 103.6 印刷電路板圖(PROTEL設計) 11四、任務分析124.1 功能分析 124.3 程序流程圖 134.3 源程序（附源程序清單） 14五、調試205.1 調試設備介紹 205.2 調試過程描述 205.3調試中遇到的問題及解決方法 21六、總結22一、 實驗任務1.1實驗目的1、通過這次實驗， 讓學生得到接口技術實際應用系統(tǒng)開發(fā)的綜合訓練。2、提高學生單片機綜合系統(tǒng)的開發(fā)的能力。1.2實驗內容（四選一）1）溫度檢測系統(tǒng)：某溫度變送器量程范圍為080度，對應的模擬信號為05V，將此溫度變送器接入ADC0809的IN2模擬輸入通

3、道，進行A/D轉換，在數碼管中顯示出當前溫度。2）十字路口交通燈控制系統(tǒng)1：利用單片機的定時器產生秒信號，控制十字路口的紅、綠、黃燈交替點亮和熄滅，并且用4只LED數碼管顯示十字路口兩個方向的剩余時間。系統(tǒng)的工作應符合一般交通燈控制的要求。3）十字路口交通燈控制系統(tǒng)2：利用單片機的定時器產生秒信號，控制十字路口的紅、綠、黃燈交替點亮和熄滅，并且用4只LED數碼管顯示十字路口兩個方向的剩余時間。要求能用按鍵設置兩個方向的通行時間（綠、紅燈點亮時間）和暫緩通行時間（黃燈點亮時間）。系統(tǒng)的工作應符合一般交通燈控制的要求。4）機器人控制系統(tǒng)：機器人組件組裝、設計控制程序、調試、畫出電路原理圖、畫出PC

4、B板圖。 1.3實驗具體任務溫度檢測系統(tǒng)：某溫度變送器量程范圍為080度，對應的模擬信號為05V，將此溫度變送器接入ADC0809的IN2模擬輸入通道，進行A/D轉換，在數碼管中顯示出當前溫度。1.4實驗報告要求（1）根據實驗內容，設計硬件電路原理圖，并給出手繪詳細接線圖（包括8051芯片、晶振電路、復位電路，電源、0809、8255、LED等）。（2）畫出程序流程圖（3）給出源程序清單（匯編語言或C語言源程序）（4）調試，調試結束后要請老師進行檢查。（5）利用PROTEL軟件繪制出上述電路原理圖（即.SCH文件）（6）利用PROTEL軟件設計出印刷電路板圖（即.PCB文件）。（7）制作出印刷

5、電路板（即PCB板）。（選作） 若做出了印刷電路板，調試自己的板子。若未做出了印刷電路板，可利用接口實驗箱進行調試。（8）要認真寫好實驗報告。二、 任務分析對實驗溫度監(jiān)測系統(tǒng)的分析：隨著現代信息技術的飛速發(fā)展，溫度測量控制系統(tǒng)在工業(yè)、農業(yè)及人們的日常生活中扮演著一個越來越重要的角色，它對人們的生活具有很大的影響，所以溫度采集控制系統(tǒng)的設計與研究有十分重要的意義。本次設計的目的在于學習基于51單片機的多路溫度采集控制系統(tǒng)設計的基本流程。本設計采用單片機作為數據處理與控制單元，為了進行數據處理，單片機控制數字溫度傳感器，把溫度信號通過單總線從數字溫度傳感器傳遞到單片機上。單片機數據處理之后，發(fā)出控

6、制信息控制執(zhí)行模塊的狀態(tài)，同時將當前溫度信息發(fā)送到LED進行顯示。我所采用的控制芯片為AT89c51，此芯片功能較為強大，能夠滿足設計要求。本實驗由89C51單片機溫度傳感器、模數轉換器ADC0809、74LS373鎖存器、74LS244為3態(tài)8位緩沖器，用作總線驅動器和LED顯示電路等組成。由熱敏電阻溫度傳感器測量環(huán)境溫度，將其電壓值送入ADC0809的IN0通道進行模數轉換，轉換所得的數字量由數據端D7-D0輸出到89C51的P0口，經軟件處理后將測量的溫度值經單片機的RXD端竄行輸出到82C55，經82C55轉換后，輸出到數碼管的7個顯示段，用數字形式顯示出當前的溫度值。89C51的P0

7、.0、P0.1、P0.2分別接入ADC0809通道地址選擇端A、B、C，因此ADC0809的IN0通道的地址為F0FFH。輸出驅動控制信號由P2.6輸出，4個LED為狀態(tài)指示，其中，LED1顯示溫度十位數字，LED2顯示溫度個位數和小數點，LED3、LED4顯示小數點以后的數字。三、 系統(tǒng)硬件設計3.1系統(tǒng)硬件框圖圖1 系統(tǒng)硬件框圖05VPB4位LED顯示器ADC0809A/D轉換器溫度變送器8255芯片驅動PA單片機3.2元器件原理、參數介紹3.2.1 AT89C51的原理與參數AT89C51主要性能參數：與MCS-51產品指令系統(tǒng)完全兼容4k字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲器1000次擦寫周

8、期全靜態(tài)操作：0Hz24MHz三級加密程序存儲器1288字節(jié)內部RAM32個可編程IO口線2個16位定時計數器6個中斷源可編程串行UART通道低功耗空閑和掉電模式圖2 AT89C51管腳圖AT89C51工作原理：1、引腳排列及功能 AT89C51的封裝形式有 PDIP,TQFP,PLCC 等，現以 PDIP 為例。 （1）I/O口線P0口8位、漏極開路的雙向 I/O口。當使用片外存儲器及外擴 I/O 口時，P0口作為低字節(jié)地址/數據復用線。在編程時，P0 口可用于接收指令代碼字節(jié)；程序校驗時，可輸出指令字節(jié)。P0口也可做通用I/O 口使用，但需加上拉電阻。作為普通輸入時，應輸出鎖存器配置1。P

9、0口可驅動8個TTL負載。P1口8 位、準雙向I/O口，具有內部上拉電阻。P1口是為用戶準備的 I/O 雙向口。在編程和校驗時，可用作輸入低 8 位地址。用作 輸入時，應先將輸出鎖存器置1。P1口可驅動4 個TTL 負載。P2口8位、準雙向I/O口，具有內部上拉電阻。當使用外存儲器或外擴 I/O口時，P2口輸出高 8 位地址。在編程和校驗時，P2 口接收高字節(jié)地址和某些控制信號。P3口8位、準雙向I/O 口，具有內部上拉電阻。P口可作為普通I/O口。用作輸入時，應先將輸出鎖存器置1。在編程/校驗時，P3口接收某些控制信號。它可驅動4個TTL負載。 （2）控制信號線RST 復位輸入信號，高電平有

10、效。在振蕩器穩(wěn)定工作時，在 RST 腳施加兩個機器周 期以上的高電平，將器件復位。外部程序存儲器訪問允許信號 EA，EA/VPP 當 EA 信號接地時，對 ROM 的讀操作限定在外部程序存儲器，地址為 0000H-FFFFH;當 EA 接 VCC 時，對 ROM 的讀操作從內部程序存儲器開始，并可延續(xù)至外部程序存儲器。在編程時， 該引腳可接編程電壓 5V 或 12V。在編程校驗時，該引腳可接 VCC。PSEN 片外程序存儲器讀選通信號 PSEN，低電平有效。在片外程序存儲器取指期間，當 PSEN 有效時，程序存儲器的內容被送至 P0 口；在訪問外部 RAM 時，PSEN 無效。ALE/PROG

11、 低字節(jié)鎖存信號 ALE.在系統(tǒng)擴展時，ALE 的下降沿將 P0 口輸出的低 8 位地址鎖存在外接的地址鎖存器中，以實現低字節(jié)地址和數據的分時傳送。此外，ALE 端連 續(xù)輸出正脈沖，頻率為晶振頻率的 1/6，可做外部定時脈沖使用。 （3）外部晶振引線 XTAL1 片內振蕩器反向放大器和時鐘發(fā)生線路的輸入端。使用片內振蕩器時，連接外部石英晶體和微調電容。XTAL2 片內振蕩器反相放大器的輸出端。當使用片內振蕩器時，外接石英晶體和 微調電容。2.、存儲器組織和特殊功能寄存器 AT89C51 的存儲器將程序存儲器和數據存儲器分開，并有各自的存儲空間和訪問指令。它有 4 個存儲空間：片內存儲器、片外存

12、儲器、片內數據存儲器及片外存儲器。 3、時鐘電路和工作時序 振蕩器 （1）振蕩器電路原理 XTAL1 Q 2 PD & Rf Q 3 6（2）振蕩電路的接法 C2 XTAL2 NC XTAL2 C1 XTAL1 CND 外 部 振 蕩 器 信 號 XTAL1 GND3.2.2 ADC0809的原理與參數ADC0809主要參數：分辨率：8Bits工作電壓：4.5V6V吞吐率：10KSPS輸入通道數：8封裝類型：MDIP圖3 ADC0809管腳圖引腳：28AD0809 的工作原理IN0IN7：8 條模擬量輸入通道ADC0809 對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是05V，若信號太小，必須進行放

13、大；輸入的模擬量在轉換過程中應該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。地址輸入和控制線：4條ALE 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當ALE線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將A， B，C 三條地址線的地址信號進行鎖存，經譯碼后被選中的通道的模擬量進轉換器進行轉換。A，B 和C 為地址輸入線，用于選通IN0IN7 上的一路模擬量輸入。通道選擇表如下表所示。C B A 選擇的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6表1 ADC0819CBA選擇的通道111IN7數字量輸出及控制線：11 條ST 為轉換啟動信號。當ST 上跳沿時，

14、所有內部寄存器清零；下跳沿時，開始進行A/D 轉換；在轉換期間，ST 應保持低電平。EOC 為轉換結束信號。當EOC 為高電平時，表明轉換結束；否則，表明正在進行A/D 轉換。OE為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉換得到的數據。OE=1，輸出轉換得到的數據；OE=0，輸出數據線呈高阻狀態(tài)。D7D0 為數字量輸出線。CLK為時鐘輸入信號線。因ADC0809的內部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為500KHZ，VREF（+），VREF（）為參考電壓輸入。3.2.3 74LS373的原理與參數74LS373的主要參數：電源電壓范圍：4.75V至5.25V輸出電

15、流：24mA工作溫度范圍：0攝氏度到70攝氏度位數：8芯片輸出類型：三態(tài)封裝類型：DIP針腳數：20圖4 74LS373管腳圖74LS373工作原理簡述: (1)1腳是輸出使能(OE)，是低電平有效，當1腳是高電平時,不管輸入 3、4、7、8、13、14、17、18 如何，也不管 11 腳(鎖存控制端，G)如何，輸出 2(Q0)、5(Q1)、 6(Q2)、9(Q3)、 12(Q4)、15(Q5)、 16(Q6)、19(Q7)全部呈現高阻狀態(tài)(或者叫浮空狀態(tài))；(2).當1腳是低電平時，只要11腳(鎖存控制端，G)上出現一個下降沿，輸出 2(Q0)、 5(Q1)、 6(Q2)、 9(Q3)、12

16、(Q4)、15(Q5)、16(Q6)、19(Q7)立即呈現輸入腳 3、4、7、8、13、14、17、18 的狀態(tài)。鎖存端LE由高變低時，輸出端 8 位信息被鎖存，直到 LE 端再次有效。 當三態(tài)門使能信號OE為低電平時，三態(tài)門導通，允許Q0Q7輸出，OE 為高電平時，輸出懸空。L低電平； H高電平； X不定態(tài)； Q0建立穩(wěn)態(tài)前 Q 的電平； G輸入端，與 8031ALE 連高電平：暢通無阻低電平：關門鎖存。圖中 OE使能端，接 地。 當 G=“1”時，74LS373 輸出端 1Q8Q 與輸入端 1D8D 相同； 當 G 為下降沿時，將輸入數據鎖存3.2.4 82C55的原理與參數8255A是I

17、ntel公司生產的可編程輸入輸出接口芯片，它具有3個8位的并行I/O口，分別為PA口、PB口和PC口，其中PC口又分為高4位口（PC7-PC4）和低4位口（PC3-PC0），它們都可以通過軟件編程來改變I/O口的工作方式。8255A可以與MCS-51單片機直接接口。它由以下幾個部分組成：(1)數據端口A、B、C 8255A有三個并行口，PA、PB和PC。都可以選擇作為輸入輸出工作模式，但在功能和結構上有些差異。PA口：一個8位數據輸出鎖存器和緩沖器；一個8位數據輸入鎖存器。PB口：一個8位數據輸出鎖存器和緩沖器；一個8位數據輸入緩沖器。PC口：一個8位的輸出鎖存器；一個8位數據輸人緩沖器。 通

18、常PA口、PB口作為輸入輸出口，PC口可作為輸入輸出口，也可在軟件的控制下，分為兩個4位的端口，作為端口A、B選通方式操作時的狀態(tài)控制信號。圖5 82C55原理圖（2）A組和B組控制電路圖6 8255管腳圖 這是兩組根據CPU寫入的“命令字”控制8255A工作方式的控制電路。A組控制PA口和PC口的上半部（PC7-PC4）；B組控制PB口和PC口的下半部（PC3-PC0）。(3)雙向三態(tài)數據緩沖器 這是8255A和CPU數據總線的接口，CPU和8255A之間的命令、數據和狀態(tài)的傳遞都通過雙向三態(tài)總線緩沖器傳送的，D7-D0接CPU的數據總線。(4)讀寫和控制邏輯 A0、A1、為8255A的端口

19、選擇信號和片選信號， 為8255A的讀寫控制信號，這些信號線分別和MCS-51的地址線和讀寫信號線相連接，實現CPU對8255A的口選擇和數據傳送。3.2.5 74LS244的原理與參數元件數：2安裝類型：通孔封裝：20-DIP工作溫度：0攝氏度到70攝氏度每元件位數：4電源電壓：4.75V到5.25V輸出電流：15mA-24mA邏輯類型：緩沖器/線路驅動器，非反相圖7 74LS244管腳圖74LS244工作原理：74LS244為3態(tài)8位緩沖器，一般用作總線驅動器。74LS244沒有鎖存的功能。地址鎖存器就是一個暫存器，它根據控制信號的狀態(tài)，將總線上地址代碼暫存起來。當微處理器與存儲器交換信號

20、時，首先由CPU發(fā)出存儲器地址，同時發(fā)出允許鎖存信號ALE給鎖存器，當鎖存器接到該信號后將地址/數據總線上的地址鎖存在總線上，隨后才能傳輸數據。鎖存器是一個很普通的時序電路。一般的，它在時鐘上升沿或者下降沿來的時候鎖存輸入，然后產生輸出，在其他的時候輸出都不跟隨輸入變化，這就是所謂邊緣觸發(fā)的D觸發(fā)器3.2.6 七段數碼管（共陰極）圖8 七段數碼管引腳圖數碼管使用條件：a、段及小數點上加限流電阻b、使用電壓：段：根據發(fā)光顏色決定；小數點：根據發(fā)光顏色決定c、使用電流：靜態(tài)：總電流 80mA（每段 10mA）；動態(tài)：平均電流 4-5mA 峰值電流 100mA直流驅動是指每個數碼管的每一個段碼都由一

21、個單片機的I/O端口進行驅動，或者使用如BCD碼二-十進制譯碼器譯碼進行驅動。優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O端口多。動態(tài)顯示驅動是將所有數碼管通過分時輪流控制各個數碼管的的COM端，就使各個數碼管輪流受控顯示。將所有數碼管的8個顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個數碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數碼管就不會亮。3

22、.4 I/O口地址的計算8255A該端口寄存器的地址為單片機地址總線A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0 8255地址信號與片選CSA1A0A口01111111111111007FFCHB口01111111111111017FFDHC口01111111111111107FFEH控制字01表2 8255A端口寄存器的地址111111111111117FFFHP2口的地址單片機地址總線A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0P2口地址片選信號CS接法P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P2.70

23、1111111111111117FFFHP2.61011111111111111BFFFHP2.51101111111111111DFFFHP2.41110111111111111EFFFHP2.31111011111111111F7FFHP2.21111101111111111FBFFHP2.11111110111111111FDFFHP2.0111表3 P2口的地址1111011111111FEFFH3.5 電路原理圖（PROTEL）圖8 電路原理圖3.6 印刷電路板圖（PROTEL）圖9 印刷電路板圖四、系統(tǒng)軟件設計4.1 功能分析該程序要實現溫度變送器給出模擬量后，經單片機AT89C5

24、1，可編程并行I/O接口82C55芯片，A/D轉換器ADC0809芯片，74LS02、74LS04的一系列轉換，在LED數碼顯示器中顯示出當前的溫度。并可以實現的測溫范圍是0到80攝氏度。程序首先進行可編程并行I/O接口82C55芯片的初始化，然后進行該芯片的位選，控制四個LED顯示器哪個亮哪個不亮；在進行該芯片的段選，控制LED顯示什么數字量。然后進行A/D轉換的編程，實現電壓模擬量轉換成溫度的數字量。程序接下來進行A/D采樣A/D轉換得到數字量D進行溫度轉換T=(80/255)*D，然后將80/255=0.31372549擴大100倍取31，但是此時就出現了最后溫度顯示的誤差。然后進行轉換

25、，轉換成BCD碼，再將BCD碼轉換成十進制數，接著進入顯示程序將該十進制數顯示出來。程序二的功能與上述功能一樣，但是為了提高溫度顯示的精度將溫度轉換的公式采用不同的方式來使用，不直接用80/255=0.31372549這個數據，而用此時該公式是T=80D/255，這樣就減小了軟件的誤差。4.2 程序流程圖開始8255的初始化A/D采樣得到數字量D溫度轉換T=80*D/255將T擴大100倍，得到16進制數A將A轉換成BCD碼將BCD碼進項拆分拆分結果送入內部RAM的65H68H單元中調用顯示子程序結束4.3 源程序（附源程序清單）程序一： ORG 0000HSTART:MOV A,#81H ;

26、8255的PB、 PA口輸出,PC口輸入,方式0 MOV DPTR,#7FFFH ;8255控制字地址MOVX DPTR,AMAIN:LCALL DIR ;調用顯示程序LCALL ADCON;調用AD轉換子程序LJMP MAINADCON:MOV DPTR,#0BFFFH ;AD轉換子程序MOV A,#0MOVX DPTR,A ；啟動0809的0#通道LCALL DL1ms ；延時1msMOVX A,DPTR ;讀取0809的0#通道轉換結束的數據MOV 74H,A ;暫存讀入的值MOV B,#1FH ;B中存入數值31MUL AB ；A與B相乘，低位放A中，高位放B中MOV R3,B ；十六

27、進制高位暫存入R3中MOV R4,A ；十六進制低位暫存入R4中LCALL BINBCD ；調用二進制十進制轉換子程序MOV A,22HANL A,#0FH ；取低8位BCD碼的低四位即為需顯示；的最低位小數MOV 70H,A ；所得最低位小數存入70H單元MOV A,22HANL A,#0F0H ；取低8位BCD碼的高四位即為需顯示；的第一位小數SWAP AMOV 71H,A ；所得第一位小數存入71H單元MOV A,21HANL A,#0FH ；取高8位BCD碼的低四位即為需顯示；的個位數MOV 72H,A ；所得個位數存入72H單元MOV A,21HANL A,#0F0H ；取高8位BC

28、D碼的高四位即為需顯示；的十位數SWAP AMOV 73H,A ；所得十位數存入73H單元RET；顯示程序DIR: MOV R0,#70H ；置緩沖器指針初值MOV R2,#00000001B ；位選碼的初值送R2MOV A,R2LD0:MOV DPTR ,#7FFCH ；位選碼PA口（PA.0位）；最右邊LED亮MOVX DPTR,AMOV A,R0 ；顯示數據AMOV DPTR,#TABLEMOVC A,A+DPTR ；根據顯示數據來查表取段碼PUSH ACCMOV A,R2JNB ACC.2,QPOP ACCORL A,#10000000B ；個位（右數第三數碼管）顯示小數點LJMP D

29、IR1Q:POP ACCDIR1:MOV DPTR,#7FFDHMOVX DPTR,A ；段碼8255 PB口LCALL DL1ms ；該位顯示1msINC R0 ；指針指向下一個數據單元MOV A,R2 ；位選碼送入A中JB ACC.3,LD1 ；判斷是否掃描到最高位十位（右數第 ；四個LED），如到最高位則返回RL A ；位選碼向左移一位，準備讓 ; 左邊的下一位LED亮MOV R2,A ；位選碼送R2中保存LJMP LD0LD1:RETTABLE:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH ;共陰極段碼表DB 6FH,77H,7CH，39H，5EH,79

30、H,71H,00HDL1ms:MOV R7,#02H ；延時1ms子程序DL:MOV R6,#248DL6:DJNZ R6,DL6NOPDJNZ R7,DLRET ；二進制十進制轉換子程序BINBCD:MOV R0, #22H;轉換結果低位地址 MOV A, R0 PUSH ACC;ACC表示累加器A的直接地址 MOV R7, #03H CLR ALP1:MOV R0, A;結果存儲地址清零 DEC R0 DJNZ R7, LP1 POP ACC MOV R0, A MOV R7, #16LP2:PUSH ACC CLR C MOV A, R4;R4中為二進制數的低位 RLC A MOV R4

31、, A MOV A, R3;R3中為二進制數的高位 RLC A MOV R3, A MOV B, #03HLP3:MOV A, R0 ADDC A, R0;執(zhí)行乘2操作 DA A;十進制調整 MOV R0, A;結果保存 DEC R0 DJNZ B, LP3 POP ACC MOV R0, A DJNZ R7, LP2 RETEND五、 調試5.1 調試設備介紹圖10 設備介紹圖該實驗箱是以單片機AT89C51為核心的調試單片機實驗程序的設備，左上角為單片機AT89C51芯片及它的最小系統(tǒng)，其中晶振為11.0592Hz。箱子上還配有各種芯片來完成各個單片機的實驗。此次試驗還用到了可編程并行I/O接口芯片82C55、A/D轉換器ADC0809芯片、D/A轉換器DAC0832芯片、鎖存器74LS373芯片、74LS244芯片、74LS02芯片、74LS04芯片、LED數碼顯示器。還要配合單片機編程軟件Keil的使用。5.2 調試過程描述圖11 調試過程圖A圖12 調試過程圖B在按照手繪