1、 PAGE22 / NUMPAGES22課程設計說明書題 目： 基于單片機的多路溫度采集系統 專 業：班 級：姓 名：學 號：指導老師：成 績：目 錄TOC o 1-3 h z uHYPERLINK l _Toc261943284目錄1HYPERLINK l _Toc261943285第一章設計要求與目的2HYPERLINK l _Toc261943286第二章系統總體方案選擇與說明2HYPERLINK l _Toc261943287第三章系統方框圖與工作原理33.1 數碼管驅動電路設計.43.2 單片機復位電路設計.53.3 振蕩器電路模塊設計.73.4 按鍵調整電路設計.73.5 溫度報警

2、電路設計.83.6單片機I/O口功能說明.9HYPERLINK l _Toc261943292第四章器件說明9HYPERLINK l _Toc2619432944.1單片機89C51說明 PAGEREF _Toc261943294 h 9HYPERLINK l _Toc2619432954.2 ADC0808說明10HYPERLINK l _Toc2619433064.3 ADC0808應用說明11HYPERLINK l _Toc2619432964.4 LED顯示器 PAGEREF _Toc261943296 h 11HYPERLINK l _Toc261943297第五章軟件設計與說明 P

3、AGEREF _Toc261943297 h 12HYPERLINK l _Toc2619432985.1 程序設計流程圖 PAGEREF _Toc261943298 h 12HYPERLINK l _Toc261943307總結13HYPERLINK l _Toc261943308參考文獻13HYPERLINK l _Toc261943309附錄14第一章 設計要求與目的數據采集系統用于將模擬信號轉換為計算機可以識別的數字信號.該系統目的是便于對某些物理量進行監視.數據采集系統的好壞取決于他的精度和速度.設計時,應在保證精度的情況下盡可能的提高速度以滿足實時采樣、實時處理、實時控制的要求.在

4、科學研究中應用該系統可以獲得大量動態;是研究瞬間物理過程的重要手段;亦是獲取科學奧秘的重要手段之一.這次設計用到的集成芯片主要有8051單片機、ADC0808等.ADC0800主要作用是對八路模擬信號進行選擇采集,并將其轉化為八位數字信號,再送至主控制器(8051單片機);軟件部分即為控制單片機的工作進程,程序由匯編語言完成并在PROTEUCE開發軟件中進行的調試與仿真.設計要求：以一定時間間隔對8個溫度通道進行巡回采集，溫度檢測圍0 64；選擇合適的方式對采集的值應進行數字濾波；可用鍵盤選擇顯示通道情況；數碼管顯示，同時顯示通道號；具有超限報警功能；可通過鍵盤設置上、下限值。第二章 系統總體

5、方案選擇與說明為了充分利用學校的有效資源，我們僅僅對本課題做一個簡單的設計，并且在網上下載PROTUEUCE軟件，運行后進行初步的仿真實驗八路模擬信號數值測量顯示電路由A/D轉換、數據處理與顯示控制等組成。A/D轉換由集成電路0808完成，0808具有8路模擬輸入端口，地址線（23-25腳）可決定對哪一路模擬輸入作A/D轉換，22腳為地址鎖存控制，當輸入為高電平時，對地址信號進行鎖存。6腳為測試控制，當輸入一個2S寬高電平脈沖時，就開始A/D轉換。7腳為A/D轉換結束標志，當A/D轉換結束時，7腳輸出高電平。9腳為A/D轉換數據輸出允許控制，當OE腳為高電平時，A/D轉換數據從端口輸出。單片機

6、的P0、P3端口作四位LED數碼管顯示控制，P1端口作A/D轉換數據讀入用，P2端口用作0809的A/D轉換控制第三章 系統方框圖與工作原理根據設計要求的性能指標，本系統不僅要滿足一定精度的溫度采集的基本功能，而且由于測量的路數為8路，還存在多路信號的循環顯示問題，還要考慮溫度超限報警輸出的功能，同時系統還具有顯示當前各路的測量溫度值的功能和鍵盤選擇顯示路數的功能。根據本課題的設計目標以與硬件的特點,本系統的結構原理圖如下圖1所示:核心控制板STC89C514位數碼管報警指示燈（高、低溫）4個鍵盤蜂鳴器報警ADC0808模數轉換器溫感元件 圖1 系統方框圖主控器通過串行傳輸線路對各路數據進行采

7、集和顯示。采集方式包括循環采集（即1路、2路7路、8路、1路）和按鍵選擇采集（任選一路）二種方式。顯示部分能同時顯示地址和相應的數據。在采集信號的同時主控器將寄存器中存儲的上下限值與實際采集值進行比較，若超過限值，聲光報警。系統電路原理圖：圖2 系統原理圖硬件功能實現：鍵盤功能：K00：選擇通道顯示 （18）； K1.0：升高溫度上限； K1.1：降低溫度上限；K2.0、K2.1：溫度下限調節。 報警功能：上下限聲光報警；3.1數碼管驅動電路設計顯示電路采用了5個LED數碼管,單片機I/O的應用最典型的是通過I/O口與8段LED數碼管構成顯示電路。8段LED數碼管，則在一定形狀的絕緣材料上，利

8、用單只LED組合排列成“8”字型的數碼管，分別引出它們的電極，點亮相應的點劃來顯示出0-9的數字。LED數碼管根據LED的接法不同分為共陰和共陽兩類，了解LED的這些特性，對編程是很重要的。因為不同類型的數碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。將多只LED的陰極連在一起即為共陰式，而將多只LED的陽極連在一起即為共陽式。數碼管驅動電路在整個系統中的設計如下圖10：圖3 數碼管驅動電路設計其中DB0DB7接單片機的P0.0P0.7，LED3LED7作為數碼管的位選控制端，分別由P2.0P2.3控制。本設計的顯示電路由四個數碼管組成，各個數碼管的含義分別如下（表1）：第一位（LED

9、1）：顯示溫度值個位。第二位（LED2）：顯示溫度值十位。第三位（LED3）：不顯示第四位（LED4）：顯示通道選擇位。如下表：表1 數碼管各位顯示區域4通道選擇位3不顯示2溫度值十位1溫度值個位3.2單片機復位電路設計STC89C51單片機工作之后，只要在它的RST引線上加載10ms以上的高電平，單片機就能有效地復位。51單片機通常采用上電自動復位和按鍵復位兩種方式。最簡單的復位電路如下圖4和圖5：圖4 單片機上電復位電路圖圖5 單片機按鍵復位電路圖如圖4的上電復位電路與圖5的按鍵復位電路，它們的原理一樣。而按鍵復電路的好處在于在單片機運行期間，可以通過按鍵來完成復位動作，無須從新上電。為了

10、方便程序調試與作品的使用，本設計采用按鍵復位電路，即圖5.它的原理如下：上電或按鍵瞬間，RC電路充電，RST引線出現正脈沖，只要RST保持10ms以上的高電平，就能使單片機有效的復位。在應用系統中，有些外圍芯片也需要復位。如果這些芯片復位端的復位電平與單片機的復位電平的要求一致，則可以將復位信號與之相連。 3.3 振蕩器電路模塊設計STC89C51單片機部沒有振蕩電路，需要外加振蕩器提供標準時鐘，引線 XTAL1和XTAL2分別為反向振蕩放大器的輸入與部時鐘工作電路的輸入和來自反向振蕩器的輸出，該反向放大器可以配置為片振蕩器，要形成時鐘，外部還需要附加電路。石英晶體振蕩和瓷振蕩均可采用。輸入至

11、部時鐘信號要通過一個二分頻觸發器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。51單片機的時鐘產生方式有兩種，分別為：部時鐘方式和外部時鐘方式。利用其部的振蕩電路XTAL1和XTAL2引線上外接定時元件，部振蕩電路便產生自激振蕩，用示波器可以觀察到XTAL2輸出的時鐘信號。在STC89C51單片機一般常用部時鐘方式，也就是在XTAL1和XTAL2之間連接晶體振蕩器與電容構成穩定的自激振蕩器，晶體和電容決定了單片機的工作時間精度為1微秒。晶體可在1.2-12MHz之間選擇。STC898C51單片機在通常應用情況下，使用振蕩頻率為6MHZ的石英晶體，而12MHZ頻率的晶

12、體主要是在高速串行通信情況下才使用，在這里我用的是12MHZ石英晶體。對電容無嚴格要求，但它的取值對振蕩頻率輸出的穩定性、大小與振蕩電路起振蕩速度有一點影響。C1和C2可在20-100PF之間取值，一般情況取30PF。外部時鐘方式是把外部振蕩信號源直接接入XTAL1或XTAL2。由于XTAL2邏輯電平不是TTL的，所以還要接一個上拉電阻。其原理圖如圖6.圖6 振蕩器設計電路3.4 按鍵調整電路設計按鍵調整界面主要是由4個獨立鍵盤和5位數碼管構成，實現對溫度的實時控制和顯示。5個獨立鍵盤選用輕觸按鍵，單片機檢測按鍵的原理是：單片機的I/O口既可作為輸出也可以作為輸入使用，當檢測按鍵時用的是它的輸

13、入功能，我們把按鍵的一端接地，另一端與單片機的某個I/O口相連，如圖7所示，開始時先給該I/O口賦一高電平，然后讓單片機不斷地檢測該I/O口是否變為低電平，當按鍵閉合時，即相當于該I/O口通過按鍵與地相連，變成低電平，程序一旦檢測到I/O口變為低電平則說明按鍵被按下，然后執行相應的指令。圖7 獨立鍵盤電路3.5 溫度報警電路設計本設計采用了蜂鳴器和警示燈來構成整個報警系統。對于采集到的兩路溫度進行判斷，如果通道1的溫度高于設定的溫度，則蜂鳴器以“嘀”一聲報警，同時，通道1的紅色報警燈點亮；如果是通道2的溫度低于設定的溫度，則蜂鳴器發出“嘀嘀”兩聲的聲音報警，同時，通道2的綠色報警指示燈點亮。蜂

14、鳴器的驅動原理是：利用三極管的開關特性，當9012的b極出現低電平“0”時，三極管導通；當b極出現高電平“1”時，三極管截止。通過三極管的導通與截止之間的時間差產生的脈沖，使蜂鳴器發出“滴答”的響聲。驅動電路如圖8報警指示電路如圖9。圖8 蜂鳴器電路圖9 溫度報警指示燈電路3.6單片機I/O口功能說明此處所用的處理器也是40DIP的STC89C51芯片。它主要完成的功能有：1）對8段LED數碼管的段碼顯示驅動（P0.0P0.7）;2）對4個數碼管的位選(P2.0、P2.1、P2.2、P2.3) ；3）對0808模擬通道選擇。（P3.0、P3.1、P3.2）；4）對4個獨立鍵盤掃描檢測（P3.4

15、、P1.1、P1.2、P1.3）；5）對兩路報警LED指示燈的亮滅控制（P1.5，P1.6）。通過該單片機即可實現人機交互界面的控制。第四章 器件說明4.1 單片機89C51說明80C51是 HYPERLINK :/ intel / INTEL公司MCS-51系列單片機中最基本的產品，它采用INTEL公司可靠的CHMOS工藝技術制造的高性能8位單片機，屬于標準的MCS-51的HCMOS產品。它結合了HMOS的高速和高密度技術與CHMOS的低功耗特征，它繼承和擴展了MCS-48單片機的體系結構和指令系統。80C51置中央處理單元、128字節部數據存儲器RAM、32個雙向輸入/輸出(I/O)口、2

16、個16位定時/計數器和5個兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片時鐘振蕩電路。此外，80C51還可工作于低功耗模式，可通過兩種軟件選擇空閑和掉電模式。在空閑模式下凍結CPU而RAM定時器、串行口和中斷系統維持其功能。掉電模式下，保存RAM數據，時鐘振蕩停止，同時停止芯片其它功能。8051是典型的單片機，由CPU系統，外圍功能單元和一體化的I/O端口3部分組成。CPU系統：包括CPU，時鐘系統和總線控制邏輯3部分。CPU包含運算器和控制器，專門為面向控制對象，嵌入式特點而設計，有突出控制功能的指令系統。時鐘系統：包含振蕩器，外接諧振元件，可關閉振蕩器或CPU時鐘?？偩€控制邏輯：主要用于管理外部并

17、行總線時序與系統的復位控制,外部引腳有RET、ALE、EA和PSEN。外圍功能單元包括ROM程序存儲器,RAM數據存儲器,I/O端口和SFR特殊功能寄存器4部分。80C51基本功能單元包括定時/計數器、中斷系統和串行接口3個基本功能單元。4.2 ADC0808說明ADC0808由一個8 路模擬開關、一個地址鎖存與譯碼器、一個A/D 轉換器和一個三態輸出鎖存器組成。多路開關可選通8 個模擬通道，允許8 路模擬量分時輸入，共用A/D 轉換器進行轉換。三態輸出鎖器用于鎖存A/D 轉換完的數字量，當OE 端為高電平時，才可以從三態輸出鎖存器取走轉換完的數據。ADC0808各腳功能如下：D7-D0：8

18、位數字量輸出引腳。IN0-IN7：8 位模擬量輸入引腳。VCC：+5V 工作電壓。GND：地。REF（+）：參考電壓正端。REF（-）：參考電壓負端。START：A/D 轉換啟動信號輸入端。ALE：地址鎖存允許信號輸入端。（以上兩種信號用于啟動A/D 轉換）.EOC：轉換結束信號輸出引腳，開始轉換時為低電平，當轉換結束時為高電平。OE：輸出允許控制端，用以打開三態數據輸出鎖存器。CLK：時鐘信號輸入端（一般為500KHz）。ADC0808的部邏輯結構：圖10 ADC0808的部邏輯結構4.3 ADC0809 應用說明（1） ADC0809 部帶有輸出鎖存器，可以與AT89S51 單片機直接相連

19、。（2）初始化時，使ST 和OE 信號全為低電平。（3）送要轉換的哪一通道的地址到A，B，C 端口上。（4）在ST 端給出一個至少有100ns 寬的正脈沖信號。（5）是否轉換完畢，我們根據EOC 信號來判斷。（6）當EOC 變為高電平時，這時給OE 為高電平，轉換的數據就輸出給單片機了。軟件設計完成后，可根據PRTEL99SE中的電路原理圖進行引腳鎖定，然后啟動編譯程序來編譯項目。編譯器將進行錯誤檢查、網表提取、邏輯綜合和器件適配，然后進行行為仿真、功能仿真和時序仿真。4.4 LED顯示器本LED顯示器可自動輪流顯示8路輸入模擬電壓的數字值，最小分辨精度為0.02V，最大顯示數值為255（輸入

20、為5V時），模擬輸入最大值為5V。表2 LED數碼顯示器的字形（段）碼顯示字形字形碼（共陽極）字形碼（共陰極）0C0H3FH1F9H06H2A4H5BH3B0H4FH499H66H592H6DH682H7DH7F8H07H880H7FH990H6FHA88H77HB83H7CHCC6H39HDA1H5EHE86H79HF8EH71H熄滅FFH00H第五章 軟件設計與說明系統軟件主要功能是對整個計算機系統進行調度、管理、監視與服務等。它能夠使系統的各種資源得到合理的調度和高效的使用，并能監視系統的運行狀態，一旦出現故障就能自動保護現場信息使之不受破壞，并診斷出故障部位。它還可以幫助用戶調試程序、

21、查找程序中的錯誤等。5.1 程序設計流程圖主程序主要功能是控制調用子程序，實現溫度的實時顯示、讀出并處理ADC0808的數據測量值（溫度測量每1s進行一次）。其程序流程圖如圖12所示。開始初始化八通道循環參數設置參數累加通道選擇小于8否則采集數據數碼管顯示鍵盤掃描通道選擇顯示調節上下限是否按鍵NOYES循環延時顯示圖12 程序設計流程圖總 結經過這此單片機課程設計,我學會了很多東西。比如，對匯編語言的理解就已經有了一個更進一步的理解，同時也對那些我們已經學過的各種計算機語言進行了一個簡單的對比。在經過大一的語言課程設計和大三的電子電路課程設計以與此次單片機課程設計。使我養成了模塊化工程設計方法

22、的習慣，在設計功能模塊時候，得先確定是什么功能模塊，并紿模塊讀取地址或數據和存儲地址或傳出變量。只要這樣，在需要時候進行調用或中斷就可以了。單片機是很重要的一門課程，盡管我們在課堂學到的容很有限，但在以后的學習中單片機還需要好好的深入研究和學習，學好了單片機也就多了一項生存的本錢。最后感老師對我們的精心指導和幫助，感同學們對我的幫助。參考文獻1 王守中.51單片機開發入門與典型實例.人民郵電2 王迎旭.單片機原理與應用.機械工業，：20043 樓然苗.51系列單片機設計實例. 北航附錄：由于時間關系，本次課程設計的程序，調試中并沒有實現課程設計中要求的按鍵控制功能，一直到課程設計結束，仍在調試

23、中（調用的按鍵子函數為P_KEY）。LED_0EQU 30HLED_1 EQU 31HLED_2 EQU 32HADCEQU35HTCNTAEQU36HTCNTBEQU37HH_TEMPEQU38H;溫度上限L_TEMPEQU39H;溫度下限H_TE EQU 21HL_TE EQU 22HK10 EQU P3.3K11 EQU P3.4K20 EQU P3.5K21 EQU P3.6FLAGBIT00HH_ALMBITP3.5L_ALMBITP3.6SOUNDBITP3.7CLOCKBITP2.4ST BIT P2.5EOC BIT P2.6OE BIT P2.7ORG 00HSJMPSTAR

24、TORG0BHLJMPINT_T0ORG1BHLJMPINT_T1START: MOVLED_0,#00HMOVLED_1,#00HMOVLED_2,#00HMOVDPTR,#TABLEMOVH_TEMP,#55MOVL_TEMP,#10MOVTMOD,#12HMOVTH0,#99MOVTL0,#0MOVTH1,#(65536-1000)/256MOVTL1,#(65536-1000)MOD 256MOVIE,#8aHCLRCSETBTR0;為ADC0808提供時鐘LOOP: MOV R1, #11111111B ;八通道循環起始 MOV R2, #00H;*WAIT: SETBH_ALMSE

25、TBL_ALMCLR STSETB STCLR ST;啟動轉換 JNB EOC,$; MOV A, R1 ;信號采集循環 MOV P3, A SUBB A, #11110111B JZ LOOP DEC R1 INC R2; MOV R0, #100 ;循環運行LOOP1: SETB OE MOV ADC,P1;讀取AD轉換結果CLR OEMOVA,ADC MOV L_TE, L_TEMPSUBBA, L_TE ;判斷是否低于下限JCLALMMOVA,H_TEMPMOVH_TE,ADCSUBBA,H_TE;判斷是否高于上限JCHALMCLRTR1LJMPPROCCLRTR1LJMPPROCLA

26、LM:;低溫報警CLRL_ALM CLR SOUNDSETBTR1CLRFLAGLJMPPROCHALM: ;高溫報警CLRH_ALMCLR SOUNDSETBTR1SETBFLAGLJMPPROC;PROC: MOV A,ADC ;數值轉換 MOV LED_2,R2MOV B,#10DIV ABMOV LED_1,AMOV LED_0,BLCALLDISP DJNZ R0, LOOP1SJMP WAITINT_T0:CPLCLOCK ;提供ADC0808時鐘RETIINT_T1:MOVTH1,#(65536-1000)/256MOVTL1,#(65536-1000)MOD 256CPLSOU

27、NDINCTCNTAMOVA,TCNTAFLAG,I1 ;判斷是高溫警報還是低溫警報CJNEA,#30,RETUNE;低溫警報聲SJMPI2I1:CJNEA,#10,RETUNE;高溫警報聲I2:MOVTCNTA,#0INCTCNTBMOVA,TCNTBCJNEA,#25,RETUNEMOVTCNTA,#0MOVTCNTB,#0LCALLDELAY2RETUNE: RETIDISP: MOV A,LED_0;數碼顯示子程序MOVCA,A+DPTRCLRP2.3MOVP0,ALCALLDELAYSETBP2.3MOVA,LED_1MOVCA,A+DPTRCLRP2.2MOVP0,ALCALLDE

28、LAYSETBP2.2MOVA,LED_2MOVCA,A+DPTRCLRP2.0MOVP0,ALCALLDELAYSETBP2.0 RET;*P_KEY: ;按鍵掃描 K10, PK1 JNB K10, $ MOV A, H_TEMP LCALL LOOK_ALARM LCALL SET_ALARM PK1: K20, PK2 JNB K20, $ MOV A, H_TEMP LCALL LOOK_ALARM LCALL SET_ALARM PK2: K11, PK3 JNB K11, $ MOV A, L_TEMP LCALL LOOK_ALARM LCALL SET_ALARM PK3: K21, PK4 JNB K21, $ MOV A, L_TEMP LCALL LOOK_ALARM LCALL SET_ALARM PK4: LCALL DELAY RET SET_ALARM: A0: K10, A2 ;TH值增加 INC H_TEMP MOV A, H_TEMP C