智能温度巡检仪毕业设计论文.doc

毕毕 业业 设设 计计 论论 文文 题目：智能型温度巡检仪 (软件部分) 河南城建学院本科毕业设计(论文) 摘要 i 摘摘 要要 在实际生产和生活等各个领域中，温度是环境因素不可或缺的一部分，对 温度进行及时精确的控制和检测显得尤为重要。随着国民经济的发展，人们需 要对各种加热炉，热处理炉，生化温室中温度进行监测。采用单片机来对他们 控制不仅具有控制方便，简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温 度的技术指标，从而能够大大的提高产品的质量和数量。 本文是基于智能温度巡检仪的硬件部分所做的软件程序，它与硬件部分相 结合实现温度的实时测量与控制。硬件部分是以铂电阻 pt100 作为温度传感器， 采用恒流测温的方法，通过单片机 stc89c52 进行控制，用放大器、a/d 转换 器进行温度信号的采集，再通过单片机把采集到的信号送到 lcd1602 中进行显 示，通过按键调节温度上、下限。软件部分在此主要对硬件电路各部分功能的 程序进行模块化，并对电阻温度进行标度变换，对采集的温度数据滤波， 实现温度的实时测量与控制。 关键词关键词：单片机 stc89c52， 温度传感器 pt100，模数转换器 adc0809，液 晶显示器 1602 河南城建学院本科毕业设计(论文)abstract ii abstract temperature is an essential of environmental factors in our actual production，living and many other fields. its particularly important to control and detect the temperature promptly and exactly. with the development of the national economy, people need to all in the furnace, heat treatment furnace, chemical and biological monitoring of the temperature of the greenhouse and control. single-chip computer to control not only has control of their convenience, simplicity and flexibility advantages, but also substantial increase in temperature was charged with technical indicators, which can greatly improve the quality and quantity of products. this is the software program based on the hardware part of the smart temperature data logging devices, with the hardware part of the combination of real-time temperature measurement and control. the hardware part is based on the platinum resistance pt100 temperature sensor, the method of constant current temperature, by microcontroller stc89c52 control, amplifier, a/d converter temperature signal acquisition, collected by the microcontroller signal sent to the lcd1602 to be displayed on the button to adjust the temperature, the lower limit. the software part modular, the program for some of the features of the hardware circuit and the resistance - temperature scale conversion of the collected temperature data filtering, real-time temperature measurement and control. key words: stc89c52, temperature sensorpt100, analog adc0809, lcd 1602 河南城建学院本科毕业设计(论文)目录 iii 目 录 摘摘 要要 i abstractii 前前 言言1 1 概述概述2 1.1 温度检测仪表的现状2 1.2 课题的提出3 1.3 本文的主要研究内容4 2 系统的总体设计系统的总体设计5 2.1 系统的总体设计思想5 2.2 方案论证与选择5 2.2.1 温度采样和测试部分.6 2.2.2 显示器.6 2.2.3 键盘.7 2.3 系统设计的技术关键7 3 系统的硬件设计系统的硬件设计8 3.1 系统的整体结构8 3.2 温度巡检仪的主要硬件8 3.2.1 温度传感器 pt100 .8 3.2.2 a/d 转换器 adc0809.10 3.2.3 stc89c5212 3.2.4 lcd160216 4 计算与软件实现计算与软件实现19 4.1 温度采集19 4.1.1 数据输入.19 4.1.2 a/d 采集信号20 4.2 数据处理23 4.2.1 电压pt100 阻值转换 .23 4.2.2 ad 值十进制数转换.24 4.2.3 通过插值算法校正 pt100 的非线性度 24 4.2.4 去极值平均滤波法.25 河南城建学院本科毕业设计(论文)目录 iv 4.3 温度显示27 4.4 报警控制29 4.4.1 温度上、下限设定.29 4.4.2 越限报警.33 4.5 小结34 5 电路仿真的设计与分析电路仿真的设计与分析35 5.1 proteus 仿真软件介绍35 5.2 电路仿真设计35 5.3 仿真分析37 6 总结总结38 参考文献.39 致 谢.40 附录 a：.41 附录 b： .42 附录 c： .43 河南城建学院本科毕业设计(论文)前言 1 前 言 在工业生产过程中，温度检测和控制都直接和安全生产、产品质量、生产效 率、节约能源等重大技术经济指标相联系。温度检测类仪表作为温度计量工具， 也因此得到广泛应用。随着生产力的发展，生产规模的扩大和对生产管理的自动 化水平的要求越来越高，在很多场合，诸如电机、锅炉、饮料、食品、中频热处 理行业的水路温度保护，变电所各电节点的温度检测等，要求温度巡检仪能自动 巡检，以达到无人看守，温度自动巡检的目的。 智能温度巡检仪首先要进行数据采集就是将一般的物理量通过传感器转换成 模拟量，在经过a/d转换电路转换为数字量供给cpu进行处理。详细来说就是能 监测并采集多路的温度信号，通过温度传感器将温度转换成电压信号输出电压， a/d转换芯片将模拟量转换成数字量，从而得到与温度信号具有一定关系的数字 量，单片机采集这些数字信号，进行一定的信号调理、软件算法、以及标度变换， 从而得到一定量的温度值，再将这一温度值通过显示的方式显示出来，然后通过 按键或定时的控制实现巡检，就得到了一个4路温度巡检仪的系统。 本设计应用性比较强，设计系统可以作为温度测量显示系统，如果稍微改装 可以做热水器温度调节系统、生产温度监控系统等等。本毕业设计主要任务是完 成环境温度检测并显示温度。设计后的系统具有操作方便，控制灵活移植性强等 优点。 本设计系统包括温度传感器，信号放大电路，a/d转换模块，数据处理，温 度显示模块，控制模块六个部分。文中对每个部分功能、实现过程作了详细介绍。 整个系统的核心是进行温度测量与显示。 河南城建学院本科毕业设计(论文)概述 2 1 概述 1.1 温度检测仪表的现状 温度是一个很重要的物理参数，自然界中任何物理。化学过程都紧密地与温 度相联系。在工业生产过程中，温度检测和控制都直接和安全生产、产品质量生 产效率、节约能源等重大技术经济指标相联系，因此在国民经济的各个领域中都 受到普遍重视。温度检测仪表作为温度计量工具，因此也得到广泛应用。随着科 学技术的发展，这类仪表的发展也日新月异。特别是随着计算机技术的迅猛发展， 以单片机为主的嵌入式系统已经广泛应用于工业控制领域，形成了智能化的测量 控制仪器，从而引起了仪器仪表结构的根本性变革。 传统的机械式检测仪表在工矿企业之中已经有上百年的历史了。一般均具有 指示温度的功能。由于测温原理的不同，不同的仪表在记录、远传等方面的性能 差别很大。例如热电阻温度计，它的测温范围是200650,测量准确，可用 于低温或温差测量，能够指示报警、远传、控制变送，但维护工作量大而且不能 记录；光学温度计测量范围是 3003200，携带使用方便，价格便宜，但是 它只能目测，也就是说必须熟练才能测准，而且不能远传、控制变送等。 近年来由于微电子学的进步以及计算机应用的日益广泛，智能化测量控制仪 表已经取得了极大的进步。我国的单片机开发应用始于 80 年代，在这 20 年中单 片机应用飞速发展，技术日益成熟。以单片机为主体取代传统仪器仪表的常规电 子线路，可以轻易的将计算机技术与测量技术结合在一起。智能仪表在测量过程 自动化、测量结果的数据处理已经功能的多样化方面，都取得了巨大的进展。目 前在研制高精度、高性能、多功能的测量控制仪表时，几乎没有不考虑采用单片 机使之成为智能仪表的。从技术的背景来说，硬件集成电路的不断发展和创新也 是一个很重要的因素。各种集成电路芯片都在朝超大规模、全 cmos 化的方向发 展，从而使用户具有了更大的选范围，这类仪器能够解决许多传统仪器不能或不 易解决的问题，同时还能简化仪表电路，提高仪表的可靠性，降低仪表的成本以 及加快新产品的开发速度。 智能化控制仪表的整个工作过程都是在软件的控制下自动完成的。装在仪表 内部的 eprom 中的监控程序由许多程序模块组成，每一个模块完成一种特定的 功能，例如实现算法、接受并分析键盘输入命令等。编制完善的监控程序的某些 模块，能够取代某些硬件电路的功能。这就为设计者扩展或改变仪表集体功能提 河南城建学院本科毕业设计(论文)概述 3 供了方便。 智能控制仪表在引入单片机之后，已经降低了对某些硬件电路的要求，但是 测试电路仍然占有很重要的位置，尤其是直接获取被测信号的传感器部分仍应给 予充分的重视，有时提高整台仪器性能的关键仍然是在于测试电路尤其是传感器 的改进。现在传感器也正在受着微电子技术的影响，不断发展变化。传感器正朝 着小型、固态、多功能和集成化的方向发展。由许多的国家正致力于将微处理器 与传感器集成于一体，以构成超小型、廉价的测量仪器的主体。 与国内已经出现的各种各样的智能化测量控制仪表相比，国际上更是品种繁 多。国内的开发规模也相对较小，开发费用相对较高，与国际相比还存在很大的 差距。 1.2 课题的提出 测量是运用专门的工具，根据物理、化学、生物等原理，通过试验和计算找 到被测量的量值。测量的目的就是尽可能准确的及时收集被测对象的状态信息， 以便对生产过程进行正确的控制。测量是人类人士和改造世界的一种不可缺少和 替代的手段。历史事实也已证明：科学的进步，生产的发展和进步是相互依赖、 相互促进的。测量技术是一个国家的科学技术的水平的反应。科学和技术的发展 是与测量水平并行进步，相互匹配的。事实上，可以说，评价一个国家的科技动 态，最简单快速的办法就是评价这个国家的测量技术以及测量数据是如何被利用 的 。 在暖通空调专业中，供暖、空调、制冷效果检验；建筑热工特性的测量；新 型建筑材料的特性检验；建筑节能的研究；空暖热网，通风、空调系统、燃气配 管网、给排水网等系统的运行和特性研究中，都需要对温度、压力等参数进行测 量。 这些领域的测量具有本身独特的特点，例如在供暖网的系统中，它存在如下 特点： (1) 作用半径大，测点分散。对于一个城市的集中供暖网的系统，它的覆盖 面广，系统大。这样测量供暖网不同点的运行参数时，测点就相当分散。 (2) 管网运行参数需要分时记录。要对管网的运行进行分析研究，管网的分 时运行参数的测量和记录非常重要。一般要求在管网运行的期间，按一定的顺序 检测和记录运行参数。 此外还有节能建筑的效果检验，它需要对节能建筑和非节能建筑的功耗进行 比较，这同样需要对建筑物内的房间进行分时的测量和记录。但它也存在如同供 河南城建学院本科毕业设计(论文)概述 4 暖效果检验的一些困难。另外一些别的专业的科学试验中，温度也是非常重要的 一个测量参数。 综上所述，由于温度的测量存在上述的问题，就需要由一种方便使用的测量 仪表，能进行实时的检测，能进行数据的记录，长期自动运行不需要人为的干预。 在这种情况下，本文设计了一种方便使用的液晶显示温度数据采集器(以下简称温 度数据采集器)分别采用 pt100 铂电阻作为温度传感器来采集数据。 本温度数据采集器在设计时，为了满足实时检测的要求，采用 4 路传感器轮 流检测，从而实现温度巡检的实时数据采集。微处理器采用稳压电源进行供电， 这样可以省去电池供电所带来的如工作时间有限电压不稳定以及电压的下降而影 响整个系统的工作精度和稳定性的问题。 1.3 本文的主要研究内容 本课题的主要任务是研制一种智能的温度数据采集器，由 4 路传感器实现不 同地点的温度数据的采集，并通过一定的处理之后进入单片机进行数据温度的采 集储存和显示。主要解决以下内容： (1) 对 4 处不同的测试点巡回检测其温度，进行集中管理，集中控制。 (2) 在测量范围内可以正常显示。 (3) 系统要有较强的抗干扰性能。 (4) 有较高的分辨率，极好的可维护性。 河南城建学院本科毕业设计(论文)系统的总体设计 5 2 系统的总体设计 2.1 系统的总体设计思想 不同的控制对象和不同的要求，应该有不同的设计思想。本系统实际上是一 个专用的单片机系统。仪表内部除单片机以外的其他部分均可以看作是单片机的 外设部分。在本系统中 cpu 在温度采集和处理时，主要是对温度值进行巡回检 测、数据计算、数据统计和整理。从这一点出发，可以作出总体设计思路图 2.1： 图 2.1 系统的总结构框图 温度经多采样、转换后以数字形式进入 cpu 利用 cpu 具有运算、逻辑判断 能力、速度快等特点，在它内部可以对这些输入数据进行必要的集中、加工和处 理，在温度参数的测量和记录中则代替大量的常规显示和记录仪表，对整个环境 温度进行集中监视。 2.2 方案论证与选择 设计方案的不同将直接决定仪表硬件的繁简程度，从而确定软件的不同编写 思路。4 路温度巡检仪应对各种的温度进行检测，所以它是一个实时检测系统。 在设计时应考虑以下几个方面： (1) 应保证前向的温度传感电路的精确度、灵敏度、电路结构的合理性。 (2) 这个系统要具备一定的抗干扰能力，应在硬件和软件上引入各种抗干扰 的措施，以增强它的稳定性和准确性。 (3) 系统的可靠性和技术的可实行性。 根据以上要求，硬件电路有以下几个方案可供选择。 2.2.1 温度采样和测试部分 测 试 对 象 滤 波 放 大 模 数 转 换 单 片 机 显 示 控 制 河南城建学院本科毕业设计(论文)系统的总体设计 6 第一种方案：使用在温度测控领域有广泛应用的二端式半导体集成温度传感 器 ad590、lm35 等，将采集到的电流信号经多路 a/d 转换器送入单片机，由单 片机控制数据的采集和转换。以 a/d590 为例，它的测温范围是55150， 工作电压是430v。由于 ad590 是一种电流型的温度传感器，因此具有较 强的抗干扰能力，适用于计算机进行远距离温度测量和控制，远距离信号传递时， 可以采用一般的双绞线来完成；其电阻较大，因此不需要精密电源对其供电，长 导线上的压降一般不影响测量精度；不需要温度补偿和专门的线性电路。 第二种方案：选用先进的数字式温度传感器，将采集到的数字式信号直接送 入单片机进行处理。随着传感器技术的反展，已经出现可先进的数字式温度传感 器。这种方案中的温度传感器兼有测温和 a/d 转换的功能，输出值是数字信号， 所以不必使用 a/d 转换器和相关的接口芯片，能够直接进入单片机进行数字信号 处理。硬件电路非常简洁，有较好的线性关系和较强的抗干扰能力。同上方案相 比有明显的优势和广泛的开发前景。但是测温范围较小，一般在50150之 间。 第三种方案：各测试点的温度值经过测温元件热电偶、热电阻等，被转化 为电信号，这样得到的多路采样信号经滤波器、放大器、多路开关及 a/d 转换电 路，由单片机控制通道 a/d 转换，实时对电压信号进行采样和 a/d 转换。这种 方案是单片机处理非电量信号的典型方法，它的优点是测温范围广，选用合适的 测温元件可以检测3003000的温度。 由于本课题的温度巡检仪主要是面向较高温度。所以前面两种方案由于测 温范围的限制，我们将采用第三种方案，而且第三种方案是比较成熟的技术，在 实现上也比较容易。 2.2.2 显示器 单片机应用系统中使用的显示器主要有发光二极管显示器，简称 led(light emitting diode)；液晶显示器，简称 lcd(liquid crystal display)；crt 显示器。 led 的发光频率和颜色取决于制造的材料，一般常用红色，偶尔也用黄色或 绿色。发光二极管 led 是智能化测量控制仪表中简单而常用的输出设备，通常 用来指示机器的状态或其他信息。它的优点是耗电省，配置灵活，接口方便，价 格低，寿命长，对电流电压的要求不高及容易实现多路等，因而在智能化测量控 制仪表中获得了广泛的应用。 lcd 是一种液晶显示器件，显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对 其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出各种字符，能显示多位 字符。它的体积小，重量轻，功耗极低，因此在仪器仪表中的应用十分广泛。 河南城建学院本科毕业设计(论文)系统的总体设计 7 crt 显示器可以进行图形显示，但是接口较复杂，成本也较高。 本设计至少需要显示 7 位，需要 4 个单片机口，采用动态显示需要占用大量 的单片机机时，可能导致其它信息的丢失和显示闪烁等问题。为了避免上述的问 题可采用 lcd 显示，不仅增加了显示位数，还能避免因位数的增加使显示闪烁 的问题。本系统的设计采用液晶显示，并采用显示芯片 lcd1602 显示芯片。 2.2.3 键盘 键盘是一组按键的组合，它的主要作用是控制系统的工作状态以及向系统中 输入数据和命令，有编码式键盘和非编码式键盘两类。 编码式键盘除了按键之外，还包括了产生键码的硬件电路、去抖动电路和多 键、窜键保护电路。每按下一个键，能自动产生这个键的键码，与此同时，产生 一个脉冲信号，通知 cpu 接收。这种键盘使用方便，接口程序简单，但是需要 较多的硬件电路，价格较贵，一般的单片机应用系统较少使用。 非编码式键盘仅由排成行、列矩阵形式的按键组成，按键的作用只是简单的 实现接点的接通或断开，键的去抖动、键的编码的形成和键识别等均由软件来完 成。由于它经济实用，在单片机应用系统中广泛采用。 经过以上对比，可以采用非编码式键盘。 2.3 系统设计的技术关键 根据以上所述的总体设计思想，设计中需解决的技术关键性问题是： (1) 这种巡检仪的检测点有多个，所以在传感器的选择和使用上，要求尽量 的消除误差，并尽量使使用方便。 (2) 保证本系统高可靠性的运行，仪器本身要具备很强的抗干扰能力，为此 应在硬件及软件设计上引入各种抗干扰措施。特别是系统中传感器采集的数据的 放大和滤波处理就显得尤为重要。 (3) 由于硬件电路上没有线性化，那么软件势必功能很强大，在软件设计时 也应寻找尽可能简单完善的思路，保证程序易于修改、调试。 河南城建学院本科毕业设计(论文)系统的硬件设计 8 3 系统的硬件设计 3.1 系统的整体结构 根据上一章所选的总体方案确定的思路，下面将进行系统硬件电路的设计。 本设计系统主要包括温度信号采集单元，单片机数据处理单元，温度显示单元。 其中温度信号的数据采集单元部分包括温度传感器、温度信号的获取电路(采样)、 放大电路、a/d 转换电路。系统的总结构框图见图 3.1。 信号放大 调理电路 pt100 温 度传感器 a/d 转 换电路 键盘及 报警 stc89c52 单片机 lcd 数 码管显 示电路 图 3.1 系统的总结构框图 测温的模拟电路是把当前 pt100 热电阻传感器的电阻值，转换为容易测量的 电压值，经过放大器放大信号后送给 a/d 转换器把模拟电压转为数字信号后传给 单片机 stc89c52，单片机再根据公式换算把测量得的温度传感器的电阻值转换 为温度值，并将数据送出到 lcd 显示器进行显示。 键盘在本系统种是操作员控制巡检仪的唯一途径，是安装调试的必备手段， 当希望更改报警温度上下限时，就可以通过键盘来改变。 3.2 温度巡检仪的主要硬件 3.2.1 温度传感器 pt100 铂电阻温度传感器是利用其电阻和温度成一定函数关系而制成的温度传感器， 由于其测量准确度高、测量范围大、复现性和稳定性好等，被广泛用于中温(- 200650)范围的温度测量中。 pt100 是一种广泛应用的测温元件，在-50600范围内具有其他任何温度传 河南城建学院本科毕业设计(论文)系统的硬件设计 9 感器无可比拟的优势，包括高精度、稳定性好、抗干扰能力强等。由于铂电阻的 电阻值与温度成非线性关系，所以需要进行非线性校正。校正分为模拟电路校正 和微处理器数字化校正，模拟校正有很多现成的电路，其精度不高且易受温漂等 干扰因素影响，数字化校正则需要在微处理系统中使用，将 pt100 电阻的电阻值 和温度对应起来后存入 eeprom 中，根据电路中实测的 ad 值以查表方式计算 相应温度值。 pt 100 是铂热电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变。pt 后的 100 即表 示它在 0时阻值为 100 欧姆，在 100时它的阻值约为 138.5 欧姆。它的工作原 理：当 pt100 在 0 摄氏度的时候他的阻值为 100 欧姆，它的的阻值会随着温度上 升它的阻值是成匀速增涨的。 表 3.1 pt100 热电阻分度表 0123456789温度 电阻值() 0 10 20 30 40 100.00 103.90 107.79 111.67 115.54 100.39 104.29 108.1 112.06 115.93 100.78 104.68 108.57 112.45 111.31 101.17 105.07 108.96 112.83 116.70 101.56 105.46 109.5 113.22 117.08 101.95 105.85 109.73 113.61 117.47 102.34 106.24 110.12 114.00 117.86 102.73 106.63 110.51 114.38 118.24 103.12 107.02 110.90 114.77 118.63 103.51 107.40 111.29 115.15 119.01 50 60 70 80 90 119.40 123.24 127.08 130.90 134.71 119.78 123.63 127.46 131.28 135.09 120.17 124.01 127.84 131.66 135.47 120.55 124.39 128.22 132.04 135.85 120.94 124.78 128.61 132.42 136.23 121.32 125.16 128.99 132.80 136.61 121.71 125.54 129.37 133.18 136.99 122.09 125.93 129.75 133.57 137.37 122.47 126.31 130.13 133.95 137.75 122.86 126.69 130.52 134.33 138.13 100 110 120 130 140 138.51 142.29 146.07 149.83 153.58 138.88 142.67 146.44 150.21 153.96 139.26 143.05 146.82 150.58 154.33 139.64 143.43 147.20 150.96 154.71 140.02 143.80 147.57 151.33 155.08 140.40 144.18 147.95 151.71 155.46 140.78 144.56 148.33 152.08 155.83 141.16 144.94 148.70 152.46 156.20 141.54 145.31 149.08 152.83 156.58 141.91 145.69 149.46 153.21 156.95 3.2.2 a/d 转换器 adc0809 实现 a/d 转换的基本方法有几十种，常用的有计数法、逐次逼近法、双斜积 分法和并行转换法。由于逐次逼近式 a/d 转换具有速度快，分辨率高的优点，而 河南城建学院本科毕业设计(论文)系统的硬件设计 10 且采用这种方法的 adc 芯片成本较低，因此在计算机数据采集系统中获得了广 泛的应用。 本设计中采用的就是逐次逼近式的 adc0809。 1) 主要技术指标和特性 (1) 分辨率：8 位。 (2) 总的不可调误差：adc0808 为1/2lsb，adc 0809 为1lsb。 (3) 转换时间：取决于芯片时钟频率，如 clk=500khz 时，tconv=128s。 (4) 单一电源：+5v。 (5) 模拟输入电压范围： 单极性 05v；双极性5v，10v(需外加一定电 路)。 (6) 具有可控三态输出缓存器。 (7) 启动转换控制为脉冲式(正脉冲)，上升沿使所有内部寄存器清零，下降沿 使 a/d 转换开始。 (8) 使用时不需进行零点和满刻度调节。 2) 内部结构和外部引脚 adc0808/0809 的内部结构和外部引脚分别如图 3.2 和图 3.3 所示。内部各部 分的作用和工作原理在内部结构图中已一目了然，在此就不再赘述，下面仅对各 引脚定义分述如下： 图 3.2 adc0808/0809 内部结构框图 (1) in0in78 路模拟输入，通过 3 根地址译码线 adda、addb、addc 来选通一路。 (2) d7d0a/d 转换后的数据输出端，为三态可控输出，故可直接和微 处理器数据线连接。8 位排列顺序是 d7为最高位，d0为最低位。 (3) adda、addb、addc模拟通道选择地址信号，adda为低位， 河南城建学院本科毕业设计(论文)系统的硬件设计 11 addc为高位。地址信号与选中通道对应关系如表 3.2 所示。 (4) vr(+)、vr(-)正、负参考电压输入端，用于提供片内 dac 电阻网络 的基准电压。在单极性输入时，vr(+)=5v，vr(-)=0v；双极性输入时，vr(+)、 vr(-)分别接正、负极性的参考电压。 表 3.2 地址信号与选中通道的关系 图 3.3 adc0808/0809 外部引脚图 (5) ale地址锁存允许信号，高电平有效。当此信号有效时，a、b、c 三位地址信号被锁存，译码选通对应模拟通道。在使用时，该信号常和 start 信号连在一起，以便同时锁存通道地址和启动 a/d 转换。 (6) starta/d 转换启动信号，正脉冲有效。加于该端的脉冲的上升沿 使逐次逼近寄存器清零，下降沿开始 a/d 转换。如正在进行转换时又接到新的启 动脉冲，则原来的转换进程被中止，重新从头开始转换。 (7) eoc转换结束信号，高电平有效。该信号在 a/d 转换过程中为低电 平，其余时间为高电平。该信号可作为被 cpu 查询的状态信号，也可作为对 cpu 的中断请求信号。在需要对某个模拟量不断采样、转换的情况下，eoc 也 可作为启动信号反馈接到 start 端，但在刚加电时需由外电路第一次启动。 (8) oe输出允许信号，高电平有效。当微处理器送出该信号时， adc0808/0809 的输出三态门被打开，使转换结果通过数据总线被读走。在中断 工作方式下，该信号往往是 cpu 发出的中断请求响应信号。 地 址 addcaddbadda 选中通 道 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 in0 in1 in2 in3 in4 in5 in6 in7 河南城建学院本科毕业设计(论文)系统的硬件设计 12 3) 工作时序 adc 0808/0809 的工作时序如图 3.4 所示。当通道选择地址有效时，ale 信 号一出现，地址便马上被锁存，这时转换启动信号紧随 ale 之后(或与 ale 同时)出 现。start 的上升沿将逐次逼近寄存器 sar 复位，在该上升沿之后的 2s 加 8 个时钟周期内(不定)，eoc 信号将变低电平，以指示转换操作正在进行中，直到 转换完成后 eoc 再变高电平。微处理器收到变为高电平的 eoc 信号后，便立即 送出 oe 信号，打开三态门，读取转换结果。 图 3.4 adc 0808/0809 工作时序 模拟输入通道的选择可以相对于转换开始操作独立地进行(当然，不能在转换 过程中进行)，然而通常是把通道选择和启动转换结合起来完成(因为 adc0808/0809 的时间特性允许这样做)。这样可以用一条写指令既选择模拟通道 又启动转换。在与微机接口时，输入通道的选择可有两种方法，一种是通过地址 总线选择，一种是通过数据总线选择。 如用 eoc 信号去产生中断请求，要特别注意 eoc 的变低相对于启动信号有 2s+8 个时钟周期的延迟，要设法使它不致产生虚假的中断请求。为此，最好利 用 eoc 上升沿产生中断请求，而不是靠高电平产生中断请求。 3.2.3 stc89c52 stc89c52 采用 40 引脚的双列直插式封装(dip)形式，内部由 cpu，8kb 的 rom，512b 的 ram，3 个 16 位的定时/计数器 t0、1、2，4 个 8 位的 i/o 端口 和一个全双工串行通信口等部分组成。stc89c52 单片机具有系统结构简单，成 本低，可靠性高，低功耗等特点。特别是内部集成了 8kb 的 flash 程序存储器， 河南城建学院本科毕业设计(论文)系统的硬件设计 13 使单片机系统的结构更加简单，也使其得到了广泛的应用。同时，它还具有高级 语言编程的特点，指令丰富，软件开发简单。 stc89c52 是一种低功耗、高性能 cmos8 位微控制器，具有 8k 在系统可编 程 flash 存储器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 cpu 和在系统可编程 flash，使 得 stc89c52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。具有 以下标准功能：8k 字节 flash，512 字节 ram，32 位 i/o 口线，看门狗定时器， 内置 4kb eeprom，max810 复位电路，三个 16 位定时器/计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口。另外 stc89x52 可降至 0hz 静态逻辑操作，支 持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，cpu 停止工作，允许 ram、定时器/ 计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，ram 内容被保存，振荡器被 冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率 35mhz。 综上所述 stc89c52 单片机是一款性价比很高的单片机芯片，特别适合于仪 器仪表的应用。所以本课题主要基于 stc89c52 单片机，设计一个多路传感器数 据的测量与显示仪表。管脚图如 3.5 所示。 图 3.5 stc89c52rc 引脚图 stc89c52rc 引脚功能说明： vcc(40 引脚)：电源电压 vss(20 引脚)：接地 p0 端口(p0.0p0.7，3932 引脚)：p0 口是一个漏极开路的 8 位双向 i/o 口。 河南城建学院本科毕业设计(论文)系统的硬件设计 14 作为输出端口，每个引脚能驱动 8 个 ttl 负载，对端口 p0 写入“1”时，可以作为 高阻抗输入。在访问外部程序和数据存储器时，p0 口也可以提供低 8 位地址和 8 位数据的复用总线。此时，p0 口内部上拉电阻有效。在 flash rom 编程时，p0 端口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节。验证时，要求外接上拉 电阻。 p1 端口(p1.0p1.7，18 引脚)：p1 口是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 i/o 口。p1 的输出缓冲器可驱动(吸收或者输出电流方式)4 个 ttl 输入。对端口 写入 1 时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这是可用作输入口。p1 口作 输入口使用时，因为有内部上拉电阻，那些被外部拉低的引脚会输出一个电流。 此外，p1.0 和 p1.1 还可以作为定时器/计数器 2 的外部技术输入(p1.0/t2)和 定时器/计数器 2 的触发输入(p1.1/t2ex)，在对 flash rom 编程和程序校验时， p1 接收低 8 位地址,具体参见表 3.3。 表 3.3 p1.0 和 p1.1 引脚复用功能 引脚号功能特性 p1.0t2 (定时器/计数器 2 外部计数输入)，时钟输出 p1.1t2ex (定时器/计数器 2 捕获/重装触发和方向控制) p2 端口(p2.0p2.7，2128 引脚)：p2 口是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 i/o 端口。p2 的输出缓冲器可以驱动(吸收或输出电流方式)4 个 ttl 输入。对端 口写入 1 时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，这时可用作输入口。p2 作 为输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一 个电流。 在访问外部程序存储器和 16 位地址的外部数据存储器(如执行“movx dptr”指令)时，p2 送出高 8 位地址。在访问 8 位地址的外部数据存储器(如执 行“movx r1”指令)时，p2 口引脚上的内容(就是专用寄存器(sfr)区中的 p2 寄 存器的内容)，在整个访问期间不会改变。 在对 flash rom 编程和程序校验期间，p2 也接收高位地址和一些控制信号。 p3 端口(p3.0p3.7，1017 引脚)：p3 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 i/o 端口。p3 的输出缓冲器可驱动(吸收或输出电流方式)4 个 ttl 输入。对端口 写入 1 时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。p3 做输 入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输入一个电 流。 在对 flash rom 编程或程序校验时，p3 还接收一些控制信号。 河南城建学院本科毕业设计(论文)系统的硬件设计 15 p3 口除作为一般 i/o 口外，还有其他一些复用功能，如表 3.4 示： 表 3.4 p3 口引脚复用功能 引脚号复用功能 p3.0rxd(串行输入口) p3.1txd(串行输出口) p3.2(外部中断 0)int0 p3.3(外部中断 1)int1 p3.4t0(定时器 0 的外部输入) p3.5t1(定时器 1 的外部输入) p3.6(外部数据存储器写选通)wr p3.7(外部数据存储器读选通)rd rst(9 引脚)：复位输入。当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效，用 来完成单片机单片机的复位初始化操作。看门狗计时完成后，rst 引脚输出 96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器 auxr(地址 8eh)上的 disrto 位可以使此功 能无效。disrto 默认状态下，复位高电平有效。 (30 引脚)：地址锁存控制信号(ale)是访问外部程序存储器时，progale/ 锁存低 8 位地址的输出脉冲。在 flash 编程时，此引脚()也用作编程输入脉prog 冲。 在一般情况下，ale 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部 定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ale 脉冲 将会跳过。 如果需要，通过将地址位 8eh 的 sfr 的第 0 位置“1”，ale 操作将无效。这 一位置“1”，ale 仅在执行 movx 或 mov 指令时有效。否则，ale 将被微弱拉 高。这个 ale 使能标志位(地址位 8eh 的 sfr 的第 0 位)的设置对微控制器处于 外部执行模式下无效。 (29 引脚)：外部程序存储器选通信号()是外部程序存储器选通信psenpsen 号。当 at89c51rc 从外部程序存储器执行外部代码时，在每个机器周期psen 被激活两次，而访问外部数据存储器时，将不被激活。psen (31 引脚)：访问外部程序存储器控制信号。为使能从 0000h 到/vppea ffffh 的外部程序存储器读取指令，必须接 gnd。注意加密方式 1 时，ea 将内部锁定位 reset。为了执行内部程序指令，应该接 vcc。在 flasheaea 编程期间，接收 12 伏 vpp 电压。ea xtal1(19 引脚)：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 河南城建学院本科毕业设计(论文)系统的硬件设计 16 xtal2(18 引脚)：振荡器反相放大器的输入端。 3.2.4 lcd1602 1602 是 2 行16 个字符的字符型 lcd 显示器，它由 32 个字符点阵块组成， 每个字符点阵块由 57 或 510 个点阵组成，可以显示 ascii 码表中的所有可视 的字符。它内置了字符产生器 rom (character generator rom,cgrom)、字符产 生器 ram (charactergenerator ram,cgram)和显示数据 ram(data display ram, ddram)。cgrom 中内置了 192 个常用字符的字模，cgram 包含 8 个字节的 ram，可存放用户自定义的字符，ddram 就是用来寄存显示的字符代码。 1) 1602lcd 主要技术参数： 显示容量：162 个字符 芯片工作电压：4.55.5v 工作电流：2.0ma(5.0v) 模块最佳工作电压：5.0v 字符尺寸：2.954.35(wh)mm 2) 引脚功能说明 1602lcd 采用标准的 14 脚(无背光)或 16 脚(带背光)接口，各引脚接口说明 如表 3.5 所示。 表 3.5 1602 引脚说明 编号符号引脚说明编号符号引脚说明 1vss电源地9d2数据 2vdd电源正极10d3数据 3vl液晶显示偏压11d4数据 4rs数据/命令选择12d5数据 5r/w读/写选择13d6数据 6e使能信号14d7数据 7d0数据15bla背光源正极 lcd 引脚功能介绍： 第 1 脚：vss 为地电源。 第 2 脚：vdd 接 5v 正电源。 第 3 脚：vl 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时 河南城建学院本科毕业设计(论文)系统的硬件设计 17 对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个 10k 的电位器调 整对比度。 第 4 脚：rs 为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令 寄存器。 第 5 脚：r/w 为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。 当 rs 和 r/w 共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当 rs 为低电平 r/w 为高电平时可以读忙信号，当 rs 为高电平 r/w 为低电平时可以写入数据。 第 6 脚：e 端为使能端，当 e 端由高电平跳变成低电平时液晶模块执行命令。 第 714 脚：d0d7 为 8 位双向数据线。 第 15 脚：背光源正极。 第 16 脚：背光源负极。 3) 1602lcd 的指令说明及时序 1602 液晶模块内部的控制器共有 11 条控制指令，如表 3.6 所示，各条指令 介绍如下所示： 表 3.6 控制命令表 序号指令rs r/w d7 d6 d5 d4 d3 d2 d1 d0 1清显示0000000001 2光标返回000000001* 3置输入模式00000001i/ds 4显示开/关控制0000001dcb 5光标或字符移位000001 s/c r/l * 6置功能00001dl nf* 7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址 8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址 9读忙标志或地址01bf计数器地址 10 写数到 cgram 或 ddram 10要写的数据内容 河南城建学院本科毕业设计(论文)系统的硬件设计 18 11 从 cgram 或 ddram 读数 11读出的数据内容 指令 1：清显示，指令码 01h，光标复位到地址 00h 位置。 指令 2：光标复位，光标返回到地址 00h。 指令 3：光标和显示模式设置 i/d：光标移动方向，高电平右移，低电平左 移 s:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。 指令 4：显示开关控制。 d：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示， 低电平表示关显示 c：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光 标 b：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。 指令 5：光标或显示移位 s/c：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光 标。 指令 6：功能设置命令 dl：低电平时为 4 位总线，高电平时为 8 位总线 n：低电平时为单行显示，高电平时双行显示 f: 低电平时显示 5x7 的点阵字符， 高电平时显示 5x10 的点阵字符。 指令 7：字符发生器 ram 地址设置。 指令 8：下一个要存入数据的 cgram 地址设置。 指令 9：读忙信号和光标地址 bf：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块 不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。 指令 10：写数据。 指令 11：读数据。 河南城建学院本科毕业设计(论文)计算与软件实现 19 4 计算与软件实现 本设计系统主要包括温度采集单元、数据处理单元、温度显示单元、控制单 元 4 个部分，主程序对应分别是温度采集程序、数据处理程序、lcd 显示程序、 控制程