单片机课程设计--多路数字温度测量系统设计.doc

单片机课程设计报告题目名称：多路数字温度测量系统设计 系： 电 专 业： 电 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 职 称： 年 月 日 一、摘要计算机技术的发展和普及提升了数据采集系统的技术水平。在生产过程中，应用数据采集系统可对生产现场的工艺参数进行采集、监视和记录，以方便人们对数据结果做出分析判断。基于汇编语言的多路温度采集与处理系统，可以实现对多路不同温度进行实时检测，通过led显示当前温度值，可以更直观的观察数据、更便捷的对系统进行控制。本课题以内置a/d转换器的单片机stc12c5a32ad为核心，对多路的温度进行实时巡检。采用多个模拟温度传感器lm35测量多路温度。通过lm358构成的同相放大器对模拟温度信号进行放大，然后送至单片机处理。处理后由四位led数码管对八路温度予以动态显示。通过独立式键盘可对测量进行操控。同时该系统还具有报警功能，实现当测量温度超出-55125时发出报警。本文结合实际使用经验，介绍了lm35温度传感器在单片机下的硬件连接及软件编程，并给出了流程图。 关键词:单片机;温度传感器;放大器;数码管显示;键盘二、总体方案设计方案的阐述与特点:本设计方案以lm35为温度传感器、内置a/d转换器单片机stc89le516ad为控制核心组成多点温度测量系统，该系统包括传感器及其放大电路、复位电路、晶振电路、报警电路、键盘与显示、基准电压电路组成。1、本方案系统框图为： 图1 总体系统框图2、 基本工作原理： 如图1所示本设计以lm35模拟温度传感器对八路温度进行实时测量，其输出电压经由lm358构成的同相放大器放大后送至单片机的a/d输入口。单片机对输入信号进行模数转换执行软件程序后，由led数码管显示温度值，每秒切换一个通道进行轮流显示。通过键盘可以随时查看指定通道的温度值，当任何一路温度的3次平均值超过设定的下限值或上限值时，发出警告。3、它有如下特点：（1）可以监测8路环境温度信号，可以扩充；对8路模拟信号输入进行循环采集，每路连线采集三次，取平均值。（2）测量范围为-55+125，精度为0.5（3）lcd液晶显示或用4位led数码管进行循环显示，其中最高位通道提示符ah，低三位显示实际温度值，每秒切换一个通道进行轮流显示；（4）键盘控制，可随时查看指定通道的温度值；（5）可分别设定每一路的上限制和下限值，若采集平均值超过设定范围，则对应通道指示灯闪烁10后一直亮，指示灯闪烁是喇叭发声，以示警告。三、系统硬件设计本课题的整个系统是由传感器及其信号放大电路、单片机、显示电路、键盘电路、稳压电路、晶振电路、复位电路等构成。3.1控制器-单片机设计：本设计采用的单片机为stc12c5a32ad stc12c5a32ad单片机是单时钟/ 机器周期(1t)的兼容8051 内核单片机，是高速/ 低功耗的新一代单片机，全新的流水线/ 精简指令集结构。stc12c5a32ad单片机主要性能：高速：1个时钟/机器周期，risc型8051内核，速度比普通8051快12倍工作电压：5.5v-3.3v低功耗设计：空闲模式，掉电模式（可由外部中断唤醒）工作频率：035mhz时钟：外部晶体或内部rc 振荡器可选芯片内e2prom 功能 isp/iap，在系统可编程/在应用可编程,无需仿真器 8位8通道adc，转换速度可达300k/s 2个硬件16位定时器，兼容普通8051 的定时器。再加上2 路pca 还可再实现2个16位定时器硬件看门狗（wdt）全双工异步串行口(uart),由于stc12系列单片机是高速的8051，可再用定时器或pca软件实现多串口如图3.1为stc12c5a32ad引脚图,各引脚功能说明如下: 图3.1 stc12c5a32ad引脚图 vcc: 电源 gnd: 地 p0 口：p0口是一个8位的双向i/o口。对p0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，p0口也被作为低8位地址/数据复用。 p1 口：p1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向i/o 口，同时也是模拟量输入口，可以对8路模拟量进行模数转换。 p2 口：p2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向i/o 口。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行movx dptr）时，p2 口送出高八位地址。 p3 口：p3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向i/o 口。p3口亦作为特殊功能口使用，如表3-1所示。 表3-1 stc12c5a32ad引脚号特殊功能p3.0 rxd（串行输入）p3.1 txd（串行输出）p3.2 int0（外部中断0）p3.3 int0（外部中断0）p3.4 t0（定时器0外部输入和定时器0时钟频率输出）p3.5 t1（定时器1外部输入和定时器1时钟频率输出）p3.6wr（外部数据存储器写选通）p3.7 rd（外部数据存储器读选通） rst: 复位输入，晶振工作时，rst脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。 ale：地址锁存控制信号（ale）是访问外部程序存储器时，锁存低8 位地址的输出脉冲。 xtal1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 xtal2:振荡器反相放大器的输出端。3.2传感器检测电路设计：lm35 是由national semiconductor 所生产的温度传感器，其输出电压与摄氏温度成正比，具有10mv/的灵敏度,工作温度范围为4v30v；输出阻抗为0.1。lm35温度传感器,由于它采用内部补偿，所以输出可以从0开始，器件有三个引脚，分别是电源负gnd，电源正vcc，信号输出端。电路需要两路运算放大电路，所以选择双路运算放大器，一路作跟随器另一路作同向放大器，lm358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。 图3.2.传感器检测电路3.3显示电路设计：如图3.3所示，本显示方案采用单片机i/o口外扩74hc573驱动器驱动4位led数码管实现动态显示，所谓动态显示就是在任何时刻只有一位led数码管处于显示状态，即单片机采用扫描的方式控制各个数码管的轮流显示。动态显示具有编程简单，占用i/o口线少的优点。 图3.3显示电路3.4键盘电路设计：其原理图如下：本设计中由于所用键盘不多，所以采用独立连接式的编程扫描方式键盘就能够满足设计要求。键盘接口与键盘程序的根本任务就是要检测有没有键按下？按下的是那个位置的键？键值是多少？在本次设计中采用了软件扫描的方法。通过对键盘接口p3的查询判断是否有键按下。 图3.4 键盘电路3.5晶振电路设计:晶振电路是单片机的心脏，它控制着单片机的工作节奏。单片机允许的时钟频率是因型号而异的，其典型值为12mhz。stc12c5a32ad内部有一个反相振荡放大器，xtal1和 xtal2分别是该反向振荡放大器的输入端和输出端。该反向放大器可配置为片内振荡器，石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。本设计采用的晶振频率为12mhz。其晶振电路如图3.5所示。此外还可使用外部时钟。在使用外部时钟时，外部时钟必须从xtal1输入，而xtal2悬空。 图3.5晶振电路3.6复位电路的设计: 复位使单片机处于起始状态，并从该起始状态开始运行。stc12c5a32ad的rst引脚为复位端，该引脚连续保持2个机器周期（24个时钟振动周期）以上高电平，则可使单片机复位。复位后，只影响sfr中的内容，内部ram中的数据不受影响。外部复位有上电复位和按键电平复位。由于单片机运行过程中，其本身的干扰或外界干扰会导致出错，此时我们可按复位键重新开始运行。为了便于本设计运行调试，复位电路采用按键复位方式。如图3.6 图3.6 复位电路3.7报警电路设计：为了实现多点温度检测报警系统，本课题采用stc12c5a32ad单片机作为主控制器，采用扫描的方式对多点温度传感器获取对应该位置的温度值，经处理后，如温度不在设定的范围内，给出报警信号。系统总体硬件电路图如下所示: 图3.7 报警电路3.8 3v稳压电路为了给stc89le516ad单片机提供精确的3v基准电压，本设计采用了lm117三端可调正稳压集成电路。它的输出电压范围是1.2v至37v,负载电流最大为1.5a。仅需外接两个电阻就可以设置输出电压。此外它的线性调整率和负载调整率都比较好。 图3.8 3v稳压电路3.9总电路见附录四、系统软件设计4.1系统主程序流程图主程序主要实现系统的初始化，温度数据采集与处理，键值处理，显示数据，报警。 系统的初始化包括寄存器的初始化（控制寄存器、堆栈、中断寄存器等），led显示的初始化，输出端口的初始化，采集、累计数据的初始化。 图4.1 主程序流程图4.2测温子程序的设计数据采样程序功能：温度检测通道，控制存放数据的地址和采样次数。数据检测的方式是先对8个通道各采样一次，共采集三次。采样程序采用中断方式。在设置通道初值、通道数、采样次数和存放数据的开始地址后，启动a/d转换，随后检测标志位状态。标志位被清零，标志着本通道的a/d转换已经结束，在修改通道号和数据存放地址后，对下一通道继续检测。当8个通道的检测工作完成后，判断三次采样是否全部完成，若没完成，则对8个通道继续采样，直至完成三次采样工作。数据采样程序流程框图如4.2所示。 图4.2 测温子程序4.3报警子程序设计（1） 采样被测参数（2）比较采样值和给定的上下限。（3）根据比较结果执行相应的处理程序。如果发现采样值超过报警值，发出执行报警程序。报警程序流程框图4.3所示。 4.3 报警子程序流程图 4.4显示子程序设计 四位led数码管进行轮流显示，其中最高位显示通道提示符ah，低三位显示实际温度。 图4.4 显示子程序流程图 五、结论1、课题总结 本课题主要是实现对温度进行多点同时测量并准确显示。整个系统由单片机控制，将能够接受传感器的数据并显示出来，可以从键盘输入命令，系统根据命令选择对应的传感器，并由驱动电路驱动温度显示，对异常情况进行报警。2、心得六、参考文献1王为青, 程国刚. 单片机keil cx51应用开发技术m. 北京: 人民邮电出版社, 2006.223-226.2方佩敏编著智能化集成温度传感器原理与应用m.北京：电子工业出版社，2002.35-42.3张毅刚,彭喜元，彭宇.单片机原理及应用m.北京：高等教育出版社，2008.18-20,253-255,219-220,198-201.4刘笃人，韩保军.传感器及应用技术m.西安：西安电子科技大学出版社，2003.112-124.5童诗白. 模拟电子技术基础m.北京: 高等教育出版社, 2004. 213-216.6阎石数字电子技术基础m第五版北京：高等教育出版社,2006.524-535.7闫玉德，葛龙，俞虹. 单片机微型计算机原理与设计m.北京： 中国电力出版社，2010.112-154,197-199. 8 郁有文. 传感器原理及工程应用m. 西安: 西安电子科技大学出版社, 2008.215-238. 七、附录：1.系统程序： ;*;常数定义;*tmel equ 0e0h ；20ms，定时器0时间常数tmeh equ 0b1htmephead equ 36h;*;工作内存定义;*bitst data 20htimeisok bit bitst.1temponeok bit bitst.2templ data 26htemph data 27htemphc data 28htemplc data 29h;*; 引脚定义;* tempdin bit p3.7;*; 中断向量区;*org 000hljmp start org 00bh ljmp t0it;*;系统初始化;* org 100hstart: mov sp,#60hclsmem: mov r0,#20h mov r1,#60hclsmem1: mov r0,#00h inc r0 djnz r1,clsmem1 mov tmod,#00100001b mov th0,#timel mov tl0,#timeh sjmp initerror: nop ljmp start nopinit: nop setb et0 setb tr0 setb ea mov psw,#00h clr temponeok ljmp main;*; 定时器0中断服务程序;*t0it: push psw mov psw,#10h mov th0,#timeh mov tl0,#timel inc r7 cjne r7,#32h，t0iti mov r7,#00h setb timeisoktoit1: pop psw reti;*; 主程序;*main: lcall lm35_1 jnb time1sok,main clr time1sokjnb temponeok,main2lcall readtemp1lcall convtemplcall lm35_1main2: lcall readtempsetb temponeokljmp main;*;子程序区;*; resetlm35;*inilm35: setb tempdinnop nopclr tempdinmov r6,#0a0hdjnz r6,$mov r6,#0a0h djnz r6,$ setb tempdin mov r6,#32h djnz r6,$ mov r6,#3chlooplm35: mov c,tempdinjc inilm35utdjnz r6,looplm35mov r6,#064hdjnz r6,$sjmp inilm35ret;inilm35ut: setb tempdinret; *; 读lm35的程序，从lm35中读出一个字节的数据; *readlm35: mov r7,#08hsetb tempdinnopnopreadlm35loop: clr tempdinnopnopnopsetb tempdinmov r6,#07hdjnz r6,$mov c,tempdinmov r6,#3chdjnz r6,$rrc asetb tempdindjnz r7,readlm35loopmov r6,#3chdjnz r6,$ret; *; 写lm35的程序，从lm35中写一个字节的数据; *writelm35: mov r7,#08hsetb tempdinnopnopwritelm35lop: clr tempdinmov r6,#07hdjnz r6,$rrc amov tempdin,cmov r6,#34hdjnz r6,$setb tenpdindjnz r7,writelm35lopret; *; read temp; *readtemp: lcall initelm35mov a,#0cchlcall writelm35mov r6,#34hdjnz r6,$mov a,#44hlcall writelm35mov r6,#34hdjnz r6,$retreadtemp1: lcall inilm35mov a,#0cchlcall writelm35mov r6,#34hdjnz r6,$mov a,#0behlcall writelm35mov r6,#34hdjnz r6,$mov r5,#09hmov r0,#tempheadmov b,#00hreadtemp2: lcall readlm35mov r0,ainc r0readtemp21: lcall crc8caldjnz r5,readtemp2mov a,bjnz readtempoutmov a,temphead+0mov templ,amov a,temphead+1mov temph,areadtempout: ret; *; 处理温度bcd码子程序; *convteamp: mov a,temphanl a,#80hjz tempc1clr cmov a,templcpl aadd a,#01hmov templ,amov a,temphcpl aaddc a,#00hmov temph,amov temphc,#0bhsjmp tempchtempc1: mov temphc,#0ahtempc11: mov a,temphcswap amov temphc,amov a,templanl a,#0fhmov dptr,#tempdottabmovc a,a+dptrmov templc,amov a,templanl a,#0f0hswap amov templ,amov a,temphanl a,#0fhswap aorl a,templlcall hex2bcd1mov templ,aanl a,#0f0hswap aorl a,temphcmov temphc,amov a,templanl a,#0fhswap aorl a,templcmov templc,amov a,r7jz tempc12anl a,#0fhswap amov r7,amov a,temphcanl a,#0fhorl a,r7mov temphc,atempc12: ret; *; 小数部分码表; *tempdottab: db 00h, 01h, 01h, 02h, 03h, 03h, 04h,04h,05h,06hdb 06h,07h,08h,09h,09h; *; 显示区bcd码温度值刷新子程序; *lmbcd: mov a,templcanl a,#0fhmov 70h,amov a,templcswap aanl a,#0fhmov 71h,amov a,temphcanl a,#0fhmov 72h,amov a,temphcswap aanl a,#0fhmov 73h,amov a,temphcanl a,#0f0hcjnz a,#010h,dispbcd0sjmp dispbcd2lmbcd0: mov a,temphc anl a,#0fh jnz dispbcd2 mov a,temphc swap aanl a,#0fh