温度测温检测系统(数码管显示).doc

福建学院课 程 设 计课程名称： 智能仪器 题目： 温度测温检测系统（数码管显示） 专业班次： 姓 名： 学 号： 指导教师： 学 期： 2011-2012学年第2学期 日 期： 2012.3 目录目 录1. 引言.11.1本设计意义11.2本设计任务和主要内容.12. 硬件设计.12.1系统组成框图.22.2最小系统 .32.3温度传感器及路 .42.4 A/D选型及电路 .62.5 数码管显示 .83. 软件设计.93.1 ADC0832软件计 .93.2数码管动态运动的原理.103.3 主程序设计 . 123.4 调试结果 .134. 设计小结 .13参考文献 .13附录：课程设计程序清单.141. 引言1.1 本设计意义温度是一种最基本的环境参数，日常生活和工业生产中都需要温度测控技术。特别是在冶金、化工、建材、机械、食品、石油等各类工业中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉和锅炉中的温度进行检测和控制。由于工艺不同，所需要的温度高低不同，而所采用的测温元件和测温方法也不同，加热方式和燃料的异同也影响控制温度的精度和控制方案也不同。而采用单片机进行温度控制，具有精度高、电路设计简单、控制效果好等优点，这不仅仅提高生产力，还给企业带来更多福利，大大促进科技时代发展。如今，给予社会不断进步，人们生活质量也随之提高，单片机技术十分成熟了，它的集成度较高，功能性较强，储存量大,速度较快，抗干扰性能强和指令丰富等优点，应用在各个领域。本文设计的就是应用单片机来实现温度控制系统。这次我们运用的是STC89C52的单片机，本系统是一种高精度、测控速度快、测控温度范围广的应用性比较强的基于单片机的温度测控系统。综上所述，本设计以基于STC89C52的温度测量设计（数码管显示），该设计适用于人们的日常生活及工农业生产中用于温度的检测及控制1.2 本设计任务和主要内容本设计根据设计任务要求，通过STC89C52单片机与ADC0832温度传感器和数码管显示的通讯，用STC89C52的并行口P0接数码管，P3.4,、P3.5、P3.6分别接CS、CLK、D0，然后用C语言进行编程，用ADC0832测量温度，数码管来显示温度，从而实现人机互通。 (1).查阅相关文献资料,了解数字温度计程序的原理，能够运用C语言进行设计、编程、调试。(2). 设计出系统方框图、单元图、原理总图；画出控制程序流程图，以及编写完整的程序代码；撰写硬件系统总体说明、硬件接线图、控制程序、其他附件(3). 写好程序流程图，包括控制流程图、控制时序图、梯形图程序设计；根据设计的程序流程图写出程序，并进行代码编译的调试。(4). 把设计好的软件代码烧入硬件中，然后进行调试，要实现的功能完全实现为止。(5).完成论文的撰写，根据格式要求和范文要求，先把目录确定，再根据目录的章节把具体内容撰写好，以此完成整篇论文。2. 硬件设计2.1 系统框图本文所设计的数字测温显示系统由STC89C52单片机及其最小系统、ADC0832、数码管显示原件。原件功能较好、精度比较高、硬件电路。其硬件原理图如图2-1所示。图2.1 数字测温显示系统框图2.2 最小系统单片机最小系统是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统、如图2-2所示，单片机的最小系统包括电源（接地），晶振电路，复位电路。有了这些部分组成，单片机就可以正常的进行简单的工作，注意的是，EA(31引脚)要接在高电平。使单片机不使用片外存储器，这样单片机才会正确的实行任务。图2.2单片机的最小系统STC89C52单片机的最小系统包含以下几个部分：(1).电源电路：其主要目的是给单片机最小系统提供电源一般可以用5V的直流电进行供电，一般我们用USB接口来对最小系统输送电，在电路图中的VCC和GNG作为供电标符号。(2).复位电路：复位电路可使CPU和最小系统中的其他部件处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始运行，由电容串联电阻构成，如图2-2并从“电容电压不能突变”的性质可知，当系统一上电，RST脚将会出现高电平，当这个高电平持续两个机器周期以上就会复位。(3).晶振电路：单片机内有一个用于构成振荡器的高正增益反向放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是放大器的输入和输出端，在它们两端接晶振构成稳定的自激振荡器，其发出的脉冲直接送入内部时钟电路。外接晶振时通常安装两个30pF电容能保证振荡器稳定和可靠工作时，对频率起微调作用。本次设计晶振取11.0593MHz晶振的单片机，会产生精确的us级时歇，方便定时操作。(4).EA引脚：上拉到VCC，表示程序烧写到单片机内部。在图2-2中的排阻RM1是P0扣上拉用的，C4是滤波电容，抗干扰用的。其他P0-P3口均为I/0口，每个口8个引脚，共32个，编号都是0-7，比如P0.0-P0.7，这些口是用来外接各种元器件，通过编程来实现各种所需要的功能。 (5).P3.0-P3.1 STC89C52是给单片机串口2.3 温度传感器及电路2.3.1 热敏电阻介绍热敏电阻包括NTC热敏电阻和PTC热敏电阻。本设计测温选择NTC热敏电阻100k，由NTC热敏电阻的特点及应用领域NTC热敏电阻是一种随环境温度上升，及其他电阻值呈指数关系下降，且温度系数很大的热敏元件，主要是掺杂过渡金属氧化物的热敏半导体陶瓷。及其应用主要基于电阻一温度特性可使微小的温度变化。如图2-3：其电阻计算公式为：RT=100*EXP(3990*(1/(273.15+t)-1/(273.15+25). 图2.3电阻与温度的线性变换 该系统通过热敏电阻来感应温度的变化，让温度值变成电阻值；通过处理电路把电阻值转化成对应值的电压；电压变化在转成A/D值变化，A/D转换成A/D值；最后又单片机通过计算查表找出具体温度值。图2.4热敏电阻的处理电路公式：V0=5000*R/(R+10) 由此公式的下表：表2-1 A/D转换温度表 A/D值U0/v温度/TA/D值U0/v温度/TA/D值U0/v温度/T00.0 150851666.0 1111713351.6 65119.6 150861685.6 1111723371.2 65239.2 150871705.2 1101733390.8 64358.8 150881724.8 1091743410.4 64478.4 150891744.4 1081753430.0 63598.0 150901764.0 1081763449.6 636117.6 150911783.6 1071773469.2 627137.2 150921803.2 1071783488.8 628156.8 150931822.8 1061793508.4 619176.4 150941842.4 1051803528.0 6110196.0 150951862.0 1051813547.6 6011215.6 150961881.6 1041823567.2 6012235.2 150971901.2 1041833586.8 5913254.8 150981920.8 1031843606.4 5914274.4 150991940.4 1021853626.0 5815294.0 1501001960.0 1021863645.6 5816313.6 1501011979.6 1011873665.2 5717333.2 1501021999.2 1011883684.8 5618352.8 1501032018.8 1001893704.4 5619372.4 1501042038.4 1001903724.0 5520392.0 1501052058.0 991913743.6 5521411.6 1501062077.6 981923763.2 5422431.2 1501072097.2 981933782.8 5423450.8 1501082116.8 971943802.4 5324470.4 1501092136.4 971953822.0 5225490.0 1501102156.0 961963841.6 5226509.6 1501112175.6 951973861.2 5127529.2 1501122195.2 951983880.8 5128548.8 1501132214.8 951993900.4 5029568.4 1501142234.4 942003920.0 4930588.0 1501152254.0 942013939.6 4931607.6 1501162273.6 932023959.2 4832627.2 1501172293.2 922033978.8 4833646.8 1501182312.8 922043998.4 4734666.4 1501192332.4 912054018.0 4635686.0 1501202352.0 912064037.6 4636705.6 1501212371.6 902074057.2 4537725.2 1501222391.2 902084076.8 4438744.8 1501232410.8 892094096.4 4439764.4 1501242430.4 892104116.0 4340784.0 1501252450.0 882114135.6 4241803.6 1501262469.6 882124155.2 4242823.2 1491272489.2 872134174.8 4143842.8 1481282508.8 872144194.4 4044862.4 1461292528.4 862154214.0 4045882.0 1451302548.0 862164233.6 3946901.6 1441312567.6 852174253.2 3847921.2 1431322587.2 852184272.8 3748940.8 1421332606.8 842194292.4 3749960.4 1411342626.4 842204312.0 3650980.0 1401352646.0 832214331.6 3551999.6 1381362665.6 832224351.2 34521019.2 1371372685.2 822234370.8 33531038.8 1361382704.8 822244390.4 32541058.4 1351392724.4 812254410.0 32551078.0 1341402744.0 812264429.6 31561097.6 1341412763.6 802274449.2 30571117.2 1331422783.2 802284468.8 29581136.8 1321432802.8 792294488.4 28591156.4 1311442822.4 792304508.0 27601176.0 1301452842.0 782314527.6 26611195.6 1291462861.6 782324547.2 25621215.2 1281472881.2 772334566.8 24631234.8 1271482900.8 772344586.4 23641254.4 1261492920.4 762354606.0 22651274.0 1261502940.0 762364625.6 21661293.6 1251512959.6 752374645.2 19671313.2 1241522979.2 752384664.8 18681332.8 1231532998.8 742394684.4 16691352.4 1221543018.4 742404704.0 15701372.0 1221553038.0 732414723.6 14711391.6 1211563057.6 732424743.2 12721411.2 1201573077.2 722434762.8 10731430.8 1191583096.8 722444782.4 8741450.4 1191593116.4 712454802.0 6751470.0 1181603136.0 712464821.6 4761489.6 1171613155.6 702474841.2 2771509.2 1161623175.2 702484860.8 0781528.8 1161633194.8 692494880.4 0791548.4 1151643214.4 692504900.0 0801568.0 1141653234.0 682514919.6 0811587.6 1141663253.6 682524939.2 0821607.2 1131673273.2 672534958.8 0831626.8 1121683292.8 672544978.4 0841646.4 1121693312.4 662554998.0 01703332.0 662.4 A/D选型及电路2.4.1 A/D选型 ADC0832简介： ADC0832是美国国家半导体公司生产的一种8位分辨率，双通道A/D转换芯片。由于它体积小，兼容性强，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。学习并使用ADC0832可是使我们了解A/D转换器的原理，有助于我们单片机技术水平的提高。 ADC0832的特点：(1).8位分辨率；(2).双通道A/D转换；(3).输入输出电平与TTL/CMOS相兼容；(4).5V电源供电时输入电压在05V之间；(5).工作频率为250KHZ，转换时间为32Us;(6).一般功耗仅为15Mw(7).8P,14P-DIP(双列直插)，PICC 多种封装； (8).商用级芯片温度为0C to +70C,工业级芯片温宽为，40C to +85C; 图2.5 ADC0832的引脚芯片接口说明：(1).CS_ 片选使能，低电平芯片使能。(2).CH0 模拟输入通道0，或作为IN+/-使用。(3).CH1 模拟输入通道1，或作为IN+/-使用。(4).GND 芯片参考0 电位（地）。(5).DI 数据信号输入，选择通道控制。(6).DO 数据信号输出，转换数据输出。(7).CLK 芯片时钟输入。(8).CLK 芯片时钟输入。ADC0832 为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在05V之间。芯片转换时间仅为32S，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过DI 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。2.4.2 A/D与单片机接口正常情况下ADC0832 与单片机的接口应为4条数据线，分别是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端与DI端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将DO和DI 并联在一根数据线上使用。当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK 和DO/DI 的电平可任意。当要进行A/D转换时，须先将CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端CLK 输入时钟脉冲，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。A/D与单片机接口如下图： 图2.6 ADC0832和单片机接口2.5 数码管显示数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管，共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管，共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。本设计的数码管显示是先系统获得的位移值分解成4个数，然后通过定时器的中断（将程序中定时器的初始值设定为2ms，而后进入中断进行数码管显示），中断流程如图2.7所示。图2.7 中断程序流程图数码管应用：数码管是一类显示屏 通过对其不同的管脚输入相对的电流，会使其发亮，从而显示出数字能够显示 时间、日期、温度等所有可用数字表示的参数。由于它的价格便宜 使用简单 在电器 特别是家电领域应用极为广泛，空调、热水器、冰箱等等。绝大多数热水器用的都是数码管，其他家电也用液晶屏与荧光屏。因为数码价格便宜，方便，体积小巧，所以我们这次选用数码管来作为这次课程设计的显示器。图2.8数码管与单片机接口3. 软件设计3.1 ADC0832软件设计在第1 个时钟脉冲的下沉之前DI端必须是高电平，表示启始信号。在第2、3个脉冲下沉之前DI端应输入2 位数据用于选择通道功能。当此2 位数据为“1”、“0”时，只对CH0 进行单通道转换。当2位数据为“1”、“1”时，只对CH1进行单通道转换。当2 位数据为“0”、“0”时，将CH0作为正输入端IN+，CH1作为负输入端IN-进行输入。当2 位数据为“0”、“1”时，将CH0作为负输入端IN-，CH1 作为正输入端IN+进行输入。到第3 个脉冲的下沉之后DI端的输入电平就失去输入作用，此后DO/DI端则开始利用数据输出DO进行转换数据的读取。从第4个脉冲下沉开始由DO端输出转换数据最高位DATA7，随后每一个脉冲下沉DO端输出下一位数据。直到第11个脉冲时发出最低位数据DATA0，一个字节的数据输出完成。也正是从此位开始输出下一4个脉冲下沉开始由DO端输出转换数据最高位DATA7，随后每一个脉冲下沉DO端输出下个相反字节的数据，即从第11个字节的下沉输出DATA0。随后输出8位数据，到第19 个脉冲时数据输出完成，也标志着一次A/D转换的结束。最后将CS置高电平禁用芯片，直接将转换后的数据进行处理就可以了。 图3.1ADC0832的时序图作为单通道模拟信号输入时ADC0832的输入电压是05V且8位分辨率时的电压精度为19.53mV。如果作为由IN+与IN-输入的输入时，可是将电压值设定在某一个较大范围之内，从而提高转换的宽度。但值得注意的是，在进行IN+与IN-的输入时，如果IN-的电压大于IN+的电压则转换后的数据结果始终为00H。ADC0832的流程图：图3.2ADC0832流程图3.2数码管动态运动的原理数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。段码数码管中的每一段相当于一个发光二极管，8段数码管则具有8个发光二极管。本次实验使用的是共阳数码管，公共端是1、6，公共端置1，则某段选线置0相应的段就亮。公共端1控制左面的数码管；公共端6控制右面的数码管。段码是指在数码管显示某一数字或字符时，在数码管各段所对应的引脚上所加的高低电平按顺序排列所组成的一个数字，它与数码管的类型（共阴、共阳）和与数据线的连接顺序有关。如下表：图3.2数码管的共阴极与共阳极字型码图33数码管显示流程图3.3 主程序设计3.3.1 主程序流程图 首先要进行开机初始化，然后读取A/D值，将A/D值转换成温度值，后测量温度数码管显示温度。图3.4主程序流程图3.3.2主程序见附录课程设计程序清单3.4 调试结果 这次课程设计基本完成任务。图3.5调试结果图4. 设计小结经过几周的奋战我的课程设计终于完成了。课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。 在这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。 总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。在此要感谢我们的指导老师对我们悉心的指导，感谢老师给我们的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。参考文献：(1).徐志保.基于工程导向的单片机实战教程M，2011.(2).吴戈.案例学单片机C语言开发M.人民邮电出版社,2008.12: 200-214.(3).赵娜.于珍珠.基于51 单片机的温度测量系统J. 微计算机信息，2007.1：146-148。(4).王忠飞.胥芳单片机原理及嵌入式系统应用M西安：西安电子科技大学出版社，2007: 268-273(5).何立民. MCS-51单片机应用系统设计M.北京：北京航天航空大学出版社,1990.(6).黄河.基于DS18B20 的单总线数字温度计J.湘潭师范学院学报，2008(7).王建强等.基于adc0832的温度测量方法J. 仪器仪表与检测技术，2009附录：课程设计程序清单2#include #define uchar unsigned char /1字节0-255 宏定义#define uint unsigned int /2字节0-65535/*-AD模块变量-*/sbit ADC_CS =P34; /0832片选sbit ADC_CLK=P35; /0832时钟sbit ADC_DAT=P36; /ADO and ADI/*-变量定义-*/uchar state=0; /每0.5S一个状态，总共八个状态uchar DispBuf4=0,0,0,0;uchar ADVal=0;uint Temp=0; bit ADEn=0; uchar code table=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e;uchar code ADTemp256=150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,149,147,146,145,144,143,142,141,140,138,137,136,135,134,134,133,132,131,130,129,128,127, 126, 126, 125, 124, 123, 122, 121, 121, 120, 119, 119, 118, 117, 117, 116, 115, 114, 114, 113, 113, 112, 111, 110, 110, 109, 108, 108, 107, 107, 106, 105, 105, 104, 104, 103, 102, 102, 101, 100, 100, 100, 99, 98, 98, 97, 97, 96, 95, 95, 94, 94, 93, 93, 92, 92, 91, 91, 90, 90, 89, 89, 88, 88, 87, 86, 86, 85, 85, 84, 84, 83, 83, 82, 82, 81, 81, 80, 80, 79, 79, 78, 77, 77, 77, 76, 76, 75, 75, 74, 74,74, 73, 72, 72, 71, 71, 70, 70, 69, 69, 68, 68, 67, 67, 66, 66, 65, 65, 65, 64, 63, 62, 62, 61, 61, 60, 60, 59, 59, 58, 58, 57, 57, 56, 56, 55, 54, 54, 53, 53, 53, 52, 51, 50, 50, 49, 49, 48, 48, 47, 46, 46, 45, 44, 44, 43, 42, 42, 41, 40, 40, 39, 38, 37, 37, 36, 35, 34, 33, 32, 32, 31, 30, 29, 28, 27, 26, 25, 24, 23, 21, 20, 19, 18, 16, 15, 13, 12, 10,8,6, 4, 2, 0, 0, 0, 0,