基于单片机的温度测量系统的设计(Ch).doc

基于单片机的温度测量系统的设计摘要:温度测量是工业生产中的一个重要环节。采用石英晶体作为温度传感器,利用石英晶体对温度的灵敏度高、线性度好等优点,以80C552 单片机为控制核心,实现了温度的高精度测量和测量结果的数字显示等技术。通过软件实现的数字滤波,减少了测量噪声。实验结果表明,系统设计合理、工作稳定可靠、温度测量精度高。同时给出了温度测量系统的硬件结构和软件设计。关键词:温度测量;单片机;数字滤波;80C552Design of Temperature Measurement Based on Single ChipAbstract : Temperature measurement is an important part in the indust ries. Quartz crystal has the following merit s : high sensitivity to temperature ,good linearity and so on. Based on the above merit s ,a high precision temperature measurement with digital display is carried out ,in which the quartz crystal as a temperature sensor and the 80C552 MCU as a cont rol core are a2 dopted. And we design a digital filter realizing by sof tware to reduce the measure noise. This paper illust rates the hardwarest ructure and sof tware design of the temperature measurement system. The experiment result s show that the system has the reasonable design ,the good dependability and high measurement precision.Keywords :temperature measurement ; single chip ;digital filter ;80C5529温度测量是工业生产中的一个重要环节。因为单片机体积小、价格便宜、具有通用性和灵活性,利用单片机设计温度测量系统,既可满足功能要求,又经济实惠。他不但面向控制,可靠性高,抗干扰能力强,而且具有掉电保护功能。另外,他的I/ O 接口功能很强,便于系统扩展,应用研制周期短,开发效率高。本文将主要讨论基于单片机的温度测量系统的硬件和软件系统的设计问题。1 系统硬件组成如图1 所示,单片机测量系统一般由前向通道、单片机、后向通道组成。前向通道是单片机对被控参数的输入通道,后向通道是单片机把处理后的数字量进行传递、输出、控制和调节的通道。11 以80C552 为核心的温度测量系统的总体结构本设计方案采用如图2 所示的结构。该系统由80C552 芯片、共阴极7 段L ED 数码管、EPROM2764 (或27128) 、锁存器74LS373 、采集信号的变送器、晶体振荡电路和复位电路组成。其中,80C552 芯片的P314 引脚为温度测量电路信号输入端。图1 单片机测量系统的结构框图80C552 单片机的68 个引脚共分为端口线、电源线和控制线3 类。80C552 单片机无片内ROM ,有256 B 的片内RAM ,4 个并行I/ O 端口,内部有8 3 10 位的A/ D 端口,2 路外部中断。P1 口作为L ED 字形码口。XTAL1 和XTAL2 接晶体振荡器(他对数据区的读写脉宽为500 s ,对程序区的读脉宽约250s ,能够满足大多数存储芯片和接口芯片的时序要求) 。12 信号采集电路在工业控制中,被控对象的参数通常是非电物理量(如温度、湿度、压力等) ,因此需要一个A/ D 转换器把前向通道送来的模拟信号转换为数字信号传送给单片机。但是石英晶体传感器输出的是数字量,可方便测量电路的设计,并且具有较强的抗干扰能力。石英晶体温度传感器是一种精度高、频率稳定性好、灵敏度高、线性度好的温度测量传感器。与美国Analog Devices 公司生产的二端式集成温度电流传感器AD590 相比,石英晶体温度传感器灵敏度较高,达到01001 ,经多段插值线性化后,测量3 温差的误差 0. 008 ,而AD590 精度只达到015 ,分辨率为011 。如图3 所示,对温度敏感的+ 5 Y 切型石英振子和对温度不敏感的AT 切型的石英振子分别接入振荡器1 和振荡器2 ,这2 个振荡器的输出同时送给差频电路,差频电路输出经过接口电路(计数器) 送给单片机P314 。图2 以80C552 为核心的温度测量系统框图图3 信号采集过程原理图13 温度显示电路本设计中用4 个L ED 组成显示单元,采用静态显示方式。如图4 所示, 80C552 通过2 4 译码器对4 只MC14495 芯片进行控制。MC14495 的输出端与L ED 数码管的7 段a ,b ,c ,d ,e ,f ,g 相连。MC14495 芯片的作用是输入被显示字符的二进制码(或BCD 码) ,并把他自动转换成相应的字形码,送给L ED 显示。图4 显示模块电路图4 中,P117P114 用于输出显示字符的二进制码(或BCD 码) ,P112 = 0 用于控制2 4 译码器工作, P111和P110 经译码器输出后控制哪一片MC14495 显示输出。2软件设计软件设计主要包括主程序模块的设计和中断处理模块的设计。主程序应包括80C552 的初始化以及各并行I/O 口的初始化等。本程序中给出有关标志、暂存单元和显示缓冲区清零、T0 初始化、开CPU 中断、温度显示等程序。主程序流程图如图5 (a) 所示。中断服务程序包括一系列子程序。例如:温度值的采样子程序、数字滤波子程序、进制转换子程序、温度显示子程序等。具体的过程如图5 (b) 所示。图5 各模块流程图2 1 信号采集温度测量过程的第一个步骤就是对现场温度进行采样。采样子程序用于对现场温度进行采样。为了测量精确,采取对同一点的温度进行3 次采样的办法。3 次采样得到的数据分别放入指定的内存单元(2ch ,2dh) , (2eh ,2fh) , (30h ,31h) 中。采样子程序的流程图如图5 (c) 所示。2 2 数字滤波当采样过程完成后,就要对采样所得的数据进行数字滤波。数字滤波程序用于滤去来自控制现场对采样值的干扰,数字滤波的算法很多,这里采用中值滤波法。中值滤波原理很简单,就是对采样过程中的n 个(一般是3 个) 采样值进行比较,取中间值放入指定的存储图6 数字滤波过程单元。在这里只需对内存单元( 2ch , 2dh) , ( 2eh , 2fh) ,(30h ,31h) 中3 次采样值进行比较,取中间值存放到(2ah ,2bh) 单元内。23 显示结果当数据处理完后,系统就将测量所得的温度值进行显示。由于实际电路中采用的是80C552 和MC14495 组成静态扫描显示电路,因此,这里采用静态策略显示温度值。显示过程是:先调用BINTOBCD 子程序,将存放在地址为2A H 内存单元的二进制形式的采样值转换成BCD码的形式,其结果存放在地址为20 H 和21 H 内存单元中。20 H 单元的8 位二进制数据中,前4 位表示千位(一般情况下为0) ,后4 位表示百位;21 H 单元的8 位二进制数据中,前4 位表示十位,后4 位表示个位。然后调用显示子程序DISPLA Y采用静态策略显示测量的温度值。DISPLA Y: ;显示子程序CLR A ;清累加器MOV P4 ,A ;译码器控制端为0MOV A , # 20H ;20H 数据送AANL A , # F0H ;截取高4 位MOV P1 ,A ;送1 # MC14495ANL A , # 0FHORL A ,08HMOV P1 ,AMOV A , # 20H ;20H 数据送ASWA P A ;低4 位送高4 位ANL A , # F0H ;截取高4 位INC A ;指向2 # MC14495MOV P1 ,A ;送2 # MC14495ANL A , # 0FHORL A ,08HMOV P1 ,AMOV A , # 21H ;21H 数据送AANL A , # F0H ;截取高4 位ADD A , # 02H ;指向3 # MC14495MOV P1 ,A ;送3 # MC14495ANL A , # 0FHORL A ,08HMOV P1 ,AMOV A , # 21H ;21H 数据送ASWA PA ;低4 位送高4 位ANL A , # F0H ;截取高4 位ADD A , # 03H ;指向4 # MC14495MOV P1 ,A ;送4 # MC14495ANL A , # 0FHORL A ,08HMOV P1 ,ARET ;返回END3 结语使用单片机进行处理,不仅可以提高整个系统的测量精度,而且使用方便,测量准确,抗干扰强。同时在不改变系统硬件的情况下只需要改变内存中的数据,就可以对传感器的互换性,稳定性引起的误差进行修正,为温度的快速测量提供方便。该系统存在的不足之处是没有设计异常处理电路,即当被测实体的温度超过或低于系统所允许的量程时没有警告信息,这在一定程度上造成系统测量结果的不可靠性。参考文献1 刘瑞新. 单片机原理及应用教程M . 北京:机械工业出版社, 2003.2 孙德文. 微型计算机技术M . 北京:高等教育出版社,2003.3 陈书开. 单片计算机的硬件软件及应用M . 长沙:中南工业大学出版社,1994.4 高海生,杨文焕. 单片机及应用技术大全M . 成都:西南交通大学出版社,1996.5 候自林. 过程控制与