单片机原理与应用课程设计温度控制系统.doc

苏 州 市 职 业 大 学实习（实训）报告 名称 单片机原理与应用课程设计 2013 年 2 月 25 日至 2013 年 3 月1 日共1周院 系 班 级 姓 名 院主任 系 主 任 指导教师 苏 州 市 职 业 大 学实习（实训）任务书 名 称： 单片机原理与应用课程设计 起讫时间： 2013-2-252013-3-1 院 系： 电子信息工程系 班级： 指导教师： 系 主 任： 一、实习（实训）目的和要求1掌握使用MSC51单片机编译软件的方法；2掌握常用温度测量方法，了解各种传感器工作原理；3设计电路并确定电路参数；4完成课程设计说明书，内容：原理分析、计算说明、调试报告、心得体会；5将结果向指导教师演示，由教师提问验收通过。二、实习（实训）内容1目录；2单片机结构、原理；3温度控制系统硬件设计（原理图、原理图分析）；4软件设计，软件流程图，调试过程；5硬件、软件程序清单。三、实习（实训）方式 集中 分散 校内 校外四、实习（实训）具体安排1集中讲解；2查阅资料，设计电路；3程序调试；4完成课程设计说明书，内容：原理分析、计算说明、调试报告、程序、心得体会；5验收，交课程设计报告。五、实习（实训）报告内容目录第一章 摘要7第二章 芯片资料8一、AT89C51单片机说明81、简介82、引脚说明83、引脚第二功能8二、NTC负温度系数热敏电阻工作原理101、简介102、工作原理10三、TLC549芯片111、 概述112、工作原理113、工作时序图114.、应用接口及采样程序12四、AT24C02芯片131、概述132、管脚配置管脚封装133、功能描述134、结构与寻址13第三章 项目设计14一、设计电路图14二、程序设计15第四章 总结报告19第一章 摘要第二章 芯片资料一、AT89C51单片机说明1、简介89C51是一种高性能低功耗的采用CMOS工艺制造的8位微控制器，它提供下列标准特征：4K字节的程序存储器，128字节的RAM,32条I/O线，2个16位定时器/计数器, 一个5中断源两个优先级的中断结构，一个双工的串行口, 片上震荡器和时钟电路。2、引脚说明VCC：电源电压GND:地P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，作为输出口用时，每个引脚能驱动8个TTL逻辑门电路。当对0端口写入1时，可以作为高阻抗输入端使用。当P0口访问外部程序存储器或数据存储器时，它还可设定成地址数据总线复用的形式。在这种模式下，P0口具有内部上拉电阻。在EPROM编程时，P0口接收指令字节，同时输出指令字节在程序校验时。程序校验时需要外接上拉电阻。P1口：P1口是一带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P1口的输出缓冲能接受或输出4个TTL逻辑门电路。当对P1口写1时，它们被内部的上拉电阻拉升为高电平，此时可以作为输入端使用。当作为输入端使用时，P1口因为内部存在上拉电阻，所以当外部被拉低时会输出一个低电流（IIL）。P2口：P2是一带有内部上拉电阻的8位双向的I/O端口。P2口的输出缓冲能驱动4个TTL逻辑门电路。当向P2口写1时，通过内部上拉电阻把端口拉到高电平，此时可以用作输入口。作为输入口，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出电流（IIL）。P2口在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如MOVX DPTR）时，P2口送出高8位地址数据。在这种情况下，P2口使用强大的内部上拉电阻功能当输出1时。当利用8位地址线访问外部数据存储器时（例MOVX R1）,P2口输出特殊功能寄存器的内容。当EPROM编程或校验时，P2口同时接收高8位地址和一些控制信号。P3口：P3是一带有内部上拉电阻的8位双向的I/O端口。P3口的输出缓冲能驱动4个TTL逻辑门电路。当向P3口写1时，通过内部上拉电阻把端口拉到高电平，此时可以用作输入口。作为输入口，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出电流（IIL）。P3口同时具有AT89C51的多种特殊功能，具体如下3、引脚第二功能P3.0RXD (串行输入口)P3.1TXD（串行输出口）P3.2 (外部中断0)P3.3 （外部中断1）P3.4T0（定时器0）P3.5T1（定时器1）P3.6 （外部数据存储器写选通）P3.7 （外部数据存储器都选通）图1 单片机引脚图RST:复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。ALE/ :当访问外部存储器时，地址锁存允许是一输出脉冲，用以锁存地址的低8位字节。当在Flash编程时还可以作为编程脉冲输出（ ）。一般情况下，ALE是以晶振频率的1/6输出，可以用作外部时钟或定时目的。但也要注意，每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。PSEN ：程序存储允许时外部程序存储器的读选通信号。当AT89C52执行外部程序存储器的指令时，每个机器周期 两次有效，除了当访问外部数据存储器时， 将跳过两个信号。 VPP:外部访问允许。为了使单片机能够有效的传送外部数据存储器从0000H到FFFH单元的指令， 必须同GND相连接。需要主要的是，如果加密位1被编程，复位时EA端会自动内部锁存。当执行内部编程指令时， 应该接到VCC端。XTAL1：振荡器反相放大器以及内部时钟电路的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。二、NTC负温度系数热敏电阻工作原理1、简介NTC是Negative Temperature Coefficient 的缩写，意思是负的温度系数，泛指负温度系数很大的半导体材料或元器件，所谓NTC热敏电阻器就是负温度系数热敏电阻器。它是以锰、钴、镍和铜等金属氧化物为主要材料， 采用陶瓷工艺制造而成的。这些金属氧化物材料都具有半导体性质，因为在导电方式上完全类似锗、硅等半导体材料。温度低时，这些氧化物材料的载流子（电子和孔穴）数目少，所以其电阻值较高；随着温度的升高，载流子数目增加，所以电阻值降低。NTC热敏电阻器在室温下的变化范围在10O1000000欧姆，温度系数-2%-6.5%。NTC热敏电阻器可NTC热敏电阻器广泛用于测温、控温、温度补偿等方面2、工作原理NTC（Negative Temperature Coefficient）是指随温度上升电阻呈指数关系减小、具有负温度系数的热敏电阻现象和材料该材料是利用锰、铜、硅、钴、铁、镍、锌等两种或两种以上的金属氧化物进行充分混合、成型、烧结等工艺而成的半导体陶瓷，可制成具有负温度系数（NTC）的热敏电阻其电阻率和材料常数随材料成分比例、烧结气氛、烧结温度和结构状态不同而变化现在还出现了以碳化硅、硒化锡、氮化钽等为代表的非氧化物系NTC热敏电阻材料 图2 NTC负温度系数热敏电阻温度范围它的测量范围一般为-10+300，也可做到-200+10，甚至可用于+300+1200环境中作测温用负温度系数热敏电阻器温度计的精度可以达到0.1，感温时间可少至10s以下它不仅适用于粮仓测温仪，同时也可应用于食品储存、医药卫生、科学种田、海洋、深井、高空、冰川等方面的温度测量三、TLC549芯片1、 概述T LC548, TLC549 是美国德州仪器公司生产的8 位串行A / D 转换器芯片, 可与通用微处理器、控制器通过I/ O CLOCK、CS、DATA OU T 三条口线进行串行接口。具有4MHz 片内系统时钟和软、硬件控制电路, 转换时间最长17s, TLC548 允许的最高转换速率为45 500 次/ s, T LC549 为40 000次/ s。总失调误差最大为 0. 5LSB, 典型功耗值为6mW。采用差分参考电压高阻输入, 抗干扰, 可按比例量程校准转换范围, VREF - 接地, VREF + - VREF - 1V, 可用于较小信号的采样。2、工作原理T LC549 均有片内系统时钟, 该时钟与I / O CLOCK 是独立工作的, 无须特殊的速度或相位匹配。其工作时序如图2 所示。当CS 为高时, 数据输出( DATA OUT ) 端处于高阻状态, 此时I /O CLOCK 不起作用。这种CS 控制作用允许在同时使用多片T LC548、TLC 549 时,共用I/ O CLOCK, 以减少多路( 片) A/ D 并用时的I / O 控制端口。一组通常的控制时序为:( 1) 将CS 置低。内部电路在测得CS 下降沿后,再等待两个内部时钟上升沿和一个下降沿后, 然后确认这一变化, 最后自动将前一次转换结果的最高位( D7) 位输出到DAT A OU T 端上。( 2) 前四个I/ O CLOCK 周期的下降沿依次移出第2、3、4和第5 个位( D6、D5、D4、D3) , 片上采样保持电路在第4 个I/O CLOCK 下降沿开始采样模拟输入。( 3)接下来的3 个I /O CLOCK 周期的下降沿将摘要: T LC548、TLC549 是采用LinCMOSTM 技术, 以开关电容逐次逼近原理工作的8 位串行A/ D芯片。单电源3V 6V 供电范围, 控制口线少, 时序简单, 转换速度快, 功耗低, 价格便宜, 适用于低功耗的袖珍仪器上的单路A/ D 采样, 也可将多个器件并联使用。( 4) 最后, 片上采样保持电路在第8 个I / OCLOCK 周期的下降沿将移出第6、7、8( D2、D1、D0 )个转换位。保持功能将持续4 个内部时钟周期, 然后开始进行32 个内部时钟周期的A / D 转换。第8 个I/ O CLOCK 后, CS 必须为高, 或I / O CLOCK 保持低电平, 这种状态需要维持36 个内部系统时钟周期以等待保持和转换工作的完成。如果CS 为低时I/ O CLOCK 上出现一个有效干扰脉冲, 则微处理器/ 控制器将与器件的I / O 时序失去同步; 若CS 为高时出现一次有效低电平, 则将使引脚重新初始化, 从而脱离原转换过程。在36 个内部系统时钟周期结束之前, 实施步骤( 1) - ( 4) , 可重新启动一次新的A/D 转换, 与此同时,正在进行的转换终止, 此时的输出是前一次的转换结果而不是正在进行的转换结果。若要在特定的时刻采样模拟信号,应使第8 个I/O CLOCK 时钟的下降沿与该时刻对应,因为芯片虽在第4 个I/ O CLOCK 时钟下降沿开始采样, 却在第8个I/O CLOCK 的下降沿开始保存。3、工作时序图图3 TLC549工作时序图4.、应用接口及采样程序TLC 549 可方便地与具有串行外围接口( SPI) 的单片机或微处理器配合使用, 也可与51系列通用单片机连接使用。与51 系列单片机的接口如图3 所示。其采样程序框图如图4 所示, 实际应用程序清单如下:; 初始化:SETB P1. 2 ; 置CS 为1。CLR P1. 0 ; 置I / O CLOCK 为零。MOV R0, # 00H ; 移位计数为零。; A/ D 过程:A/ DP: CLR P1. 2NOP ; 等待1. 4s, nop 数根据晶振情况选择。NXT : SET B P1. 0MOV C, P1. 1RLC ACLR P1. 0INC R0CJNE R0, # 8, NXTMOV R0, # 00SETB P1. 2M OV DTSVRM, A ; DTSVRM: DATA SAVERAM .RETTLC 549 片型小, 采样速度快, 功耗低, 价格便宜, 控制简单。适用于低功耗的袖珍仪器上的单路A / D 或多路并联采样。四、AT24C02芯片1、概述AT24C02是一个2K位串行CMOS E2PROM， 内部含有256个8位字节，CATALYST公司的先进CMOS技术实质上减少了器件的功耗。AT24C02有一个16字节页写缓冲器。该器件通过IIC总线接口进行操作，有一个专门的写保护功能。2、管脚配置管脚封装DIP：双列直插式封装，是最简单的一种封装技术。管脚名称 功能 A0、A1、A2 器件地址选择 SDA 串行数据、地址 SCL 串行时钟 WP 写保护 VCC+1.8V6.0V工作电压 VSS 地 3、功能描述AT24C02支持I2C，总线数据传送协议I2C，总线协议规定任何将数据传送到总线的器件作为发送器。任何从总线接收数据的器件为接收器。数据传送是由产生串行时钟和所有起始停止信号的主器件控制的。主器件和从器件都可以作为发送器或接收器，但由主器件控制传送数据（发送或接收）的模式，通过器件地址输入端A0、A1和A2可以实现将最多8个AT24C02器件连接到总线上。AT24C02串行时钟输入管脚用于产生器件所有数据发送或接收的时钟，这是一个输入管脚。 SDA 串行数据/地址AT24C02 双向串行数据/地址管脚用于器件所有数据的发送或接收，SDA 是一个开漏输出管脚，可与其它开漏输出或集电极开路输出进行线或（wire-OR）。 A0、A1、A2 器件地址输入端这些输入脚用于多个器件级联时设置器件地址，当这些脚悬空时默认值为0。当使用AT24C02 时最大可级联8个器件。如果只有一个AT24C02被总线寻址，这三个地址输入脚（A0、A1、A2 ）可悬空或连接到Vss，如果只有一个AT24C02被总线寻址这三个地址输入脚（A0、A1、A2 ）必须连接到Vss。WP 写保护如果WP管脚连接到Vcc，所有的内容都被写保护只能读。当WP管脚连接到Vss 或悬空允许器件进行正常的读/写操作4、结构与寻址AT24C02的存储容量为2Kb，内容分成32页，每页8B，共256B，操作时有两种寻址方式：芯片寻址和片内子地址寻址。（1）芯片寻址：AT24C02的芯片地址为1010，其地址控制字格式为1010A2A1A0R/W。其中A2，A1，A0可编程地址选择位。A2，A1，A0引脚接高、低电平后得到确定的三位编码，与1010形成7位编码，即为该器件的地址码。R/W为芯片读写控制位，该位为0，表示芯片进行写操作。（2）片内子地址寻址：芯片寻址可对内部256B中的任一个进行读/写操作，其寻址范围为00FF，共256个寻址单位。第三章 项目设计一、设计电路图二、程序设计19;*;难点，EEPROM的读写;A/D数据读取;*WX EQU P3.5DX EQU P3.6AD_CS EQU P1.2AD_CLK EQU P1.0AD_DO EQU P1.1RELAY EQU P1.3SDA EQU P1.6SCL EQU P1.5TEMP EQU 30HTEMP_S EQU 31HSD_JG EQU 32H ;闪动间隔TEMP_T EQU 33H ;采集数据暂存SD EQU 20H.0SD_KG EQU 20H.1XS_IO EQU P0KEY_IO EQU P2;* ORG 0000H AJMP MAIN ORG 000BH AJMP AD_P;*MAIN: MOV DPTR,#TAB MOV SP,#5FH ;- LCALL W_START ;当前地址读 MOV A,#0A0H ;写设备地址，第0位为1为读 LCALL WRITE MOV A,#01H ;写数据地址 LCALL WRITE LCALL W_START MOV A,#0A1H ;写设备地址 LCALL WRITE LCALL READ MOV TEMP_S,A LCALL W_STOP ;- MOV SD_JG,#5 SETB SD SETB SD_KG MOV TMOD,#01H MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H SETB EA SETB ET0 SETB TR0LOOP: LCALL DISP LCALL KEY_SCAN JZ LOOP LCALL TZ_TEMP AJMP LOOP;*AT24C02保存W_START: CLR SCL ;I2C总线通讯开始 LCALL S_NOP SETB SDA LCALL S_NOP SETB SCL LCALL S_NOP CLR SDA LCALL S_NOP CLR SCL RET ;-W_STOP: CLR SCL ;结束 LCALL S_NOP CLR SDA LCALL S_NOP SETB SCL LCALL S_NOP SETB SDA LCALL S_NOP RET ;-WRITE: MOV R3,#8 ;逐位发送W_NEXT: CLR SCL RLC A MOV SDA,C SETB SCL CLR SCL DJNZ R3,W_NEXT SETB SCL LCALL S_NOP CLR SCL LCALL S_NOP RET ;-READ: MOV R3,#8 ;逐位接收R_NEXT: CLR SCL LCALL S_NOP SETB SCL LCALL S_NOP MOV C,SDA RLC A CLR SCL DJNZ R3,R_NEXT CLR SCL LCALL S_NOP SETB SCL LCALL S_NOP RET;-S_NOP: NOP NOP NOP NOP RET;*TZ_TEMP: CJNE A,#1,TZ_ENDLP1: LCALL DISP LCALL KEY_SCAN JNZ LP1 CLR SD_KGLP2: LCALL DISP LCALL KEY_SCAN JZ LP2 CJNE A,#1,TZ_INCLP3: LCALL DISP LCALL KEY_SCAN JNZ LP3 SETB SD_KG SETB SD ;- LCALL W_START ;设置完毕，写入E2ROM MOV A,#0A0H ;写入设备地址，第0位为0为写 LCALL WRITE MOV A,#01H ;写入数据地址 LCALL WRITE MOV A,TEMP_S ;写入数据 LCALL WRITE LCALL W_STOP ;- AJMP TZ_ENDTZ_INC: CJNE A,#2,TZ_DEC ;设置温度加一按钮0-99LP4: LCALL DISP LCALL KEY_SCAN JNZ LP4 MOV A,TEMP_S CJNE A,#99,INC_NEXT MOV TEMP_S,#0 AJMP LP2INC_NEXT: INC TEMP_S AJMP LP2TZ_DEC: ;- 设置温度减一按钮99-0LP5: LCALL DISP LCALL KEY_SCAN JNZ LP5 MOV A,TEMP_S CJNE A,#0,DEC_NEXT MOV TEMP_S,#99 AJMP LP2DEC_NEXT: DEC TEMP_S AJMP LP2TZ_END: RET;*AD_P: PUSH ACC PUSH PSW PUSH DPH PUSH DPL MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H JB SD_KG,AD_NEXT1 DJNZ SD_JG,AD_NEXT1 MOV SD_JG,#5 CPL SD ;-AD_NEXT1: SETB AD_CS ;读取A/D转换数值，结果在A中 CLR AD_CLK MOV R2,#8 CLR AD_CS LCALL S_NOPNEXT: SETB AD_CLK MOV C,AD_DO RLC A CLR AD_CLK DJNZ R2,NEXT MOV R2,#8 SETB AD_CS ;- MOV TEMP,#0 ;温度查表 MOV TEMP_T,A MOV A,#0 MOV DPTR,#TAB1CX_LP: MOVC A,A+DPTR CJNE A,TEMP_T,NEXT1NEXT1: JC NEXT5 AJMP NEXT6NEXT5: MOV A,TEMP CJNE A,#99,NEXT7 ;检查当前温度值是否超过99NEXT7: JC NEXT8 MOV TEMP,#0 ;超出赋0 AJMP NEXT6NEXT8: INC TEMP INC A AJMP CX_LP ;-NEXT6: MOV A,TEMP;控制继电器部分 CJNE A,TEMP_S,NEXT2NEXT2: JC NEXT3 SETB RELAY AJMP NEXT4NEXT3: CLR RELAYNEXT4: POP DPL POP DPH POP PSW POP ACC RETI;*DISP: MOV DPTR,#TAB JNB SD,D_NEXT MOV B,#10 ;显示设置温度 MOV A,TEMP_S DIV AB MOVC A,A+DPTR MOV XS_IO,#11111011B SETB WX CLR WX MOV XS_IO,A SETB DX CLR DX LCALL DELA