单片机课程方案温度测试系统方案

1、一、 引言随着现代科技的发展，单片机控制无疑为人带来了诸多方便，他的性能虽然与 PC 机无法相比，但它体积小，价格低，高可靠性，智能性，实时性，可塑性好等优点， 使它应用于诸多控制领域。近年来，随着电子技术和微机计算机的迅速发展，单片机 的档次不断提高，其应用领域也在不断的扩大，已在工业控制、尖端科学、智能仪器 仪表、日用家电、汽车电子系统、办公自动化设备、个人信息终端及通信产品中得到 了广泛的应用，成为现代电子系统中最重要的智能化的核心部件。80C51是INTEL公司MCS-5係列单片机中最基本的产品，采用 INTEL公司可靠的 CHMO工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的 MCS-5

2、1的HCMO产品，结合了 HMO的高速和高密度技术及 CHMO的低功耗特征，继承和扩展了 MCS-48单片机的体系 结构和指令系统。80C51内置中央处理单元、128字节内部数据存储器RAM 32个双向 输入/输出(I/O口、2个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信 口，片内时钟振荡电路。此外，80C51还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空 闲和掉电模式。在空闲模式下冻结 CPU而 RAM定时器、串行口和中断系统维持其功 能。掉电模式下，保存RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。80C51有PDIP(40pin> 和 PLCC(44pin>两种

3、封装形式。1.1.1 课程设计的意义：课程设计是培养学生综合运用所学知识 ,发现,提出,分析和解决实际问题 ,锻炼实践 能力的重要环节 , 是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程 . 随着科学技术发展的 日新日异，单片机技术已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域，在生活中可以说 得是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握数字电子技术是十分重要的。而 课程设计是深入学习，真正掌握单片机原理与接口技术的有效途径： 1、有利于基础 知识的理解通过单片机原理与接口技术的学习，掌握了数字技术基础知识和基本 技能，具备了在日常生活与学习中应用数字技术解决问题的基本态度与基本能力。但 是，对于器件选择

4、、电路仿真模拟、电路搭建等知识内容的理解比较肤浅。通过课程 设计就能真正理解，从而进一步加强理论知识的学习。2、有利于逻辑思维的锻炼在常规的理论学习中，我们的思维常常处于混乱的状 态。写起作文来前言不搭后语，解起数学题来步骤混乱，这些都是缺乏思维训练的结果。课程设计设计是公认的、最能直接有效地训练创新思维，培养分析问题、解决问 题能力的途径之一。整个设计过程都需要有条理地构思，中间有猜测设想、判断推理 的抽象思维训练，也有分析问题、解决问题、预测目标等能力的培养。 3 、有利于 治学态度的培养。在课程设计中，会遇到各种问题和困难，可能要通过几次乃至十多 次的反复修改、调试，才能成功，但这种现象

5、会随着学习的深入而慢慢改观。可以培 养严谨治学、一丝不苟的科学精神和不怕失败、百折不挠品格。1.1.2 设计目的1、通过课程设计，掌握以单片机核心的电路设计的基本方法和技术，了解表关电 路参数的计算方法。2通过实际程序设计和调试，逐步掌握模块化程序设计方法和调试技术。 3通过完成一个包括电路设计和程序开发的完整过程，使学生了解开发一单片机应用 系统的全过程，为今后从事相应的工作打下基础。1.2 设计任务设计要求：利用温度传感器和 ADC0809采用中断方式设计一个温度测试系统，每 隔2秒测量一次，将测试结果 十进制）在LED上显示出来。定义一个保持按键，当按 下该键时，将当前的测试值保持不变

6、按键不动作时为正常测量显示）。温度显示格式 为：XXXS。温度测量范围为： 20100二系统设计2.1硬件设计总体设计框图：根据课题，温度采集部分选择常用的 PtIOO热敏电阻，其电阻温度系数为 3.9 X 10 3/C, 0C时电阻值为100Q,电阻变化率为0.3851 Q/C。铂电阻温度传感器精度 高，稳定性好，应用温度范围广，是中低温区最常用的一种温度检测器，在+10C+150C范围内，阻值与温度的关系线性度非常好，通常把这一温度范围作为有效温度 范围，本题目要求的温度范围是+20C+100C，正好位于有效范围内，故温度采集电 路部分相对较为简单。51单片机与ADC0809显示器以及锁存

7、器部分的电路已经具有比较成熟的连接方法，因此硬件电路的设计比较简单。根据以上分析，可以得出系统的原理框图如下:8t_0温度采集电路的设计1温度采集电路设计如片机74LS373锁存器锁存器系统的原理框图下，电路图如图2所示:图2温度采集电路图LED显示器R57R5EADC0809将Pt通滤波放大平W1>/(R5*输出也应为00接入一个差动运算放大器 t电路,其放大倍数为<R1倍。当温度其电压1+RW1)1Uk放大倍数为左R6/R5R601k温度采集电路其后再接入一个低PT”放大倍数为R6(R11AzS D12电压差为1M白0，所以 L» uTEXT： 的电阻值与输 李D11

8、 1N970F所以整个电路的11I/R9c差动运算放co禅用电位器20kLM358N =' - IR61.<R.t/<1000C + Rt) 0为0C时1NS706| 出电压Ucut的关系为：a" R53i<4+050144Rw1)J 1QkL.O.0099)Pt1:TF/R621k的温度范围为20100C ,又希望输出电压;r 05V之间所以,最终得到输出电压与所测温度的关系为Uout=1108.8<(100+0.385T刃(10100+0.385T> 0.0099)单片机接口电路设计单片机接口电路主要由单片机 80C51、模数转换器ADC08

9、09集成芯片8255A锁 存器74LS373以及数码显示器组成.各电路组成部分简要介绍如下:1、单片机80C51该系列单片机是采用高性能的静态80C51设计，由先进CMOS工艺制造并带有非易失性Flash程序存储器，全部支持12时钟和6时钟操作，P89C51X2和 P89C52X2/54X2/58X2，分别包含 128 字 节和256字节RAM 32条I/O 口线3个 16位定时/计数器，6输入4优先级嵌 套中断结构，1个串行I/O 口，可用于多 机通信I/O 扩展或全双工UART以及片内 振荡器和时钟电路。此外，因为器件采用 了静态设计，可提供很宽的操作频率范 围，频率可降至0。可实现两个由

10、软件选 择的节电模式，空闲模式和掉电模式，空 闲模式冻结CPU但RAM定时器，串口和中 断系统仍然工作。掉电模式保存RAM的内pi.otuPOOP1J/T2EXP0】PL2P0.2PI.3P03PL4K0C5 i卩04Pi.580C52P0 5Pi GP06PI.7|N).7P2.0P3.2/IN：P2.1P2.2P3 5/T1P2.3P2 4P2.SEA/论P2.6XTAL1P2.7XTA1.2P3.0 RXDRSTP3A IXD円驛丽AI.E- I'KCGI'SI NP3 6/W R3药374363332Bn15bl2?A3127¥ISHJ7祐容，但是冻结振荡器将

11、导致所有其它的片 内功能停止工作。因为设计是静态的时钟 可停止而不会丢失用户数据运行可从时 钟停止处恢复图3 50C51单片机引脚图2、 8255A8255A，具有24条输入/输出引脚、可编程的通用并行输入 /输出接口电路。它 是一片使用单一 +5V电源的40脚双列直插式大规模集成电路。8255A的通用性强，使用灵活，通过它 CPU可直接与外设相连接。其引脚图如下：8255A在使用前要写入一个方式控制字，选择A、B、C三个端口各自的工作方式，共有三种。方式0 :基本的输入输出方式，即无须联络就可以直接进行的I/O方式。其中A、B、C 口的高四位或低四位可分别设置成输入或输出。方式1 :选通I/

12、O,此时接口和外围设备需联络信号进行协调，只有A 口和B口可以工作在方1，此时C 口的某些线被规定为 A 口或B 口与外围设备的联络信 号，余下的线只有基本的I/O功能，即只工作在方式 0。方式2:双向I/O方式，只 有A 口可以工作在这种方式， 该I/O线即可输入又可输出， 此时C 口有5条线被规定为A 口和外围设备的双向联络线， 口剩下的三条线可作为 B 口方 式1的联络线，也可以和 B 口 一起方式0的I/O线。图4 8255A引脚图3、ADC0809ADC0809是采样频率为8位的、以逐次逼近原理进行模12 3 4 3 6 7 00 9110:115I 1 41 1 5H61 1 71

13、 i8矿39 138 137IM35 134 133 132 131 130 129I勞26 125 124 123 122 121 IPAt-RESETf 6 讥D)SV<x 一 PBt1 PR? b-FB, PB* -PB,型 iDDA iDDB lBDC数转换的器件。其内部有一个 8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中EOC 片 0ECLOCK心GNDALE1*1 的一个进行A/D转换。其引脚图如下图 5所示：1 主要特性1） 8路8位A/D转换器，即分辨率8位。2 ）转换时间为100卩s3）模拟输入电压范围 0+ 5V,不需零点和满刻度校准。4

14、）低功耗，约15mW2 内部结构ADC0809是 CMOSI片型逐次逼近式 A/ D转换器，它由8路模拟开关、地址锁 存与译码器、比较器、8位开关树型D/ A转换器、逐次逼近3 外部特性ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装。各引脚功能如下：IN0IN7 : 8路模拟量输入端。图5 ADC0809引脚图2-12-8 : 8位数字量输出端。ADDA ADDB ADDC 3位地址输入线，用于选通 8路模拟输入中的一路ALE:地址锁存允许信号，输入，高电平有效。START A / D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲使其启动EOC A / D转换结束信号，输出，当 A/ D转换结束时，此

15、端输出一个高电 平。OE数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。CLK时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KH乙REF<+、REFv-）:基准电压。ADC0809的工作过程是：首先输入 3位地址，并使 ALE=1，将地址存入地址锁存 器中。此地址经译码选通 8路模拟输入之一到比较器。 START上升沿将逐次逼近寄 存器复位。下降沿启动 A/D转换，之后EOC俞出信号变低，指示转换正在进行。直到A/D转换完成，EOC变为高电平，指示 A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当0E输入高电平 时，输

16、出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。4、74LS373简要说明：373为三态输出的八 D透明锁存器,373的输出端0007可直接与总线相连。当三态允许控制端 0E为低电平时，0007为正常逻辑状态，可用来驱动负载 或总线。当0E为高电平时，0007呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负 载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。当锁存允许端LE为高电平时，0随数据D而变。当LE为低电平时，0被 锁存在已建立的数据电平。当LE端施密特触发器的输入滞后作用，使交流和直流噪声抗扰度被改善400mV>引出端符号：D0D7数据输入端0E三态允许控制端 <低电平有效）LE锁存允许端000

17、7输出端5、单片机接口电路图经过以上分析，用 Protues绘制的单片机接口电路如下图 6所示：s-mJI±丄丄miU15FjQXdHJMIMM2間NJW口 OffK31lt2»DWME ftP25*iU P1W1LPWPLIm阳而m口吨nsrin-r-iilarap一 主 THLelllLl杖 < :r - - -单三、软件设计3.1主程序主程序的主要功能是负责数据指针 ADC0809 8255A外部中断INTO和定时中断1 各参数的初始化，温度的实时显示、读出并处理测量的当前温度值，温度测量每2s进行一次均设置在中断服务程序中其程序流程见图7所示。开程序流程图3.

18、2显示温度子程序初始化数据指针RAM显示温度子程序的主要功能是读出经过转换处理后并且以存储于显示缓冲单元中的温度值，显示缓冲单兀定义在 40H 41H 42H,其程序流程图如图8所示:初始开始DC、8255A初始化8255An初始化INTO和T1指针指向显示缓冲单元-C"结束图8查表子程序流程图输出位控口信息到位控口J转换的数字量，进行温度处理，并且转温度处理子程序主要是从ADC080如读入换为十进制数，分别取出小数位、个位、十位数字存储到显示缓冲单元中，等待显9所示1O开始暂存转换数据图9温度处理子程序流程图3.4、外部中断0服务子程序此中断服务程序主要是为了定义保持按键，程序中用

19、R1标记中断次数，并利用算法判别R1的奇偶性，当R1为奇数时，即一直显示当前温度值，而当再来一个外部按 键信号时，R1变为偶数，此时直接跳至中断返回语句，进行正常测量显示。其程序流 程图如图10所示：口加1( 开始 J循环显示正常采集转换Y -获取小数位存储至40HC结束)图10外部中断-0服务子程序3.5、定时中断2S服务子程序此定时中断服务子程序主要是为了定时2S，定时中断一采用工作方式1,每次可以 定时100mS, TH1的初值为3CH, TL1的初值为0B0H，定时器方式寄存器TMOD的值为 10H，为达到定时2S,需要在程序中定义循环变量R0来实现循环200次。其程序流程图 如图11

20、所示：NY重新给T1赋值执行200次了吗?产生中断信号返回图ii定时2s服务子流程图以上分析是软件设计的核心部分，经过编程实现可以得到此温度测试系统的完 整汇编程序，各个部分的汇编程序见附录二。四、结 语1、过程总结：在这次设计中遇到了很多实际性的问题，在实际设计中才发现，书本上理论性的 东西与在实际运用中的还是有一定的出入的，所以有些问题不但要深入地理解，而且 要不断地更正以前的错误思维。一切问题必须要靠自己一点一滴的解决，而在解决的 过程当中会发现自己在飞速的提升。对于单片机设计，其硬件电路是比较简单的，主 要是解决程序设计中的问题，而程序设计是一个很灵活的东西，它反映了你解决问题 的逻辑

21、思维和创新能力，它才是一个设计的灵魂所在。因此在整个设计过程中大部分 时间是用在程序上面的。很多子程序是可以借鉴书本上的，但怎样衔接各个子程序才 是关键的问题所在，这需要对单片机的结构很熟悉。因此可以说单片机的设计是软件 和硬件的结合，二者是密不可分的。在程序方面，这次单片机课设内容包括LED显示、中断服务等。我的经验教训是，写程序注释写得越详细越好、不要怕麻烦。编写 程序前要画流程图有助于写程序以及日后查错。其次，这次课程设计让我充分认识到 团队合作的重要性，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神， 只有分工协作才能保证整个项目的有条不絮。平时看课本时，有时问题老是弄不懂，

22、做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的 功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件映象深 刻。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准， 课程设计对我们的作用是非常大的。单片机课程设计，是对单片机知识的验证，可以 帮助我们理解巩固所学知识，激发我们对单片机课程的兴趣，更锻炼了我们独立思 考、开拓创新的能力。2、心得体会：设计过程，好比是我们人类成长的历程，常有一些不如意，难免会遇到各种各样 的问题。在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可 以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，

23、因此耗费在这上面的时间用去很多。在 设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。我们通过查阅大量有关资料，遇到实在搞不明白的问题就会及时请教老 师，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛。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。虽然单片机课程设计不在大纲要求范围内，但我们很高兴老师给我们加了此次课 程设计，给了我们一个动手操作的机会，加深了理论知识的学习，通过实际应用，进 一步熟悉和

24、掌握了单片机的结构、工作原理、接口技术，掌握了模块化程序设计方法 和调试技术、完成了包括电路设计和程序开发的完整过程，了解了开发一单片机应用 系统的全过程，通过这样的经历，不但使我们增长了知识面，提高了我们学习新知识 的能力，更加强了我们动手能力的锻炼，培养了我们发现问题，思考问题，解决问题 的能力。在以后的学习生活中，我们将更加积极主动的参加各次动手能力锻炼，为将 来自身的发展奠定坚实的基础。参考文献：1 郭文川单片机原理与接口技术中国农业出版社 2007年.2 胡汉才.单片机原理及接口技术 第二版）.清华大学出版社 2003年.3 阎石.数字电子技术基础.第五版.高等教育出版社出版.4 宋

25、涛.通用集成电路速查手册.第二版.山东科学技术出版社.5 韩广兴.电子元器件与实用电路基础.修订版.电子工业出版社附录一：硬件电路系统图ORG0000HOOOMAINTMOD,#10HShuSRJMPMAINRG0003HJMPINTORG001BHJMPTINTRG1000HWVDPTR,#7FF8HR1,#0A,#0 DPTR,A HERE。用于标记外部中断的奇偶性MOVTH1,#3CH 。赋初始值MOVTL1,#0B0HSETBIT0SETBEASETBEX0SETBET1SETBTR1MOV MOV MOV MOVX HERE: SJMPDPTR,#7FF8H。温度处理子程序ORG 1

26、500H TEMDEAL: MOVMOVX A,DPTR MOV R7,AANL A,#0FH MOV B,#5 MUL AB MOV B,#16 DIV AB MOV 41H,A MOV A,B MOV B,#10 MUL AB DIV AB MOV 40H,A MOV A,43H MOV B,#16 DIV AB MOV B,#5 MUL AB ADD A,#20 ADD A,R7 MOV B,#10 DIV AB MOV 42H,A MOV A,B MOV 41H,A RET 。外部中断服务程序ORG 2000H。暂存 ADC 转换的结果。取低四位的值。获取的运算。暂存个位数的部分结果。存小数位结果。存十位数。存个位数INTO: INC R1MOVA,R1。判断 R1 的奇偶性MOVB,2DIVABMOVA,B。把R1除2的余数给AJNZLOOP3LJMPINTR2。A中值不为0,代表R0为奇数，跳转，否则为偶数，顺序执行LOOP3: MOV DPTR,#1B03HMOV A,#80H MOVX DPTR,ADISP3: MOV R0,#40HMOV R2,#20HDISP4: MO