基于单片机的多路温度采集显示系统

基于单片机的多路温度采集显示系统内容摘要：

先级的嵌套中断结构，可实现二级中断服务程序嵌套。 每一个中断源都可用软件程序规定为高优先级中断或低优先级中断。 (6)一个串行接口电路，可用于异步接收发送器。 (7)内部时钟电路：振荡频率可以高达 40MHz，但晶体和微调电容需要外接。 以上各部分通过内部总线相连接。 在很多情况下，单片机还要与外部设备或外部存储器相连接。 连接方式采用 三总线（地址、数据、控制）方式。 但在 89C51 单片机中，没有单独的地址总线和数据总线，而是与通用并行 I/O 口中的 P0 口及 P2 口共用。 P0 口分时作为低 8 位地址线和 8 位数据线， P2 口则作为高 8 位地址线用，可形过程论述 第 25 页 （共 51 页） 成 16 条地址线和 8 条数据线。 但是一定要建立一个明确的概念，单片机在进行外部扩展时的地址线和数据线都不是独立的总线，而是与并行 I/O 口共用的，这是 89C51单片机结构上的一个特点。 图 为单片机的典型组成框图。 其中中央处理器 CPU 包含运算器和控制器两大部分，运算器完成各种算术和逻辑运算，控制器在单片机内部 协调各功能部件之间的数据传送和运算操作，并对单片机外部发出若干控制信息。 由图可见，它通过内部总线把计算机的各主要部件接为一体，其中，地址总线的作用是在进行数据交换时提供地址， CPU 通过它们将地址输出到存储器或 I/O 接口；数据总线的作用是在 CPU与存储器或 I/O 接口之间，或存储器与外设之间交换数据；控制总线包括 CPU 发出的控 信号线和外部送入 CPU 的应答信号线等。 晶振 T0 T1 P0 P1 P2 P3 TXD RXD /INT0 /INT0 图 单片机的典型组成框图 单片机的特点 由于单片机的这种结构形式及它所采取的半导体工艺，使其具有很多显著特点，因而在各个领域都得到了迅猛的发展。 单片机主要有如下特点： （ 1）有优异的性能价格比。 （ 2）集成度高、体积小、有很高的可靠性。 单片机把各功能部件集成在一块芯片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。 另外，其体积小，对 于强磁场环境易于采取屏蔽措施，适合在恶劣环境下工作。 CPU 定时器 /计数器 并行接口 串行接口 中断系统 时钟电路 ROM RAM 过程论述 第 25 页 （共 51 页） （ 3）控制功能强。 为了满足工业控制的要求，一般单片机的指令系统中均有极丰富的转移指令、 I/O 口的逻辑操作以及位处理功能。 单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微机。 （ 4）低功耗、低电压，便于生产便携式产品。 （ 5）外部总线增加了 I C（ InterIntegrated Circuit）及 SP等串行总线方式，进一步缩小了体积，简化了结构。 （ 6）单片机的系统扩展和系统配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统。 初始方案 设计 针对 本次毕业设计的题目，根据毕业设计的要求，本人积极搜集与毕业设计相关的资料，根据自己已掌握的知识以及一些电子设计的经验，总结并设计了以下两种方案： （ 1） 方案一： 温度 采集 系统有着共同的特点：测量点多、环境复杂、布线分散、现场离监控室远等。 若采用一般温度传感器采集温度信号，则需要设计信号调理电路、 A/D 转换及相 应的接口电路，才能把传感器输出的模拟信号转换成数字信号送到 单片机上 处理。 这样，由于各种因素会造成 采集 系统较大的偏差；又因为 采集 环境复杂、测量点多、信号传输距离远及各种干扰的影响，会使 采集 系统 的稳定性和可靠性下降。 故本方案采用 数字输出型集成温度传感器 DS1820，其全部模拟电路和数字电路都集成在一起， 外形如一只三极管，三个引脚分别是电源、地和数据线。 这种由单片集成电路构成的温度传感器使用非常方便，测温范围为 55～ 125℃，分辨率为 ℃。 输出温度信号用 9位二进制数表示，数据线可与上位主机通信，传递数据信息和指令信息。 将 DS1820 的 I / 0 数据线与 AT89C51 单片机 、 、 、 口线相连，用 4 只 DS18B20 同时测量 4 路温度 ， 实现多点温度的采集。 还采用独立式键盘和液晶显示，键盘用来设置上限与下限的温度报警，字符液晶用来显示通道号、该通道的温度和所设置上下限的温度。 使用液晶显示更加形象，而且抗干扰能力强，便于以后扩展。 当运行 PROTEUS 软件时，从液晶屏上可以清楚的看到所采集的温度值、通道号和上下限报警。 系统设计框图如图。 过程论述 第 25 页 （共 51 页） 图 方案一原理框图 （ 2） 方案二： 本方案直接采用单片机 AT89C5 A/D 转换器 ADC080半导体 集成 温度传感器AD590、按键 和数码管 显示器 LED 组成采集显示系统。 首先通过集成温度传感器 AD590将环境的温度采集下来，然后经过 ADC0809 将采集下来的模拟信号转换为数字信号，并且 将 转换得到的数字信号按照顺序分别送入单片机或把指定的那路信号送入单片机，通过单片机进行控制操作， 最后 通过单片机把采集到的信号送到 LED 电路当中进行显示。 系统设计框图如图。 图 方案二原理框图 方案的选择 这两种 方案 都采用的是 MCS51 系列的单片机 ，该系列单片机 具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中。 方案一 硬件电路简单，设计思路清晰，但对数字温度传感器 DS1820 的工作原理及其编程不是很了解，故该方案实施起来难度较大。 方案二与方案一比起来，虽然要 集 成 温 度 传感器AD590 A/D 转换器ADC0809 单片机AT89C51 数码管显示 LED 单片机 AT89C51 液晶 LCD 显示 4 个 数字 温度传感器DS1820 时钟和 复位电路 键盘电路 过程论述 第 25 页 （共 51 页） 用到 A/D 转 换器，对采集 温度 的精确度 有一定的影响 ，但 第二种方案的设计比较完善 ，而且此 方案更 符合我们大学生的电子设计思维，将单片机的资源合理地利用，也能够满足毕业设计的要求，再结合自身掌握的知识，本设计我采用第二种方案。 即 整个系统控制将由 AT89C51 单片机为核 心构成 ，用半导体集成温度传感器AD590 采集温度， 选用 ADC0809 作为模 /数转换芯片，各个检测信号、控制信号、显示信号可由单片机的 I/O 口进行，并由程序保证系统抗干扰的能力。 3 系统硬件电路的设计 AT89C51 单片机系统设计 根据初步设计方案的分析，选择了小尺寸的芯片 AT89C51，使整个硬件电路的体积更小。 它以较小的体积、良好的性能价格比倍受青睐，在家电产品、工业控制、计算机产品、医疗器械、汽车工业等应用方面成为用户降低成本的首选器件。 AT89C51是 ATMEL 公司生产的带 4K 字节可编程闪速 存储器的低电压、高性能 8 位 CMOS 微处理器，俗称单片机，工作电压范围为 ～ 6V，全静态工作频率为 0～ 24MHZ。 ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器。 它为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 AT89C51 单片机的介绍： AT89C51 的引脚图如图 所示。 过程论述 第 25 页 （共 51 页） 1） 主要特性： （ 1） 与 MCS51 兼容 (2） 4K 字节可编程闪烁存储器 (3) 寿命： 1000 写 /擦循环 (4) 数据保留时间： 10 年 (5) 全静态工作： 0Hz～ 24Hz (6) 三级程序存储器锁定 (7) 128*8 位内部 RAM (8) 32 可编程 I/O 线 (9) 两个 16 位定时器 /计数器 (10) 5 个中断源 (11) 可编程串行通道 (12) 低功耗的闲置和掉电模式 (13) 片内振荡器和时钟电路 过程论述 第 25 页 （共 51 页） 2)管脚说明： VCC： 供电电压。 GND： 接地。 P0口： P0 口为一个 8 位漏极 开路双向 I/O 口，每 个脚能接 8 个 TTL 门电流。 当P1 口的管脚第一次写 “ 1” 时，被定义为高阻 态 输入。 P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据 /地址的第八位。 在 FIASH 编程时， P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时， P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。 P1 口： P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P1 口缓冲器能接收输出 4 个 TTL 门电流。 P1口管脚写入 “ 1” 后，被内部上拉为高，可用作输入， P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。 在 FLASH 编程和校验时， P1 口作为第八位地址接收。 P2 口： P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P2 口缓冲器可接收，输出4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写 “ 1” 时，其管脚被内部上拉电阻拉高 ，且作为输入。 并因此作为输入时， P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。 这是由于内部上拉的缘故。 当 P2 口 用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时， P2 口输出地址的高八位。 在给出地址 “ 1” 时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时， P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。 P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3 口： P3 口管脚是 8 个带有内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL门电流。 当 P3 口写入 “ 1” 后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。 作为输 入，由于外部下拉为低电平， P3 口将输出电流（ ILL）这是由于上拉的缘故。 P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如下所示： 过程论述 第 25 页 （共 51 页） P3 口同时为闪烁编程和编程校验接受一些控制信号。 RST： 复位输入。 当振荡器复位器件时 ，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时 间。 ALE/PROG： 地址锁存允许信号输出 /编程脉冲输入引脚。 当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的 字节。 在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。 在平时， ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器 频率的 1/6。 因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。 然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。 如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。 此时， ALE 只有在执行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。 另外，该引脚被略微拉高。 如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。 /PSEN： 读外部程序存储器的选通信号输出引脚。 在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次 /PSEN 有效。 但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 /PSEN 信号将不出现。 /EA/VPP： 程序存储器空间选 择控制位 /编程电压输入引脚。 当 /EA 保持低电平时，CPU 只执行外部程序存储器（ 0000H～ FFFFH）指令，不管是否有内部程序存储器指令。 注意加密方式 1 时， /EA 将内部锁定为 RESET；当 /EA 端保持高电平时， CPU首先执行片内程序存储器 ROM 指令，当程序计数器 PC 的值超过片内 ROM 地址范围（ 0FFFH）时，将自动跳转去执行片外 ROM 指令；在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源（ VPP）。 XTAL1： 反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2： 来自反向振荡器的输出。 过程论述 第 25 页 （共 51 页） 时钟与复位电路的设计与器件选择 1． 时钟电路的设计 MCS51 系列单片机的时钟电路有两种方式：内部时钟方式、外部时钟方式。 本次设计我采用内部时钟方式，如图 所示。 图 内部时钟方式 它利用单片机内部的高增益反向放大器构成振荡电路，只要在 XTAL1（振荡器输入端）、 XTAL2（振荡器输出端）两个引脚上外接定时元件，内部振荡器产生自激振荡。 外接元 器 件有晶振和电容，它们组成并联谐振电路。 在图 中，在 XTAL XTAL2之间外接石英晶振， 就可以产生时钟脉冲信号。 C1 和 C2 是频率微调电容，起稳定频率和快速起振的作用。 电路中的器件选择可以通过计算和实验确定，也可以参考一些典型电路的参数。 电容值在 5～ 30pF 之间选。