【正文】 ，可以直接應(yīng)用在對溫度精度要求不高的各種現(xiàn)場。 單片機(jī)多通道溫度采集測控系統(tǒng)采用集成溫度傳感器滿足溫度測量，并將溫度信號轉(zhuǎn)換成電流，轉(zhuǎn)換為電壓信號，通過放大電路最終交由模 /數(shù)轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號經(jīng)單片機(jī)處理并經(jīng)輸出驅(qū)動電路顯示于共陽極 數(shù)碼管。該測量儀可實現(xiàn)多點（ 8 點）不同區(qū)域測量，單通道，循環(huán)測量。還具有超溫報警和自動控制功能，當(dāng)溫度超過某一設(shè)定值時，系統(tǒng)控制繼電器來關(guān)閉加溫設(shè)備。 由以上大致分析，整個系統(tǒng)控制將由 AT89C51 單片機(jī)為核心構(gòu)成。選用 ADC0809 作為模 /數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，各個檢測信號、控制信號、顯示信號可由單片機(jī)的 I/O 口進(jìn)行，并由程序保證系統(tǒng)抗干擾的能力。 設(shè)計任務(wù)為：用單片機(jī)設(shè)計一個測溫范圍在 0～ 100 的多通道溫度測量儀。設(shè)計要求：完成該系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計，學(xué)習(xí)掌握單片機(jī)采集測控系統(tǒng)的設(shè)計方法，提高學(xué)習(xí)新知識、新技能的能 力，培養(yǎng)獨立設(shè)計的能力。 吉林師范大學(xué)應(yīng) 用工程學(xué)院畢業(yè)論文 第 2 頁 共 45 頁 第 2 章 單片機(jī)多通道溫度采集測控系統(tǒng)分析與設(shè)計 總體分析 由于 AT89C51 單片機(jī)的設(shè)計時間有限其精度不是很高，它的測溫范圍在 0~100℃之間，可以直接應(yīng)用在對溫度精度要求不高的各種現(xiàn)場。 單片機(jī)多通道溫度采集測控系統(tǒng)采用集成溫度傳感器滿足溫度測量，并將溫度信號轉(zhuǎn)換成電流，轉(zhuǎn)換為電壓信號，通過放大電路最終交由模 /數(shù)轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號經(jīng)單片機(jī)處理并經(jīng)輸出驅(qū)動電路顯示于共陽極數(shù)碼管。該測量儀可實現(xiàn)多點（ 8 點）不同區(qū)域測量，單通道，循環(huán)測量。 還具有超溫報警和自動控制功能，當(dāng)溫度超過某一設(shè)定值時，系統(tǒng)控制繼電器來關(guān)閉加溫設(shè)備。 由以上大致分析，整個系統(tǒng)控制將由 AT89C51 單片機(jī)為核心構(gòu)成。選用 ADC0809 作為模 /數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，各個檢測信號、控制信號、顯示信號可由單片機(jī)的 I/O 口進(jìn)行，并由程序保證系統(tǒng)抗干擾的能力。 AT89C51 單片機(jī)的性能及應(yīng)用 單片機(jī)是早期 Single Chip Microputer 的直譯，它反映了早期單片機(jī)的形態(tài)和本質(zhì)。然后，按照面向?qū)ο?，突出控制功能，在片?nèi)集成了許多外圍電路及外設(shè)接口，突破了傳統(tǒng)意義上 的計算機(jī)結(jié)構(gòu)，發(fā)展成 microcontroller 的體系結(jié)構(gòu)，目前國外已普遍稱之為微控制器 MCU（ Microcontroller Unit）。鑒于它完全作嵌入應(yīng)用，故又稱為嵌入式微控制器 (Embedded Microcontroller)。 大多數(shù)單片機(jī)采用哈佛（ Harvard）結(jié)構(gòu)體系，即數(shù)據(jù)存儲空間與程序存儲空間相互獨立的結(jié)構(gòu)體系。它不同于一般通用計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，即程序和數(shù)據(jù)共用一個空間的馮諾伊曼 (Von Neumann)結(jié)構(gòu)。 AT89C51 單片機(jī)溫度測控儀采用 Atmel 公司的 AT89C51 單片機(jī)，采 用雙列直插封裝（ DIP），有 40 個引腳。該單片機(jī)采用 Atmel公司的高密度非易失性存儲技術(shù)制造，與美國 Intel 公司生產(chǎn)的 MCS吉林師范大學(xué)應(yīng) 用工程學(xué)院畢業(yè)論文 第 3 頁 共 45 頁 — 51 系列單片機(jī)的指令和引腳設(shè)置兼容。其主要特征如下： ○ 8 位 CPU ○內(nèi)置 4K 字節(jié)可重復(fù)編程 Flash，可重復(fù)擦寫 1000 次 ○完全 靜 態(tài)操作： 0Hz~24Hz，可輸出時鐘信號 ○ 三級加密程序存儲器 ○ 128B 8 的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器 (RAM) ○ 32 根可編程 I/O 線 ○ 2 個 16 位定時 /計數(shù)器 ○中斷系統(tǒng)有 6 個中斷源，可編為兩個優(yōu)先級 ○一個全雙工可編程串行通道 ○ 可編程串行 UART 通 道 ○具有兩種節(jié)能模式：閑置模式和掉電模式 （ 1）單片機(jī)的基本組成 它由 CPU 、存儲器（包括 RAM 和 ROM ）、 I/O 接口、定時 / 計數(shù)器、中斷控制功能等均集成在一塊芯片上，片內(nèi)各功能通過內(nèi)部總線相互連接起來。 輸入 / 輸出引腳 P0、 P P P3 的功能： 圖 21 為 AT89C51 的引腳圖： 圖 21 AT89C51 的引腳圖 P0 口 （ ） ： P0 口是一個 8 位漏極開路型雙吉林師范大學(xué)應(yīng) 用工程學(xué)院畢業(yè)論文 第 4 頁 共 45 頁 向 I/O 端口。在訪問片外存儲器時，它分時作低 8 位地 址和 8 位雙向數(shù)據(jù)總線用。在 EPROM 編程時，由 P0 輸入指令字節(jié)，而在驗證程序時，則輸出指令字節(jié)。驗證程序時，要求外接上拉電阻。 P0 能以吸收電流的方式驅(qū)動 8 個 LSTTL 負(fù)載。 在 Flash 編程時， P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。 P1 口（ （ 18 腳） ） : P1 口 是一上帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。在 EPROM 編程和驗證程序時，由它輸入低 8 位地址。 P1 能驅(qū)動 4 個 LSTTL 負(fù)載。 在 AT89C51 中 ， P1. 0 還相當(dāng)于專用功能端 T2 ，即定時器的計數(shù)觸發(fā)輸入端； P1. 1 還相當(dāng)于專用功能端 T2EX ，即定時器 T2 的外部控制端。 Flash 編程和程序校驗期間， P1 接收低 8 位地址。 P2 口（ （ 2128 腳） ） ： P2 也是一上帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口 ， P2 口的輸出緩沖 級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路 。 對端口寫“ 1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平。 在訪問外部存儲器時，由它輸出高 8 位地址。在對 EPROM 編程和程序驗證時，由它輸入高 8 位 地址。 P２ 驅(qū)動 4 個 LSTTL 負(fù)載。 在訪問外部程序存儲器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVX @DPTR 指令）時， P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVX @RI 指令）時， P2 口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器 SFR 區(qū)中 R2 寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不改變。 Flash 編程或校驗時， P2 亦接收高位地址和其它控制信號。 P3 口 （ （ 1017 腳） ） ： P3 口是 一組帶有內(nèi)部 上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。 P3 口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。對 P3 口寫入 “1” 時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流（ IIL）。 P3 口 除了作為一般的 I/O 口 線外，更重要的用途是它的第二功能，如表 11 所示： 吉林師范大學(xué)應(yīng) 用工程學(xué)院畢業(yè)論文 第 5 頁 共 45 頁 表 11 AT89C51的 P3口特殊功能 口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（ 定時 /計數(shù)器 0 外部輸入） T1（ 定時 /計數(shù) 器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3 口 還接收一些用于 Flash 閃速存儲器和程序校驗的控制信號。 （ 2） MCS51 的尋址方式： （ 1） 、立即尋址 如： MOV A ， 40H （ 2） 、直接尋址 如： MOV A ， 3AH （ 3） 、寄存器尋址 如： MOV A ， Rn （ 4） 、寄存器間接尋址 如： MOV A ， @Rn （ 5）、基址加變址尋址 如： MOVC A ， @A+DPTR （ 6）、相對尋址 如： SJMP 08H （ 7） 、位尋址 MOV 20H ， C （ 3） 指令： MOV ： 片內(nèi) RAM 傳送 MOVX ： 片外 RAM 傳送 MOVC ： ROM 傳送 XCH ： 交換（和 A 交換） SWAP ： A 內(nèi)半字節(jié)交換 ADD ：不帶進(jìn)位加 ADDC ：帶進(jìn)位加 SUBB ：帶進(jìn)位減 INC ：加 1 DEC ：減 1 MUL ：乘法 DIV ：除法 吉林師范大學(xué)應(yīng) 用工程學(xué)院畢業(yè)論文 第 6 頁 共 45 頁 DAA ：調(diào)整 （ 4） 計數(shù)初值的計算 定時或計數(shù)方式下計數(shù)初值如何確 定，定時器選擇不同的工作方式，不同的操作模式其計數(shù)值均不相同。若設(shè)最大計數(shù)值為 M ，各操作模式下的 M 值為： 模式 0 ： M=2 13 =8192 模式 1 ： M=2 16 =65536 模式 2 ： M=2 8 =256 模式 3 ： M=256 ，定時器 T0 分成 2 個獨立的 8 位計數(shù)器，所以 TH0 、 TL0 的 M 均為 256 。 因為 AT89C51 的兩個定時器均為加 1 計數(shù)器，當(dāng)初到最大值（ 00H 或 0000H ）時產(chǎn)生溢出，將 TF 位置 1 ，可發(fā)出溢出中斷，因此計數(shù)器初值 X 的計算式為： X=M 計數(shù)值式中的 M 由操作模式確定，不同的操作模式計數(shù)器的長不相同，故 M 值也不相同。而式中的計數(shù)值與定時器的工作方式有關(guān)。 （ a） 計數(shù)工作方式 計數(shù)工作方式時，計數(shù)脈沖由外部引入，是對外部沖進(jìn)行計數(shù)，因此計數(shù)值根據(jù)要求確定。其計數(shù)初值： X=M 計數(shù)值 例如：某工序要求對外部脈沖信號計 100 次， X=M100 (b)定時工作方式 定時工作方式時，因為計數(shù)脈沖由內(nèi)部供給，是對機(jī)器周期進(jìn)行計數(shù)，故計數(shù)脈沖頻率為 f cont =f osc 1/12 (式11) 計數(shù)周期 T=1/f cont =12/f osc 定時工作方式的計數(shù)初值 X 等于： X=M 計數(shù)值 =Mt/T=M （ f osc t ） /12 (式 12) 式中： fosc 為振蕩器的振蕩頻率， t 為要求定時的時間。 定時 器 有兩 種工 作 方式 ： 即定 時 和計 數(shù)工 作 方式 。由 TMOD 的 D6 位和 D2 位選擇，其中 D6 位選擇 T1 的工作方式， D2 位選擇 T0 的工作方式。 =0 工 作在定時方式， =1 工作在計數(shù)方式。并有四種操作模式： 1 、模式 0 ： 13 位計數(shù)器， TLi 只用低 5 位。 吉林師范大學(xué)應(yīng) 用工程學(xué)院畢業(yè)論文 第 7 頁 共 45 頁 2 、模式 1 ： 16 位計數(shù)器。 3 、模式 2 ： 8 位自動重裝計數(shù)器， THi 的值在計數(shù)中不變， TLi 溢出時， THi 中的值自動裝入 TLi 中。 4 、模式 3 ： T0 分成 2 個獨立的 8 位計數(shù)器， T1 停止計數(shù)。 MCS51 有 5 個中斷源，可分為 2 個中斷優(yōu)先級，即高優(yōu)先級和低優(yōu)先級，中斷自然優(yōu)先級： 外部中斷 0 ；定時器 0 中斷； 外部中斷 1 ；定時器 1 中斷 ； 串行口中斷 ；定時器 2 中斷 （ a）同級或高優(yōu)先級的中斷正在進(jìn)行中； （ b）現(xiàn)在的機(jī)器周期還不是執(zhí)行指令的最后一上機(jī)器周期，即正在執(zhí)行的指令還沒完成前不響應(yīng)任何中斷； （ c）正在執(zhí)行的是中斷返回指令 RET1 或是訪問專用寄存器 IE 或 IP 的指令，換而言之，在 RETI 或者讀寫 IE 或 IP 之后，不會馬上響應(yīng)中斷請求，至少要在執(zhí)行其它一要指令之扣才會響應(yīng)。 (5)中斷響應(yīng)的條件 CPU 響應(yīng)中斷的條件有： （ a）有中斷源發(fā)出中 斷請求； （ b）中斷總允許位 EA=1 ，即 CPU 開中斷； （ c）申請中斷的中斷源的中斷允許位為 1 ，即沒有被屏蔽。 (6)串行口工作方式及幀格式 MCS51 單片機(jī)串行口可以通過軟件設(shè)置四種工作方式： 方式 0 ：這種工作方式比較特殊，與常見的微型計算機(jī)的串行口不同，它又叫同步移位寄存器輸出方式。在這種方式下，數(shù)據(jù)從 RXD 端串行輸出或輸入，同步信號從 TXD 端輸出，波特率固定不變，為振蕩率的 1/12 。該方式是以 8 位數(shù)據(jù)為一幀，沒有起始位和停止位，先發(fā)送或接收最低位。 方式 2 ：采用這種方式可接收或發(fā)送 11 位數(shù)據(jù)，以 11 位為一幀，比方式 1 增加了一個數(shù)據(jù)位，其余相同。第 9 個數(shù)據(jù)即 D8 位具有特別的用途，可以通過軟件摟控制它，再加特殊功能寄存器 SCON 中的 SM2 位的配合，可使 MCS51 單片機(jī)串行口適用于多機(jī)通信。方式 2 的波特率固定，只有兩種