【正文】 湖南科技工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 設(shè)計(jì)課題: 24通道溫度檢測(cè)顯示控制系統(tǒng) 班 級(jí): 09201 姓 名: 胡 斌 學(xué) 號(hào): 09201011 專 業(yè): 電氣自動(dòng)化技術(shù) 教研室: 電氣電子 指導(dǎo)老師: 楊可以 肖劍平 聯(lián)系電話: 13973236590 Email: yangkeyi1962@ 24通道溫度檢測(cè)顯示控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要本系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)為控制核心技術(shù)的多路溫度采集控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)提供24路溫度信號(hào)采集，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送單片機(jī)LED顯示。系統(tǒng)由熱敏電阻溫度傳感器測(cè)量環(huán)境溫度，將其電壓值送入ADC0809的IN0通道進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量由數(shù)據(jù)端D7D0輸出到89C51的P0口，經(jīng)軟件處理后將測(cè)量的溫度值經(jīng)單片機(jī)的RXD端串行輸出到74LS164，經(jīng)74LS164串并轉(zhuǎn)換后，輸出到數(shù)碼管的7個(gè)顯示段，用數(shù)字形式顯示出當(dāng)前的溫度值。該系統(tǒng)電路簡(jiǎn)單、可靠性高，能解決實(shí)際應(yīng)用中的問題。引言溫度是工業(yè)控制中主要的被控參數(shù)之一，特別是在冶金、化工、建材、食品、機(jī)械、石油等工業(yè)中，具有舉足輕重的作用。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，溫度測(cè)量控制系統(tǒng)開始在工業(yè)、農(nóng)業(yè)及人們的日常生活中扮演著一個(gè)越來越重要的角色，它對(duì)人們的生活具有很大的影響，所以溫度采集控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究有十分重要的意義。本次設(shè)計(jì)的目的在于學(xué)習(xí)基于51單片機(jī)的多路溫度采集控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本流程。單片機(jī)具有體積小、功能強(qiáng)、成本低、應(yīng)用面廣等優(yōu)點(diǎn)，可以說，智能控制與自動(dòng)化的核心就是單片機(jī)。目前，一個(gè)學(xué)習(xí)與應(yīng)用單片機(jī)的高潮在全社會(huì)大規(guī)模興起。學(xué)習(xí)單片機(jī)的最有效的方法就是理論與實(shí)踐并重。本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)作為數(shù)據(jù)處理與控制單元，為了進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，單片機(jī)控制數(shù)字溫度傳感器，把溫度信號(hào)通過單總線從數(shù)字溫度傳感器傳遞到單片機(jī)上。單片機(jī)數(shù)據(jù)處理之后，發(fā)出控制信息改變報(bào)警和控制執(zhí)行模塊的狀態(tài)，同時(shí)將當(dāng)前溫度信息發(fā)送到LED進(jìn)行顯示。本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多路溫度信號(hào)采集與顯示，可以使用按鍵來設(shè)置溫度限定值，通過進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理，發(fā)出控制信號(hào)達(dá)到控制蜂鳴器和繼電器的目的。我所采用的控制芯片為AT89c51，此芯片功能較為強(qiáng)大，能夠滿足設(shè)計(jì)要求。通過對(duì)電路的設(shè)計(jì)，對(duì)芯片的外圍擴(kuò)展，來達(dá)到對(duì)某一車間溫度的控制和調(diào)節(jié)功能。 目錄24通道溫度檢測(cè)顯示控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 2 摘要 2 引言 2 第一章 設(shè)計(jì)方案 4 4 ．設(shè)計(jì)方案 4 系統(tǒng)方案的確定 5 傳感器方案 5 系統(tǒng)控制及數(shù)據(jù)處理模塊方案 5 器件的選用 6 數(shù)字式溫度傳感器的選擇 6 鍵盤顯示模塊的選擇 8 8 第二章 硬件設(shè)計(jì) 10 AT89C51簡(jiǎn)介 10 13 13 14 1）. 時(shí)鐘電路 15 2）. 復(fù)位電路 18 3）. EA/VPP（31 腳） 的功能和接法 18 4）. P0 口外接上拉電阻 19 5）. LED 驅(qū)動(dòng)電路 20 21 74LS164寄存器 24 第三章 程序設(shè)計(jì) 27 27 28 ： 31 36 結(jié)束語 45 第一章 設(shè)計(jì)方案在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，對(duì)溫度的控制系統(tǒng)的要求，主要是保證溫度在定的溫度范圍內(nèi)變化，穩(wěn)定性好，不震蕩，對(duì)系統(tǒng)的快速性要求不高。本電路由89C51單片機(jī)溫度傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC080串入并出移位寄存器74LS16數(shù)碼管、和LED顯示電路等組成。由熱敏電阻溫度傳感器測(cè)量環(huán)境溫度，將其電壓值送入ADC0809的IN0通道進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量由數(shù)據(jù)端D7D0輸出到89C51的P0口，經(jīng)軟件處理后將測(cè)量的溫度值經(jīng)單片機(jī)的RXD端串行輸出到74LS164，經(jīng)74LS164串并轉(zhuǎn)換后，輸出到數(shù)碼管的7個(gè)顯示段，用數(shù)字形式顯示出當(dāng)前的溫度值。、B、C，因此ADC0809的IN0通道的地址為F0FFH。，4個(gè)LED為狀態(tài)指示，其中，LED1為輸出驅(qū)動(dòng)指示，LED2為溫度正常指示，LED3為高于上限溫度指示，LED4為低于下限溫度指示。當(dāng)溫度高于上限溫度值時(shí)，驅(qū)動(dòng)外設(shè)電路工作，同時(shí)LED1亮、LED2滅、LED3亮、LED4滅。外設(shè)電路工作后，溫度下降，當(dāng)溫度降到正常溫度后，LED1亮、LED2亮、LED3滅、LED4滅。溫度繼續(xù)下降，當(dāng)溫度降到下限溫度值時(shí)，外設(shè)電路停止工作， LED1滅、LED2滅、LED3滅、LED4亮。當(dāng)外設(shè)電路停止工作后，溫度開始上升，接著進(jìn)行下同時(shí)一工作周期。．設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)采用近幾年來成熟的各種溫度傳感技術(shù)、數(shù)據(jù)處理控制技術(shù)和功能化模塊來構(gòu)造基本的系統(tǒng)功能。系統(tǒng)的功能往往決定了系統(tǒng)采用的結(jié)構(gòu)，本系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的是溫度數(shù)據(jù)的測(cè)量、存儲(chǔ)、顯示及后期處理等功能，因此，系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)可以構(gòu)想為溫度采集模塊、短距離無線通信模塊、系統(tǒng)控制及數(shù)據(jù)處理模塊等幾大部分。系統(tǒng)方案在溫度數(shù)據(jù)采集部分主要有三種構(gòu)想：一是溫度傳感器選用傳統(tǒng)的模擬式器件，二是選用集成式器件，三是選用數(shù)字式傳感器；在短距離無線通信部分主要有三種構(gòu)想：一是采用藍(lán)牙技術(shù)，二是采用紅外線技術(shù)，三是選用無線數(shù)傳模塊；在系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)處理部分也有兩種構(gòu)想：一是采用單片機(jī)控制，二是采用 DSP 進(jìn)行處理。 系統(tǒng)方案的確定 傳感器方案?jìng)鹘y(tǒng)的模擬式傳感器具有測(cè)量轉(zhuǎn)換速度快，溫度測(cè)量范圍寬的優(yōu)點(diǎn)。但是模擬傳感器的模擬信號(hào)需要先經(jīng)過取樣、放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路處理，再將轉(zhuǎn)換得到的表示溫濕度值的數(shù)字信號(hào)交由微處理器或 DSP 處理。被測(cè)信號(hào)從敏感元件接收的非電物理量開始，到轉(zhuǎn)換為微處理器可處理的數(shù)字信號(hào)之間，設(shè)計(jì)者須考慮的線路環(huán)節(jié)較多，相應(yīng)測(cè)試裝置中元器件數(shù)量難以下降，隨之影響產(chǎn)品的可靠性及小型化。而且模擬信號(hào)在長(zhǎng)距離傳輸過程中，容易受到電磁干擾而導(dǎo)致誤差產(chǎn)生。在多點(diǎn)溫濕度檢測(cè)的場(chǎng)合，各被測(cè)點(diǎn)到測(cè)試裝置之間引線距離往往不同，各敏感元件參數(shù)的不一致性，都將會(huì)導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生，并且難以完全清除。另外，模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的精度也不可能很高，存在一定非線性，互換性較差。采用具有直接數(shù)字量輸出的傳感器能夠避免上述問題。數(shù)字式傳感器能把被測(cè)模擬量直接換成數(shù)字量輸出，可以直接與數(shù)字設(shè)備（計(jì)算機(jī)，計(jì)數(shù)器，數(shù)字顯示系統(tǒng)等）相聯(lián)，用微控制器、DSP 或計(jì)算機(jī)進(jìn)行信號(hào)的處理、濾波、壓縮。它的信號(hào)原則上不受放大器和信號(hào)處理系統(tǒng)的溫度漂移的影響，具有極高的抗干擾能力。數(shù)字式傳感器具有高的測(cè)量精度和分辨率，穩(wěn)定性好，信號(hào)易于處理、傳送和自動(dòng)控制，便于動(dòng)態(tài)及多路測(cè)量，讀數(shù)直觀，安裝方便，維護(hù)簡(jiǎn)單，工作可靠性高。雖然存在反應(yīng)速度較慢，溫度測(cè)量的范圍不寬的缺點(diǎn)，數(shù)字式傳感器技術(shù)的發(fā)展仍受到人們?cè)絹碓蕉嗟闹匾?。考慮系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和溫濕度傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)及發(fā)展?fàn)顩r，確定溫度傳感器采用數(shù)字式。 系統(tǒng)控制及數(shù)據(jù)處理模塊方案溫度數(shù)據(jù)在采集后通常要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的記錄、顯示和對(duì)測(cè)控系統(tǒng)的控制。對(duì)于一般的工業(yè)測(cè)量與控制，多采用專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)控。專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是把采集系統(tǒng)作為一個(gè)獨(dú)立完整的功能實(shí)體，用單片機(jī)或 DSP 來控制整個(gè)系統(tǒng)。最主要的特征是系統(tǒng)軟、硬件規(guī)模完全根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的要求配置，獨(dú)立性、可擴(kuò)展性好，因此系統(tǒng)具有較高的性價(jià)比。根據(jù)微處理器的不同，專用計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)可分為 DSP 應(yīng)用系統(tǒng)和單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。DSP 和單片機(jī)都是構(gòu)成專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心芯片，DSP 主要用于復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理，DSP 芯片中具有各種特殊功能的計(jì)算模塊，采用流水線結(jié)構(gòu)，提高了 DSP 的運(yùn)行速度。由于 DSP 主要應(yīng)用于高速數(shù)據(jù)處理，因此外部 I/0 接口比較少，不便于系統(tǒng)擴(kuò)展，因此多數(shù) DSP 系統(tǒng)還要通過單片機(jī)來進(jìn)行外部接口擴(kuò)展，這導(dǎo)致了 DSP 的成本較高，另外，DSP 具有一定的專用性，開發(fā)過程比較復(fù)雜，不便于通用。單片機(jī)是把微型機(jī)的主要部分集中在一個(gè)芯片上的單芯片微型計(jì)算機(jī)。由于它的結(jié)構(gòu)與指令都按照工業(yè)控制要求設(shè)計(jì)的，故又稱微控制器，也可稱微型計(jì)算機(jī)。通常由微型計(jì)算機(jī)和外圍設(shè)備組成，包括微處理器（CPU）、存儲(chǔ)器（存放程序指令或數(shù)據(jù)指令的 ROM、RAM 等）、輸入/輸出接口（I/O）及其它功能部件如定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等。單片機(jī)受集成度限制，片內(nèi)存儲(chǔ)容量較小，一般 ROM 只有 4~8K 字節(jié)，RAM 小于 256 字節(jié)，通過外部擴(kuò)展， ROM、RAM 可擴(kuò)展至 64K 字節(jié)。與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比，具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單、功能易擴(kuò)展、測(cè)控能力強(qiáng)、可靠性高。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)正在被各個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。采用單片機(jī)具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單、開發(fā)容易，功能易擴(kuò)展、測(cè)控能力強(qiáng)、可靠性高的特點(diǎn)。尤其適用于系統(tǒng)中沒有復(fù)雜的計(jì)算處理、對(duì)采集速度要求不高的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)。對(duì)于不要求高速的一般的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，采用 DSP 是不經(jīng)濟(jì)的方案。在單片機(jī)能夠滿足系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)處理速度要求的情況下，單片機(jī)無異是首選的信息處理單元。 器件的選用 數(shù)字式溫度傳感器的選擇隨著溫度傳感器智能化、集成化技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)字式溫度傳感器也得到了快速發(fā)展，世界上許多公司推出了新型的數(shù)字溫度傳感器系列。這些產(chǎn)品的出現(xiàn)極大的豐富了設(shè)計(jì)工程師的選擇對(duì)象。在如此眾多的產(chǎn)品中選擇出合適的器件，應(yīng)該把握以下幾點(diǎn)：外圍電路應(yīng)該盡量簡(jiǎn)單；測(cè)溫的精度、分辨率要合適，以便減少不必要的電路和軟件開發(fā)成本；溫度傳感器采用的總線負(fù)載能力如何，能否滿足多點(diǎn)測(cè)溫的需要；占用 MCU 的 I/O引腳數(shù)情況如何，因?yàn)?MCU 的系統(tǒng)資源非常寶貴，輸入通道有限，多點(diǎn)溫度測(cè)量時(shí)，如果測(cè)量的點(diǎn)數(shù)超過了輸入通道時(shí)，就要添加多路復(fù)用器，這將增加成本和開發(fā)時(shí)間，應(yīng)盡量節(jié)約；與 MCU 的通信協(xié)議應(yīng)盡量簡(jiǎn)單，溫度測(cè)量的軟件開發(fā)難度、成本要盡量小。目前在數(shù)字溫度傳感器中采用的串行總線主要有Philips公司的I2C總線，Motorola 公司的 SPI 總線，National Semiconductor 公司的 Microwireplus總線，Dallas Semiconductor 公司的 1Wire 總線和 Siemens 公司的 Profibus總線等。常用的數(shù)字溫度傳感器主要有：（ADI）