【正文】 circuit, design this LED serial interface used to show is it show to e, it to cut characteristic of staying through vision of people, only view and admire and feel and light in succession . This text realizes 50~100 degrees Centigrade of temperature ranges that the thermal resistance sensor measure at the same time through the warning system of the onechip puter, if beyond the scope of this temperature to report to the police. Regard onechip puter as the core and finish temperature and patrol examing , data processing . Show and the warning function of upper and lower limits. 【 Keywords】 : A/D converter, ,an onechip puter, LED, an alarm 過程論述 第 25 頁 （共 51 頁） 前 言 單片機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用給現(xiàn)代工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域帶來了一次新的技術(shù)革命，自動(dòng)化、智能化均離不開單片機(jī)的應(yīng)用。單片機(jī)由于其微小的體積和極低的成本，廣泛的應(yīng)用于家用電器、工業(yè)控制等領(lǐng)域中。多路溫度采集系統(tǒng)可被廣泛應(yīng)用于溫度測(cè)量或相應(yīng)的可轉(zhuǎn)換為溫 度量或供電故障監(jiān)控的工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、服務(wù)業(yè)、安全監(jiān)控等工程中?？紤]到許多工業(yè)環(huán)境中對(duì)多點(diǎn)溫度進(jìn)行監(jiān)控，一般需要測(cè)量幾十個(gè)點(diǎn)以上。 本設(shè)計(jì)中首先要對(duì)主要硬件進(jìn)行選擇，單片機(jī)采用 AT89C5傳感器采用 半導(dǎo)體集成溫度傳感器 、 A/D 轉(zhuǎn)換器選用 ADC080 LED 數(shù)碼管做顯示器 。 過程論述 第 25 頁 （共 51 頁） 基于單片機(jī)的多路溫度采集顯示系統(tǒng) 1 緒論 選題背景 溫度是一個(gè)非常重要的物理量，因?yàn)樗苯佑绊懭紵⒒瘜W(xué)反應(yīng)、發(fā)酵、烘烤、煅燒、蒸餾、濃度、擠壓成形、結(jié)晶以及空氣流動(dòng)等物理和化學(xué)過程。因此對(duì)溫度 檢測(cè) 的需求 就越來越 迫切 。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，很多時(shí)候都需要對(duì)溫度進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控，以使得生產(chǎn)能夠順利的進(jìn)行，產(chǎn)品的質(zhì)量才能夠得到充分的保證。 大規(guī)模集成電路的產(chǎn)生，給人們的生活帶來了根本性的變化，如果說微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)使現(xiàn)代的科學(xué)研究得到了質(zhì)的飛躍，那么單片機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)則是給現(xiàn)代工業(yè)控制測(cè)控領(lǐng)域帶來了一次新的革命。 特別是其中的 C51 系列的單片機(jī)的出現(xiàn)， 具有更好的穩(wěn)定性，更快和更準(zhǔn)確的運(yùn)算精度，推動(dòng)了工業(yè)生產(chǎn)，影響著人們的工作和學(xué)習(xí)。 課題研究的目的及意義 研究的目的 自然界中幾乎所有的物理化學(xué)過程都與溫度緊密相關(guān)，因此溫度是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)試驗(yàn)以及日常生活中普遍需要測(cè)量和控制的一個(gè)重要的物理量。 并且畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我們四年所學(xué)知識(shí)的一個(gè)全面考察，我們應(yīng)做到以下幾點(diǎn)： (1)鞏固、加 深和擴(kuò)大單片機(jī)應(yīng)用的知識(shí)面，提高綜合 素質(zhì) 及靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決工業(yè)控制的能力 。 過程論述 第 25 頁 （共 51 頁） (3)通過 對(duì)課題設(shè)計(jì)方案的分析、選擇、比較 ， 熟悉單片機(jī) 應(yīng) 用系統(tǒng)開發(fā)、研制的過程，軟硬件設(shè)計(jì)的方法、內(nèi)容及步驟 。 研究的意義 溫度既是自然界中一個(gè)重要的模擬量，又是科學(xué)研究中一個(gè)重要的基本物理量。 對(duì)溫度進(jìn)行精確的采集和顯示， 有利于人們根據(jù)需要對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)和控制， 使 工業(yè)生產(chǎn) 、科學(xué)研究和人們的日常生活更方便、 快捷。 研究的主要內(nèi)容及整體結(jié)構(gòu) 研究的主要內(nèi)容 隨著單片機(jī)技術(shù)的迅速興起與蓬勃發(fā)展，其穩(wěn)定、安全、高效、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)十分突出，所以其應(yīng)用也十分廣泛。 單片機(jī)的特點(diǎn)是體積較小，也就是其集成特性，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)是普通計(jì)算機(jī) 系統(tǒng) 的簡(jiǎn)化，增加一些外圍電路，就能夠組成一個(gè)完整的小 系統(tǒng) ，單片機(jī)具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性。所以單片機(jī)在工業(yè)中應(yīng)用中，可以極大地提高工業(yè)設(shè)備 的智能化、數(shù)據(jù)處理能力和處理效率 。由于 AT89C51單片機(jī)的設(shè)計(jì)時(shí)間有限其精度不是很高，它的測(cè)溫范圍在 50~150℃ 之間，可以直接應(yīng)用在對(duì)溫度精度要求不高的各種現(xiàn)場(chǎng)。該測(cè)量儀可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)（ 4點(diǎn)）不同區(qū)域測(cè)量，單通道，循環(huán)測(cè)量。 除此之外，考慮到測(cè)控會(huì)用于工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，可靠性要求比較重要，并要具有抗 干擾能力和避免、消除干擾的能力，以保證系統(tǒng)平穩(wěn)工作。 第一章 “緒論”著重闡述了本課題的選題背景、研究 目的、 意義 及主要內(nèi)容， 并結(jié)合本設(shè)計(jì)中的主控部件單片機(jī) AT89C51的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)多路溫度采集 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路作了初步分析。 第三章“系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ” 和第四章“系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)”是本文的重點(diǎn)，詳細(xì)分析了系統(tǒng) 采集、轉(zhuǎn)換、顯示 的各個(gè)步驟?！跋到y(tǒng)軟件設(shè)計(jì)”則是在硬件系統(tǒng) 的基礎(chǔ)上，明確系統(tǒng)的工作流程，對(duì)各功能模塊進(jìn)行編程。 在進(jìn)行仿真之后，對(duì)結(jié)果進(jìn)行可行性分析。這一部分對(duì)設(shè)計(jì)中的不足之處進(jìn)行了分析并提出了改進(jìn)建議。 2 方案論證 根據(jù) 題目的要求對(duì)硬件和軟件進(jìn)行規(guī)劃，并選擇最適合的硬件電路和軟件程序來達(dá)到目的。 軟件設(shè)計(jì) 分析硬件電路，用軟件程序來實(shí)現(xiàn)其功能 。 其基本要求： 過程論述 第 25 頁 （共 51 頁） （ 1） 以單片機(jī)為核心器件，組成一個(gè) 4路的對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行采集和顯示的系統(tǒng)。 1℃。 （ 4）具有超出檢測(cè)溫度上下限就報(bào)警的功能。 單片機(jī)是微型機(jī)的一個(gè)主要分支，在結(jié)構(gòu)上的最大特點(diǎn)是把 CPU、存儲(chǔ)器、定時(shí)器和多種輸入 /輸出接口電路集成在一塊超大規(guī)模集成電路芯片上。 單片機(jī)的組成 一個(gè)單片機(jī)芯片內(nèi)的基本組成為： (1)中央處理器 CPU：它是單片機(jī)的核心，用于產(chǎn)生各種控制信號(hào)，完成對(duì)數(shù)據(jù)的算術(shù)邏輯運(yùn)算和傳送。 (3)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器 ROM：用來存放程序指令或某些常數(shù)表格。 2個(gè)（ 8051）或 3 個(gè)（ 8052）定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，用來做外部事件計(jì)數(shù)器，也可用來定時(shí)。每一個(gè)中斷源都可用軟件程序規(guī)定為高優(yōu)先級(jí)中斷或低優(yōu)先級(jí)中斷。 (7)內(nèi)部時(shí)鐘電路：振蕩頻率可以高達(dá) 40MHz，但晶體和微調(diào)電容需要外接。在很多情況下，單片機(jī)還要與外部設(shè)備或外部存儲(chǔ)器相連接。但在 89C51 單片機(jī)中，沒有單獨(dú)的地址總線和數(shù)據(jù)總線，而是與通用并行 I/O 口中的 P0 口及 P2 口共用。但是一定要建立一個(gè)明確的概念，單片機(jī)在進(jìn)行外部擴(kuò)展時(shí)的地址線和數(shù)據(jù)線都不是獨(dú)立的總線，而是與并行 I/O 口共用的，這是 89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)上的一個(gè)特點(diǎn)。其中中央處理器 CPU 包含運(yùn)算器和控制器兩大部分，運(yùn)算器完成各種算術(shù)和邏輯運(yùn)算，控制器在單片機(jī)內(nèi)部 協(xié)調(diào)各功能部件之間的數(shù)據(jù)傳送和運(yùn)算操作，并對(duì)單片機(jī)外部發(fā)出若干控制信息。 晶振 T0 T1 P0 P1 P2 P3 TXD RXD /INT0 /INT0 圖 單片機(jī)的典型組成框圖 單片機(jī)的特點(diǎn) 由于單片機(jī)的這種結(jié)構(gòu)形式及它所采取的半導(dǎo)體工藝，使其具有很多顯著特點(diǎn)，因而在各個(gè)領(lǐng)域都得到了迅猛的發(fā)展。 （ 2）集成度高、體積小、有很高的可靠性。另外，其體積小，對(duì) 于強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合在惡劣環(huán)境下工作。為了滿足工業(yè)控制的要求，一般單片機(jī)的指令系統(tǒng)中均有極豐富的轉(zhuǎn)移指令、 I/O 口的邏輯操作以及位處理功能。 （ 4）低功耗、低電壓，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品。 （ 6）單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展和系統(tǒng)配置較典型、規(guī)范，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。若采用一般溫度傳感器采集溫度信號(hào)，則需要設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)理電路、 A/D 轉(zhuǎn)換及相 應(yīng)的接口電路，才能把傳感器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送到 單片機(jī)上 處理。 故本方案采用 數(shù)字輸出型集成溫度傳感器 DS1820，其全部模擬電路和數(shù)字電路都集成在一起， 外形如一只三極管，三個(gè)引腳分別是電源、地和數(shù)據(jù)線。輸出溫度信號(hào)用 9位二進(jìn)制數(shù)表示，數(shù)據(jù)線可與上位主機(jī)通信，傳遞數(shù)據(jù)信息和指令信息。 還采用獨(dú)立式鍵盤和液晶顯示，鍵盤用來設(shè)置上限與下限的溫度報(bào)警，字符液晶用來顯示通道號(hào)、該通道的溫度和所設(shè)置上下限的溫度。當(dāng)運(yùn)行 PROTEUS 軟件時(shí)，從液晶屏上可以清楚的看到所采集的溫度值、通道號(hào)和上下限報(bào)警。 過程論述 第 25 頁 （共 51 頁） 圖 方案一原理框圖 （ 2） 方案二： 本方案直接采用單片機(jī) AT89C5 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC080半導(dǎo)體 集成 溫度傳感器AD590、按鍵 和數(shù)碼管 顯示器 LED 組成采集顯示系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖 。 方案一 硬件電路簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)思路清晰，但對(duì)數(shù)字溫度傳感器 DS1820 的工作原理及其編程不是很了解，故該方案實(shí)施起來難度較大。 即 整個(gè)系統(tǒng)控制將由 AT89C51 單片機(jī)為核 心構(gòu)成 ，用半導(dǎo)體集成溫度傳感器AD590 采集溫度， 選用 ADC0809 作為模 /數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，各個(gè)檢測(cè)信號(hào)、控制信號(hào)、顯示信號(hào)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。它以較小的體積、良好的性能價(jià)格比倍受青睞，在家電產(chǎn)品、工業(yè)控制、計(jì)算機(jī)產(chǎn)品、醫(yī)療器械、汽車工業(yè)等應(yīng)用方面成為用戶降低成本的首選器件。ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器。 AT89C51 單片機(jī)的介紹： AT89C51 的引腳圖如圖 所示。 GND： 接地。當(dāng)P1 口的管腳第一次寫 “ 1” 時(shí)，被定義為高阻 態(tài) 輸入。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P1口管腳寫入 “ 1” 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出4 個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “ 1” 時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高 ，且作為輸入。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在給出地址 “ 1” 時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL門電流。作為輸 入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 RST： 復(fù)位輸入。 ALE/PROG： 地址鎖存允許信號(hào)輸出 /編程脈沖輸入引腳 。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。另外，該引腳被略微拉高。 /PSEN： 讀外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)輸出引腳。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，CPU 只執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器（ 0000H～ FFFFH）指令，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器指令。 XTAL1： 反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 過程論述 第 25 頁 （共 51 頁） 時(shí)鐘與復(fù)位電路的設(shè)計(jì)與器件選擇 1． 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) MCS51 系列單片機(jī)的時(shí)鐘電路有兩種方式：內(nèi)部時(shí)鐘方式、外部時(shí)鐘方式。 圖 內(nèi)部時(shí)鐘方式 它利用單片機(jī)內(nèi)部的高增益反向放大器構(gòu)成振蕩電路，只要在 XTAL1（振蕩器輸入端）、 XTAL2（振蕩器輸出端）兩個(gè)引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生自激振蕩。在圖 中，在 XTAL XTAL2之間外接石英晶振， 就可以產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)。電路中的器件選擇可以通過計(jì)算和實(shí)驗(yàn)確定，也可以參考一些典型電路的參數(shù)。晶振頻率范圍為 1～40MHz，典型值為 6MHz和 12MHz。其結(jié)果只是機(jī)器周期時(shí)間不同，影響計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù) 初值。 如圖 所示為上電自動(dòng)復(fù)位。上電瞬 間 RST 端的電位與 VCC 相同，隨著充電電流的減小， RST 端的電位逐漸下降。只要 VCC 的上電時(shí)間不超過 1ms,振蕩器建立時(shí)間不超過 10ms，這個(gè)時(shí)間常數(shù)足以保證完成復(fù)位操作。 按鍵手動(dòng)復(fù)位分為電平方式和脈沖方式。脈沖方式復(fù)位是由外部提供一個(gè)復(fù)位脈沖。 圖 上電自動(dòng)復(fù)位 圖 (a) 按鍵手動(dòng)復(fù)位 — 電平方式 圖 （ b） 按鍵手動(dòng)復(fù)位 — 脈沖方式 復(fù)位以后，單片機(jī)內(nèi)部各部件恢復(fù)到初始狀態(tài)，單片 機(jī)從 ROM 的 0000H 開始執(zhí)行程序。本設(shè)計(jì)所用的復(fù)位電路是 MCS51 系列單片機(jī)常用的上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)