基于51单片机的多路温度采集控制系统设计

-1-基于51单片机的多路温度采集控制系统设计言：随着现代信息技术的飞速发展，温度测量控制系统在工业、农业及人们的日常生活中扮演着一个越来越重要的角色，它对人们的生活具有很大的影响，所以温度采集控制系统的设计与研究有十分重要的意义。本次设计的目的在于学习基于51单片机的多路温度采集控制系统设计的基本流程。本设计采用单片机作为数据处理与控制单元，为了进行数据处理，单片机控制数字温度传感器，把温度信号通过单总线从数字温度传感器传递到单片机上。单片机数据处理之后，发出控制信息改变报警和控制执行模块的状态，同时将当前温度信息发送到LED进行显示。本系统可以实现多路温度信号采集与显示，可以使用按键来设置温度限定值，通过进行温度数据的运算处理，发出控制信号达到控制蜂鸣器和继电器的目的。我所采用的控制芯片为AT89c51，此芯片功能较为强大，能够满足设计要求。通过对电路的设计，对芯片的外围扩展，来达到对某一车间温度的控制和调节功能。关键词：温度多路温度采集驱动电路-2-正文：1、温度控制器电路设计本电路由89C51单片机温度传感器、模数转换器ADC0809、窜入并出移位寄存器74LS164、数码管、和LED显示电路等组成。由热敏电阻温度传感器测量环境温度，将其电压值送入ADC0809的IN0通道进行模数转换，转换所得的数字量由数据端D7-D0输出到89C51的P0口，经软件处理后将测量的温度值经单片机的RXD端窜行输出到74LS164，经74LS164窜并转换后，输出到数码管的7个显示段，用数字形式显示出当前的温度值。89C51的P2.0、P2.1、P2.2分别接入ADC0809通道地址选择端A、B、C，因此ADC0809的IN0通道的地址为F0FFH。输出驱动控制信号由p1.0输出，4个LED为状态指示，其中，LED1为输出驱动指示，LED2为温度正常指示，LED3为高于上限温度指示，LED4为低于下限温度指示。当温度高于上限温度值时，有p1.0输出驱动信号，驱动外设电路工作，同时LED1亮、LED2灭、LED3亮、LED4灭。外设电路工作后，温度下降，当温度降到正常温度后，LED1亮、LED2亮、LED3灭、LED4灭。温度继续下降，当温度降到下限温度值时，p1.0信号停止输出，外设电路停止工作，同时LED1灭、LED2灭、LED3灭、LED4亮。当外设电路停止工作后，温度开始上升，接着进行下一工作周期。2、温度控制器程序设计本软件系统有1个主程序，6个子程序组成。6个子程序为定时/-3-计数器0中断服务程序、温度采集及模数转换子程序ADCON、温度计算子程序CALCU、驱动控制子程序DRVCON、十进制转换子程序METRICCON及数码管显示子程序DISP。（1）主程序主程序进行系统初始化操作，主要是进行定时/计数器的初始化。（2）定时/计数器0中断服务程序应用定时计数器0中断的目的是进行定时采样，消除数码管温度显示的闪烁现象，用户可以根据实际环境温度变化率进行采样时间调整。每当定时时间到，调用温度采集机模数转换子程序ADCON，得到一个温度样本，并将其转换为数字量，传送给89C51单片机，然后在调用温度计算子程序CALCU，驱动控制子程序DRVCON，十进制转换子程序MERTRICCON，温度数码显示子程序DISP。（3）温度采集及模数转换子程序ADCON该子程序进行温度采样并将其转换为8位数字量传送给89C51的P0口。采样得到的温度数据存放在片内RAM的20H单元中。（4）温度计算子程序CALCU根据热敏电阻的分度值和电路参数计算出出一张温度表，存放在DATATAB数据表中，由于篇幅关系，本程序只给出0-49℃的温度数据。一个温度有两个字节组成，前一字节为温度值，后一字节为该温度所对应的热敏电阻上的电压的数字量。根据采样值，通过查表及比较的方法计算出当前的温度值，并将其存入片内RAM的21H单元。采用查表法计算温度值时为了克服热敏电阻的阻值——温度特性曲线的非-4-线性，提高测量精度。（5）驱动控制子程序DRVCON该子程序调节温度，当温度高于上限温度时（本程序设为30℃），P1.0输出驱动控制信号，驱动外设工作降温；当温度下降到下限温度时（本程序设为25℃），P1.0停止输出，温度上升，周而复始；工作状态有LED1-LED4指示。（6）十进制转换子程序METRICCON将存放于内部RAM21H单元的当前温度值得二进制数形式转换为十进制数（BCD码）形式，以便输出显示，转换结果存放在片内RAM的32H单元（百位）、31H（十位）、30H单元（个位）。（7）数码显示子程序DISP该子程序利用89C51串口的方式0串行移位寄存器工作方式，将片内RAM的30H、31H、32H单元的BCD码查表转换为七段码后由RXD端串行发出去，然后经74LS164串并转换，将七段值传送给数码管，以十进制形式显示出当前温度值。根据以上分析画出的部分程序设计流程图如图1-0至图1-4所示。-5-图1-0部分程序设计流程图的设计框架开始在0000H处放置一条长跳转指令LJMPMAIN跳转到主程序在0000H处放置一条长跳转指令LJMPT0INT跳转到T0中断服务程序-6-图1-1主程序流程图主程序计数寄存器R1赋初值10TMOD赋初值01HT0工作于定时方式1软启动堆栈指针SP赋初值60HSETBTR0启动T0工作P1口赋初值FFH，所有指示灯全灭TH0赋初值3CH，TL0赋初值B0H，T0定时100msIE赋初值82H，T0允许中断动态停机-7-图1-2T0中断服务程序流程图T0中断服务程序温度采样时间间隔到否T0重装初值调用数码管显示子程序DISP调用十进制转换子程序METRICCON调用驱动控制子程序DRVCON调用温度计算子程序CALCU调用温度采用及模数转换子程序ADCON中断返回YN-8-图1-3温度采样及模数转换子程序流程图温度采样及模数转换子程序将ADC0809启动A/D转换读取转换数据将转换数据存于片内RAM20H单元返回转换结束否-9-图1-4温度计算子程序流程图温度数据表索引值寄存器R2赋初值01H温度数据表首地址送DPTR查表取出某一温度的电压数据取出表中前一温度值将该温度值存于21H单元查表取出该温度值将该温度值存于21H单元索引值加2返回返回当前温度电压值与查表取得的某一温度电压值比较温度计算子程序相等小于大于-10-3、具体内容（1）温度控制器电器原理图设计按以上分析及相关知识设计出的温度控制器电路原理图如图1-5所示。P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7RDWRINT0INT1ALEP1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RSTT1T0EA/VppPSENRXDTXDIC1AT89C5112345678151431291011XTAL2XTAL1D0D1D2D3D4D5D6D7ABCOEALESCEOCCLKVR(+)VR(-)IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7IC2ADC08093938373635343332212223242526272817161213301714158181920212524239226710262728123451216≥1≥1IC3A74LS02174LS024IC3B63521comdpgfedcbacom5109124673456101112130001020304050607ABCLKCLR74LS16483C330pFC230pF6MHz1819RTR8100kR720k+5Vsc110uF+R5470R610k输出控制R1200R2200R3200R4200LED1绿LED2红LED3黄LED4IC5dpgfedcba74LS16483IC6ABCLKCLRdpgfedcba74LS16483ABCLKCLRIC700010203040506070001020304050607345610111213345610111213510912467510912467470x21121212dpgfedcba74LS16483IC8129图1-5温度控制电路原理图-11-（2）温度数据表在图1-5所示的电路中，热敏电阻的连接如图1-6所示。图1-6热敏电阻的连接本设计所使用的热敏电阻的分度表及ADC0809转换后的电压数字量见附表1-1所示转换后的电压数字量的计算方法为：热敏电阻与R8并并联后的总电阻：R=（Rt*R8）/（Rt+R8）R与R7串联电路中R的分压值（即输入ADC0809的模拟量）：V=5R/（R+R7）D0D1VR（+）D2D3D4D5VR（-）D6D7IC2ABCADC0809IN0OEIN1ALEIN2SCIN3IN4EOCIN5IN6CLKIN71714158181920212524239226710121626272812345VccR720kRTR9R8100k-12-5V被分成256等分（8位量化），则每份的电压值：△=5/256输入的模拟量电压经8位量化后的数字量：D=V/△例如，热敏电阻在温度为20℃时的阻值为62.254千欧，则根据上述方法计算出的电压数字量为169，注意在计算中R7用实测值19.6千欧代入进入计算。在实际做该电路时，可根据自己所选择的热敏电阻的分度表计相关电路参数，按上述方法计算出ADC0809转换后的各温度对应的电压数字量。程序中的温度数据表构成：1个温度数据占2个字节，前一字为温度值，后一个字节为该温度下热敏电阻上的模拟电压转换成德8位数字量。如在20℃时，热敏电阻对应的电压数字量为169，则20，169组成一个温度为20℃的温度数据。按这样方法组成的0-49℃的温度数据表如下：DATATAB：DB0，194，1，193，2，192，3，191，4，190DB5，189，6，188，7，187，8，186，9，185DB10，184，11，182，12，181，13，180，14，178DB15，177，16，175，17，174，18，173，19，171DB20，169，21，168，22，166，23，165，24，163DB25，161，26，159，27，158，28，，156，29，154DB30，152，31，150，32，149，33，147，34，145DB35，143，36，141，37，139，38，147，39，135DB40，133，41，131，42，129，43，127，44，125-13-DB45，123，46，121，47，118，48，116，49，114在温度采样机模数转换子程序中，采样得到的当前温度下热敏电阻上的数字电压存于20H单元，在温度计算子程序中通过查表的方法从表中的第一个温度（0℃）下热敏电阻上的数字电压开始，依次取出各温度下热敏电阻上的十字电压，与与存于20H单元的当前温度下热敏电阻上的的数字电压比较，如小于当前温度的数字电压，则在取出下一温度的数字电压与当前温度的数字电压比较；直到大于或等于当前的温度数字电压，比较结束。如大于则取出前一温度作为当前温度存于21H单元，如等于则将该温度作为但前温度存于20H单元。这种温度计算方法，避免了温度特性曲线的非线性对温度计算精确性的影响，计算出的温度非常精确。（3）温度控制程序设计在本设计中，晶体振荡器频率为6MHz，T0定时时间为100ms，T0工作于方式1，则T0的初值为：X=（最大计数值M―定时时间t/及其周期Tm）=216-100ms/2us=15536=3CB0H按以上任务分析设计出的源程序如下：ORG0000H;跳转到主程序LJMPMAIN;ORG000BH;LJMPT0INT;跳转到T0中断服务程序；-14-主程序ORG0100H;MAIN:MOVR1,#10;T0100马上定时溢出计数寄存器R1赋初值10MOVP1,#0FFH;所有指示灯灭MOVSP,#60H;堆栈指针赋初值60HMO