温室内部温度控制系统硬件论文.doc

计算机科学与技术学院硬件课程设计报告l 姓 名： 学 号： l 专 业： 计算机科学与技术学院 l 班 级： 信息安全061班 l 设计题目： 温室内部温度控制系统 l 成 员： l 指导教师： 职 称： 副教授 2008年 6月 课程设计指导教师评阅书指导教师评语：成 绩： 指导教师签字： 年 月 日摘 要l ·拟采用8255A并行输入芯片,8253串行输入芯片,ADC0809模数转换器,温度传感器，设计一个温室内部温度控制与调节系统，用来监测温室内的温度变化，并根据不同的温度变化，采取相应控制措施，保证温室内花苗的生长。l 我们的设计思路是假定我们控制的温室控制温度为10摄氏度20摄氏度这样根据在这个温度变化范围传感器的电压变换范围，通过ADC0809转换后的数字范围是0000111111110000然后根据在这个数据范围内进行温度控制，当高于上限启动制冷，低于下限启动加热，没超出范围启动保温这就是我们的设计思路。l 针对于ADC0809主要就是完成模拟信号的转换，然后将转换出来的数字信号和我们事先准备的范围进行比较，然后根据情况启动温控装置从而达到温控系统的作用。l 针对8255，它主要完成的是对ADC0809的EOC端口的检测，将A端口设为输入通过A口实现对EOC的检测，还有就是由于设备所限没有温控设备，将小灯泡1，2，3代表保温控系统，所以通过8255实现小灯泡的置亮和置暗。l 针对8253就是实现一个ADC0809的所需转换频率，我们预期的是实现1秒转换一次，所以我们将0通道和1通道级联，将1MHz的脉冲变为1Hz，通过OUT1输入到ADC0809的CLK端。l 以上就是我们的设计思路目 录1、总体设计部分 1.1设计思路5 1.2任务需求5 1.2.1用到的芯片及其作用5 1.2.2其他硬件设备及其作用72、 总体设计方案8 2.1硬件部分8 2.2软件部分83、小组分工部分11 3.1转换控制（ ）113.2信号采集（ ）143.3转换频率（ ）17参考文献20总体设计部分1、 设计任务与要求1.1 设计思路温室内部的温度对植物的生长至关重要，设计一个温度控制器，实现对温室内部的温度控制，保障植物能够在始终适宜的温度下生长。要求温度控制系统能实时检测温室内的温度，首先由热敏式传感器完成对温室内温度的模拟信号量的采集，经由IN0端口输入到模数转换器ADC0809,完成对模拟量向数字量的转换。然后，在设定的检测时间间隔计算机下，将数字量输入并依次与事先所设定的控制温度进行比较，符合条件则跳转至相应的控制措施下执行，否则继续按设定的时间间隔检测。此外，还可以设置一个外部手动中断操作，可以随时控制此系统的工作与否。1.2 芯片选择和其它器件（1） 编程外围接口芯片8255A：8255A是一个典型的可编程通用并行接口芯片,它具有3个8位的并行口,有三种工作方式,可作为单片机与各种外部设备连接的接口电路（2） 模/数转换器ADC0809：ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。 ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。CLK为时钟输入信号线。因ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500KHz，IN0-IN7上的一路模拟量输入。通道选择表如下：CBA选择的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7（3） 8253的工作原理8253是可编程的计数器/定时器,其内部有三个独立的16位计数器/定时器通道,每个计数器通道均可按6种不同的方式工作,并且都可以按二进制或十进制计数。其CLK0CLK2是计数器02的时钟脉冲输入端, GATE0GATE2是门控脉冲输入端, OUT0OUT2是输出端及内部结构见下图。（3） 其它器件热敏电阻式温度传感器一只，导线若干，8086CPU2、 总体方案2.1 硬件部分 连接图如下：2.2 软件部分开始2.2 （1）流程图如图：采样频率为1Hz，所以每一秒来读取一次转换的值将ADC0809完成的一次转换输出，赋值到AL,进行温度的监控通过对EOC的检测启动ADC0809将模拟信号输入开始一次转换当al>11110000时， 是温度高启动降温系统，关闭其他 否Al<00001111时 是 温度过低，启动供暖系统，关闭其他xit 温度适中，关闭加热和制冷系统，启动保温系统是否停止温控 否 结束温度控制 是 （2）程序清单：CODE SEGMENTASSUME CS:CODE对8253进行初始化编程，通道0，1的控制字为：方式2，先读写低字节，后高字节BEGINE: PROC FAR MOV DX , 31EH MOV AL , 00110101 OUT DX , AL MOV DX , 318H MOV AL , 00 OUT DX , AL MOV AL , 10 OUT DX , ALMOV DX , 31EH MOV AL , 00110101 OUT DX , AL MOV DX , 31AH MOV AL , 00 OUT DX , AL MOV AL , 10 OUT DX , AL8255A初始化如下：MOVAL,10011001MOVDX,30BHOUTDX,AL ;设置控制字并初始化ADINT: MOV DX , 300H DX指向ADC的通道0NEXT: OUT DX , AL 启动一次转换 PUSH DX MOV DX , 308H 指向状态端口308HPOLL: IN AL , DX 读入EOC状态TEST AL , 80H EOC(D7)=0？是就开始转换JZ POLL 非 循环等待NO_END IN AL , DX 开始转换后再次读入EOC状态 TEST AL , 80H 检查EOC=0 ?JZ NO_END 是，继续等待转换结束 IN AL , DX EOC=1,转换结束，将数据读入ALCMP AL , 下限 温度是否低于下限？JB HEAT_ON 是，启动加热CMP AL , 上限 否，看是否高于上限？JNB COLD 是，制冷JMP KEEP 都不是，保温HEAT_ON: MOV DX , 321H 加热器的端口地址MOV AL , 01 启动命令OUT DX , AL 启动加热器JMP ADINT 跳回，继续检测COLD : MOV DX , 323H 制冷器的端口地址MOV AL , 01 启动命令OUT DX , AL 启动制冷器JMP ADINT 跳回，继续检测KEEP: MOV DX , 325H 保温器的端口地址MOV AL , 01 启动命令OUT DX , AL 启动保温器JMP ADINT 跳回，继续检测：3小组分工部分：3.1转换控制（ ）温度控制系统的转换控制是通过ADC0809来完成，将监控的温度信号转换为电信号，通过ADC0809的IN0端口输入，然后通过ADC0809对它进行转换，转换成数字信号。我们将有一个目标温度控制范围，现在设为10摄氏摄氏度，因为ADC0809的参考电压为0V+5V，对应的10摄氏摄氏度的数字信号的范围为0000111111110000，因此在这个范围内对温度进行控制，当测得的温度的转换数值低于下限启动加热系统，当测得的温度的转换数值高于上限，启动加热系统。当温度没有超过界限启动保温，这就是我设计部分的思路。电路设计如下：将信号从IN0输入，由于此次设计只需要一个信号输入端口所以不需要进行端口的选择一直从IN0端口读入信号温度转换及控制的流程图开始：采样频率为1Hz，所以每一秒来读取一次转换的值将ADC0809完成的一次转换输出，赋值到AL,进行温度的监控通过对EOC的检测启动ADC0809将模拟信号输入开始一次转换 当al>11110000时， 是温度高启动降温系统，关闭其他 否Al<00001111时 是 温度过低，启动供暖系统，关闭其他xit 温度适中，关闭加热和制冷系统，启动保温系统是否停止温控 否 结束温度控制 是源代码：ADINT: MOV DX , 300H DX指向ADC的通道0NEXT: OUT DX , AL 启动一次转换 PUSH DX MOV DX , 308H 指向状态端口308HPOLL: IN AL , DX 读入EOC状态TEST AL , 80H EOC=0？是就开始转换JZ POLL 非 循环等待NO_END IN AL , DX 开始转换后再次读入EOC状态 TEST AL , 80H 检查EOC=0 ?JZ NO_END 是，继续等待转换结束 IN AL , DX EOC=1,转换结束，将数据读入ALCMP AL , 00001111 温度是否低于下限？JB HEAT_ON 是，启动加热CMP AL , 11110000 否，看是否高于上限？JNB COLD 是，制冷JMP KEEP 都不是，保温HEAT_ON: MOV DX , 321H 加热器的端口地址MOV AL , 01 启动命令OUT DX , AL 启动加热器JMP ADINT 跳回，继续检测COLD : MOV DX , 323H 制冷器的端口地址MOV AL , 01 启动命令OUT DX , AL 启动制冷器JMP ADINT 跳回，继续检测KEEP: MOV DX , 325H 保温器的端口地址MOV AL , 01 启动命令OUT DX , AL 启动保温器JMP ADINT 跳回，继续检测3.2 信号采集部分（ ）主要作用是检测ADC0809的EOC转化状态，进而决定对温度的控制操作。鉴于物理器件的缺陷，采用小灯泡的亮与灭来对应最初设计的不同的控制手段，具体为灯泡亮为不采取措施状态，灯泡亮时为采取控制手段8255A的简易设计图如下：主要作用是检测ADC0809的EOC转化状态，进而决定对温度的控制操作。鉴于物理器件的缺陷，采用小灯泡的亮与灭来对应最初设计的不同的控制手段，具体为灯泡亮为不采取措施状态，灯泡亮时为采取控制手段8255A设计的流程图部分如下：前面以实现与0809的EOC连接，检验EOCEOC状态读入8255A 的PA0端从端口308读数监测EOC状态与小灯泡连接（主流程中完善）温度大于上限？ 是温度过高，从B口输入11111110否温度小于下限？温度过低，从B口输入11111101采取控温措施，B口输入11111011后续连接设备程序代码如下：8255A初始化如下：MOVAL,10011001MOVDX,30BHOUTDX,AL ;设置控制字并初始化HEAT_ON:MOVAL,11111110MOVDX,309HOUTDX,ALJMP ADINT ; 加热控制措施COLD:MOVAL,11111101MOVDX,309HOUTDX,AL JMP ADINT ;降温控制措施KEEP:MOVAL,11111011MOVDX,309HOUTDX,AL JMP ADINT ;保温系统3.3转换频率（ ）设计思路： 实验所用的实验箱由于只能提供1MHZ的时钟频率，因此我们用8252来转换时钟频率，达到每秒检测1次的效果；通道1的OUT1与ADC0809的CLK引脚，当它为高电平时，ADC0809转换一次，并将结果与设定值进行比较；低电平时等待；只要对8253编程，是OUT1输出周期为1秒，占空比为1：1的方波，就能使ADC0809每秒转换一次， 将频率为1MHZ的时钟信号加在CLK0输入端，让通道0工作与方式2，选择计数初值为1000，则从OUT0端得到序列负脉冲，其频率为1MHZ/1000=1000HZ，周期为1ms。再把该信号连到CLK1输入端，使通道1工作与方式3，取计数初值为1000，则从OUT1端就可以得到频率为1HZ的时钟信号电路设计图：流程图： 程序代码：MOV DX , 31EH MOV AL , 00110101B ;通道0控制字，先读低字节，后读高字节，方式2，BCD计数 OUT DX , AL MOV DX , 318H MOV AL , 00H ；计数初值低字节 OUT DX , AL MOV AL , 10H ；计数初值高字节 OUT DX , ALMOV DX , 31EH MOV AL , 01110111B ；通道1控制字，先读低字节，再读高字节，方式3，BCD计数 OUT DX , AL MOV DX , 31AH MOV AL , 00H ；计数初值低字节 OUT DX , AL MOV AL , 10H ；计数初值高字节 OUT DX , AL体会：通过小组合作，让我感受到集体的力量，本来程序很多错误，胡君从整体上把握得很好，但是细节上不太注意，这正好是我的长处，我负责将他设计的程序段的小瑕疵予以纠正。胡君在硬件电路的设计方面做了很多工作，最初考虑采用温度传感器，我们设计了简易的热敏电阻式温度传感器，虽然误差会比较大。后来老师提议简化设计，用变频电压器充当模拟量的采集，在控制措施的实现环节，再度简化，用灯泡的亮与灭来表示采取的相应措施，具体的对应情况已在上面提及，这里不再赘述。高亚明负责8253和软件方面的设计，这正好能展现他编程的长处，我们最初是要利用C语言的嵌套来实现对此温度控制系统的自动监控，后来由于器材的限制还是放弃了。总的来说，在设计方面我们是筛选了几个方案的，但是，落实到实处时老是犹豫不决，最终没能得到一个完美的实验成果，这是令我们感到遗憾的地方。课程设计让我对新技术，新产品的研发有个粗略的认识，给我实践的机会，我收获到的不只是对知识的一种巩固效果，更是一种全新的思维和学习方式。参考文献：1、传感器技术大全 孙惠芹 刘南平 张林中 （科学出版社）2、传感器应用电路300例孙余凯 吴鸣山 项绮明（电子工业出版社）3、硬件编程接口与系统软件实现 朱春森 (北京大学出版社)4、微机原理与接口技术习题与解析温阳东 鲍远慧（清华大学出版社）