智能仪器》课程设计 基于STC89C52的温度测量系统设计（数码管显示）.doc

福建电力职业技术学院课 程 设 计课程名称： 智能仪器 题目： 基于STC89C52的温度测量系统设计（数码管显示） 专业班次： 姓 名： 学 号： 指导教师： 学 期： 2011-2012学年第2学期 日 期： 2012.2 目 录1 引言.11.1 本设计意义.11.2 本设计任务及主要内容. .12硬件设计.22.1 系统组成框图. .22.2 STC89C52单片机最小系统.22.3热敏电阻及电路 .32.4 A/D硬件设计.52.5 数码管显示电路设计.63 软件设计.73.1 ADC0832软件设计.73.2数码管软件设计.93.3 主程序设计.103.4调试. .114.设计小结.12参考文献.12附录：课程设计程序清单.131. 引言1.1 本设计意义温度是一种最基本环境参数，它控制系统广泛应用于社会生活的各个领域，人们生活与环境温度息息相关。常用的控制电路根据应用场合和所要求的性能指标有所不同 ，譬如在工业企业中，如何提高温度控制对象的运行性能一直以来都是控制人员和现场技术人员努力解决的问题。这类控制对象惯性大，滞后现象严重，存在很多不确定的因素，从而导致传统控制方式超调较大、调节时间较长、控制精度较低。而采用单片机进行温度控制，具有精度高、电路设计简单、控制效果好等优点，这不仅仅提高生产力，还给企业带来更多福利，大大促进科技时代发展。给予社会不断进步，人们生活质量也随之提高，单片机控制必然也是人们生活息息相关，因而它给人们带来的便捷，好比数字温度计就是一个好例子，从而我们需要更深去挖掘它的财富，让时代生活不断发展成智能化。由本次设计介绍数字温度计，更具有通熟易懂特性，是采用数字温度传感器ADC0832，因其内部集成了A/D转换器，使得电路结构更加简单，而且减少了温度测量转换时的精度损失，使得测量温度更加精确。数字温度传感器ADC0832只用一个引脚即可与单片机进行通信，大大减少了接线的麻烦，使得单片机更加具有扩展性。由于ADC0832芯片的小型化，更加可以通过单跳数据线就可以和主电路连接，故可以把数字ADC0832做成探头，探入到狭小的地方，增加了实用性。更能串接多个数字温度传感器ADC0832进行范围的温度检测。用数码管来实现温度，做到上述要求。科技日夜进步，不管在各行各业，单片机已经步入我们世界。综上所述，本设计以基于STC89C52的温度测量设计（数码管显示），该设计适用于人们的日常生活及工农业生产中用于温度的检测及控制。1.2 本设计任务和主要内容本设计根据设计任务要求，通过STC89C52单片机与ADC0832温度传感器和数码管显示的通讯，用STC89C52的并行口P0接数码管，P3.4,、P3.5、P3.6分别接CS、CLK、D0，然后用C语言进行编程，用ADC0832测量温度，数码管来显示温度，从而实现人机互通。 1).查阅相关文献资料,了解数字温度计程序的原理，能够运用C语言进行设计、编程、调试。2).设计基于C 语言的数字温度计的控制系统硬件部分，画出控制系统硬件框图，设计数字温度计的控制系统的软件部分，首先根据数字温度计所需的具体功能设计好程序流程图，包括控制流程图、控制时序图、梯形图程序设计；根据设计的程序流程图写出代码，并进行代码编译的调试。3).把设计好的软件代码烧入硬件中，然后进行总体调试，先预定要实现的功能完全实现为止。4).设计出系统方框图、单元图、原理总图；画出控制程序流程图，以及编写完整的程序代码；撰写硬件系统总体说明、硬件接线图、控制程序、其他附件及图纸。完成论文的撰写，根据格式要求和范文要求，先把目录确定，再根据目录的章节把具体内容撰写好，以此完成整篇论文。2. 硬件设计2.1 系统组成框图 本文所设计的数字测温显示系统由STC89C52单片机及其最小系统、ADC0832、数码管显示等部分组成，而且系统采用元件功能较好、精度较高、硬件电路。硬件原理图如图2.1所示：图2.1 数字测温显示系统框图2.2 STC89C52单片机最小系统单片机最小系统是指用最少的元器件组成的单片机可以工作的系统。即如图2.2所示。单片机的最小系统包括电源（接地），晶振电路（本设计使用11.0592MHz晶振），复位电路。有了以上部分组成的最小系统，单片机就能够正常进行简单工作了，值得注意的一点是，EA（31脚）要接高电平，使单片机不使用片外存储器，这样单片机系统才会正确执行用C语言编程所烧写进单片机的程序。STC89C52单片机的最小系统电路包含以下几个部分。1) .电源电路：其主要目的是给单片机最小系统提供电源，一般可用5V直流电进行供电，常直接用USB接口对最小系统输送电能，在电路图中的VCC和GNG为供电标识符。2).复位电路：复位电路可使CPU和系统中其他部件处于一个确定的初始状态，并从在这个状态开始运行。由电容串联电阻构成，如图并从“电容电压不能突变”的性质可知，当系统一上电，RST脚将会出现高电平，当这个高电平持续两个机器周期以上就将复位。3).晶振电路：单片机片内有一个用于构成振荡器的高正增益反向放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入和输出端。在它们两端接晶振构成稳定的自激振荡器，其发出的脉冲直接送入内部时钟电路。外接晶振时通常安装两个30pF电容能保证振荡器稳定和可靠工作时，对频率起微调作用。本次设计晶振取11.0592MHz晶振的单片机，将产生精确的us级时歇，方便定时操作。4).EA引脚：上拉到VCC，表示程序烧写到单片机内部。图中的排阻RM1是P0口上拉用的，C4是滤波电容，抗干扰用的。其他P0-P3口均为I/0口，每个口八个脚，共32个，编号都是0-7，如P0.0-P0.7,这些口是用来外接各种元器件，通过编程来实现各种所需要的功能。5).P3.0-P3.1 STC89C52是给单片机串口通信用的。图2.2 STC89C52最小系统电路图2.3 热敏电阻及其电路热敏电阻包括NTC热敏电阻和PTC热敏电阻，以及CTR热敏电阻。本设计测温选择NTC热敏电阻，由NTC热敏电阻的特点及应用领域 NTC热敏电阻是一种随环境温度上升、其电阻值呈指数关系下降、且温度系数非常大的热敏元件,主要是掺杂过渡金属氧化物的热敏半导体陶瓷。其应用主要藉于电阻一温度特性可使微小的温度变化。如图2.3所示：图 2.3 电阻与温度线性图该系统通过热敏电阻来感应温度的变化，让温度值变成电阻值；通过处理电路把电阻值转化成对应电压值；电压变化再转变成A/D值变化，A/D转换成A/D值；最后由单片机通过计算查表找出具体温度值，如2.1表所示：表2.1 A/D转换温度表 A/D值U0/v温度/TA/D值U0/v温度/TA/D值U0/v温度/T00.0 150851666.0 1111713351.6 65119.6 150861685.6 1111723371.2 65239.2 150871705.2 1101733390.8 64358.8 150881724.8 1091743410.4 64478.4 150891744.4 1081753430.0 63598.0 150901764.0 1081763449.6 636117.6 150911783.6 1071773469.2 627137.2 150921803.2 1071783488.8 628156.8 150931822.8 1061793508.4 619176.4 150941842.4 1051803528.0 6110196.0 150951862.0 1051813547.6 6011215.6 150961881.6 1041823567.2 6012235.2 150971901.2 1041833586.8 5913254.8 150981920.8 1031843606.4 5914274.4 150991940.4 1021853626.0 5815294.0 1501001960.0 1021863645.6 5816313.6 1501011979.6 1011873665.2 5717333.2 1501021999.2 1011883684.8 5618352.8 1501032018.8 1001893704.4 5619372.4 1501042038.4 1001903724.0 5520392.0 1501052058.0 991913743.6 5521411.6 1501062077.6 981923763.2 5422431.2 1501072097.2 981933782.8 5423450.8 1501082116.8 971943802.4 5324470.4 1501092136.4 971953822.0 5225490.0 1501102156.0 961963841.6 5226509.6 1501112175.6 951973861.2 5127529.2 1501122195.2 951983880.8 5128548.8 1501132214.8 951993900.4 5029568.4 1501142234.4 942003920.0 4930588.0 1501152254.0 942013939.6 4931607.6 1501162273.6 932023959.2 4832627.2 1501172293.2 922033978.8 4833646.8 1501182312.8 922043998.4 4734666.4 1501192332.4 912054018.0 4635686.0 1501202352.0 912064037.6 4636705.6 1501212371.6 902074057.2 4537725.2 1501222391.2 902084076.8 4438744.8 1501232410.8 892094096.4 4439764.4 1501242430.4 892104116.0 4340784.0 1501252450.0 882114135.6 4241803.6 1501262469.6 882124155.2 4242823.2 1491272489.2 872134174.8 4143842.8 1481282508.8 872144194.4 4044862.4 1461292528.4 862154214.0 4045882.0 1451302548.0 862164233.6 3946901.6 1441312567.6 852174253.2 3847921.2 1431322587.2 852184272.8 3748940.8 1421332606.8 842194292.4 3749960.4 1411342626.4 842204312.0 3650980.0 1401352646.0 832214331.6 3551999.6 1381362665.6 832224351.2 34521019.2 1371372685.2 822234370.8 33531038.8 1361382704.8 822244390.4 32541058.4 1351392724.4 812254410.0 32551078.0 1341402744.0 812264429.6 31561097.6 1341412763.6 802274449.2 30571117.2 1331422783.2 802284468.8 29581136.8 1321432802.8 792294488.4 28591156.4 1311442822.4 792304508.0 27601176.0 1301452842.0 782314527.6 26611195.6 1291462861.6 782324547.2 25621215.2 1281472881.2 772334566.8 24631234.8 1271482900.8 772344586.4 23641254.4 1261492920.4 762354606.0 22651274.0 1261502940.0 762364625.6 21661293.6 1251512959.6 752374645.2 19671313.2 1241522979.2 752384664.8 18681332.8 1231532998.8 742394684.4 16691352.4 1221543018.4 742404704.0 15701372.0 1221553038.0 732414723.6 14711391.6 1211563057.6 732424743.2 12721411.2 1201573077.2 722434762.8 10731430.8 1191583096.8 722444782.4 8741450.4 1191593116.4 712454802.0 6751470.0 1181603136.0 712464821.6 4761489.6 1171613155.6 702474841.2 2771509.2 1161623175.2 702484860.8 0781528.8 1161633194.8 692494880.4 0791548.4 1151643214.4 692504900.0 0801568.0 1141653234.0 682514919.6 0811587.6 1141663253.6 682524939.2 0821607.2 1131673273.2 672534958.8 0831626.8 1121683292.8 672544978.4 0841646.4 1121693312.4 662554998.0 01703332.0 662.4 A/D硬件设计1).ADC0832简介ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种8 位分辨率、双通道A/D转换芯片。由于它体积小，兼容性强，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎， 其目前已经有很高的普及率。学习并使用ADC0832 可是使我们了解A/D转换器的原理，有助于我们单片机技术水平的提高。 ADC0832 具有以下特点：· 8位分辨率； · 双通道A/D转换；· 输入输出电平与TTL/CMOS相兼容；· 5V电源供电时输入电压在05V之间； ·工作频率为250KHZ，转换时间为32S； · 一般功耗仅为15mW；· 8P、14PDIP（双列直插）、PICC 多种封装；· 商用级芯片温宽为0°C to +70°C，工业级芯片温宽为.40°C to +85°C；图2.4 ADC0832引脚图芯片接口说明： · CS_ 片选使能，低电平芯片使能。 · CH0 模拟输入通道0，或作为IN+/-使用。 · CH1 模拟输入通道1，或作为IN+/-使用。 · GND 芯片参考0 电位（地）。 · DI 数据信号输入，选择通道控制。 · DO 数据信号输出，转换数据输出。 ·CLK 芯片时钟输入。 · Vcc/REF 电源输入及参考电压输入（复用）。 2).ADC0832与单片机的接口电路正常情况下ADC0832 与单片机的接口应为4条数据线，分别是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端与DI端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将DO和DI 并联在一根数据线上使用。当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK 和DO/DI 的电平可任意。当要进行A/D转换时，须先将CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。如图2.5所示：图 2.5 ADC0832与单片机接口电路图2.5 数码管显示电路设计1). 数码管简介数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管。按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管：（1). 共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为电平”0”时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为电平”1”时，相应字段就不亮。如下图所示： 图2.6共阳数码管连接原理图（2). 共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为电平”1”时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为”0”电平时，相应字段就不亮。如下图所示： 图2.6共阴数码管连接原理图2).数码管与单片机的接口电路数码管与单片机接口电路如图2.5所示：图2.5 数码管与单片机接口3. 软件设计3.1 ADC0832软件设计1).ADC0832的工作时序当两位数据为“0”、“1”时，将CH0作为负输入端IN-，CH1 作为正输入端IN+进行输入。到第三个脉冲的下降之后DI端的输入电平就失去输入作用，此后DO/DI端则开始利用数据输出DO进行转换数据的读取。从第4个脉冲下降沿开始由DO端输出转换数据最高位Data7，随后每一个脉冲的下降沿DO端输出下一位数据。直到第11个脉冲时发出最低位数据Data0，一个字节的数据输出完成。也正是从此位开始输出下一个相反字节的数据，即从第11个字节的下降沿输出Data0。随后输出8位数据，到第19 个脉冲时数据输出完成，也标志着一次A/D转换的结束。最后将CS置高电平禁用芯片，直接将转换后的数据进行处理就可以了。时序说明请参照ADC0832时序图如图3.1所示： 图3.1 时序图2).ADC0832的工作原理：正常情况下ADC0832 与单片机的接口应为4条数据线，分别是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端与DI端在通信时并未同时使用并与单片机的接口是双向的，所以在I/O口资源紧张时可以将DO和DI并联在一根数据线上使用。当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK 和DO/DI 的电平可任意。当要进行A/D转换时，须先将CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟（CLK）输入端输入时钟脉冲，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。在第一个时钟脉冲的下沉之前DI端必须是高电平，表示启始信号。在第二、三个脉冲下沉之前DI端应输入两位数据用于选择通道功能。如下表2.2所示：表2.2 通道地址设置表通道地址通道工作方式说明SGL/DIFODD/SIGN0100+-差分方式01-+10+单端输入方式11+3).由时序图及ADC0832的程序我们可以画出流程图如3.2所示：图3.2 ADC0832流程图作为单通道模拟信号输入时ADC0832的输入电压是05V且8位分辨率时的电压精度为19.53mV，即（5/256）V。如果作为由IN+与IN-输入的输入时，可是将电压值设定在某一个较大范围之内，从而提高转换的宽度。但值得注意的是，在进行IN+与IN-的输入时，如果IN-的电压大于IN+的电压则转换后的数据结果始终为00H。3.2数码管软件设计1).段码数码管中的每一段相当于一个发光二极管，8段数码管则具有8个发光二极管。本次实验使用的是共阳数码管，公共端是1、6，公共端置1，则某段选线置0相应的段就亮。公共端1控制左面的数码管；公共端6控制右面的数码管。段码是指在数码管显示某一数字或字符时，在数码管各段所对应的引脚上所加的高低电平按顺序排列所组成的一个数字，它与数码管的类型（共阴、共阳）和与数据线的连接顺序有关。如下表3.1所示表3.1 段码表对应数据线D7D6D5D4D3D2D1D0对应显示段efDPgcdba显示数字段码00CFH11001111103H0000001125DH0101110135BH01011011493H1001001150DAH1101101060DEH11011110743H0100001180DFH1101111190DBH110110112).位码也叫位选，用于选中某一位数码管。在实验图中要使第一个数码管显示数据，应在公共端1上加低电平，即使P2.7口为0，而公共端6上加高电平，即使P2.6口为1。位码与段码一样和硬件连接有关。3).数码管流程图如图2.4所示:图2.4 数码管流程图3.3 主程序设计1). 主流程图如图3.3所示2). 主程序见附录2图3.3总流程图 3.4 调试结果4. 设计小结本次用单片机设计温度测量（数码管显示）系统终于完成了，在本次设计中, 我不仅把知识融会贯通，而且丰富了大脑，同时在外观到论文的编写都是先查阅了大量资料过程中也了解了许多课外知识后确定,再经老师指导，开拓了视野。在这次课设中，我切身感受到了使自己在专业知识方面和动手能力方面有了质的飞跃。在此次毕业设计过程过程中，我也曾遇到过困难，如软件不知如何编程、论文不知从何下手等种种困难。刚开始面对课题感到迷茫，不知该从何下手， 但经过老师的辅导、与自己在图书馆和网上查阅的相关资料，获得了希望，并开始论文的编写与编程。但是再编程调试过程中又遇到问题，总是出现问题，在自己耐心的调试下终于把软件这个问题解决了，最终完成了论文。.从中我体会到了人是越挫越勇的，也明白了：“山重水复疑无路，柳暗花明又一村” 这句话的内涵。我不会忘记这令人难忘的时间。在我徜徉书海查找资料的日子里，面对无数本书的罗列，最难忘的是每次找到资料的激动和兴奋，记忆最深的是每一步小小的思路实现时的幸福心情。这段历程看似荆棘密布，实则蕴藏着无尽的宝藏。我想这是一次意志的磨练，是对我实际能力的一次提升，也会对我未来的工作和学习有很大的帮助。授人以鱼不如授人以渔，置身其间，耳濡目染，潜移默化，使我不仅接受了全新的思想观念，树立了宏伟的学术目标，领会了对待知识，走向社会的思考方式。参考文献(1).何立民. MCS-51单片机应用系统设计M.北京：北京航天航空大学出版社,1990.(2).吴戈.案例学单片机C语言开发M.人民邮电出版社,2008.12: 200-214.(3).赵娜.于珍珠.基于51 单片机的温度测量系统J. 微计算机信息，2007.1：146-148。(4).王忠飞.胥芳单片机原理及嵌入式系统应用M西安：西安电子科技大学出版社，2007: 268-273(5).徐志保.基于工程导向的单片机实战教程M，2011.(6).黄河.基于DS18B20 的单总线数字温度计J.湘潭师范学院学报，2008(7).王建强等.基于adc0832的温度测量方法J. 仪器仪表与检测技术，2009附录1 主程序#include <AT89X52.H> #define uchar unsigned char /1字节0-255 宏定义#define uint unsigned int /2字节0-65535/*-AD模块变量-*/sbit ADC_CS =P34; /0832片选sbit ADC_CLK=P35; /0832时钟sbit ADC_DAT=P36; /ADO and ADI/*-变量定义-*/uchar state=0; /每0.5S一个状态，总共八个状态uchar DispBuf4=2,4,6,8;uchar ADVal=0;uint Volt=0;bit ADEn=0; /uchar code table=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e;uchar Temp=0; uchar code ADTemp256= 150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,150,149,148,146,145,144,143,142,141,140,138,137,136,135,134,134,133,132,131,130,129,128,127,126,126,125,124,123,122,122,121,120，119,119,118,117,116,116,115,114,114,113,112,112,111,111,110,109,108,108,107,107,106,105,105,104,104,103,102,102,101,101,100,100,99 ,98 ,98 ,97 ,97 ,96 ,95 ,95 ,95 ,94 ,94 ,93