冷却水温度检测系统课程设计说明书.doc
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1、交通与汽车工程学院课程设计说明书课 程 名 称: 微机检测系统课程设计 课 程 代 码: 8416671 题 目: 冷却水温度检测系统 年级/专业/班: 学 生 姓 名: 学 号: 开 始 时 间: 20 年 月 日完 成 时 间: 20 年 月 日课程设计成绩:学习态度及平时成绩(30)技术水平与实际能力(20)创新(5)说明书(计算书、图纸、分析报告)撰写质量(45)总 分(100)指导教师签名: 年 月 日目 录摘要21 引言31.1 问题的提出31.2 任务与分析32 方案设计4 2.1 系统设计方案42.2 系统总体框图43 系统硬件设计43.1 AT89C52单片机 43.2 AD
2、C0808 83.3 时钟电路83.4 LED显示器与显示方式93.5信号采集电路10 4系统软件设计11 4.1 Proteus软件环境介绍114.2 Keil uVision3软件环境介绍11 4.3 Protel软件环境介绍 12 4.4 程序流程图 13 5 系统调试过程 15设计总结20致谢21参考文献22附录1 23附录2 24附录3 30摘 要随着计算机的普及科技的进步,单片机自20世纪70年代问世以来,对人类社会产生了巨大的影响。尤其是美国Intel公司生产的MCS-51系列单片机,由于其具有集成度高、处理功能强、可靠性高、系统结构简单、价格低廉易于使用等优点,在工业控制,智能
3、仪器仪表、办公室自动化、家用电器等诸多领域上得到广泛的应用。本设计介绍了单片机的工作原理和操作方法,以单片机AT89C52为设计核心,通过模拟温度传感器检测冷却水温度,经过放大器凡达信号后通过ADC0808,将采集的信号转化为数字信号,在共阴极数码管上显示温度,如温度超过预设定值(95摄氏度),则通过LED显示报警 关键词:冷却水温度检测;单片机;A/D转换;数码管显示1 引 言本次课程设计的要求是在两周时间里,基于单片机设计冷却水温度检测系统,使系统检测冷却水温度,并且对温度超过预定值则使用LED报警。我们从对知识的模糊不清到条理分明,掌握了不少单片机的专业知识。同时为了更完善快捷的完成本次
4、课程设计,我们小组对其进行了细致分工:绘制PROTEUS电路图、冷却水温度检测系统程序的编写、冷却水温度检测系统的调试和仿真。1.1 问题的提出 汽车发动机控制参数中冷却水温度是一个非常重要的参数,它不但与发动机的冷启动和热启动息息相关,还与加速环节有着密切的联系。而且汽车上很多其他控制系统工作时都需要用到冷却水温,因此发动机冷却水温度测量精度以及其工作可靠性、实时响应性直接影响电控发动机整机控制性能。由此看来冷却水温检测系统是如此的重要,所以本次课程设计的任务就是设计一个性能可靠的冷却水温检测系统。1.2任务与分析 本次设计的任务是基于单片机冷却水温度检测系统设计。通过使用PT100温度传感
5、器采集冷却水温度信号,信号放大后经过ADC0808信号转换,将数字信号显示在共阴极数码管上,并判断温度是否超过上限值,若超过上限值则通过LED显示报警。本设计的系统主要由:PT100温度传感器,ADC0808,AT89C52为中央处理芯片,用于数据处理,初值设定。用C语言进行编程。本系统可以分为以下5大主要模块:(1)AT89C52模块:用于数据处理,初值设定。(2)PT100:采集冷却水温度信号。(3)ADC0808:将采集到的模拟信号转换为数字信号(4)4个共阴极数码管:采用普通的共阴极LED数码管,用于实时的显示温度信息。(5)LED二极管:超过温度上限值,则LED亮灯报警。2 系统方案
6、设计2.1 系统设计方案通过查阅相关资料,通过使用PT100热电阻传感器采集冷却水温度信号,信号放大后经过ADC0808信号转换,将数字信号显示在共阴极数码管上,并判断温度是否超过上限值,若超过上限值则通过LED显示报警。2.2 系统总体框图当程序启动后,通过使用PT100热电阻传感器采集冷却水温度信号,信号放大后经过ADC0808信号转换,将数字信号显示在共阴极数码管上,并判断温度是否超过上限值,若超过上限值则通过LED显示报警。 3 系统硬件电路设计3.1 AT89C52单片机通过对多种单片机性能的分析,最终采用89C52芯片。AT89C52是一个低电压,高性能CMOS8位单片机,片内含8
7、k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元,AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用MCS-51系列单片机是Intel公司1980年推出的高性能8位单片微型计算机主要有8031、8051、8751这三种机型,他们的指令系统与芯片引脚完全兼容,仅片内ROM有所不同。主要功能为:8位CPU;兼容MCS51指令系统;8k可反复擦写(大于1000次)Flash ROM;32个双向I/O口;256x8bit内部
8、RAM;3个16位可编程定时/计数器中断;时钟频率0-24MHz;2个串行中断,可编程UART串行通道;2个外部中断源,共8个中断源;2个读写中断口线,3级加密位;低功耗空闲和掉电模式,软件设置睡眠和唤醒功能;有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等封装形式,以适应不同产品的需求;有强的位寻址,位处理能力;片内采用单总线结构;图3-2 89C52单片机引脚图89C52单片机与早期Intel的8051/8751/8031芯片的外部引脚和指令系统完全兼容,只不过用Flash ROM 替代了ROM/EPROM而已。89C52单片机内部结构如图所示。图3-3 89C52单片机内部结构示意图各引脚的功
9、能如下: VCC:供电电压。 GND:接地。P0口:P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时,P0 口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。P1口:P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。 P2口
10、:P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口:P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后,它们被内部
11、上拉为高电平,并用作输入。作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。RST:复位输入。当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期高电平时间。ALE/PROG:当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是:每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR 8EH地址上置0。此时, ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才
12、起作用。另外,该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效。:外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次有效。但在访问外部数据存储器时,这两次有效的信号将不出现。:当保持低电平时,则在此期间CPU只访问外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时,将内部锁定为RESET;当端保持高电平时,则执行内部程序存储器中的程序。在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。XTAL1:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2:来自反向振荡器的输出。3.2 ADC0808ADC0808
13、是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行模/数转换的器件。其内部有一个8通道多路开关,它可以根据地址码锁存译码后的信号,只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。ADC0808是ADC0809的简化版本,功能基本相同。一般在硬件仿真时采用ADC0808进行A/D转换,实际使用时采用ADC0809进行A/D转换。ADC0808是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器,它有8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器。ADC0808芯片有28条引脚,采用双列直插式封装。各引脚功能如下:15和2628(IN0IN7):8路模拟量输入端; 8、14、15和1721:8位数字量输出
14、端; 22(ALE):地址锁存允许信号,输入,高电平有效; 6(START): A/D转换启动脉冲输入端,输入一个正脉冲(至少100ns宽)使其启动(脉冲上升沿使0809复位,下降沿启动A/D转换); 7(EOC): A/D转换结束信号,输出,当A/D转换结束时,此端输出一个高电平(转换期间一直为低电平);9(OE):数据输出允许信号,输入,高电平有效。当A/D转换结束时,此端输入一个高电平,才能打开输出三态门,输出数字量; 10(CLK):时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ; 12(VREF(+)和16(VREF(-):参考电压输入端; 11(Vcc):主电源输入端;13(GND
15、):接地。 2325(ADDA、ADDB、ADDC):3位地址输入线,用于选通8路模拟输入中的一路。 图3-4 ADC08083.3 时钟系统电路利用芯片内部振荡电路,在XTAL1、XTAL2引脚上外接定时元件,内部振荡电路便产生自激振荡,用示波器可以观察到XTAL2输出时钟信号。最常用的内部时钟方式是采用外接晶体和电容组成的并联谐振回路,不论是HMOS还是CHMOS型单片机其并联谐振回路及参数相同。振荡晶体选择12MHz。电容只无严格要求,但电容取值对振荡频率输出的稳定性、大小、振荡电路起振速度有少许影响,C1和C2可在20-100pF取值,但在,60-70pF时振荡器有较高的频率稳定性。
16、图3-5 内部时钟电路3.4 LED显示器与显示方式在单片机应用系统中使用LED显示块构成N位LED显示器。N位LED显示器有N根位选线和8*N根段选线。根据显示方式的不同,位选线和段选线的连接方法不同。段选线控制字符选择,位选线控制显示位的暗、亮。LED显示器有静态显示和动态显示两种方式。(1) LED静态显示。LED显示器工作在静态显示的方式下,共阴极或共阳极连接在一起接地或+5V;每位段选线(a-dp)与一个8位并行口相连。N为静态显示器要求有N*8根I/O接口线,占用I/O资源较多,所以在位选较多时往往采用动态显示方式。(2) LED动态显示。在多位LED显示时,为简化电路,降级成本,
17、将所有位的选线并联在一起,由一个8位I/O口控制,而共阴极点或共阳极点分别有相应的I/O接口线控制。8位LED动态显示电路只需要两个8位I/O接口。其中一个控制段选码,另一个控制位选。由于所有位的选码皆有一个I/O控制。因此,在每个瞬间,8位LED只能显示相同的字符,要想每位显示不同的字符,必须采用扫描显示方式。即在每一瞬间只使某一位显示相应字符。在此瞬间,段选控制I/O在该显示位送入选通电平,以保证该位显示相应字符。如此轮流,使每位显示该位相应字符,并保持延时一段时间,以造成视觉暂留效果。(3) LED显示器接口。从LED显示器的显示原理可知,为了显示字母数字,必须转换成相应的段选码。这种转
18、换可以通过硬件译码器或软件进行译码。1) 硬件译码显示器接口:BCD7段十六进制译码驱动显示接口。单片机应用系统中,通常要求LED显示器能显示十六进制及十进制带小数点的数。因此在选择译码器时,要能够完成BCD码至十六进制的锁存、译码,并且具有驱动功能,否则就不采用软件译码接口。2) 软件译码显示接口。由于单片机本身有较强的逻辑控制能力,采用软件译码并不复杂,而且软件译码逻辑可随意编程设定,不受硬件译码逻辑限制,采用软件译码还能简化硬件电路结构。因此,在单片机应用系统中,使用最广的软件译码的显示接口。图3-6 共阴极数码管3.5 信号采集电路PT100是铂热电阻,它的阻值跟温度的变化成正比。PT
19、100的阻值与温度变化关系为:当PT100温度为0时它的阻值为100欧姆,在100时它的阻值约为138.5欧姆。它的工业原理:当PT100在0摄氏度的时候他的阻值为100欧姆,它的阻值会随着温度上升而成匀速增长的。另外,PT100温度传感器还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点。鉑热电阻的线性较好,在0100摄氏度之间变化时,最大非线性偏差小于0.5摄氏度。鉑热电阻阻值与温度关系为: -200t0时,; 0t850时,;图3-7 温度信号采集放大电路4 系统软件设计4.1 Proteus软件环境介绍本系统的硬件设计首先是在Proteus软件环境中仿真实现的。Proteus软件是来自英国
20、Labcenter electronics公司的EDA工具软件,Proteus软件有十多年的历史,在全球广泛使用,除了具有和其它EDA工具一样的原理布图、PCB自动或人工布线及电路仿真的功能外,其革命性的功能是,它的电路仿真是互动的。针对微处理器的应用,还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程,并实现软件源码级的实时调试。如果有显示及输出,配合系统配置的虚拟仪器如示波器、逻辑分析仪等,还能看到运行后输入输出的效果。Proteus建立了完备的电子设计开发环境,尤其重要的是Proteus Lite可以完全免费,也可以花微不足道的费用注册达到更好的效果。Proteus是目前最好的模拟单片机外围器件的工
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