2022年数字式多路温度采集系统设计分享 .pdf

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1、基于 51 单片机的多路温度采集控制系统设计前言：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

2、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正文 ：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 24 页 - - - - - - - - - 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 、

3、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

4、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

5、组成。 6 个子程序为定时 /计数器 0 中断服务程序、温度采集及模数转换子程序ADCON、温度计名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 24 页 - - - - - - - - - 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

6、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

7、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线性，提高测量精度。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 24 页 - - - - - - - - - （5）驱动控制子程序DRVCON 该子程序调节温度， 当温度高于上

8、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

9、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。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 24 页 - - - - - - - - - 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LJMP MAIN 跳转到主程序在 0000H 处放置一条长跳转指令LJMP T0INT 跳转到 T0中断服务

10、程序名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 24 页 - - - - - - - - - 图 1-1 主程序流程图主程序计数寄存器 R1赋初值 10 TMOD 赋初值 01H T0 工作于定时方式 1 软启动堆栈指针 SP赋初值 60H SETB TR0 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 100ms IE 赋初值 82H， T0 允许中断动态停机名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载

11、 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 24 页 - - - - - - - - - 图 1-2 T0 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Y N 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - -

12、- - - 第 7 页，共 24 页 - - - - - - - - - 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名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 24 页 - - - - - - - - - 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

13、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名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 24 页 - - - - - - - - - 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。P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P2.0P2.1P2.2

14、P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7RDWRINT0INT1ALEP1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RSTT1T0EA/VppPSENRXDTXDIC1AT89C5112345678151431291011XTAL2XTAL1D0D1D2D3D4D5D6D7ABCOEALESCEOCCLKVR(+)VR(-)IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7IC2ADC08093938373635343332212223242526272817161213301714158181920212524239226710262728123451216 1 1IC3A7

15、4LS02 174LS024IC3B63521 comdpg fe d cb a com5109 1 2 46 73 4 5 6101112130001020304050607ABCLKCLR74LS16483C3 30pFC2 30pF6MHz1819RTR8100kR720k+5Vs c110uF+R5470R610k输出控制R1200R2200R3200R4200LED1绿 LED2红 LED3黄 LED4IC5dpg fe d c b a74LS16483IC6ABCLKCLRdpg fe d cb a74LS16483ABCLKCLRIC70001020304050607000102

16、03040506073 45 6101112133 45 61011121351091 24 6751091 246 7470 x21121212dpg fe d cb a74LS16483IC8129图 1-5 温度控制电路原理图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 24 页 - - - - - - - - - （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

17、 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）D0 D1 VR（+）D2 D3 D4 D5 VR（- ）D6 D7 IC2 A B C ADC0809IN0 OE IN1 ALE IN2 SC IN3 IN4 EOC IN5 IN6 CLK IN7 17 14 15 8 18 19 20 21 25 24 23 9 22 6 7 10 12 16 26 27 28 1 2 3 4 5 Vcc R7 20

18、k RT R9 R8 100k 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 24 页 - - - - - - - - - 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

19、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：DB 0，194，1 ，193 ，2 ，192， 3， 191，4，190 DB 5，189，6， 188， 7 ，187， 8， 186，9，185 DB10，184，11，182，12，181，13，180，14，178 DB 15，177，16，175，1

20、7，174，18，173，19，171 DB 20，169，21，168，22，166，23，165，24，163 DB 25，161，26，159，27，158，28， ，156，29，154 DB 30，152，31，150，32，149，33，147，34，145 DB 35，143，36，141，37，139，38，147，39，135 DB 40，133，41，131，42，129，43，127，44，125 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 2

21、4 页 - - - - - - - - - DB 45，123，46，121，47，118，48，116，49，114 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20

22、H 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：ORG 0000H;跳转到主程序LJMP MAIN; ORG 000BH; LJMP T0INT;跳转到 T0 中断服务程序 ；名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - -

23、- - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 24 页 - - - - - - - - - 主程序ORG 0100H; MAIN:MOV R1,#10; T0 100马上定时溢出计数寄存器R1赋初值 10 MOV P1,#0FFH; 所有指示灯灭MOV SP,#60H;堆栈指针赋初值60H MOV TMOD,#01H;T0 定时、方式 1、软启动MOV TL0,#0B0H;T0 赋初值MOV TH0,#3CH; MOV IE,#82H;开放 T0 中断SETB TR0;启动 T0 SJMP $;定时 /计数器 0 中断服务程序ORG 020

24、0H; T0INT:DJNZ R1,NEXT;T0 溢出 10 次，即 1s进一次采样处理LCALL ADCON;调用温度采样及模数转换子程序LCALL CALCU;调用温度计算子程序LCALL DRVCON; 调用驱动控制子程序LCALL METRICCON; 调用十进制转换子程序LCALL DISP; 调用数码管显示子程序MOV R1,#10;R1 重赋值 10 NEXT:MOV TL0,#0B0H; T0 重装初值名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 2

25、4 页 - - - - - - - - - MOV TH0,#3CH; RETI;温度采样及模数转换子程序ORG 0300H; ADCON:MOV DPTR,#0F0FFH ; 选通 ADC0809 通道 0MOV A,#00H; MOVX DPTR,A; 启动 A/D 转换HERE:JNB P3.3,HERE; 判断数据转换是否结束， 没结束则等待MOVX A,DPTR;读取转换后的数据MOV 20H,A; 将从 ADC0809 中读取的当前温度下热敏电阻上的电压值存于20H 单元RET ；温度计算子程序ORG 0400H; CALCU:MOV R2,#01H; R2 为数据表的索引值寄存器

26、MOV DPTR,#DATATAB; 温度数据表首地址送DPTR NEXT1:MOV A,R2; 索引值送 A MOVC A,A+DPTR; 查表取出某一温度的数字电压值CJNE A,20H,K1; 与当前温度的数字电压值比较DEC R2;等于当前温度的数字电压值，则查表取出该温度值作为当前温度值MOV A,R2; 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 24 页 - - - - - - - - - MOVC A,A+DPTR; LJMP K3; K1:JNC

27、K2; 大于当前温度的数字电压值，则继续取出下一温度的数字电压进行比较DEC R2;小于当前温度的数字电压值，则查表取出前一个温度值作为当前温度值DEC R2 DEC R2 MOV A,R2; MOVC A,A+DPTR; LJMP K3; K2:INC R2; INC R2; LJMP NEXT1; K3:MOV 21H,A; 将当前温度值存于21H 单元RET; DATATAB;DB 0,194,1,193,2,192,3,191,4,190 ；温度数据表DB 5,189,6,188,7,187,8,186,9,185 DB 10,184,11,182,12,181,13,180,14,1

28、78 DB 15,177,16,175,17,174,18,173,19,171 DB 20,169,21,168,22,166,23,165,24,163 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 24 页 - - - - - - - - - DB 25,161,26,159,27,158,28,156,29,154 DB 30,152,31,150,32,149,33,147,34,145 DB 35,143,36,141,37,139,38,137,39,1

29、35 DB 40,133,41,131,42,129,43,127,44,125 DB 45,123,46,121,47,118,48,116,49,114 驱动控制子程序ORG 0500H; DRVCON:MOV A,21H; 取出当前温度值CJNE A,#30,J1; 与上限温度值（ 30）比较LJMP GO; J1:JNC DRV1;若高于上限温度，则输出驱动信号，同时高于上限温度指示灯点亮CJNE A,#25,J2; 与显现温度（ 25）比较LJMP GO; J2:JC DRV2;弱低于下限温度， 则驱动信号停止输出，同时点亮低于下限温度的指示灯LJMP GO; DRV1:CLR P1

30、.0; SETB P1.1; CLR P1.2; SETB P1.3; 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 24 页 - - - - - - - - - LJMP OVER; DRV2:SETB P1.0 SETB P1.1; CLR P1.2; SETB P1.3; LJMP OVER; DRV2:SETB P1.0; SETB P1.1; SETB P1.1; SETB P1.2; CLR P1.3; LJMP OVER; GO:CLR P1.1; 在下

31、线温度（ 25）至上限温度（ 30）之间，则驱动信号保持前面状态，同时温度正常指示灯点亮SETB P1.2; SETB P1.3; OVER:RET; ；十进制转换子程序ORG 0600H; METRICCON:MOV R3,#00H;将存于 21H单元中的当前温度转换为 BCD 码名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 24 页 - - - - - - - - - MOV R4,#00H;百位存于 32H 单元，十位存于31H 单元，个位存于30H单元MOV

32、A,21H; CLR C; W1:SUBB A,#100; JC W2; INC R4; AJMP W1; W2:ADD A,#100; CLR C; W3:SUBB A,#10; JC W4; INC R3; AJMP W3; W4:ADD A,#10; MOV 30H,A; MOV 31H,R3; MOV 32H,R4; RET; ；数码管显示子程序ORG 0700H; 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 19 页，共 24 页 - - - - - - - - - D

33、ISP:MOV R5,#03H;将存于 32H 单元、31H 单元、30H 单元中的温度 BCD 码查表转换为七段码MOV R0,#30H;通过串行通信方式0 输出驱动 3 个数码管，显示当前温度MOV DPTR,#TAB; LOOP:MOV A,R0; MOVC A,A+DPTR; MOV SBUF,A; WAIT:JNB T1,WAIT; CLR T1; INC R0; DJNZ R5,LOOP; RET; TAB:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH ； 七段码数据表附表： 1-1 热敏电阻分度表及经ADC0809 转换后的电压数字量名师资

34、料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 20 页，共 24 页 - - - - - - - - - 温度（）热敏电阻阻值（千欧）转换后的电压数字量0 161.608 194 1 153.6308 193 2 146.0833 192 3 138.9435 191 4 132.01901 190 5 125.8025 189 6 119.7608 188 7 114.046 187 8 108.6397 186 9 103.5243 185 10 98.6833 184 11 94.

35、1006 182 12 89.7613 181 13 85.6511 180 14 81.7564 178 15 78.0646 177 16 74.5637 175 17 71.2425 174 18 68.0903 173 19 65.0972 171 20 62.254 169 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 21 页，共 24 页 - - - - - - - - - 21 59.5519 168 22 56.9829 166 23 54.5392 165 24

36、 52.2138 16 25 50 161 26 47.8916 159 27 45.8829 158 28 43.9683 156 29 42.1428 154 30 40.4017 152 31 38.7405 150 32 37.1552 149 33 35.6418 147 34 34.1967 145 35 32.8164 143 36 31.4979 141 37 30.238 139 38 29.0339 137 39 27.883 135 40 26.7828 133 41 25.7308 131 42 24.725 129 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - -

37、 - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 22 页，共 24 页 - - - - - - - - - 43 23.763 127 44 22.843 125 45 21.9629 123 46 21.1211 121 47 20.3158 118 48 19.5453 116 49 18.8082 114 50 18.1028 112 51 17.4241 110 52 16.7787 108 53 16.1643 104 54 15.5788 102 55 15.0199 100 56 14.4861 99 57 13.975

38、4 97 58 13.4866 95 59 13.018 93 60 12.5686 91 参考文献：1.贾好来主编 .MCS-51 单片机原理及应用 .北京：机械工业出版社，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 23 页，共 24 页 - - - - - - - - - 2006. 2.江太辉，石秀芳主编 . MCS-51 单片机原理及应用 .广东：华南理工大学出版社， 2004. 3.曹龙汉，刘安才主编 . MCS-51 单片机原理及应用 .重庆：重庆出版社，2004. 4.劳动和社会保障部教材办公室主编.单片机应用技术（汇编语言）.北京：中国劳动社会保障出版社，2006. 5.何立民主编 . MCS-51 单片机应用系统设计 .北京：北京航天航空大学出版社， 1990. 6.朱定华主编 .单片机原理及接口技术实验.北京：北京大学出版社，2002. 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 24 页，共 24 页 - - - - - - - - -