1、 开封大学智能仪器课程设计说明书学生姓名： 邱康平 学 号： 2008062041 学 院： 机电工程学院 专 业： 电子信息工程技术 题 目： 智能温度计 指导教师： 董卫军 职称： 讲师 2010 年 10 月 23 日1智能仪器课程设计指导书一.课程设计的目的：本课程是电子信息工程技术专业的专业基本能力训练课程，其目的是通过本课程设计，使学生掌握智能仪器的一般设计方法，熟悉系统硬件和软件的一般开发环境和开发流程，为设计和开发智能仪器打下坚实的基础。培养学生基于单片机应用系统的分析和设计能力和专业知识综合应用能力，同时提高学生分析问题和解决问题的能力以及实际动手能力，为日后工作奠定良好的基
2、础。二.设计题目：智能型温度测量仪的设计三.内容和要求四.组织方式1.智能型温度测量仪的设计功能要求配合温度传感器，实现温度的测量；具有开机自检、自动调零功能；使用 220V/50Hz 交流电源，设置电源开关、电源指示灯和电源保护功能。主要技术指标测量温度范围：0120测量误差：1%显示方式：4 位 LED 数码管显示被测温度值。2目录 一：智能仪器课程设计指导书 二：摘要 三：引言: 四 智能温度计的设计梗概 五：系统硬件组成 六：系统硬件组成 温度传感器 AD590 七：放大器 八：3A/D 转换器 MC14433 放大器 九： LED 显示器 十：性能弊端处理 十一：总结 十二：体会 十
3、三：参考文献 十四：程序清单3 摘要：本论文叙述了应用单片机 AT89C51 构成的智能温度计主要的功能、硬件的组成和软件的设计。该系统的功能是通过温度传感器对温度进行采集，然后通过 A/D 转换器 MC14433 进行模数转换，传给单片机进行处理，从而实现温度的实时显示。整个系统结构紧凑、简单可靠、操作灵活、功能强、性能价格比高，较好地满足了现代农业生产和科研的需要。单片机自问世以来，性能不断提高和完善，其资源又能满足很多应用场合的需要，加之单片机具有集成度高、功能强、速度快、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等特点，因此，在工业控制、智能仪器仪表、数据采集和处理、通信系统、高级计算器、家用
4、电器等领域的应用日益广泛，并且正在逐步取代现有的多片微机应用系统。单片机的潜力越来越被人们所重视。特别是当前用 CMOS工艺制成的各种单片机，由于功耗低，使用的温度范围大，抗干扰能力强、能满足一些特殊要求的应用场合，更加扩大了单片机的应用范围，也进一步促使单片机性能的发展。而现在单片机在农业上也有了很多的应用。 关键词： 温度传感器；A/D 转换器；实时显示引言:单片机自问世以来，性能不断提高和完善，其资源又能满足很多应用场合的需要，加之单片机具有集成度高、功能强、速度快、体积小、功4耗低、使用方便、价格低廉等特点，因此，在工业控制、智能仪器仪表、数据采集和处理、通信系统、高级计算器、家用电器
5、等领域的应用日益广泛。1 智能温度计的设计梗概下图是智能温度计的基本组成方框。主要由温度传感器，放大器，A/D 转换器，单片机控制，LED 显示器，电源等组成。温度传感器是把温度转换成电压（或电流）的器件。不同的温度传感器，输出电压的范围也差别很大。放大器的主要功能是把微弱的温度电压信号放大到（02）伏或（05）伏的范围内，以便进行 A/D 转换。一方面控制 A/D 转换器实现模拟信号到数字信号的转换，另一方面将采集到的数字温度电压值，经过计算处理，得到相应的温度值，送到 LED 显示器以数字形式显示测量的温度。LED 显示器用于显示测量温度的结果。智能温度计的基本组成如图 1 所示温度传感器
6、放大器 A/D转换器 单片机8951LED 显示器 电源图 1 智能温度计方框图52 系统硬件组成硬件组成如图 2 所示图 2 测量摄氏（）温度的电路原理。假定 ：温度测量范围：0150 摄氏（）温度数字显示： 000.0 或 112.8 等，十进制小数点后一位2.1 温度传感器 AD590图中用电位器 R1 调零点，用 R2 调增益，方法如下：在 0 oC 时调整W1 使输出 Vo273.2mV。然后在 100 时调 W2 使 Vo373.2mV。然后反复多次，直至 0 时 Vo273.2mV，100 时 Vo373.2mV 为止。最后在室温下进行校验。例如，若室温为 25，那么 Vo 应为
7、 298.2mV。0 和6100 环境的产生方法：冰水混合物是 0 的环境，沸水为 100 环境。2.2 放大器放大器由运算放大器 A 组成，常用的芯片有：LF335，LF336，CA3140等，主要功能是把模拟的温度电压信号放大到 A/D 转换器要求的输入电压范围。A/D 转换器 MC14433 要求，模拟输入电压的范围为：02V。W3的作用是抵消温度传感器 AD590 在摄氏 0时产生的温度电压Vo273.2mV，使放大器 A 的输出电压为 0.0V。放大器 A 的放大倍数选择为 10，保证温度在 0150范围内变化，而放大器的输出电压在 01。50V 的范围内。电位器 W2 用于调整放大
8、器的放大倍数。2.3 A/D 转换器 MC14433图 3 是主要框图和引脚的分布图 3 MC14433 的方框图和引脚7引脚引线功能如下：G 被测电压 VX 和参考电压 VR 的模拟接地端VR 外接参考电压端（+2V 或+200Mv）VX 被测电压输入端R1，R1/C1，C1 外接积分电阻 R1 和积分电容 C1 元件端。外接元件典型值：当量程为 2V 时，C = 0.1F,R = 470k；当量程为 200mV 时，C1 = 0.1F, R1 = 27kC01,C02 外接失调电容 C0 端。C0 典型值为 0.1FDU 数据显示控制端。当 DU 和 EOC（引脚 14）连接时，每次 A/
9、D 转换都输出CLKI，CLKO 时钟振荡器外接电阻 RC 端， RC 的典型值为 470k，时钟频率随 RC 增加而下降VEE 模拟负输入端。典型值为-5VVSS 数字地，除 CLKO 端外所有输出端的低电平基准。当 VSS 与 VAG相连（即数字地和模拟地相连）时，输出电压幅度为VAGVDD（0V+5V） ；当 VSS 与 VEE（-5V）相连，输出电压幅度为VEEVDD（-5V+10V） 。实际应用时一般是 VSS 与 VAG 相连EOC 转换结束控制端（输出） 。每当一个 A/D 转换周期结束，EOC 端输出一个宽度为时钟周期 1/2 宽度的正脉冲过量程标志输出端。平时为高电平。当VX
10、VR 时（被测OR电压输入绝对值大于参考电压） ， 端输出低电平ORDS1DS4 多路选通脉冲输出端，对应 DS1 千位，对应 DS4 个位。每个选通脉冲宽度为 18 个时钟脉冲，两个相邻脉冲之间间隔为 2 个时钟周期Q0Q3 BCD 码数据输出线。其中为 Q0 最低位，Q3 为最高位。当DS2 、DS3 和 DS4 选通期间， Q0Q3 除了表示千位的 0 或 1 外，还表示了转换值的正负极性和欠量程还是过量程VDD 正电源端。典型值为+5V2.4 LED 显示器共阴极 LED 显示器的阳极和单片机 CPU 的 P1 口连接，显示段码由8CPU 通过 P1 口传送到 LED 显示器的阳极。位
11、扫描码由单片机 8051 的 P2口低四位输出，经同相驱动器传送到 LED 显示器的阴极，选通 LED 显示器的数位，P2.3，P2.2,P2.1,P2.0 输出电平为0111时，选通左边的第一位数字，P2.3，P2.2,P2.1,P2.0 输出电平为1011时，选通左边的第二位数字，P2.3，P2.2,P2.1,P2.0 输出电平为1101时，选通左边的第三位数字，P2.3，P2.2,P2.1,P2.0 输出电平为1110时，选通左边的第四位数字。2.5 系统核心单片机部分单片机 AT89C51 有内部 RAM，可以作为各种数据区使用，内部闪电存储器存放智能温度计的控制程序。它的主要功能是控
12、制 MC14433，实现温度的数字值采集，完成温度的数字采集值到对应数字温度的转换计算，并把计算的数字温度转换相应的显示段码，控制 LED 显示器以动态扫描方式进行温度显示。3 性能弊端处理为增强系统在工作现场的抗干扰能力，在硬件设计方面采取了一系列措施，例如，信号的输入输出采用电平转换、光电隔离；正确配置接地系统，处理好共地信号；强电信号和弱电信号分开走线，传输线尽可能使用双绞线和屏蔽电缆；设置时钟监视电路，自动监视运行状态，出现故障自动处理，同时具有硬件自诊断功能，避免“死机”现象发生等等。94 系统核心单片机部分下图是智能温度计的流程图。因为智能温度计的控制和计算相对简单，由该流程方框图
13、可见，该主程序是循环线性结构。在初始化时，清除内部RAM，设定标志位和标志单元，设置堆栈指针，检测 LED 显示器工作是否正常等。它主要包括了下述一些子程序：（1）从 A/D 转换器 MC14433 读取温度数字电压子程序：查询 A/D转换状态，一旦本次 A/D 转换结束， CPU 将温度电压的 BCD 码数字值送到 RAM 中的输入缓冲区存放。（2）温度电压数字值到温度数字转换子程序；将缓冲区中的温度电压数字 BCD 码转换为实际的温度十进制数字。（3）温度数字到 LED 显示段码转换子程序：把温度十进制数字转换成相应的 LED 显示段码，存放在显示段码缓冲区供 LED 显示器显示传送子程序
14、（4） LED 显示段码到 LED 显示器显示传送和动态扫描子程序（5） BCD 码加，减，乘，除子程序；（6） BCD 码在缓冲器间传送子程序；（7） 其它专用子程序；调用 A/D 输入数字值到数字温度转换子程序，将数字温度电压值转换为其相应的温度数字，存放到数字温度的缓冲区调用送 LED 显示器显示子程序，将数字温度缓冲区的内容变换为相应的 LED 显示段码，然后调用动态扫描子程序，将段码送 LED 显示器显示开始 初始化，设堆栈指针，清除 RAM 缓冲区，初始化 LED 显示器，显示 8888 一秒，调用 MC14433 的 A/D转换程序，对温度进行采样，送 LED 显示器，显示当前温
15、度调用 MC14433 的 A/D 转换子程序，将温度的电压数字值存放到内部 A/D 输入数据缓冲区图 4 程序流程图程序流程如图 4 所示105 总结本课程设计叙述了智能温度计的设计，包括硬件组成和软件的设计，该系统在硬件设计上主要是通过温度传感器对温度进行采集，把温度转换成变化的电压，然后由放大器将信号放大，通过 A/D 转换器，MC14433 将模拟温度电压信号转化为对应的数字温度信号电压。其硬件设计中最核心的器件是单片机 89C51，它一方面控制 A/D 转换器实现模拟信号到数字信号的转换，另一方面，将采集到的数字温度电压值经计算机处理得到相应的温度值，送到 LED 显示器，以数字形式
16、显示测量的温度。整个系统的软件编程就是通过汇编语言对单片机 MT89C51 实现其控制功能。整个系统结构紧凑，简单可靠，操作灵活，功能强大，性能价格比高，较好的满足了现代农业生产和科研的需要。6 体会通过本次的设计，参考了大量的资料，让我认识到了单片机功能的强大，让我学到了很多，受益匪浅。在黄老师的帮助下完成了本次课程设计，我深感欣慰，最重要的就是我深深的感受到师生互动的魅力。11参考文献.李朝青PC 机及单片机数据通信技术M 北京航空航天大学出 版社2000.何立民单片机应用技术选编M 北京航空航天大学出版社1993.周明德微型计算机硬件软件及其应用M 清华大学出版社1980.金伟正单线数字
17、温度传感器的原理与应用J.电子技术应用2000(6):6668.李广弟单片机基础M.北京航空大学出版社.1994 年 6 月.何立民单片机应用系统设计系统配置与接口技术北京航空航天大学出版社1995.马明建. 数据采集与处理技术西安交通大学出版社. 199712ORG 0000HLJMP MAINORG 0013HLJMP SUBORG 0100HMAIN: MOV SP,#40HMOV A，#78HMOV R7，#09HMOVX A,DPTR MOV R0,ACLR C SUBB A,#34HJNC LOOP1 CLR C MOV A,R0 SUBB A,#3AHJC LOOPMOV A,R
18、0ACALL TEMPLOOP:MOV DPTR,#EF00HMOV R1,#0F8HMOV A，#33HMOVX R1，AMOV A,R0MOVC A,A+DPTRDEC R1MOVX R1,AMOV A,R2INC R1MOVX R1,AINC R0MOV A,R2CLR CRRC AMOV R2,AMOV A,#00HMOV DPTR,#00F8HMOVX DPTR,AAJMP GO LOOP1: MOV P1,#8FHAJMP GOLOOP2: MOV P1,#0BFH GO : POP DPHPOP DPLPOP ACCPOP PSWRETIENDTEMP: MOV DPTR,TAB
19、LE MOV A,R0MOV B,#04HCLR CMUL ABJNC NOOINC DPHNOO: MOVC A,A+DPTRMOV 80H,AINC DPTRMOVC A,DPTR程序清单13MOV 81H,AAJMP LOOPORG 0300HTAB: DB 3FH 06H 5BH 4FH 66H 6DH 7DH 07H 7FH 6FH 77H 83HMAIN:MOV 20H,#0MOV 21H,#0MOV R0,#3CHMOV R1,#12LCALL CLEARSETB PT0ML2: NOPNOPNOPMOV A,P1CJNE A,#0FBH,ML3AJMP MAIN ML3: MO
20、V A,PIN1INC ASUBB A,PIN3CJNE A,#0,ML4AJMP TEST0 ML4: JC TEST0JNB E1,TEST0 AJMP COMPPTEST0:MOV PIN3,#0MOV A,P1CJNE A,#0FDH,TEST AJMP EXIT TEST:MOV A,P1CJNE A,#0FFH,TEST1 EXIT:MOV R0,#79H MOV R1,#50H HEX: ACALL HEXASCMOV R2,#6MOV R0,#5AHACALL INI CLR FLAG3SJMP HERECOMPP:AJMP COMPSECOO:JNB P1.5,SSECOAJ
21、MP SECOSSECO:AJMP SECMINII:JNB P1.5,MMINIAJMP MINIMMINI:AJMP MINHOURR:JNB P1.5,HHOURAJMP HOURHHOUR:AJMP HOUTEST1:JNB P1.0,SETTTEST2:SETB EAJNB P1.4,EXITJNB P1.5,DEALAJMP TESTSETT:CLR EAMOV C,P1.4MOV F0,CJNB P1.1,SECOOJNB P1.2,MINIIJNB P1.3,HOURRAJMP TEST2 DEAL:SETB E1JNB P1.4,OVERMOV R0,#49H14MOV R1
22、,#6ACALL CLEARMOV B,#3MOV A,PIN1MUL ABADD A,R4MOV PIN,AMOV A,PIN1CJNE A,#4,AAAMOV PIN1,#0MOV PIN2,#3EHMOV PIN,#3CH AAA: JNB P1.4,OVERJNB P1.1,SECOOJNB P1.2,MINIIJNB P1.3,HOURRAJMP AAAOVER:SETB E2INC PIN1MOV R2,#6MOV R0,#3AHMOV R1,PIN1ACALL INI MOV R0,#49HMOV R2,#3MOV R1,PINZIP: MOV A,R0MOV R1,AINC R
23、0MOV A,R0SWAP AORL A,R1MOV R1,AINC PIN INC R0INC R1DJNZ R2,ZIP AJMP EXITCOMP:MOV A,PIN2CJNE A,#4AH,JAJMP OVRJ: MOV R0,PIN2MOV R1,#7EHMOV R2,#3JJJ:MOV A,R0ANL A,#0F0HSWAP AXRL A,R1JNZ ENDDDEC R1MOV A,R0ANL A,#0FHXRL A,R1JNZ ENDDDEC R1DEC R0DJNZ R2,JJJSETB FLAG2INC PIN3AJMP TESTENDD:MOV A,PIN2ADD A,#3
24、MOV PIN2,AAJMP COMPOVR: MOV PIN2,#3EHAJMP TEST15HOUR:ACALL DELYMOV R0,#7EHJNB F0,SUB1ACALL DAAD1MOV A,R2XRL A,#24HJNZ ML0ACALL CLR0AJMP ML0 MINI:ACALL DELYMOV R0,#7CHJNB F0,SUB1ACALL DAAD1MOV A,R2XRL A,#60HJNZ ML0ACALL CLR0AJMP ML0 SECO:ACALL DELYMOV R0,#7AHJNB F0,SUB1ACALL DAAD1MOV A,R2XRL A,#60HJN
25、Z ML0ACALL CLR0 ML0: MOV R0,#79H MOV R1,#50H ACALL HEXASCMOV R2,#6MOV R0,#5AHACALL INI AJMP SETTSUB1:SETB F0ACALL SUBAJMP ML0 CLEAR:MOV R0,#0INC R0DJNZ R1,CLEARRETHOU: ACALL DELYSETB E0MOV R0,#4EH ACALL DAAD1MOV A,R2XRL A,#24HJNZ ML00ACALL CLR0AJMP ML00 MIN: ACALL DELYSETB E0MOV R0,#4CHACALL DAAD1MO
26、V A,R2XRL A,#60HJNZ ML00ACALL CLR0AJMP ML00 SEC: ACALL DELYSETB E0MOV R0,#4AHACALL DAAD1MOV A,R2XRL A,#60HJNZ ML00ACALL CLR0 16ML00:MOV R0,#49HMOV R1,#30HACALL HEXASCMOV R2,#6MOV R0,#3AHMOV R1,PIN1INC R1ACALL INI AJMP AAADELY:MOV R1,#0FFHA1: MOV R2,#0FFHLOOP:NOP NOPNOPDJNZ R2,LOOPDJNZ R1,A1 RET PITO
27、:PUSH PSWPUSH 0E0HPUSH DPHPUSH DPLSETB PSW.3MOV A,P1MOV TL0,#01HMOV TH0,#1FHCJNE A,#0FDH,SSSMOV TL0,#0EDHMOV TH0,#0FBH SSS: JNB P1.5,GETNUMDDD: MOV A,2FHDEC AMOV 2FH,AJNZ RET0MOV 2FH,#10HMOV R0,#7AHACALL DAAD1MOV A,R2XRL A,#60HJNZ RET0ACALL CLR0MOV R0,#7CHACALL DAAD1MOV A,R2XRL A,#60HJNZ RET0ACALL C
28、LR0MOV R0,#7EHACALL DAAD1MOV A,R2XRL A,#24HJNZ RET0ACALL CLR0RET0:SETB TR0POP DPLPOP DPHPOP 0E0HPOP PSWRETIGETNUM:JB FLAG1,EEMOV R1,#49H MOV R2,#6CO: MOV R1,#0INC R1DJNZ R2,CO SETB FLAG117EE: AJMP DDDDAAD1:MOV A,R0DEC R0SWAP AORL A,R0ADD A,#1DA AMOV R2,AANL A,#0FHMOV R0,AMOV A,R2INC R0ANL A,#0F0HSWA
29、P AMOV R0,ASETB FLAG3RETSUB: DEC R0DEC R0CJNE R0,#0FFH,RET2INC R0CJNE R0,#0,AADEC R0MOV R0,#0RETAA: DEC R0MOV R0,#9INC R0DEC R0CJNE R0,#0FFH,RET2MOV R0,#0SETB FLAG3RET2: RETSUB0: DEC R0DEC R0CJNE R0,#0FFH,RET2INC R0CJNE R0,#0,BBDEC R0MOV R0,#0RETBB: DEC R0MOV R0,#9INC R0DEC R0CJNE R0,#0FFH,RET3MOV R
30、0,#0SETB FLAG3RET3: RETCLR0: CLR AMOV R0,ADEC R0MOV R0,ASETB FLAG3RETFUL0: MOV A,#6MOV R0,ADEC R0CLR AMOV R0,ASETB FLAG3RET 18INI: ORL TMOD,#20HMOV TH1,#0fdHMOV TL1,#0fdHMOV SCON,#50HMOV PCON,#80HSETB TR1MOV A,#0CHMOV SBUF,AJNB TI,$CLR TI MOV R3,#2REC2: MOV R2,#2REC: MOV A,R0SND: MOV SBUF,AJNB TI,$C
31、LR TIDEC R0DEC R0DJNZ R2,REC MOV A,#3AHMOV SBUF,AJNB TI,$CLR TIDJNZ R3,REC2MOV R2,#2REC1: MOV A,R0MOV SBUF,AJNB TI,$CLR TIDEC R0DEC R0DJNZ R2,REC1JB E0,REEAJMP JJRETREE: MOV SBUF,#24HJNB TI,$CLR TIDJNZ R1,REE EEE: JNB E2,JJCLR E2CLR E0E: MOV SBUF,#0DHJNB TI,$CLR TIJJ: JNB FLAG2,ENDSMOV R3,#5RE: MOV SBUF,#30HJNB TI,$CLR TI DJNZ R3,RE CLR FLAG2 ENDS: RET
