单片机温度测控系统

单片机课程设计报告

题目：单片机温度测控系统

设计要求

系统要求实现温度的测量控制

转换精度：8 位

转换范围：0C——+128C

转换误差：w 1摄氏度

设计目的

通过采用单片机实现系统功能的设计实习，要达到理论上巩固既学知识，实践上丰富设计经验，并通过设计过程中暴露出来的一些问题，达到优化知识结构、丰富动手思维能力。同时，通过对设计中遇到的各种未知知识及设计技巧的学习和解决，更好的培养学生的自学能力。通过以分组的形式，来培养学生的团结互助，相互学习补充。这样，不仅在学习上达到的学生间、知识间的融合，更增进了学生的融洽，为即将步入社会的大四学生打下良好的基础。

设计思想

框图：

说明：该测量系统由单片机实现烧水锅炉各功能的控制。

锅炉具有自动加水，沸水控制，加热控制等功能。初始化单片机时系 统进入锅炉加水功能，当水位达到上限水位时，锅炉产生一个中断脉冲中 断单片机，跳出加水，进入单片机控制锅炉加热功能，当锅炉中水的温度 达到80度时，降低加热电压，并允许使用锅炉中的水。当锅炉中的水用至 低于下限水位时，锅炉同样会产生一个中断脉冲中断单片机，回复前面过 程，再次进行加水控制，如此达到单片机控制热水锅炉的温度测控功能。 其中，系统还设置有温度的三级加热控制。当温度高于 80度时，控制由全 电压加热转到半电压加热；当温度高于 100度时，又会控制停止加热，即 割断加热线路；当温度由高温再次降到90度以下时，系统又会重新启动半 电压加热，如此反复控制。

各电路的设计 锅炉示意电路:

74LS373

上

进水

ADC

MCU

■

出水

锅 =>

---------------------------

------------------------------------------- kJ 0809

1

-------------------------------- r

三级加热

炉

89C51

--------------------------- 戸

高水位

4 -------

■ 低水位

■ |

>1

如上图，通过七个控制线端与中央系统相连，达到控制和信息索取。 而温敏传感器则另加。其中的进出水口是系统控制的电动阀门，通过系统 的高低电平表示阀门的开合，以达到自动装水、自动饮水的目的，起到了 对锅炉和人的双方保护的作用，防止了因水的匮乏及溢出对锅炉的伤害， 也不会因人喝了未煮沸的水而产生的不良后果。高低警戒水位则起到对水

位的监控作用，防止水位过低烧毁锅炉，也防止水位过高溢出产生其他后 果，由于单片机的中断触发方式设置的是下降沿触发，这也是出于锅炉水

3

4

位变化的缓慢性，为防止误触发而设置的，而我们又假定水淹没水位传感 器时表高电平，水未淹没水位传感器时取低电平，这样当高水位有效时传 感器产生的是上升沿，为了产生下降沿，在它的输出端接入了一个反相器 三级加热则是会产生三个级别的加热，分别是全压加热、半压加热和不加 热，如图，D1和D2是控制加热电源的双向晶闸管，它们的功能如下：

D1/P1.3

D2/P1.2

功能

X

0 不加热 1

半压加热

Title

Size B Date: File:

5

11全压加热

D1,D2的触发端则分别与单片机的P1.3,P1.2口相连，达到控制的目的

测温电路：

上面只讲了锅炉的控制模型，现在讲测温电路。我采用分度号CulOO 的温敏电阻，如图电阻Rx。环境温度为0C时，Rx=100Q ;测温上限128C 时，Rx=155Q。通过与R1对电源电压(5V)分压，在测量范围内输出2.5~1.96V的电压信号Vi。集成运放A1及其外围电阻实现对Vi进行放大，以输出符合ADC输入的0~2.5V的电压。理论计算如下：3

Vo= (R3/R4) *VCC —( R3/R2) *Vi

R3=1500Q，R2=330Q，R4=660Q，VCC=5V，这样，Vo= (R3/R2) (2.5 —Vi)，当Vi在2.5~1.96V内变化时，Vo将在0~2.5V内变化，同时0度对应

0V，128度对应2.5V，符合了数据处理的要求。

89C51 如图所示，G 通过将一个发光二极管与单片机的

P1.5脚相连，当P1.5

输出高电平时，发光二极管发光，表示锅炉内水可饮用；而

P1.5脚输出低

2

3

4

5

电平时发光二极管不发光，则锅炉内水不可饮用。电阻则是限流用。

模/数转换电路:

U2 水可饮用指示电路:

VCC ------------- P 1.0 P0.7 P1.1 P0.6 P1.2 P0.5 P1.3

P0.4

P1.4 P0.3 P1.5 P0.2 P1.6

P0.1

P1.7 P0.0 RST/VpD

EA/Vpp

P3.0/RXD ALE/PROG

P3.1/TXD PSEN P3.2/IRT0- P2.7

P3.3/INT1 P2.6

P3.4/T0 P2.5

P3.5/T1 P2.4 P3.6/WR P2.3 P3.7/RD " P2.2 P2.1 XTAL2 XTAL1 P2.0 Vss

W ”

R? drinkable

RES2

GND

21 20 / 18 u / 15 广14

a b c d e f g dp

J5A 741S74

\DC_clk

GND

U2

\ 36 d \ 35 e ' \ 34 f

33 g '

30 29 28 27 26

25 24 23 22 21

VCC

P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0

EA/Vpp ALE/PROG PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0

89C51

P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST/VpD P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0 P3.3/INT1 P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD XTAL2 XTAL1

Vss

9 RST 10 11 12 13 14 15 16 17 18 oci1 19 oci2 20 r

GND

7 25 24

23 GND

m§?2-1 IN-0

2-2

2-3 IN-1

2-4

2-5 IN-2

2-6

lsb2-8

IN-4

EOC

IN-5

ADD-A

ADD-B IN-6

ADD-C

IN-7

ALE START

ref(-)

OE

、CLOCK

ref(+)

ADC080 9

26 ANOLOG 9 10 QC_clk

22 6 28

‘

1

|

2

, 3

, 4

j

5

彳

16 -

27

12

GND VCC

如图所示，该电路由三部分组成，单片机89C51、ADC0809和D触

发器。ADC0809有八个模拟信号输入端，由于该系统只需一路模拟信号的

转换，所以将除IN-0以外的输入端都接地，而ADC0809的模拟输入端选

择地址信号全接地，这样，系统就默认了IN-0输入。ADC0809的启动端接

入89C51的P1.7 口，转换结束中断信号则接入89C51的P1.6 口，数字信

号输出口使能输入信号接入89C51的P1.4 口，这几个口的信号共同达到控

制ADC0809的目的。ADC0809的转换时钟信号由89C51的ALE端信号经

D触发器分频后接入。

2 3 4温度显示电路:

74LS373

图中电路实现温度的三位显示，因为系统测量温度的上限是128度。首先，电路通过74LS373锁存P0来的分时复用字型码信息，通过各限流电阻传到各LED进行显示。而LED的显示也是通过89C51的控制分时显示的。由于选用的是共阴级LED，所以，当89C51的控制信号为低电平时，表示选择该LED，此时送出的字型码也是该LED的显示数据，LED点亮。

上电复位电路:

VCC

单片机在启动上电时都应该复位内部，以达到正常工作的目的。电路中，RST接到89C51的RST端，电容在上电的瞬间短路，RST端接入高电平，单片机复位；达到稳态后，电容相当于断路，RST接为低电平，失去复位功能。

时钟电路:

C2 0.1u

任何时序电路都需要参考时钟，由于 89C51有内置的时钟电路，所以 只须外接晶振便可。该电路采用12MHz 晶振，补偿电容C1、C2选用典型 值。

电源电路

电路采用220伏市电供电，经电桥整流后再经7805三端稳压成5伏电 路的供电电压。C3、C4起到的是平缓纹波的作用，以期给电路提供更稳定 的电压，减少因电源波动带来的系统误动作。

D

N

G

i

5

D

N G 22~

ocil

「

GND

C1 Y0 0.1u 12MHz

整体电路如下图:

软件设计

CA

:A

1

D

程序主流程如下:

系统上电复位开始执行程序。通过对各个端口初始化，然后进入进水程序，等高警戒水位发出中断后，说明水已经加满，这时跳出加水程序；再对水进行加热到80度，此时水遍可饮用，转换加热等级，等待INTO中断，若中断则水已用至低警戒水位，再转入加水程序，如此循环。

判温程序流程如下：

将温度值先与80度值比较，若大于，则转为半压加热，并打开出水阀，接着执行下面的操作，若小于，则跳出返回；再与90度值比较，若大于，则继续进行下面的比较，若小于，则跳出返回；最后与100度值比较，若

大于则关闭加热系统并返回，若小于，同样返回。通过这个判温电路，以 形成闭环测控温功能。

程序代码：

ORG 0000H AJMP main;

ORG 0003H AJMP water 」n; ORG 0013H AJMP INT_1; ORG 0030H

mai n: AJMP water 」n;

AJMP heat_water;

in itial: SETB

P1.4 ; 停止ADC

MOV DPH,#0C0H ;LED

输出’短横’初始

MOV DPL,#0FFH;

MOV A,#08H;

MOVX @DPTR,A;

AJMP delay;

CLR P1.0 ;

关闭进水口

CLR P1.1 ; 关闭出水口

SETB IT0 ; 边沿触发方式中断 SETB IT1 ; 边沿触发方式中断 SETB EA ; 开中断

SETB EX0; SETB EX1;

RET;

water_in:AJMP initial;

JNB IE0,N_int SETB ACC.0; CLR EX0; CLR IE0; N_int: CLR P1.1;

SETB P1.0 wait: JNB CY,wait NOP

JB ACC.0,int_0; RET; int_0: SETB EX0;

RETI;

INT_1: CLR EX1; CLR IE0;

CLR P1.0; SETB CY;

SETB EX1; RETI;

heat_water: CLR P1.2;

SETB P1.3;

RETURN: CLR P1.7; 启动 ADC

SETB P1.7; AJMP delay; CLR P1.7;

wait_ADC: JNB P1.6,wait_ADC ; 等待转换结果

MOV DPH,#0FFH ; 读 ADC MOV DPH,#0FFH; MOVX A,@DPTR;

判断是否是中断启动该子程序

打开进水口 等待进水满

MOV R3,A;

ANL A,#7FH ; 数据处理MOV B,#64H; DIV AB;

MOV R0,A;

MOV A,B;

MOV B,#10;

DIV AB;

MOV R1,A;

MOV R2,A;

MOV DPTR,#tab

MOV A,R0;

MOVC A,@A+DPTR;

MOV DPTR,#7FH;

MOVX @DPTR,A;

AJMP delay;

MOV DPTR,#tab

MOV A,R1;

MOVC A,@A+DPTR;

MOV DPTR,#0BFH;

MOVX @DPTR,A; AJMP delay; MOV DPTR,#tab ; 个位显示MOV A,R2;

MOVC A,@A+DPTR;

MOV DPTR,#0DFH;

MOVX @DPTR,A;

AJMP delay;

百位显示十位显示

MOV A,R3

MOV R0,#50H;

CLR CY;

SUBB A,R0;

JB CY,RETURN;

SETB P1.5;

SETB P1.2;

SETB P1.1;

判断是否大于80度

tab: DB 3FH,03H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH

; 字型码数据

delay: MOV R7,#0FFH

LOOP: DJNZ R7,LOOP; RET; END;

设计总结

通过这次的课程设计，极大地丰富了我的单片机方面的理论知识，同 时复习了模电、数电方面的知识，并较以前有了更深、更新的理解，对即 将面临的工作增添了信心。

通过系统地构思、设计，加强了我的各方面的能力，包括逻辑思维能 力，整体协调能力，以及自我学习的能力。 但同时，在设计的过程中也碰到不少棘手的问题，通过对它们的解决，不 仅锻炼了我解决问题的能力，丰富了我看待问题方式的经验，更重要的是 它坚定了我的意志，增加了我面对各种未知问题的勇气。

MOV A,R3

MOV R0,#5AH; CLR CY; SUBB A,R0;

JB CY,RETURN;

判断是否大于 90度

MOV A,R3 MOV R0,#64H; CLR CY; SUBB A,R3;

JB CY, RETURN; CLR P1.3;

SJMP RETURN;

判断是否大于 100度

延迟子程序