基于单片机的多路温度采集与控制说明书

图1 系统方框图
主控器通过串行传输线路对各路数据进行采集和显示。采集方式包括循环采集（即1路、2路……7路、8路、1路……）和按键选择采集（任选一路）二种方式。显示部分能同时显示地址和相应的数据。在采集信号的同时主控器将寄存器中存储的上下限值与实际采集值进行比较，若超过限值，声光报警。
系统电路原理图：
第三章 系统方框图与工作原理
根据设计要求的性能指标，本系统不仅要满足一定精度的温度采集的基本功能，而且由于测量的路数为8路，还存在多路信号的循环显示问题，还要考虑温度超限报警输出的功能，同时系统还具有显示当前各路的测量温度值的功能和键盘选择显示路数的功能。
根据本课题的设计目标以及硬件的特点,本系统的结构原理图如下图1所示:
3.3 振荡器电路模块设计
STC89C51单片机内部没有振荡电路，需要外加振荡器提供标准时钟，引线XTAL1和XTAL2分别为反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入和来自反向振荡器的输出，该反向放大器可以配置为片内振荡器，要形成时钟，外部还需要附加电路。石英晶体振荡和陶瓷振荡均可采用。输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。51单片机的时钟产生方式有两种，分别为：内部时钟方式和外部时钟方式。利用其内部的振荡电路XTAL1和XTAL2引线上外接定时元件，内部振荡电路便产生自激振荡，用示波器可以观察到XTAL2输出的时钟信号。在STC89C51单片机一般常用内部时钟方式，也就是在XTAL1和XTAL2之间连接晶体振荡器与电容构成稳定的自激振荡器，晶体和电容决定了单片机的工作时间精度为1微秒。晶体可在1.2-12MHz之间选择。STC898C51单片机在通常应用情况下，使用振荡频率为6MHZ的石英晶体，而12MHZ频率的晶体主要是在高速串行通信情况下才使用，在这里我用的是12MHZ石英晶体。对电容无严格要求，但它的取值对振荡频率输出的稳定性、大小及振荡电路起振荡速度有一点影响。C1和C2可在20-100PF之间取值，一般情况取30PF。外部时钟方式是把外部振荡信号源直接接入XTAL1或XTAL2。由于XTAL2逻辑电平不是TTL的，所以还要接一个上拉电阻。其原理图如图6.
图4 单片机上电复位电路图
图5 单片机按键复位电路图
如图4的上电复位电路与图5的按键复位电路，它们的原理相同。而按键复电路的好处在于在单片机运行期间，可以通过按键来完成复位动作，无须从新上电。
为了方便程序调试及作品的使用，本设计采用按键复位电路，即图5.
它的原理如下：
上电或按键瞬间，RC电路充电，RST引线出现正脉冲，只要RST保持10ms以上的高电平，就能使单片机有效的复位。在应用系统中，有些外围芯片也需要复位。如果这些芯片复位端的复位电平与单片机的复位电平的要求一致，则可以将复位信号与之相连。
图7 独立键盘电路
3.5温度报警电路设计
本设计采用了蜂鸣器和警示灯来构成整个报警系统。对于采集到的两路温度进行判断，如果通道1的温度高于设定的温度，则蜂鸣器以“嘀”一声报警，同时，通道1的红色报警灯点亮；如果是通道2的温度低于设定的温度，则蜂鸣器发出“嘀嘀”两声的声音报警，同时，通道2的绿色报警指示灯点亮。蜂鸣器的驱动原理是：利用三极管的开关特性，当9012的b极出现低电平“0”时，三极管导通；当b极出现高电平“1”时，三极管截止。通过三极管的导通与截止之间的时间差产生的脉冲，使蜂鸣器发出“滴答”的响声。驱动电路如图8报警指示电路如图9。
第三位（LED3）：不显示
第四位（LED4）：显示通道选择位。
如下表：
表1 数码管各位显示区域
4
通道选择位
3
不显示
2
温度值十位
1
温度值个位
3.2单片机复位电路设计
STC89C51单片机工作之后，只要在它的RST引线上加载10ms以上的高电平，单片机就能有效地复位。51单片机通常采用上电自动复位和按键复位两种方式。最简单的复位电路如下图4和图5：
80C51内置中央处理单元、128字节内部数据存储器RAM、32个双向输入/输出(I/O)口、2个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。
此外，80C51还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。在空闲模式下冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。掉电模式下，保存RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。
3.5温度报警电路设计………………………………………..8
3.6单片机I/O口功能说明…………………………………….9
第一章
数据采集系统用于将模拟信号转换为计算机可以识别的数字信号.该系统目的是便于对某些物理量进行监视.数据采集系统的好坏取决于他的精度和速度.设计时,应在保证精度的情况下尽可能的提高速度以满足实时采样、实时处理、实时控制的要求.在科学研究中应用该系统可以获得大量动态;是研究瞬间物理过程的重要手段;亦是获取科学奥秘的重要手段之一.这次设计用到的集成芯片主要有8051单片机、ADC0808等.ADC0800主要作用是对八路模拟信号进行选择采集,并将其转化为八位数字信号,再送至主控制器(8051单片机);软件部分即为控制单片机的工作进程,程序由汇编语言完成并在PROTEUCE开发软件中进行的调试与仿真.
4）对4个独立键盘扫描检测（P3.4、P1.1、P1.2、P1.3）；
5）对两路报警LED指示灯的亮灭控制（P1.5，P1.6）。
通过该单片机即可实现人机交互界面的控制。
第四章 器件说明
4.1 单片机89C51说明
80C51是公司MCS-51系列单片机中最基本的产品，它采用INTEL公司可靠的CHMOS工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的MCS-51的HCMOS产品。它结合了HMOS的高速和高密度技术及CHMOS的低功耗特征，它继承和扩展了MCS-48单片机的体系结构和指令系统。
8051是典型的单片机，由CPU系统，外围功能单元和一体化的I/O端口3部分组成。CPU系统：包括CPU，时钟系统和总线控制逻辑3部分。CPU包含运算器和控制器，专门为面向控制对象，嵌入式特点而设计，有突出控制功能的指令系统。时钟系统：包含振荡器，外接谐振元件，可关闭振荡器或CPU时钟。总线控制逻辑：主要用于管理外部并行总线时序及系统的复位控制,外部引脚有RET、ALE、EA和PSEN。外围功能单元包括ROM程序存储器,RAM数据存储器,I/O端口和SFR特殊功能寄存器4部分。80C51基本功能单元包括定时/计数器、中断系统和串行接口3个基本功能单元。
图2 系统原理图
硬件功能实现：⑴键盘功能：K00：选择通道显示 （1~8）； K1.0：升高温度上限； K1.1：降低温度上限；K2.0、K2.1：温度下限调节。 ⑵报警功能：上下限声光报警；
3.1数码管驱动电路设计
显示电路采用了5个LED数码管,单片机I/O的应用最典型的是通过I/O口与8段LED数码管构成显示电路。8段LED数码管，则在一定形状的绝缘材料上，利用单只LED组合排列成“8”字型的数码管，分别引出它们的电极，点亮相应的点划来显示出0-9的数字。LED数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类，了解LED的这些特性，对编程是很重要的。因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。将多只LED的阴极连在一起即为共阴式，而将多只LED的阳极连在一起即为共阳式。
图8 蜂鸣器电路
图9 温度报警指示灯电路
3.6单片机I/O口功能说明
此处所用的处理器也是40DIP的STC89C51芯片。它主要完成的功能有：
1）对8段LED数码管的段码显示驱动（P0.0~P0.7）;
2）对4个数码管的位选(P2.0、P2.1、P2.2、P2.3)；
3）对0808模拟通道选择。（P3.0、P3.1、P3.2）；
图6 振荡器设计电路Fra bibliotek3.4按键调整电路设计
按键调整界面主要是由4个独立键盘和5位数码管构成，实现对温度的实时控制和显示。
5个独立键盘选用轻触按键，单片机检测按键的原理是：单片机的I/O口既可作为输出也可以作为输入使用，当检测按键时用的是它的输入功能，我们把按键的一端接地，另一端与单片机的某个I/O口相连，如图7所示，开始时先给该I/O口赋一高电平，然后让单片机不断地检测该I/O口是否变为低电平，当按键闭合时，即相当于该I/O口通过按键与地相连，变成低电平，程序一旦检测到I/O口变为低电平则说明按键被按下，然后执行相应的指令。
设计要求：
●以一定时间间隔对8个温度通道进行巡回采集，温度检测范围0 ℃ ~ 64℃；
●选择合适的方式对采集的值应进行数字滤波；
●可用键盘选择显示通道情况；
●数码管显示，同时显示通道号；
●具有超限报警功能；
●可通过键盘设置上、下限值。
第二章 系统总体方案选择与说明
为了充分利用学校的有效资源，我们仅仅对本课题做一个简单的设计，并且在网上下载PROTUEUCE软件，运行后进行初步的仿真实验
（3）．送要转换的哪一通道的地址到A，B，C端口上。
（4）．在ST端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号。
（5）．是否转换完毕，我们根据EOC信号来判断。
（6）．当EOC变为高电平时，这时给OE为高电平，转换的数据就输出给单片机了。
软件设计完成后，可根据PRTEL99SE中的电路原理图进行引脚锁定，然后启动编译程序来编译项目。编译器将进行错误检查、网表提取、逻辑综合和器件适配，然后进行行为仿真、功能仿真和时序仿真。
OE：输出允许控制端，用以打开三态数据输出锁存器。
CLK：时钟信号输入端（一般为500KHz）。
ADC0808的内部逻辑结构：
图10 ADC0808的内部逻辑结构
4.3ADC0809应用说明
（1）．ADC0809内部带有输出锁存器，可以与AT89S51单片机直接相连。
（2）．初始化时，使ST和OE信号全为低电平。