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1、河北建筑工程学院单片机课程设计报告题目名称：基于单片机的多路数字温度测量系统设计院：专 业：班 级：学 号：学生姓名：指导教师：职 称：年 月日目录一、系统总体方案设计 3二、系统硬件设计 42.1 控制器-单片机设计 42.2 传感器检测电路设计 52.3 显示电路设计 62.4 键盘电路设计 72.5 晶振电路设计 72.6 复位电路的设计 82.7 报警电路设计 92.8 5V稳压电路 92.9 总电路 9三、系统软件设计 103.1 系统主程序流程图 103.2 测温子程序的设计 103.3 报警子程序设计113.4 显示子程序设计 12四、结论 13五、参考文献 15六、附录 162
2、8摘要随着时代的进步， 计算机技术发展的越来越快， 计算机在人们的生活中起着越来越重要的作用， 在工业领域的应用更加突出。 在生产过程中， 应用数据采集系统可对 生产现场的工艺参数进行采集、监视和记录，以方便人们对数据结果做出分析判断。基于汇编语言的多路温度采集与处理系统，可以实现对多路不同温度进行实时检测，通过LED显示当前温度值，可以更直观的观察数据、更便捷的对系统进行控制。本课题以内置A/D转换器的单片机STC12C5A32AD核心，对多路的温度进行实时巡检。采用多个模拟温度传感器 LM35M量多路温度，通过LM358构成的同相放大 器对模拟温度信号进行放大，然后送至单片机处理。处理后由
3、四位LED数码管对八路 温度予以动态显示。 通过独立式键盘可对测量进行操控。 同时该系统还具有报警功能，实现当测量温度超出 -55 125时发出报警，测量精度为 0.5 。本文结合实际使用经验，介绍了 LM3琳度传感器在单片机下的硬件连接及软件 编程，并给出了流程图。关键词：STC12C5A32ADI片机；LM35温度传感器；LED数码管显示；键盘；报警、总体方案设计方案的阐述与特点本设计方案以内置A/D转换器单片机STC12C5A32ADLM35为温度传感器为控制 核心组成多点温度测量系统，该系统包括传感器及其放大电路、复位电路、晶振电路、 报警电路、键盘电路、5V稳压电路和显示电路。1、本
4、方案系统框图为：图1.1 总体系统框图2、基本工作原理：如图1所示本设计以LM3敬拟温度传感器对八路温度进行实时测量，具输出电 压经由LM35幽成的同相放大器放大后送至单片机的 A/D输入口。单片机对输入信号 进行模数转换执行软件程序后，由LE四码管显示温度值，每秒切换一个通道进行轮 流显示。通过键盘可以随时查看指定通道的温度值， 当任何一路温度的3次平均值超 过设定的下限值或上限值时，发出警告。3、它有如下特点：(1)可以监测8路环境温度信号，可以扩充；对 8路模拟信号输入进行循环采 集，每路连线采集三次，取平均值。(2)测量范围为-55C+125C,精度为土 0.5 C(3) LCD液晶显
5、示或用4位LED数码管进行循环显示，其中最高位通道提示符 AH低三位显示实际温度值，每秒切换一个通道进行轮流显示； 4)键盘控制，可随时查看指定通道的温度值； 5)可分别设定每一路的上限制和下限值，若采集平均值超过设定范围，则对 应通道指示灯闪烁10后一直亮，指示灯闪烁是喇叭发声，以示警告。二、系统硬件设计本设计方案的整个系统是由LM3熨感器及其信号放大电路、STC12C5A32部片 机、4位LE嗷码管动态显示电路、键盘电路、稳压电路、晶振电路、复位电路等构成。 2.1控制器-单片机设计本设计采用的单片机为STC12C5A32ADSTC12C5A32AD片机是单时钟/机器周期（1T）的兼容80
6、51内核单片机，是高速/ 低功耗的新一代单片机，全新的流水线/精简指令集结构。STC12C5A32AD片机主要 性能： 高速：1个时钟/机器周期，RISC8051内核，速度比普通8051快12倍 工作电压：5.5V-3.3V 低功耗设计：空闲模式，掉电模式（可由外部中断唤醒） 工作频率：035MHz 时钟：外部晶体或内部RC振荡器可选 芯片内E2PROMft能 ISP/IAP ,在系统可编程/在应用可编程，无需仿真器 8位8通道ADC转换速度可达300K/S 2个硬件16位定时器，兼容普通8051的定时器。再加上2路PCA还可再实现2 个16位定时器 硬件看门狗（WDT 全双工异步用行口（UA
7、RT）,由于STC1冻歹1单片机是高速的8051,可再用定时器 或PCAC件实现多用口如图2.1为STC12C5A32AD脚图，各引脚功能说明如下：STC1 2C5A3 2AD1P1. 0/ADC0/CLKOUT2VccP1. 1/ADC1P0.0P1. 2/ADC2/ECI/RxD2P0.1P1. 3/ADC3/CCP0/TxD2P0.2P1. 4/ADC4/CCP1/SSP0.3P1. 5/ADC5/MOSIP0.4P1. 6/ADC6/MISOP0.5P1. 7/ADC7/SCLKP0.6RST/P4.7P0. 7P3. 0/RXDEX_LVD/P4.6/RST 2P3. 1/TXD_A
8、LE/P4. 5P3. 2/INT02NA/P4.4P3. 3/INT-P2.7P3. 4/T 0/CLKOUT0P2.6P3. 5/T 1/CLKOUT1P2.5P3. 6/WRP2.4P3. 7/RDP2.3XT AL2P2.2XT AL1P2.1GNDP2. 04023933843753663573483393210r 31113012r 291328142715r 261625172418r 23191 222021图 2.1 STC12C5A32ADH脚图 Vcc:电源 GND:地 P0 口： P0口是一个8位的双向I/O 口。）CtP0口写“1”时，引脚用作高阻抗 输入。当访问外部
9、程序和数据存储器时，P0口也被彳为低8位地址/数据复用。 P1 口： P1 口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O 口，同时也是模拟量 输入口，可以对8路模拟量进行模数转换。 P2 口： P2 口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O 口。在访问外部程序 存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行 MOVX DPTR, P2 口送出高 八位地址。 P3 口： P3 口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O 口。P3口亦作为特殊 功能口使用，如表2-1所示表2-1 STC12C5A32ADH脚号特殊功能P3.0RXD（串行输入）P3.1TXD （串行输出）P3.2INTO （外部中断0）
10、P3.3INT1 （外部中断1）P3.4T0（定时器0外部输入和定时器0时 钟频率输出）P3.5T1（定时器1外部输入和定时器1时 钟频率输出）P3.6WR （外部数据存储器写选通）P3.7RD （外部数据存储器读选通） RST:复位输入，晶振工作时，RSTP持续2个机器周期高电平将使单片机复位。 ALE:地址锁存控制信号（AL6是访问外部程序存储器时，锁存低 8位地址 的输出脉冲。 XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。12.2 传感器检测电路设计:LM35是由National Semiconductor所生产的温度传感器，其输出电压
11、与摄氏温 度成正比，具有10mv/C的灵敏度，工作温度范围为4V30V输出阻抗为0.1 Q。LM35 温度传感器，由于它采用内部补偿，所以输出可以从0c开始，器件有三个引脚，分别 是电源负GND电源正Vcc,信号输出端。电路需要两路运算放大电路，所以选择双路运算放大器，一路作跟随器另一路作 同向放大器，LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器， 适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。2、4、8图2.2.传感器检测电路2.3 显示电路设计：如图2.3所示，本显示
12、方案采用单片机I/O 口外扩74HC573区动器驱动4位LE嗷码 管实现动态显示，所谓动态显示就是在任何时刻只有一位LE嗷码管处于显示状态，即单片机采用扫描的方式控制各个数码管的轮流显示。动态显示具有编程简单，占用I/O 口线少的优点。7P0 口+5V74LS138P2.21P2.12P2.03614. 5 8i;仲伶伶)行)什dpaDPY -ba1 23 45678680 Q *819QV Q1Q2Q4Q5Q6+5Vc f1 d g1e el|cf巴汨 g图2.3显示电路Q32.4 键盘电路设计:其原理图如下:本设计中由于所用键盘不多，所以采用独立连接式的编程扫描方式键盘就能够满 足设计要求
13、。键盘接口与键盘程序的根本任务就是要检测有没有键按下？按下的是那个位置的键？键值是多少？在本次设计中采用了软件扫描的方法。通过对键盘接口 P3的查询判断是否有键按下。3P3. 0P3. 1P3. 2P3. 3图2.4键盘电路2.5 晶振电路设计:晶振电路是单片机的心脏，它控制着单片机的工作节奏。单片机允许的时钟频率 是因型号而异的，其典型值为12MHZSTC12C5A32AD内部有一个反相振荡放大器， XTAL1 和XTAL2分别是该反向振荡放大器的输入端和输出端。 该反向放大器可配 置为片内振荡器，石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。本设计采用的晶振频率为12MHZ 其晶振电路如图2.5所示。此外还
14、可使用外部时钟。在使用外部时钟时，外部时钟必 须从XTAL1输入，而XTAL2悬空。3C230pFJ_XTAL2XTAL1C3丁30pF图2.5晶振电路2.6 复位电路的设计：复位使单片机处于起始状态，并从该起始状态开始运行。STC12C5A32AD RST引脚为复位端，该引脚连续保持 2个机器周期（24个时钟振动周期）以上高电平， 则可使单片机复位。复位后，只影响 SFR中的内容，内部RAW的数据不受影响。外 部复位有上电复位和按键电平复位。由于单片机运行过程中，其本身的干扰或外界干扰会导致出错，此时我们可按复位键重新开始运行。 为了便于本设计运行调试，复位 电路采用按键复位方式。如图2.6
15、1+5V 0C1 10uFS1RST2K图2.6 复位电路2.7 报警电路设计:为了实现多点温度检测报警系统，本课题采用 STC12C5A32AD单片机作为主控 制器，采用扫描的方式对多点温度传感器获取对应该位置的温度值， 经处理后，如温 度不在设定的范围内，给出报警信号。系统总体硬件电路图如下所示 :5、6R6+5V680QSPEAKERD2D3D4D5D6D7D874LS1 38P2.71P2.62P2.53P2.4616+5V -_i图2.7报警电路2.8 5V稳压电路为了给STC12C5A32AD单片机提供精确的5V基准电压，本设计采用了 LM117三端可调正稳压集成电路。它的输出电压
16、范围是1.2V至37V,负载电流最大为1.5A仅需外接两个电阻就可以设置输出电压。此外它的线性调整率和负载调整率都比较D9用IN400 7好。5、6+5V/1.5AIN400 7单片机VccD10R124 0QLM1 17+8VR2C647 dz1K22 uFC4C5一10 F图2.8 5V稳压电路2.9 总电路见附录三、系统软件设计3.1 系统主程序流程图主程序主要实现系统的初始化，温度数据采集与处理，键值处理，显示数据，报型吕。系统的初始化包括寄存器的初始化（控制寄存器、堆栈、中断寄存器等），LED显示的初始化，输出端口的初始化，采集、累计数据的初始化。N图3.1主程序流程图3.2 测温子
17、程序的设计数据采样程序功能：温度检测通道，控制存放数据的地址和采样次数。 数据检测 的方式是先对8个通道各采样一次，共采集三次。采样程序采用中断方式。在设置通道初值、通道数、采样次数和存放数据的开始地址后，启动 A/D转换, 随后检测标志位状态。标志位被清零，标志着本通道的A/D转换已经结束，在修改通道号和数据存放地址后，对下一通道继续检测。当8个通道的检测工作完成后，判 断三次采样是否全部完成，若没完成，则对8个通道继续采样，直至完成三次采样工 作。数据采样程序流程框图如 3.2所示。开始J置标位求平均值返回图3.2测温子程序3.3 报警子程序设计(1)采样被测参数 (2)比较采样值和给定的
18、上下限。(3)根据比较结果执行相应的处理程序。如果发现采样值超过报警值，发出执行报警程序。报警程序流程框图 3.3所示。3.3报警子程序流程图3.4显示子程序设计四位LED数码管进行轮流显示，其中最高位显示通道提示符A H,低三位显示实际温度。数码管最高位 显示管标号查表获取百位段数码管2显示百图3.4显小子程序流程图四、结论1、课题总结本课题以内置A/D转换器的单片机STC12C5A32AD核心，对多路的温度进行实 时巡检。采用多个模拟温度传感器 LM35M量多路温度，通过LM358构成的同相放大 器对模拟温度信号进行放大，然后送至单片机处理。处理后由四位LED数码管对八路 温度予以动态显示
19、。通过独立式键盘可对测量进行操控可随时查看指定通道的温度 值。同时该系统还具有报警功能，实现当测量温度超出-55 C125c时发出报警，测量精度为05C 。2、心得作为一名电气自动化专业的大三学生，我觉得做单片机课程设计是十分有意义的，而且是十分必要的。在已度过的大学时间里，我们大多数接触的是专业课。单片机作为我们的主要专业课之一， 虽然在大三开学初我对这门课并没有什么兴趣， 觉得那些程序枯燥乏味， 但在这次课程设计后我发现自己在一点一滴的努力中对单片机的兴趣也在逐渐增加。在完成单片机课程设计后 ,我们发现我们还有许多不足,所学到的知识还远远不够, 以至于还有一些功能不能主动完成。但通过学习这
20、一次实践,我的收获颇丰。首先，通过这次课程的设计，使我熟悉了单片机设计原则，对内置AD 系列单片机内部构造、 与其它芯片的接口技术及其工作情况有了更进一步了解。 而且这次使用的是我们没有接触过的内置A/D 转换器的单片机，又学习了新的知识，通过各种渠道查资料拓宽了自己的知识面。将课本的知识实际应用，加强了对专业知识的了解，提高了我们综合运用知识的能力以及分析问题、解决问题的能力和独立思考能力。其次，在做本次课程设计的过程中，我感触最深的当属查阅大量的设计资料了。设计中先是没有注意单片机的电压问题， 后来又遇到了电平兼容问题， 经过几番周折，终于完成了这次设计。 为了让自己的设计更加完善， 查阅
21、这方面的设计资料是十分必要的， 同时也是必不可少的。 我觉得课程设计反映的是一个从理论到实际应用的过程，但是更远一点可以联系到以后毕业之后从学校转到踏上社会的一个过程。 自己查阅资料，以及自身的动脑和努力，都是以后工作中需要的。还有，在这次课程设计中，我们运用到了许多专业课知识，如： Protel 软件、单片机编程知识等。 虽然过去从未独立应用过它们， 但在学习的过程中带着问题去学我发现效率很高，这是我做这次课程设计的又一收获。五、 参考文献1 王 为 青 , 程 国 刚 . 单 片 机 Keli Cx51 应 用 开 发 技 术 M. 北 京 : 人 民 邮 电 出 版 社 , 2006.2
22、23-226.2方佩敏编著智能化集成温度传感器原理与应用M.北京：电子工业出版社，2002.35-42.3 张 毅 刚 , 彭 喜 元 ， 彭 宇 . 单 片 机 原 理 及 应 用 M. 北 京 ： 高 等 教 育 出 版 社 ， 2008.18-20,253-255,219-220,198-201.4 刘笃人，韩保军. 传感器及应用技术M. 西安：西安电子科技大学出版社， 2003.112-124.5 童诗白 . 模拟电子技术基础M . 北京 : 高等教育出版社, 2004. 213-216.6 阎石数字电子技术基础M 第五版北京：高等教育出版社 ,2006.524-535.7 闫玉德，葛
23、龙，俞虹. 单片机微型计算机原理与设计M . 北京： 中国电力出版社，2010.112-154,197-199.8 郁有文 . 传感器原理及工程应用 M. 西安 : 西安电子科技大学出版社 , 2008.215-238.六 、 附录：1. 系统程序 ：.* ; 常数定义; ;TMELEQU0E0H; 20m6定时器0时间常数TMEHEQU0B1HTMEPHEAD EQU 36H ; ; 工作内存定义; ;BITST DATA 20HTIMEISOKBITBITST.1TEMPONEOK BIT BITST.2TEMPLDATA26HTEMPHDATA27HTEMPHCDATA28HTEMPLC
24、DATA29H; ; 引脚定义; ;TEMPDIN BIT P3.7 ; ; 中断向量区; ;ORG000HLJMPSTARTORG 00BHLJMP T0IT;* ; 系统初始化.*ORG100HSTART:MOVSP,#60HCLSMEM:MOVR0,#20HMOVR1,#60HCLSMEM1:MOVR0,#00HINCR0DJNZR1,CLSMEM1MOVTMOD,#00100001BMOVTH0,#TIMELMOVTL0,#TIMEHSJMPINITERROR:NOPLJMP STARTNOPINIT:NOPSETBET0SETBTR0SETBEAMOVPSW,#00HCLR TEMP
25、ONEOKLJMPMAIN; 定时器 0 中断服务程序;T0IT:PUSH PSWMOVPSW,#10HMOVTH0,#TIMEHMOVTL0,#TIMELINCR7CJNER7,#32H，T0ITIMOVR7,#00HSETBTIMEISOKTOIT1:POP PSWRETI.* ; 主程序;MAIN:LCALL LM35_1JNB TIME1SOK,MAINCLR TIME1SOKJNB TEMPONEOK,MAIN2LCALL READTEMP1LCALL CONVTEMPLCALLLM35_1MAIN2:LCALLREADTEMPSETBTEMPONEOKLJMPMAIN; 子程序区;
26、 RESETLM35;INILM35:SETB TEMPDINNOPNOPCLRTEMPDINMOVR6,#0A0HDJNZR6,$MOVR6,#0A0HDJNZR6,$SETB TEMPDINMOVR6,#32HDJNZR6,$MOVR6,#3CHLOOPLM35:MOV C,TEMPDINJCINILM35UTDJNZ R6,LOOPLM35MOV R6,#064HDJNZR6,$SJMPINILM35RETINILM35UT: SETB TEMPDINRET; *； 读LM35的程序,从LM35中读出一个字节的数据; *READLM35:MOV R7,#08HSETB TEMPDINNO
27、PNOPREADLM35LOOP: CLR TEMPDINNOPNOPNOPSETB TEMPDINMOV R6,#07HDJNZ R6,$MOV C,TEMPDINMOV R6,#3CHDJNZ R6,$RRC ASETB TEMPDINDJNZ R7,READLM35LOOPMOV R6,#3CHDJNZ R6,$RET; *； 写LM35的程序,从LM35中写一个字节的数据; *WRITELM35:MOV R7,#08HSETB TEMPDINNOPNOPWRITELM35LOP: CLR TEMPDINMOVR6,#07HDJNZR6,$RRCAMOV TEMPDIN,CMOVR6,#
28、34HDJNZR6,$SETBTENPDINDJNZR7,WRITELM35LOPRET; *; READ TEMP; *READTEMP:LCALL INITELM35MOV A,#0CCHLCALL WRITELM35MOVR6,#34HDJNZR6,$MOV A,#44HLCALL WRITELM35MOVR6,#34HDJNZR6,$RETREADTEMP1:LCALL INILM35MOV A,#0CCHLCALL WRITELM35MOVR6,#34HDJNZR6,$MOV A,#0BEHLCALL WRITELM35MOVR6,#34HDJNZR6,$MOVR5,#09HMOVR
29、0,#TEMPHEADMOVB,#00HREADTEMP2:LCALL READLM35MOVR0,AINCR0READTEMP21:LCALL CRC8CALDJNZR5,READTEMP2MOVA,BJNZREADTEMPOUTMOVA,TEMPHEAD+0MOVTEMPL,AMOVA,TEMPHEAD+1MOVTEMPH,AREADTEMPOUT: RET; *; 处理温度BC则子程序; * CONVTEAMP:MOV A,TEMPHANLA,#80HJZ TEMPC1CLRCMOVA,TEMPLCPLAADDA,#01HMOVTEMPL,AMOVA,TEMPHCPLAADDCA,#00
30、HMOVTEMPH,AMOVTEMPHC,#0BHSJMPTEMPCHTEMPC1:MOVTEMPHC,#0AHTEMPC11:MOVA,TEMPHCSWAP MOV MOV ANL MOVMOVC MOV MOV ANL SWAP MOV MOV ANL SWAP ORLLCALL MOV ANL SWAP ORL MOV MOV ANL SWAP ORLMOV MOV JZ ANL SWAP MOV MOV ANL ORLATEMPHC,AA,TEMPLA,#0FHDPTR,#TEMPDOTTABA,A+DPTRTEMPLC,AA,TEMPLA,#0F0HATEMPL,AA,TEMPHA,
31、#0FHAA,TEMPLHEX2BCD1TEMPL,AA,#0F0HAA,TEMPHCTEMPHC,AA,TEMPLA,#0FHAA,TEMPLCTEMPLC,AA,R7TEMPC12A,#0FHAR7,AA,TEMPHCA,#0FHA,R7MOV TEMPHC,ATEMPC12:RET; *;小数部分码表; *TEMPDOTTAB: DB 00H, 01H, 01H, 02H, 03H, 03H, 04H,04H,05H,06HDB 06H,07H,08H,09H,09H; *; 显示区BC则温度值刷新子程序; *LMBCD:MOV A,TEMPLCANLA,#0FHMOV70H,AMOVA
32、,TEMPLCSWAPAANLA,#0FHMOV71H,AMOVA,TEMPHCANLA,#0FHMOV72H,AMOVA,TEMPHCSWAPAANLA,#0FHMOV73H,AMOV A,TEMPHCANLA,#0F0HCJNZ A,#010H,DISPBCD0SJMPDISPBCD2LMBCD0:MOVA,TEMPHCANL A,#0FHJNZDISPBCD2MOVA,TEMPHCSWAP AANL A,#0FHMOV73H,#0AHMOV72H,ALMBCD2:RET*显示子程序; *；显示数据在70H73H单元内，用4位LEM阳数码管显示，P1 口输出段码数据，；P3 口作扫描控制，
33、每个LED数码管亮1ms时间再逐位循环。LM1:MOVMOVPLAY:MOVMOVMOVMOVMOVCMOVMOVJBCLRLOOP5:LCALLINCMOVJNBRLMOVAJMPENDOUT:MOVMOVRETR1,#70HR5,#0FEHP1,#0FFHP3,AA,R1DPTR,#TABA,A+DPTRP1,AA,R5ACC.1,LOOP5P1.7DLIMSR1A,R5ACC.3,ENDOUTAR5,APLAYP1,#0FEHP3,#0FEHTAB: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH,0BFH; 共阳段码表亮” “”
34、0”1”“ 2”“ 3”“ 4”“ 5”“ 6”“ 7”“ 8”“ 9” “不DL1MS:MOVR6,#14HDL1:MOVR7,#19HDL2:DJNZR7,DL2DJNZ R6,DL1 RET; *; 单字节十六进制转BCD; * HEX2BCD1:MOV B,#064HDIVABMOVR7,AMOVA,#0AHXCHA,BDIVABSWAP AORLA,BRET; *; Calculate CRC 8 Values.; *CRC8CAL:PUSHACCMOVR7,#08HCRC8LOOP1:XRLA,BRRCAMOVA,BJNCCRC8LOOP2XRLA,#18HCRC8LOOP2:RR
35、CAMOVB,APOPACCRR APUSH ACCDJNZR7,CRC8LOOP1POPACCRETENDLM 35+5V/1.5 AEGND QQ Q QQ QVQc11LM 35102019181716 1G X XREX2122 2324252629 30313233343536373839 40P1P1.P1.P1.P1.P1.P1.P1.0/A /A /A /A /A /A /A /A DDDDDDDDC7c6 C5 C4 C3 c2C1 COP2.(P2.P2.P2.P2P2.P2P2.A ae LVj.POPO.PO.PO.PO.PO.PO.CCNDTATA P3.P3P3.P3P3.P3.：P3.P3.STL1L2RRWm叫5泊327 289件肝阡STC12C5A32A D2.总电气原理图LM 35卜5招-L4 MRKEPA s E10 uF66.ZT38G1VoVIV2V3V42 V52 V6IDN V7orhL FC tt1DDDDDDDDle