温度测控系统方案(最终版).pdf

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1、个人资料整理仅限学习使用 德州学院微机原理课程设计 论文题目：基于8086 温度测控系统的设计 专业班级： 09 电子信息工程本科 小组成员 : 訾安琪 200900802038 张娜 200900802041 孙圆芳 200900802079 指导老师：王春玲 完成时间： 2018 年 6 月 26 日 个人资料整理仅限学习使用 目录 摘要1 前言1 1 方案比较及论 证 .1 2 整体方 案.2 2.1 温度控制系统的总体结构2 2.2 系统扩展接口的选择 .2 2.3 温度传感器与 AD 转换器的选择 .2 2.4 显示接口芯片2 3 单元模块设计 2 3.1 温度控 制2 3.2 温度

2、测试 3 3.3 ADC0809与 8255的连接模块 .3 3.4 微处理器模块 4 3.5 显示功能模块 5 4 系统工作原理及软件设计7 4.1 系统工作原理 7 4.2 系统流程图 7 5 总电路原理图及系统调试9 5.1 电路原理图 .9 5.2 系统调试 9 总结10 个人资料整理仅限学习使用 参考文献11 个人资料整理仅限学习使用 基于 8086 温度测控系统的设计 摘要 该课程主要运用微机原理理论知识设计出基于8086 微处理器的温度测控系统，在温度处理方面采 用温度传感器AD590 采集温度数据，并运用CPU 把温度值稳定在预设温度。当温度低于预设温度值时 系统启动电加热器，

3、当这个温度高于预设温度值时断开电加热器。该系统把理论和实验良好的结合，取 得了较为满意的控制效果。可应用在一些精度要求不太高的系统中。而且该实验操作系统灵活简便，控 制操作简单。 【关键词】 控制系统温度传感器 A/D转换器 8086微处理器 前言 随着电子技术的发展，微处理器8086 在工业控制系统诸多领域得到了广泛的应用, 由于 它具有极好的稳定性，更快和更准确的运算精度。温度控制系统在现代工业设计、工程建设 及日常生活中的应用越来越广泛。目前，微机测控系统的发展非常迅速，应用也极为广泛， 它由于体积小、功能强、性能稳定、价格低廉等优点，使其在工业控制系统诸多领域得到了 极为广泛的应用。在

4、此基础上发展起来的智能仪器无论是在测量的准确度、灵敏度、可靠 性、自动化程度、应用功能等方面或在解决测试技术问题的深度及广度方面都有了巨大的发 展。随着大规模集成电路及计算机技术的迅速发展，以及人工智能在测试技术方面的广泛运 用，智能仪器有了更大的发展。温度测试仪器的智能化已是现代仪器仪表发展的主流方向。 1 方案比较及论证 方案一： 采用铂电阻温度传感器的电阻与温度的关系是非线性的，用电桥实现温度升高引起的 电阻变化对应于电压的变化。经A/D 转换器后，送入锁存器锁存，在经译码器输出后，再在 数码管上显示，由于74LS373具有锁存功能就能实现四位的温度显示。由于铂电阻与温度的 关系是非线性

5、的，因此输出的结果测试精度较低，并且不能达到我们对温度控制的要求。 方案二： 设计一种温度控制方法将温度控制到某一设定值，并保持稳定。同时还可以根据实际需 要重新设置温度并进行重新控制调节，使温度达到一新的设定值，并保持稳定。这里的重新 设置和控制可以进行无限多次，当然这个设置值得在某一最大值范围之内，这里把最大值设 为 68。当设置温度大于68时，系统就会报错并退出系统。 个人资料整理仅限学习使用 本设计选用方案二 2 整体方案 2.1 温度控制系统的总体结构 温度信息由温度传感器测量并转换成微安级的电流信号，经过运算放大电路将温度传感器 输出的小信号进行跟随放大，输入到A/D 转换器 uA

6、。本 设计中串联电阻的阻值选用2K，所以输出电压V+=( 2730 + 10 TMV.另外，为满足系统输 入模拟量进行处理的功能，对其再扩展一片ADC0809 ，以进行模拟数字量转化。 2.4 显示接口芯片 为满足本次设计温度显示的需要，我们选择了8279 芯片， INTEL8279 芯片是一种通用 的可编程的键盘、显示接口器件，单个芯片就能完成键盘键入和LED显示控制两种功能。 3 单元模块设计 3.1 温度控制 当 PC6为高电平时，三极管导通，继电器吸合，向加热系统输出12V电压加热；反之， 电 压 跟 随运 算 放 大 电温 度 传 感AD转 换 微 处 理 器 加 热 控 制 电 报

7、警 译码 显示 个人资料整理仅限学习使用 输入低电平，三极管截止，继电器断开，停止加热。二极管的作用是吸收继电器端开时产生 的浪涌电压。如图3-1 所示。 123 R? R2R9 2K R10 2.4K R12 2.4K K1 SPDT Q1 9013 D2 IN40 07 +12 V +5V 灯泡 图 3-1 温度控制电路 3.2 温度测量 AD590输出的电流： I=。 输出电压接 AD 转换器，那么 AD 转换输出的数字量就和摄氏温度成线性比例的关系。 如图 3-2。 321 R3 POT2 R1 1.23 K R2 10K R5 10K 1 0K R4 10K R7 100K R6 1

8、00 K 3 2 1 4 1 1 U1A CA139 3 2 1 4 1 1 U2A CA1 39 Z? D2 AD5 90 +12 V 图 3-2 温度测量电路 3.3ADC0809与 8255 的连接模块 ADC0809是采样分辨率为8 位的、以逐次逼近原理进行模数转换的器件。连接图如 图 3-3 所示： 个人资料整理仅限学习使用 图 3-3 ADC0809 与 8255 的连接图 3.4 微处理器模块 8255A 并行 IO 接口模块 ：8255A芯片内包含有 3 个 8 位的端口，它们是A口，B口和 C 口。这 3 个端口均可作为 CPU 与外设通讯时的缓冲器或锁存器，当需要“状态”或

9、“联络” 信号时， C口可以提供，此时，将C口的高 4 位为 A 口所用， C口的低 4 位为 B 口所用。 3 个端口通过各自的输入 / 输出线与外设联系。 8086CPU的编程结构：是指从程序员和使用者的角度看到的结构，亦可称为功能结构。从功 能上来看， 8086CPU 可分为两部分，即总线接口部件BIUBus Interface Unit）和执行部件 EUExecution Unit ）。8086CPU 的内部功能结构如图3-4 所示: 个人资料整理仅限学习使用 图 3-4 8086CPU 的编程结构图 8086 的可编程外设接口电路： 8255 的数据口 D0-D7与 CPU的 6 根

10、控制线相连接，控制 8255A内部的各种操作。控制线RESET 用来使 8255A复位。 CS和地址线 A1及 A0用于芯片选 择和通道寻址。分别与8086 的高位地址线 A19，A1,A0 相连接。如图 3-5。 321 D C B RD 32 AD0 16 LOC/W R 29 AD1 15 QS0ALE 25 AD2 14 QS1INA 24 AD3 13 AD4 12 S0,DEN 26 AD5 11 S1DT/R 27 AD6 10 S2M/IO 28 AD7 9 AD8 8 RQ/GT0 31 AD9 7 RQ/GT1 30 AD10 6 AD11 5 AD12 4 NMI 17

11、AD13 3 INTR 18 AD14 2 AD15 39 MN/MX 33 TEST 23 A 16/S3 38 READY 22 A 17/S4 37 A 18/S5 36 A 19/S6 35 CLK 19 RESET 21 BHE/S7 34 U1 80 86 D0 34 D1 33 D2 32 D3 31 D4 30 D5 29 D6 28 D7 27 PA0 4 PA1 3 PA2 2 PA3 1 PA4 40 PA5 39 PA6 38 PA7 37 PB0 18 PB1 19 PB2 20 PB3 21 PB4 22 PB5 23 PB6 24 PB7 25 PC0 14 PC

12、1 15 PC2 16 PC3 17 PC4 13 PC5 12 PC6 11 PC7 10 RD 5 W R 36 A 0 9 A 1 8 RESET 35 CS 6 U2 82 55A S1 K EY4 S2 K EY4 图 3-5 8255 与 cpu连接 3.5 显示功能模块 8279 的功能介绍逻辑符号如图3-6 所示。它用于 8085、MCS-51系统。它最多可外接 8X8的键盘及 16X8的七段数码显示器。 个人资料整理仅限学习使用 234 O U T A 0 2 7 O U T B 0 3 1 O U T A 1 2 6 O U T B 1 3 0 O U T A 2 2 5

13、O U T B 2 2 9 O U T A 3 2 4 O U T B 3 2 8 D B 0 1 2 B D 2 3 D B 1 1 3 D B 2 1 4 S L 0 3 2 D B 3 1 5 S L 1 3 3 D B 4 1 6 S L 2 3 4 D B 5 1 7 S L 3 3 5 D B 6 1 8 D B 7 1 9 R L 0 3 8 R L 1 3 9 I R Q 4 R L 2 1 R L 3 2 C S 2 2 R L 4 5 R D 1 0 R L 5 6 W R 1 1 R L 6 7 A 0 2 1 R L 7 8 C L K 3 S H I F T 3 6

14、R E S E T 9 C N T L /S 3 7 U4 8279 R9 2K R10 2.4K R12 2.4K DT Q1 9013 D2 IN40 07 图 3-6 8279 的逻辑符号 通过控制管脚 a、b、c、d、e、f 、g、dp 的电平即可获得所需的符号显示。显示器的工 作方式有两种，一种是静态显示：当显示器显示某一个字符时，相应的发光二极管恒定地导 通或截止。另一种事本次设计中采用的动态显示方式：所谓动态显示即一位一位轮流的点亮 各位显示器，对于每一位显示器来说，每隔一段时间点亮一次。但由于时间间隔很小，我们 就可以看到完整的显示了。显示电路如图3-7 所示： 图 3-7 数

15、据显示电路 个人资料整理仅限学习使用 4 系统工作原理及软件设计 4.1 系统工作原理 本设计的目的是以8086 微处理器为控制器，将温度传感器输出的小信号经过放大和低 通滤波后，送至A/D 转换器；微控制器实时采集、显示温度值要求以摄氏度显示），同时 系统还应可设定、控制温度值，使系统工作在设定温度。 4.2 系统流程图 1主程序 通过开始界面，显示提示信息，调用温度子程序，设置温度。通过模数转换器采集AD 值并求其平均值。调用BCD 码转换子程序将其转换为十进制温度值；调用显示子程序，如 果温度高于实际温度，就加热，反之拨动开关关闭，停止加热。在此过程中，还可以重复设 置温度值。其流程图如

16、图4-1 所示。 个人资料整理仅限学习使用 图 4-1主程序流程图 2BCD 码转换子程序 设定温度为0 摄氏度时变换放大电路送出的模拟量为0.0V，此时 A/D 输出的数字量 为 00H；温度为 68.5时变换器送出对应电压4.98V，此时 A/D 输出的数字量为FFH， N 开始 系统初始化 显示提示信息 调用温度值设置 子程序 实际温度低 于给定值 PA0=1 加热 8255 PC6 口=1 停止加热 8255 PC6 口=0 显示提示信息 调用温度值设置子 程序重新设置温度 并将 PA0 拨到 0 以 进行重新调节 返回 采集 AD 值并 求其平均值 调用 BCD 码转换子程序 将其转

17、换为十进制温度值 调用显示子程序 Y Y N N N 有键按下 个人资料整理仅限学习使用 即每 0.3对应 1LSB 的变化量，对应电压值为19.5mV。 其流程图如图 4-2 所示。 图 4-2BCD码转换子程序图 5 总电路原理图及系统调试 5.1 电路原理图 图 5-1 电路原理图 5.2 系统调试 BCD 码转换子程序 将采集得到的平均值 乘以0.3 转换为温度 值 返回 对其进行非压缩BCD 码乘法调整 通过移位得到组合BCD 码 个人资料整理仅限学习使用 我们的实验调试软件运行于DOC 环境下，其步骤如下： 一、根据硬件图和原理图连接好线路。 二、在 PC机上敲入程序，并对其进行的

18、查错，编译，连接，最后生成可执行文件。 三、接上电源，敲入可执行文件的文件名，系统就开始了工作过程。 1）这是 DOC 屏幕上会出现的一些提示信息，如 ENTER ANY KEY TO BEGIN! * LET PA0=0 TO ADJUST THE TEMPERATURE VALUE!* * LET PA0=1 TO INPUT A NEW TEMPERATURE VALUE!* 这里后两条只作注释用。 2）然后敲任意一个键，系统就开始进行温度测量和显示，屏幕上就会显示 INPUT THE TEMPERATURE ： 在这一条信息之后敲入一温度值。注意这里敲入的温度值不能大于68 摄氏度，否

19、则屏 幕将会显示 INPUT VALUE ERROR !并返回 DOC 。以后重新设定温度时也是如此） 3）在正常情况下，敲入设定温度后系统就开始进行控制调节，当实际温度小鱼设定值 时，系统就开始进行加热，如果不加改变，它就会加热一直稳定到设定的温度值；如果这是 想重新设置一温度，只要把8255 的 PA0读取拨动开关拨到1，屏幕上就会显示： INPUT A NEW TEMPERATURE: 这里又得注意一下，在敲入一个新的设定温度之前，得先把PA0读取拨动开关拨到0， 否则，在敲完设定温度之后，屏幕上又会显示同样一条信息。因为它是根据PA0是 0 还是 1 来决定是去重新输入设定温度还是去调

20、节温度。如果不先把PA0拨为 0，它就是一直让你输 入却不进行调节。另外，这里温度值的设定的次数没有限制。 总结 本设计采用的单片机是作为现代工业中最常用的集成芯片。具有体积小、重量轻、抗干 扰能力强、对环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、易于推广应用等显著优点， 通过软件逻辑控制实现对温度的控制和调节。本文的温度控制系统，只是单片机广泛应用于 各行各业中的一例。本设计中应用了许多单片机芯片和单片机常用的外部设，单片机芯片 如： ADC0809 ，8255 等。单片机外部设备如：温度检测元件AD590 ，键盘和显示系统中的 LED 显示器等。在一学期微机课程中的学习及老师孜孜不倦的专业

21、讲解中，我们学到了很多 个人资料整理仅限学习使用 新知识，也发现了自身存在许足，专业知识存在诸多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较 缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。在本次课程设计中也得到了王老师的耐心仔细指 导，在此，本组成员向王春玲老师表示深深地感谢！ 参考文献 1 戴梅蕚主编微型计算机技术及应用M 清华大学出版社， 2007 2 何克忠主编计算机控制系统M 清华大学出版社， 2002 3 朱善君主编汇编语言程序设计M 清华大学出版社， 19983 4 颜永军主编 protel99电路设计与应用 M 国防工业出版社， 20011 5 康华光电子技术基础 模拟部分） M 高等教育出版社， 20061 成绩： 评语：