单片机课程设计

一、设计题目：温度采集系统。

利用单片机实验板上的温度传感器、测量电路和放大电路，将温度传感器所测得的温度值以模拟电压的方式输出给a/d转换器。a/d转换电路在单片机的控制下进行a/d转换，并将结果送给单片机进行处理。单片机最终能将测量到的温度值显示出来。

二、设计任务和要求：

系统功能：1. 能将输入的模拟信号经a/d转换后送入给单片机进行处理。

2 能将温度值进行led动态显示。

3 .能用键盘对a/d的采样周期进行控制。系统复位状态下默认为采样周期为1s。键盘可以输入的周期为1s~60s。

4. 能用单片机和系统机进行串行通信，由系统机的键盘输入采样周期。输入的周期为1s~60s。

要求：设计电路，比较方案，实现上述系统功能，并写出程序进行**，对单片机的相关知识进行实践，对单片机进一步的了解，提升自己的能力。

三、原理电路和程序设计：

1）方案比较。

方案一：温度采集可以采用热敏电阻的对温度敏感的特性，根据温度变化使热敏电阻的阻值发生变化，通过ad转换成数字信号，然后输入到单片机进行处理，再通过led数码管输出显示。这种方案要用到ad转换芯片，而ad转换芯片的**较高，而且转换精度也并不是很理想，热敏电阻的精度和特性曲线由于制造工艺的限制，存在一定的偏差。

方案二：现代设计中，传感器的应用越来越广泛，其中的原因是因为它的精度高，工作稳定，**也相对合理。数字温度传感器ds18b20的优点是采集精度高，以数字信号输出，能直接与单片机通信，稳定性高，适用范围广，而且使得整体电路结构简单等等。

利用ds18b20集成温度传感器来采集温度，然后通过单片机处理其采集的信号，最后数码管输出显示温度。

2）所需设备。

1、单片机at89c51，七段译码器74ls48，3-8译码器及相关驱动电路组成，8位逐次逼近式a/d转换器adc0809

2、温度传感器相关电路。

3、键盘、pc机。

4、四位共阴极7段数码显示管。

3）系统框图。

以at89c51单片机系统为核心对温度进行实时监测。各检测单元能独立完成各自功能，并根据主控机的指令对温度进行实时或定时采集，能够通过能用键盘对a/d的采样周期进行控制，能用单片机和系统机进行串行通信，由系统机的键盘输入采样周期。

4）主控模块的功能。

1.1 8051单片机。

标准的mcs-51核采用dip-40外部封装，有40个外部引脚，可以分为电源、时钟、数据总线、地址总线、控制总线等，其外部引脚形式如图1-1。

1.电源。电源引脚包括vcc和gnd，其中vcc接+5v电源，gnd接地，图1-1中电源引脚隐藏了。

2. 晶振。

xtal1：它接单片机内部一个反相放大器的输入瑞，当使用外部晶体时，该引脚连接晶体的一个引脚，当采用外部振荡器时，xtal1引脚接地。

xtal2:它按单片机内部反相放大器的输出端，当采用外部振荡器时， xtal2引脚接外部振荡器信号。

3. 控制总线。

控制引脚共有4个，分别是rst／vdd、ale／pr0g、psen、ea／vpp

rst／vdd:复位引脚，需要外接复位电路，在此引脚上出现两个机器周期的高电平就会使单片机复位。复位引脚还有数据掉电保护作用，该引脚需接备用电源，当单片机的电源引脚vcc掉电或下降到规定购电压后，该引脚就向内部ram提供备用电源。

ale／pr0g:地址锁存使能引脚，当访问外部器件时，ale输出用于锁存地址的低位字节。在编程时该引脚被用于编程脉冲的输入端。

psen:外部程序存储器的选通信号，输出低电平有效。

ea／vpp:当 ea／vpp为高平时，复位后pc指向单片机内部程序存储器，如果地址范围超出了片内程序存储器，则自动转到片外程序存储器。ea／vpp为低电平时，复位后pc指向单片机外部程序存储器。

2、a/d转换器。

adc0809是美国国家半导体公司生产的cmos工艺8通道，8位逐次逼近式a/d转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行a/d转换。是目前国内应用最广泛的8位通用a/d芯片。

2.1．主要特性。

1）8路输入通道，8位a/d转换器，即分辨率为8位。

2）具有转换起停控制端。

3）转换时间为100μs(时钟为640khz时)，130μs（时钟为500khz时）

4）单个+5v电源供电

5）模拟输入电压范围0～+5v，不需零点和满刻度校准。

6）工作温度范围为-40～+85摄氏度

7）低功耗，约15mw。

adc0809是cmos单片型逐次逼近式a/d转换器，内部结构如图13．22所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型a/d转换器、逐次逼近寄存器、逻辑控制和定时电路组成。

adc0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图13．23所示。下面说明各引脚功能。

in0～in7：8路模拟量输入端。

2-1～2-8：8位数字量输出端。

adda、addb、addc：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路

ale：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。

start： a/d转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动a/d转换）。

eoc： a/d转换结束信号，输出，当a/d转换结束时，此端输出一个高电平**换期间一直为低电平）。

oe：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当a/d转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。

clk：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640khz。

ref（+）ref（-）基准电压。

vcc：电源，单一+5v。

gnd：地。

2.4adc0809的工作过程。

首先输入3位地址，并使ale=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。start上升沿将逐次逼近寄存器复位。

下降沿启动 a/d转换，之后eoc输出信号变低，指示转换正在进行。直到a/d转换完成，eoc变为高电平，指示a/d转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当oe输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。

转换数据的传送 a/d转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。数据传送的关键问题是如何确认a/d转换的完成，因为只有确认完成后，才能进行传送。为此可采用下述三种方式。

（1）定时传送方式

对于一种a/d转换其来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。例如adc0809转换时间为128μs，相当于6mhz的mcs-51单片机共64个机器周期。可据此设计一个延时子程序，a/d转换启动后即调用此子程序，延迟时间一到，转换肯定已经完成了，接着就可进行数据传送。

（2）查询方式

a/d转换芯片由表明转换完成的状态信号，例如adc0809的eoc端。因此可以用查询方式，测试eoc的状态，即可确认转换是否完成，并接着进行数据传送。

（3）中断方式

把表明转换完成的状态信号（eoc）作为中断请求信号，以中断方式进行数据传送。

不管使用上述哪种方式，只要一旦确定转换完成，即可通过指令进行数据传送。首先送出口地址并以信号有效时，oe信号即有效，把转换数据送上数据总线，供单片机接受。

3、信号采样模块的设计。

热电式传感器是温度变化转换为电量变化的装置，它利用敏感元件的电磁参数随温度变化而变化的特性来达到测量目的。本设计是用热电阻传感器来进行测量的，热电阻的特点是精度高，适用于测低温。

虽然大多数金属的电阻值随温度变化而变化，然而并不是所有的金属都能作为测量温度的热电阻。作为测量温度热电阻的金属材料应具有如下特性：电阻温度系数大，电阻率要大；在整个测量范围内应具有稳定的物理和化学性质；电阻与温度的关系最好近似于线性，或为平滑的曲线；并要求容易加工，复制性好，**便宜。

4.键盘。通过键盘的输入，实现控制a/d转换器的采样周期，按下一个建，判断键值后，提出中断，开始定时，当定时时间到，启动a/d转换模数转换，设计时采用的是连接单片机的p2口，本矩阵键盘的p2.

0到p2.3端接了上拉电阻。所以可以作为输入信号。

p2.4到p2.7到线由于没有接上接电阻。

所以只能用来做控制线。

工作过程如下：

p2.0到p2.3线全部输出高电平、p2.4到p2.7线全部输出低电平；读取键盘口的值；

如果发现p2.0到p2.3端口非高电平则表示已有按键按下；

改p2.4到p2.7线的电平，使其中仅有一线为低电平，依次循环。当读取到row线有低电平时表示对应行列有按键按下。

5、led显示。

本机数码管显示部分由一个四位共阴极7段数码显示管、1片七段译码器74ls48和一片3-8译码器及相关驱动电路组成，接口是一个8位的接口。本模块可以用来显示数值等信息。74ls48是高速的七段译码器。

有四根数据输入口线，及八根译码输出口线。可用于数码管的驱动中。

74ls138是高速的3～8线反相译码器，当选择某个端口时，该端口输出低电平。

控制信号的低四位通过74ls48译码器译码后驱动数码管显示。4～6位通过74ls138译码器译码后接入数码管的公共线，以实现位选功能，可选项择的位共有8位。

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