《基于单片机车间温控数据采集系统设计》毕业综合技能实践论文

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1、毕业综合技能实践论文毕业综合技能实践论文 论文题目：基于单片机的车间温控数据采集系统的设计 学号：21123410 姓名：杨永如 系部：电气工程系 专 业 名称：电气系统自动化 指 导 教 师 ：王政老师 2013 年 12 月 27 日 包头职业技术学院电气工程系 包头职业技术学院电气工程系毕业综合实践论文 毕业设计任务书 （格式同正文部分） 包头职业技术学院电气工程系毕业综合实践论文 -3- 前前言言 本论文目的在提供一套低成本、多通道的通用测控模块系统。目前，采用系统集成 技术和计算机控制技术构成各类控制系统已形成一种趋势，通用测控模块是系统集成的基 础部件。本课题根据目前各领域对测控系

2、统的基本需求，研制了一套通用测控模块系统， 它的优点是成本低，通道数多，即可联网作为主机的接口模块又可独立使用，且由于其良 好的保护和抗干扰措施可适用于工业恶劣环境。本系统主要包括通用开关量输入输出模 块、通用脉冲量输入输出模块、DS18S20 温控模块、热电偶温控模块及通用模拟量输入模 块等的设计。每一模块的主要特色如下： 1设计有较多的通道数，或可以方便地对通道进行扩展。尽可能使用户选用某一种类 的一块板即可满足对单台设备相应量的控制，从而降低了系统构成的成本。 2每一模块均自带键盘和显示，构成简单的人机界面，方便用户使用单个模块的控 制。 3设有完善的保护、隔离、以及电源的两次稳压和防反

3、接措施，可满足工作于恶劣的 工业环境的要求。 4输入及输出通道均有一定的信号调理能力和自驱能力，在多数控制场合下，可直接 实现服务端子。上述各模块的外围硬件电路的同时，还做了大量的软件工作，包括编写了 各模块的可供用户选用下位机应用程序、主机与单片机的通信软件、数据处理软件各种控 制算法软件等。 包头职业技术学院电气工程系毕业综合实践论文 -4- 目目录录 第一章 硬件概述.- 1 - 1 系统的组成及原理.- 1 - 1.1系统硬件. - 1 - 1.2报警电路. - 1 - 1.3按键电路. - 2 - 1.4温度检测电路- 2 - 141 技术性能描述 - 2 - 1.4.2 优点描述-

4、 3 - 1.5 A/D 转换系统- 4 - 1.5.1 A/D 转换器的选取.- 4 - 1.5.2 ADC0809 简介- 4 - 1.6 控制核心部分.- 7 - 1.7电炉控制电路- 11 - 1.8温度显示电路- 11 - 第二章 其他芯片介绍.- 12 - 2.1 80C51 的介绍- 12 - 2.1.1 简介- 12 - 2.1.2 单片机引脚图及引脚功能介绍. - 13 - 2.1.3 80C51 内部结构 - 15 - 2.2LED 数码显示管的介绍.- 16 - 2.2.1LED 数码显示管引脚图及引脚功能- 16 - 2.3 74164 的引脚图及引脚功能.- 21 -

5、 2.480C31 的介绍- 22 - 2.4.1 80C31 简介- 22 - 2.4.2 芯片引脚图及其引脚功能- 22 - 2.5 AT89C51 的介绍- 25 - 2.5.1 芯片简介- 25 - 2.5.2 芯片引脚图及其特性.- 25 - 2.6芯片的比较.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 第三章汇编语言程序设计. - 34 - 3.1原理图.- 35 - 3.2 流程图 - 37 - 3.3 编程- 39 - 参考文献- 44 - 毕 业 设 计 总 结.- 45 - 致谢- 47 - 包头职业技术学院电气工程系毕业综合实践论文 -1- 第一章第一章 硬件概述硬件概述 1

6、系统的组成及原理系统的组成及原理 系统由六部分组成： 1控制核心部分 2温度数据采集部分 3电炉控制部分 4温度显示部分 5按键部分 6报警提示部分 1.11.1 系统硬件系统硬件 80C51、8255A 芯片、A/D0809、LED 数码管显示、DS18S20 温度传感器、74373 1.21.2 报警电路报警电路 报警电路采用蜂鸣器作为发声装置，当温度高于设定的上限值或低于下限值，给 蜂鸣器送周期为 1s，占空比为 50%的方波，报警的时间可以持续1 分钟或等待按键解 除报警，这个由 P1.4 控制实现。 包头职业技术学院电气工程系毕业综合实践论文 -2- 1.31.3 按键电路按键电路

7、采用22 的小键盘组成与单片机 80C51 的接口电路。8255A 的端口 C 为行扫描 口，工作于输出方式；端口 B 工作于输入方式，用来读取列值。 1.41.4 温度检测电路温度检测电路 温度检测电路采用智能传感器DS18S20/。 1 14 41 1 技术性能描述技术性能描述 独特的单线接口方式，DS18S20 在与微处理器连接时仅需要一条接口线即可实 现微处理器与 DS18B20 的双向通讯。 测温范围-55+125，固有测温分辨率0.5。 支持多点组网功能，多个 DS18S20 可以并联在唯一的三线上，实现多点测温。 工作电源：35V/DC 在使用中不需要任何外围元件，测量结果以 9

8、12 位数字量方式串行传送 图1.1 DS18S20 的引脚排列 包头职业技术学院电气工程系毕业综合实践论文 -3- 1.4.2 优点描述优点描述 DS18S20 采用带隙温度测试结构，是 DS1820 的升级产品。DS18S20 内部有 3 个主要部件：64 位激光刻制的唯一 ROM 序列号、温度传感器以及非易失性温度报警 触发器 TH 和 TL。DS18S20 通过 1-Wire总线结构，仅需一个引脚即可实现数据的发 送或接收。另外，用于 DS10S20 的供电电源可以从数据线本身获得，无需外部电源。 每个 DS18S20 在出场时都有唯一的一个 ROM 序列号，可以将多个 DS18S20

9、 同时连 在一根单总线上，从而实现多点分布温度测试。 DS18S20 可以采用两种供电方式，即外部供电方式和寄生电源供电方式。如果 采用外部电源供电方式，如图 1.2 所示。此时 DS18S20 可以外接 3.3V 或者 5V的电 源，而 GND 引脚必须接地。 如果采用寄生电源供电方式，如图1.3 所示。此时，DS18S20 的VDD 引脚必 须接地。另外为了得到足够的工作电流，应给 1-Wire线提供一个强上拉，一般可以使 用一个场效应管将 I/O 线直接拉到电源上。DS18S20 从 1-Wire 单总线上汲取能量，在 信号线 DQ 处于高电平期间把能量储存在内部电容里，在信号线 DQ

10、处于低电平期间 电容上的电量工作，知道高电平到来再给 DS18S20 内部的寄生电源充电。 图1.2 DS18S20 的外部供电 包头职业技术学院电气工程系毕业综合实践论文 -4- 图1.3 DS18S20 的寄生电源供电方式 1.5 A/D 转换系统转换系统 1.5.1 A/D 转换器的选取转换器的选取 A/D转换器的种类很多，安转换原理可分为：逐次逼近式、双积分式和 V/F 变换 式，安信号传输形式可分为并行 A/D 和串行A/D。 逐次逼近式。 转换精度高，速度较快，价格适中，是目前种类最多、应用最广的 A/D 转换器， 典型的 8 位逐次逼近式 A/D 芯片有ADC0809。 双积分式

11、。 优点：转换精度高 缺点：转换时间较长，一般需要4050ms，适用于转换速度不快场合。典型芯片 有 MC14433 和 ICL7109。 1.5.2 ADC0809 简介简介 包头职业技术学院电气工程系毕业综合实践论文 -5- 主要性能为： 1分辨率为 8 位； 2精度：ADC0809 小于1LSB(ADC0808 小于1/2LSB)； 3单+5V 供电，模拟输入电压范围为0+5V； 4具有锁存控制的8 路输入模拟开关； 5可锁存三态输出，输出与 TTL 电平兼容； 6功耗为15mW； 7不必进行零点和满度调整； 8转换速度取决于芯片外接的时钟频率。时钟频率范围：101280KHz。典型值

12、为时钟频率 640KHz,转换时间约为 100S。 内部结构及引脚功能 包头职业技术学院电气工程系毕业综合实践论文 -6- 图1.4 内部结构及引脚功能 1IN0IN7，8 路模拟量输入端。 2D7D0，8 位数字量输出端。 ALE，地址锁存允许信号输入端。通常向此引脚输入一个正脉冲时，可将三位地址 选择信号 A、B、C 锁存于地址寄存器内并进行译码，选通相应的模拟输入通道。 START，启动 A/D 转换控制信号输入端。一般向此引脚输入一个正脉冲，上升沿复 位内部逐次逼近寄存器，下降沿后开始 A/D 转换。 CLK，时钟信号输入端。 EOC，转换结束信号输出端。A/D 转换期间 EOC 为低

13、电平，A/D 转换结束后 EOC 为高电平。 包头职业技术学院电气工程系毕业综合实践论文 -7- OE，输出允许控制端，控制输出锁存器的三态门。当 OE 为高电平时，转换结果数 据出现在 D7D0 引脚。当 OE 为低电平时，D7D0 引脚对外呈高阻状态。 C、B、A，8 路模拟开关的地址选通信号输入端，3 个输入端的信号为000111 时，接通 IN0IN7 对应通道。 VR（+）、（）：分别为基准电源的正、负输入端。 1.6 控制核心部分控制核心部分 （）控制芯片的选取 （1） 控制芯片有 8255A 和 8155A 18255A 是一个可编程并行接口芯片，它主要作为外围设备与微型计算机总

14、线之间的 I/O 接口。由于 8255A可以通过软件来设置芯片工作方式，因此，用 8255A 连接外部设备时，通常不需要再附加外部电路，给使用者带来很大方便。 28155A 是一种多功能可编程序外围扩展芯片，它有3 个可编程 I/O端口（端口 A、 端口B、端口C），与8255A 的区别在于 PC 口是6 位，同时还有一个可编 程14 位定时器/计数器和 256B 的RAM，能方便的进行 I/O 口和 RAM 扩 展。综上所述，在本次设计中，选取芯片为8255A。 （二）8255A简介 18255A 引脚定义 包头职业技术学院电气工程系毕业综合实践论文 -8- 2 表1.1 8225A 引脚定

15、义 引脚名功能连接去向 70DD数据总线（双向）CPU RESET复位输入CPU CS片选信号译码电路 RD读信号CPU WR写信号CPU 10A，A端口地址CPU 70PAPA端口 A外设 70PBPB端口B外设 70PCPC端口C外设 VCC电源（+5V）/ GND接地/ 包头职业技术学院电气工程系毕业综合实践论文 -9- 8255A编程模型 图1.5 8255A 编程模型 38255A 为一可编程的通用接口芯片。它有三个数据端口A、B、C，每个端口为 8 位，并均可设成输入和输出方式，但各个端口仍有差异： 端口 A（PA0PA7）：8 位数据输出锁存/缓冲器，8 位数据输入锁存器； 端口

16、 B( PB0PB7)：8 位数据 I/O 锁存/缓冲器，8 位数据输入缓冲器： 包头职业技术学院电气工程系毕业综合实践论文 -10- 端口 C（PC0PC7）：8 位输出锁存/缓冲器，8 位输入缓冲器（输入时没有锁 存）； 在模式下这个端口又可以分成两个4 位的端口，它们可单独用作为输出控制和状态 输入。 端口A、B、C 又可组成两组端口（12 位）：A 组和 B 组。在每组中，端口 A 和 端口B 用作为数据端口，端口 C 用作为控制和状态联络线。 8255A 工作方式选择 8255A 有三种基本工作方式： 方式 0：基本的输入/输出 方式 1：有联络信号的输入/输出； 方式 2：双向传送； A 组可采用方式 0方式2，而 B 组只能采用方式 0 和方式 1，这由8255A 的方式控制 字控制。当向 A1=1、A0=1 的端口寄存器（即控制寄存器）发送 D7=1 的控制字时，其作用 为方式控制字，各个位的含义如图1.6 所示 图1.6 8255A 方式控制字 包头