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文檔簡介
1、<p><b> 課程設(shè)計</b></p><p> 論文題目:基于8086的溫度測控系統(tǒng)設(shè)計 </p><p><b> 目錄</b></p><p> 題目.....................................................................1<
2、;/p><p> 摘要.....................................................................1</p><p> 關(guān)鍵詞...................................................................1</p><p> 1溫度控制系統(tǒng)的總體結(jié)
3、構(gòu)概況..............................................1</p><p> 2系統(tǒng)器件選擇............................................................2</p><p> 2.1系統(tǒng)器件選擇...............................................
4、........2</p><p> 2.2溫度傳感器與A\D轉(zhuǎn)換器的選擇.......................................2</p><p> 2.3顯示接口芯片.......................................................2</p><p> 2.4 8086微處理器及其體系結(jié)構(gòu).
5、.........................................3</p><p> 3系統(tǒng)各部分功能模塊介紹..................................................4</p><p> 3.1溫度測量和控制部分.................................................4</p&
6、gt;<p> 3.2 ADC0809與8255的連接..............................................5</p><p> 3.3 8086的可編程外設(shè)接口..............................................6</p><p> 3.4 數(shù)據(jù)顯示部分...................
7、....................................6</p><p> 3.5系統(tǒng)硬件原理圖.....................................................7</p><p> 4 軟件設(shè)計................................................................7&l
8、t;/p><p> 5 系統(tǒng)流程圖..............................................................8</p><p> 4.1 主程序.............................................................8</p><p> 4.2 BCD碼轉(zhuǎn)換子程序.
9、..................................................9</p><p> 4.3 顯示子程序.........................................................9</p><p> 4.4 溫度值設(shè)置子程序............................................
10、......10</p><p> 5 系統(tǒng)調(diào)試...............................................................11</p><p> 6 結(jié)論...................................................................12</p><p>
11、 7 參考文獻...............................................................12</p><p> 基于8086的溫度測控系統(tǒng)設(shè)計</p><p> 摘 要 本文介紹了一種基于8086微處理器的溫度測控系統(tǒng),采用溫度傳感器AD590采集溫度數(shù)據(jù),用CPU控制溫度值穩(wěn)定在預設(shè)溫度。當溫度低于預設(shè)溫度值時系統(tǒng)啟動電加熱器,當這
12、個溫度高于預設(shè)溫度值時斷開電加熱器。</p><p> 關(guān)鍵詞:微處理器 溫度傳感器 A/D轉(zhuǎn)換器 控制系統(tǒng)</p><p> 1溫度控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)概況</p><p> 溫度信息由溫度傳感器測量并轉(zhuǎn)換成微安級的電流信號,經(jīng)過運算放大電路將溫度傳感器輸出的小信號進行跟隨放大,輸入到A/D轉(zhuǎn)換器(ADC0809)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸入主機。數(shù)據(jù)經(jīng)過標度轉(zhuǎn)換
13、后,一方面通過數(shù)碼管將溫度顯示出來;另一方面,將該溫度值與設(shè)定的溫度值進行比較,調(diào)整電加熱爐的開通情況,從而控制溫度。在斷開電加熱器,溫度仍然異常,報警器發(fā)出聲音報警,提示采取相應(yīng)的調(diào)整措施。其溫度控制系統(tǒng)的原理框圖如圖1-1所示。</p><p> 圖 1-1 系統(tǒng)原理框圖</p><p><b> 2系統(tǒng)器件選擇</b></p><p>
14、; 2.1 系統(tǒng)擴展接口的選擇</p><p> 本次設(shè)計采用的是8086微處理器,選擇8255A可編程并行接口作為系統(tǒng)的擴展接口,8255A的通用性強,適應(yīng)靈活,通過它CPU可直接與外設(shè)相連接。</p><p> 2.2溫度傳感器與A\D轉(zhuǎn)換器的選擇</p><p> 本系統(tǒng)選用溫度傳感器AD590構(gòu)成測溫系統(tǒng)。AD590是一種電壓輸入、電流輸出型集成溫度
15、傳感器,測溫范圍為-55℃~150℃,非線性誤差在±0。30℃,其輸出電流與溫度成正比,溫度沒升高1K(K為開爾文溫度),輸出電流就增加1uA。其輸出電流I=(273+T)uA。本設(shè)計中串聯(lián)電阻的阻值選用2KΩ,所以輸出電壓V+=(2730 + 10T)MV.另外,為滿足系統(tǒng)輸入模擬量進行處理的功能,對其再擴展一片ADC0809,以進行模擬—數(shù)字量轉(zhuǎn)化。</p><p> 2.3 顯示接口芯片<
16、/p><p> 為滿足本次設(shè)計溫度顯示的需要,我們選擇了8279芯片,INTEL8279芯片是一種通用的可編程的鍵盤、顯示接口器件,單個芯片就能完成鍵盤鍵入和LED顯示控制兩種功能。</p><p> 備注:系統(tǒng)硬件接線應(yīng)盡量以插接形式連接,這樣便于多用途使用和故障的檢查和排除。 </p><p> 2.4 8086微處理器及其體系結(jié)構(gòu)</p>&l
17、t;p> 2.4.1 8086CPU的編程結(jié)構(gòu)</p><p> 編程結(jié)構(gòu):是指從程序員和使用者的角度看到的結(jié)構(gòu),亦可稱為功能結(jié)構(gòu)。從功能上來看,8086CPU可分為兩部分,即總線接口部件BIU(Bus Interface Unit)和執(zhí)行部件EU(Execution Unit)。8086CPU的內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)如圖2-1所示:</p><p> 圖2-1 8086/8088CP
18、U內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)圖</p><p> 2.4.2執(zhí)行部件(EU)</p><p> 功能:負責指令的執(zhí)行。</p><p> 組成:包括①ALU(算術(shù)邏輯單元)、②通用寄存器組和③標志寄存器等,主要進行8位及16位的各種運算。</p><p> 2.4.3總線接口部件(BIU)</p><p> 功能:負責與存
19、儲器及I/O接口之間的數(shù)據(jù)傳送操作。具體來看,完成取指令送指令隊列,配合執(zhí)行部件的動作,從內(nèi)存單元或I/O端口取操作數(shù),或者將操作結(jié)果送內(nèi)存單元或者I/O端口。</p><p> 組成:它由①段寄存器(DS、CS、ES、SS)、②16位指令指針寄存器IP(指向下一條要取出的指令代碼)、③20位地址加法器(用來產(chǎn)生20位地址)和④6字節(jié)(8088為4字節(jié))指令隊列緩沖器組成。</p><p&g
20、t; 3 系統(tǒng)各部分功能模塊介紹</p><p> 3.1溫度測量和控制部分</p><p> 3.1.1溫度測量部分</p><p> A\D590是AD公司生產(chǎn)的一種精度和線度較好的雙端集成傳感器,其輸出電流與絕對溫度有關(guān),對于電源電壓從5-10V變化只引起1uA最大電流的變化或1攝氏度等效誤差。圖4-1給出了用于獲得正比于絕對溫度的輸出電流的基本溫度敏
21、感電路。</p><p> A\D590輸出的電流I=(273+T)uA(T為攝氏溫度)。</p><p> 因此測量的電壓V為(273+T)uA×10K=(2.73+T/100)V,為了將電壓測量出來,又務(wù)必使電流I不分流出來。使用電壓跟隨器使其輸出電壓V2等于V 。</p><p> 由于一般電源供應(yīng)多器件之后,電源是帶雜波的,因此使用穩(wěn)壓二極管
22、作為穩(wěn)壓元件,再利用可變電阻分壓,其輸出電壓V1需調(diào)至2.73V。</p><p> 差動放大器其輸出V0 為(100K/10K)×(V2-V1)=T/10,如果現(xiàn)在為攝氏28℃,輸出電壓為2.8V。</p><p> 輸出電壓接A\D轉(zhuǎn)換器,那么A\D轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)字量就和攝氏溫度成線性比例的關(guān)系。</p><p> 圖 3-1輸出電流的基本溫度敏感
23、電路</p><p> 3.1.2 溫度控制部分</p><p> 當PC6為高電平時,三極管導通,繼電器吸合,向加熱系統(tǒng)輸出12V電壓加熱;反之,輸入低電平,三極管截止,繼電器斷開,停止加熱。在圖3-2中,二極管的作用是吸收繼電器端開時產(chǎn)生的浪涌電壓。</p><p> 圖 3-2溫度控制圖</p><p> 3.2 ADC080
24、9與8255的連接</p><p> 模擬輸入通道地址A,B,C直接接地,因此ADC0809只對通道IN0輸入的電壓進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。為了減少輸入噪聲其他通道直接接地。ADC0809的數(shù)據(jù)線D0-D7與8255的PB0-PB7相連接。其片選CS與8086的地址/數(shù)據(jù)總線AD14相連接。</p><p> 圖 3-3 ADC0809與8255的連接圖</p><p>
25、 3.3 8086的可編程外設(shè)接口電路</p><p> 8255的數(shù)據(jù)口D0-D7與CPU的6根控制線相連接,控制8255A內(nèi)部的各種操作??刂凭€RESET用來使8255A復位。CS和地址線A1及A0用于芯片選擇和通道尋址。</p><p> 圖 3-48086的可編程外設(shè)接口電路圖</p><p> 3.4 數(shù)據(jù)顯示部分</p><
26、p> 圖 3-4數(shù)據(jù)顯示圖</p><p> 3.5 系統(tǒng)硬件原理圖</p><p> 圖 3-5系統(tǒng)硬件原理圖</p><p><b> 4 軟件設(shè)計</b></p><p> 設(shè)計的目的是以8086微處理器為控制器,將溫度傳感器輸出的小信號經(jīng)過放大和低通濾波后,送至A/D轉(zhuǎn)換器;微控制器實時采集、顯
27、示溫度值(要求以攝氏度顯示),同時系統(tǒng)還應(yīng)可設(shè)定、控制溫度值,使系統(tǒng)工作在設(shè)定溫度 </p><p><b> 5系統(tǒng)流程圖</b></p><p><b> 5.1 主程序</b></p><p> 通過開始界面,顯示提示信息,調(diào)用溫度子程序,設(shè)置溫度。通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集A\D值并求其平均值。調(diào)用BCD碼轉(zhuǎn)換子程
28、序?qū)⑵滢D(zhuǎn)換為十進制溫度值;調(diào)用顯示子程序,如果溫度高于實際溫度,就加熱,反之撥動開關(guān)關(guān)閉,停止加熱。在此過程中,還可以重復設(shè)置溫度值。其流程圖如圖5-1所示。</p><p> 圖 5-1系統(tǒng)流程圖</p><p> 5.2 BCD碼轉(zhuǎn)換子程序</p><p> 設(shè)定溫度為0攝氏度時變換放大電路送出的模擬量為0.0V,此時A/D輸出的數(shù)字量為00H;溫度為76
29、.5℃時變換器送出對應(yīng)電壓4.98V,此時A/D輸出的數(shù)字量為FFH,即每0.3℃對應(yīng)1LSB的變化量,對應(yīng)電壓值為19.5mV。</p><p> 報警溫度設(shè)定為76.8℃,此時,輸出電壓約為5.0V左右。</p><p> 其流程圖如圖5-2所示。</p><p> 圖 5-2 BCD碼轉(zhuǎn)換子程序流程圖</p><p><b&
30、gt; 5.3 顯示子程序</b></p><p> 采用動態(tài)顯示方式,其流程圖如圖5-3所示。</p><p> 5.4 溫度值設(shè)置子程序</p><p> 問了避免加熱溫度過高,在程序設(shè)計中加了一條,即設(shè)定值不能大于76.8℃,否則就認為有錯系統(tǒng)報警。其流程圖如圖5-4所示。</p><p> 圖 5-4溫度值設(shè)置子
31、程序流程圖</p><p><b> 6 系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p> 通過前一部分的介紹說明,我們對系統(tǒng)的工作情況有了大體的了解。為了進一步了解系統(tǒng)的工作過程,這里介紹一下系統(tǒng)調(diào)試過程及調(diào)試過程中出現(xiàn)的一些具體的問題。我們的實驗調(diào)試軟件運行于DOC環(huán)境下,其步驟如下:</p><p> 一、根據(jù)硬件圖和原理圖連接好線路。</
32、p><p> 二、在PC機上敲入程序,并對其進行的查錯,編譯,連接,最后生成可執(zhí)行文件。</p><p> 三、接上電源,敲入可執(zhí)行文件的文件名,系統(tǒng)就開始了工作過程。</p><p> 1)這是DOC屏幕上會出現(xiàn)的一些提示信息,如</p><p> ’ENTER ANY KEY TO BEGIN!’</p><p&g
33、t; ’*** LET PA0=0 TO ADJUST THE TEMPERATURE VALUE!***’</p><p> ’*** LET PA0=1 TO INPUT A </p><p> NEW TEMPERATURE VALUE!***’</p><p> 這里后兩條只作注釋用。</p><p> 2)然后敲任意一個鍵
34、,系統(tǒng)就開始進行溫度測量和顯示,屏幕上就會顯示</p><p> ’INPUT THE TEMPERATURE:’</p><p> 在這一條信息之后敲入一溫度值。注意這里敲入的溫度值不能大于76攝氏度,否則屏幕將會顯示’INPUT VALUE ERROR !’并返回 DOC。(以后重新設(shè)定溫度時也是如此)</p><p> 3)在正常情況下,敲入設(shè)定溫度后系
35、統(tǒng)就開始進行控制調(diào)節(jié),當實際溫度小魚設(shè)定值時,系統(tǒng)就開始進行加熱,如果不加改變,它就會加熱一直穩(wěn)定到設(shè)定的溫度值;如果這是想重新設(shè)置一溫度,只要把8255的PA0讀取撥動開關(guān)撥到1,屏幕上就會顯示:</p><p> ‘INPUT A NEW TEMPERATURE:’</p><p> 這里又得注意一下,在敲入一個新的設(shè)定溫度之前,得先把PA0讀取撥動開關(guān)撥到0,否則,在敲完設(shè)定溫度
36、之后,屏幕上又會顯示同樣一條信息。因為它是根據(jù)PA0是0還是1來決定是去重新輸入設(shè)定溫度還是去調(diào)節(jié)溫度。如果不先把PA0撥為0,它就是一直輸入?yún)s不進行調(diào)節(jié)。另外,這里溫度值的設(shè)定的次數(shù)沒有限制。</p><p><b> 7 結(jié)論</b></p><p> 本設(shè)計采用的單片機是作為現(xiàn)代工業(yè)中最常用的集成芯片。具有體積小、重量輕、抗干擾能力強、對環(huán)境要求不高、價格低
37、廉、可靠性高、靈活性好、易于推廣應(yīng)用等顯著優(yōu)點,通過軟件邏輯控制實現(xiàn)對溫度的控制和調(diào)節(jié)。本文的溫度控制系統(tǒng),只是單片機廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中的一例。本設(shè)計中應(yīng)用了許多單片機芯片和單片機常用的外部設(shè),單片機芯片如:ADC0809,8255等。單片機外部設(shè)備如:溫度檢測元件AD590,鍵盤和顯示系統(tǒng)中的LED顯示器等。該系統(tǒng)的主要優(yōu)點如下:</p><p> 一、本系統(tǒng)本著簡單可靠的原則完成了設(shè)計要求,盡量做到線路簡
38、單,充分利用軟件編程,安裝比較靈活而且價格較低。</p><p> 二、在系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計中,都加有安全設(shè)計部分,避免加熱過高造成設(shè)備的損壞。</p><p> 同時,該系統(tǒng)在測量過程中會帶來系統(tǒng)誤差。</p><p><b> 參考文獻</b></p><p> [1] 戴梅蕚 《微型計算機技術(shù)及應(yīng)用》20
39、07 清華大學出版社</p><p> [2] 武鋒 《單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計---系統(tǒng)配置與接口技術(shù)》1998.8 北京航空航天大學出版社</p><p> [3] 何克忠 《計算機控制系統(tǒng)》 2002 清華大學出版社</p><p> [4] 朱善君 《匯編語言程序設(shè)計》 1998.3 清華大學出版社</p><p> [5]
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