基于51单片机的多路温度采集控制系统设计
基于51单片机的多路温度采集控制系统设计
言：
随着现代信息技术的飞速发展，温度测量控制系统在工业、农业及人们的日常生活中扮演着一个越来越重要的角色，它对人们的生活具有很大的影响，所以温度采集控制系统的设计与研究有十分重要的意义。
本次设计的目的在于学习基于51单片机的多路温度采集控制系统设计的基本流程。本设计采用单片机作为数据处理与控制单元，为了进行数据处理，单片机控制数字温度传感器，把温度信号通过单总线从数字温度传感器传递到单片机上。单片机数据处理之后，发出控制信息改变报警和控制执行模块的状态，同时将当前温度信息发送到LED进行显示。本系统可以实现多路温度信号采集与显示，可以使用按键来设置温度限定值，通过进行温度数据的运算处理，发出控制信号达到控制蜂鸣器和继电器的目的。
我所采用的控制芯片为AT89c51，此芯片功能较为强大，能够满足设计要求。通过对电路的设计，对芯片的外围扩展，来达到对某一车间温度的控制和调节功能。
关键词：温度 多路温度采集 驱动电路
正文 ：
1、温度控制器电路设计
本电路由89C51单片机温度传感器、模数转换器ADC0809、窜入并出移位寄存器74LS164、数码管、和LED显示电路等组成。由热敏电阻温度传感器测量环境温度，将其电压值送入ADC0809的IN0通道进行模数转换，转换所得的数字量由数据端D7-D0输出到89C51的P0口，经软件处理后将测量的温度值经单片机的RXD端窜行输出到74LS164，经74LS164 窜并转换后，输出到数码管的7个显示段，用数字形式显示出当前的温度值。89C51的P2.0、P2.1、P2.2分别接入ADC0809通道地址选择端A、B、C，因此ADC0809的IN0通道的地址为F0FFH。输出驱动控制信号由p1.0输出，4个LED为状态指示，其中，LED1为输出驱动指示，LED2为温度正常指示，LED3为高于上限温度指示，LED4为低于下限温度指示。当温度高于上限温度值时，有p1.0输出驱动信号，驱动外设电路工作，同时LED1亮、LED2灭、LED3亮、LED4灭。外设电路工作后，温度下降，当温度降到正常温度后，LED1亮、LED2亮、LED3灭、LED4灭。温度继续下降，当温度降到下限温度值时，p1.0信号停止输出，外设电路停止工作，同时LED1灭、LED2灭、LED3灭、LED4亮。当外设电路停止工作后，温度开始上升，接着进行下一工作周期。
温度控制器程序设计
本软件系统有1个主程序，6个子程序组成。6个子程序为定时/计数器0中断服务程序、温度采集及模数转换子程序ADCON、温度计算子程序CALCU、驱动控制子程序DRVCON、十进制转换子程序METRICCON及数码管显示子程序DISP。
主程序
主程序进行系统初始化操作，主要是进行定时/计数器的初始化。
定时/计数器0中断服务程序
应用定时计数器0中断的目的是进行定时采样，消除数码管温度显示的闪烁现象，用户可以根据实际环境温度变化率进行采样时间调整。每当定时时间到，调用温度采集机模数转换子程序ADCON，得到一个温度样本，并将其转换为数字量，传送给89C51单片机，然后在调用温度计算子程序CALCU，驱动控制子程序DRVCON，十进制转换子程序MERTRICCON，温度数码显示子程序DISP。
温度采集及模数转换子程序ADCON
该子程序进行温度采样并将其转换为8位数字量传送给89C51的P0口。采样得到的温度数据存放在片内RAM的20H单元中。
温度计算子程序CALCU
根据热敏电阻的分度值和电路参数计算出出一张温度表，存放在DATATAB数据表中，由于篇幅关系，本程序只给出0-49℃的温度数据。一个温度有两个字节组成，前一字节为温度值，后一字节为该温度所对应的热敏电阻上的电压的数字量。根据采样值，通过查表及比较的方法计算出当前的温度值，并将其存入片内RAM的21H单元。采用查表法计算温度值时为了克服热敏电阻的阻值——温度特性曲线的非线性，提高测量精度。
驱动控制子程序DRVCON
该子程序调节温度，当温度高于上限温度时（本程序设为30℃）， P1.0输出驱动控制信号，驱动外设工作降温；当温度下降到下限温度时（本程序设为25℃），P1.0停止输出，温度上升，周而复始；工作状态有LED1-LED4指示。
十进制转换子程序METRICCON
将存放于内部RAM21H单元的当前温度值得二进制数形式转换为十进制数（BCD码）形式，以便输出显示，转换结果存放在片内RAM的32H单元（百位）、31H（十位）、30H单元（个位）。
数码显示子程序DISP
该子程序利用89C51串口的方式0串行移位寄存器工作方式，将片内RAM的30H、31H、32H单元的BCD码查表转换为七段码后由RXD端串行发出去，然后经74LS164串并转换，将七段值传送给数码管，以十进制形式显示出当前温度值。
根据以上分析画出的部分程序设计流程图如图1-0至图1-4所示。
图1-0 部分程序设计流程图的设计框架
图1-1 主程序流程图
图1-2 T0中断服务程序流程图
图1-3 温度采样及模数转换子程序流程图
图1-4 温度计算子程序流程图
3、具体内容
（1）温度控制器电器原理图设计
按以上分析及相关知识设计出的温度控制器电路原理图如图1-5所示。
图1-5 温度控制电路原理图
（2）温度数据表
在图1-5所示的电路中，热敏电阻的连接如图1-6所示。
图1-6 热敏电阻的连接
本设计所使用的热敏电阻的分度表及ADC0809转换后的电压数字量见附表1-1所示
转换后的电压数字量的计算方法为：
热敏电阻与R8并并联后的总电阻：R=（Rt*R8）/（Rt+R8）
R与R7串联电路中R的分压值（即输入ADC0809的模拟量）：
V=5R/（R+R7）
5V被分成256等分（8位量化），则每份的电压值：△=5/256
输入的模拟量电压经8位量化后的数字量：D=V/△
例如，热敏电阻在温度为20℃时的阻值为62.254千欧，则根据上述方法计算出的电压数字量为169，注意在计算中R7用实测值19.6千欧代入进入计算。
在实际做该电路时，可根据自己所选择的热敏电阻的分度表计相关电路参数，按上述方法计算出ADC0809转换后的各温度对应的电压数字量。
程序中的温度数据表构成：1个温度数据占2个字节，前一字为温度值，后一个字节为该温度下热敏电阻上的模拟电压转换成德8位数字量。如在20℃时，热敏电阻对应的电压数字量为169，则20，169组成一个温度为20℃的温度数据。按这样方法组成的0-49℃的温度数据表如下：
DATATAB：DB 0，194，1 ，193 ，2 ，192， 3， 191，4，190
DB 5，189，6， 188， 7 ，187， 8， 186，9，185
DB10，184，11，182，12，181，13，180，14，178
DB 15，177，16，175，17，174，18，173，19，171
DB 20，169，21，168，22，166，23，165，24，163
DB 25，161，26，159，27，158，28，，156，29，154
DB 30，152，31，150，32，149，33，147，34，145
DB 35，143，36，141，37，139，38，147，39，135
DB 40，133，41，131，42，129，43，127，44，125
DB 45，123，46，121，47，118，48，116，49，114
在温度采样机模数转换子程序中，采样得到的当前温度下热敏电阻上的数字电压存于20H单元，在温度计算子程序中通过查表的方法从表中的第一个温度（0℃）下热敏电阻上的数字电压开始，依次取出各温度下热敏电阻上的十字电压，与与存于20H单元的当前温度下热敏电阻上的的数字电压比较，如小于当前温度的数字电压，则在取出下一温度的数字电压与当前温度的数字电压比较；直到大于或等于当前的温度数字电压，比较结束。如大于则取出前一温度作为当前温度存于21H单元，如等于则将该温度作为但前温度存于20H单元。这种温度计算方法，避免了温度特性曲线的非线性对温度计算精确性的影响，计算出的温度非常精确。
（3）温度控制程序设计
在本设计中，晶体振荡器频率为6MHz，T0定时时间为100ms，T0工作于方式1，则T0的初值为：
X=（最大计数值M―定时时间t/及其周期Tm）=216 -100ms/2us=15536=3CB0H
按以上任务分析设计出的源程序如下：
ORG 0000H;跳转到主程序
LJMP MAIN;
ORG 000BH;
LJMP T0INT;跳转到T0中断服务程序；
主程序
ORG 0100H;
MAIN:MOV R1,#10; T0 100马上定时溢出计数寄存器R1赋初值10
MOV P1,#0FFH; 所有指示灯灭
MOV SP,#60H; 堆栈指针赋初值60H
MOV TMOD,#01H; T0定时、方式1、软启动
MOV TL0,#0B0H; T0赋初值
MOV TH0,#3CH;
MOV IE,#82H; 开放T0中断
SETB TR0; 启动T0
SJMP $;
定时/计数器0中断服务程序
ORG 0200H;
T0INT:DJNZ R1,NEXT; T0溢出10次，即1s进一次采样处理
LCALL ADCON; 调用温度采样及模数转换子程序
LCALL CALCU; 调用温度计算子程序
LCALL DRVCON; 调用驱动控制子程序
LCALL METRICCON; 调用十进制转换子程序
LCALL DISP; 调用数码管显示子程序
MOV R1,#10; R1重赋值10
NEXT:MOV TL0,#0B0H; T0重装初值
MOV TH0,#3CH;
RETI;
温度采样及模数转换子程序
ORG 0300H;
ADCON:MOV DPTR,#0F0FFH; 选通ADC0809通道0
MOV A,#00H;
MOVX @DPTR,A; 启动A/D转换
HERE:JNB P3.3,HERE; 判断数据转换是否结束，没结束则等待
MOVX A,@DPTR; 读取转换后的数据
MOV 20H,A; 将从ADC0809中读取的当前温度下热敏电阻上的电压值存于20H单元
RET ；
温度计算子程序
ORG 0400H;
CALCU:MOV R2,#01H; R2为数据表的索引值寄存器
MOV DPTR,#DATATAB; 温度数据表首地址送DPTR
NEXT1:MOV A,R2; 索引值送A
MOVC A,@A+DPTR; 查表取出某一温度的数字电压值
CJNE A,20H,K1; 与当前温度的数字电压值比较
DEC R2; 等于当前温度的数字电压值，则查表取出该温度值作为当前温度值
MOV A,R2;
MOVC A,@A+DPTR;
LJMP K3;
K1:JNC K2; 大于当前温度的数字电压值，则继续取出下一温度的数字电压进行比较
DEC R2; 小于当前温度的数字电压值，则查表取出前一个温度值作为当前温度值
DEC R2
DEC R2
MOV A,R2;
MOVC A,@A+DPTR;
LJMP K3;
K2:INC R2;
INC R2;
LJMP NEXT1;
K3:MOV 21H,A; 将当前温度值存于21H单元
RET;
DATATAB;DB 0,194,1,193,2,192,3,191,4,190；温度数据表
DB 5,189,6,188,7,187,8,186,9,185
DB 10,184,11,182,12,181,13,180,14,178
DB 15,177,16,175,17,174,18,173,19,171
DB 20,169,21,168,22,166,23,165,24,163
DB 25,161,26,159,27,158,28,156,29,154
DB 30,152,31,150,32,149,33,147,34,145
DB 35,143,36,141,37,139,38,137,39,135
DB 40,133,41,131,42,129,43,127,44,125
DB 45,123,46,121,47,118,48,116,49,114
驱动控制子程序
ORG 0500H;
DRVCON:MOV A,21H; 取出当前温度值
CJNE A,#30,J1; 与上限温度值（30℃）比较
LJMP GO;
J1:JNC DRV1; 若高于上限温度，则输出驱动信号，同时高于上限温度指示灯点亮
CJNE A,#25,J2; 与显现温度（25℃）比较
LJMP GO;
J2:JC DRV2; 弱低于下限温度，则驱动信号停止输出，同时点亮低于下限温度的指示灯
LJMP GO;
DRV1:CLR P1.0;
SETB P1.1;
CLR P1.2;
SETB P1.3;
LJMP OVER;
DRV2:SETB P1.0
SETB P1.1;
CLR P1.2;
SETB P1.3;
LJMP OVER;
DRV2:SETB P1.0;
SETB P1.1;
SETB P1.1;
SETB P1.2;
CLR P1.3;
LJMP OVER;
GO:CLR P1.1; 在下线温度（25℃）至上限温度（30℃）之间，则驱动信号保持前面状态，同时温度正常指示灯点亮
SETB P1.2;
SETB P1.3;
OVER:RET;
；十进制转换子程序
ORG 0600H;
METRICCON:MOV R3,#00H; 将存于21H单元中的当前温度转换为BCD码
MOV R4,#00H; 百位存于32H单元，十位存于31H单元，个位存于30H单元
MOV A,21H;
CLR C;
W1:SUBB A,#100;
JC W2;
INC R4;
AJMP W1;
W2:ADD A,#100;
CLR C;
W3:SUBB A,#10;
JC W4;
INC R3;
AJMP W3;
W4:ADD A,#10;
MOV 30H,A;
MOV 31H,R3;
MOV 32H,R4;
RET;
；数码管显示子程序
ORG 0700H;
DISP:MOV R5,#03H; 将存于32H单元、31H单元、30H单元中的温度BCD码查表转换为七段码
MOV R0,#30H; 通过串行通信方式0输出驱动3个数码管，显示当前温度
MOV DPTR,#TAB;
LOOP:MOV A,@R0;
MOVC A,@A+DPTR;
MOV SBUF,A;
WAIT:JNB T1,WAIT;
CLR T1;
INC R0;
DJNZ R5,LOOP;
RET;
TAB:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH；七段码数据表
附表：1-1
热敏电阻分度表及经ADC0809转换后的电压数字量
参考文献：
1.贾好来主编.MCS-51单片机原理及应用.北京：机械工业出版社，2006.
2.江太辉，石秀芳主编. MCS-51单片机原理及应用.广东：华南理工大学出版社，2004.
3.曹龙汉，刘安才主编. MCS-51单片机原理及应用.重庆：重庆出版社，2004.
4.劳动和社会保障部教材办公室主编.单片机应用技术（汇编语言）.北京：中国劳动社会保障出版社，2006.
5.何立民主编. MCS-51单片机应用系统设计.北京：北京航天航空大学出版社，1990.
6.朱定华主编.单片机原理及接口技术实验.北京：北京大学出版社，2002.
基于51单片机的多路温度采集控制系统设计
