基于8086微处理器的温度测控系统设计


    基于8086微处理器的温度测控系统设计 目录 题目.....................................................................1 摘要.....................................................................1 关键词...................................................................1 1温度控制系统的总体结构概况..............................................1 2系统器件选择............................................................2 2.1系统器件选择.......................................................2 2.2温度传感器与A\D转换器的选择.......................................2 2.3显示接口芯片.......................................................2 2.4 8086微处理器及其体系结构..........................................3 3系统各部分功能模块介绍..................................................4 3.1温度测量和控制部分.................................................4 3.2 ADC0809与8255的连接..............................................5 3.3 8086的可编程外设接口..............................................6 3.4 数据显示部分.......................................................6 3.5系统硬件原理图.....................................................7 4 软件设计................................................................7 5 系统流程图..............................................................8 4.1 主程序.............................................................8 4.2 BCD码转换子程序...................................................9 4.3 显示子程序.........................................................9 4.4 温度值设置子程序..................................................10 5 系统调试...............................................................11 6 结论...................................................................12 7 参考文献...............................................................12 基于8086的温度测控系统设计 摘 要 本文介绍了一种基于8086微处理器的温度测控系统,采用温度传感器AD590采集温度数据,用CPU控制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,当这个温度高于预设温度值时断开电加热器。 关键词:微处理器 温度传感器 A/D转换器 控制系统 1温度控制系统的总体结构概况 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(ADC0809)转换成数字信号输入主机。数据经过标度转换后,一方面通过数码管将温度显示出来;另一方面,将该温度值与设定的温度值进行比较,调整电加热炉的开通情况,从而控制温度。在断开电加热器,温度仍然异常,报警器发出声音报警,提示采取相应的调整措施。其温度控制系统的原理框图如图1-1所示。 电压跟随器 运算放大电路 温度传感器 A\D转换器 微 处 理 器 加热控制电路 报警 译码 显示 图 1-1 系统原理框图 2系统器件选择 2.1 系统扩展接口的选择 本次设计采用的是8086微处理器,选择8255A可编程并行接口作为系统的扩展接口,8255A的通用性强,适应灵活,通过它CPU可直接与外设相连接。 2.2温度传感器与A\D转换器的选择 本系统选用温度传感器AD590构成测温系统。AD590是一种电压输入、电流输出型集成温度传感器,测温范围为-55℃~150℃,非线性误差在±0。30℃,其输出电流与温度成正比,温度没升高1K(K为开尔文温度),输出电流就增加1uA。其输出电流I=(273+T)uA。本设计中串联电阻的阻值选用2KΩ,所以输出电压V+=(2730 + 10T)MV.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。 2.3 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。 备注:系统硬件接线应尽量以插接形式连接,这样便于多用途使用和故障的检查和排除。 2.4 8086微处理器及其体系结构 2.4.1 8086CPU的编程结构 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BIU(Bus Interface Unit)和执行部件EU(Execution Unit)。8086CPU的内部功能结构如图2-1所示: 图2-1 8086/8088CPU内部功能结构图 2.4.2执行部件(EU) 功能:负责指令的执行。 组成:包括①ALU(算术逻辑单元)、②通用寄存器组和③标志寄存器等,主要进行8位及16位的各种运算。 2.4.3总线接口部件(BIU) 功能:负责与存储器及I/O接口之间的数据传送操作。具体来看,完成取指令送指令队列,配合执行部件的动作,从内存单元或I/O端口取操作数,或者将操作结果送内存单元或者I/O端口。 组成:它由①段寄存器(DS、CS、ES、SS)、②16位指令指针寄存器IP(指向下一条要取出的指令代码)、③20位地址加法器(用来产生20位地址)和④6字节(8088为4字节)指令队列缓冲器组成。 3 系统各部分功能模块介绍 3.1温度测量和控制部分 3.1.1温度测量部分 A\D590是AD公司生产的一种精度和线度较好的双端集成传感器,其输出电流与绝对温度有关,对于电源电压从5-10V变化只引起1uA最大电流的变化或1摄氏度等效误差。图4-1给出了用于获得正比于绝对温度的输出电流的基本温度敏感电路。 A\D590输出的电流I=(273+T)uA(T为摄氏温度)。 因此测量的电压V为(273+T)uA×10K=(2.73+T/100)V,为了将电压测量出来,又务必使电流I不分流出来。使用电压跟随器使其输出电压V2等于V 。 由于一般电源供应多器件之后,电源是带杂波的,因此使用稳压二极管作为稳压元件,再利用可变电阻分压,其输出电压V1需调至2.73V。 差动放大器其输出V0 为(100K/10K)×(V2-V1)=T/10,如果现在为摄氏28℃,输出电压为2.8V。 输出电压接A\D转换器,那么A\D转换输出的数字量就和摄氏温度成线性比例的关系。 图 3-1输出电流的基本温度敏感电路 3.1.2 温度控制部分 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,输入低电平,三极管截止,继电器断开,停止加热。在图3-2中,二极管的作用是吸收继电器端开时产生的浪涌电压。 图 3-2温度控制图 3.2 ADC0809与8255的连接 模拟输入通道地址A,B,C直接接地,因此ADC0809只对通道IN0输入的电压进行模数转换。为了减少输入噪声其他通道直接接地。ADC0809的数据线D0-D7与8255的PB0-PB7相连接。其片选CS与8086的地址/数据总线AD14相连接。 图 3-3 ADC0809与8255的连接图 3.3 8086的可编程外设接口电路 8255的数据口D0-D7与CPU的6根控制线相连接,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。 图 3-48086的可编程外设接口电路图 3.4 数据显示部分 图 3-4数据显示图 3.5 系统硬件原理图 图 3-5系统硬件原理图 4 软件设计 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 5系统流程图 5.1 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A\D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。其流程图如图5-1所示。 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 有键按下 返回 采集A\D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 Y Y N N N 图 5-1系统流程图 5.2 BCD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76.5℃时变换器送出对应电压4.98V,此时A/D输出的数字量为FFH,即每0.3℃对应1LSB的变化量,对应电压值为19.5mV。 报警温度设定为76.8℃,此时,输出电压约为5.0V左右。 其流程图如图5-2所示。 通过移位得到组合BCD码 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 图 5-2 BCD码转换子程序流程图 5.3 显示子程序 采用动态显示方式,其流程图如图5-3所示。 5.4 温度值设置子程序 问了避免加热温度过高,在程序设计中加了一条,即设定值不能大于76.8℃,否则就认为有错系统报警。其流程图如图5-4所示。 得到温度值十位上的数值 取出(BL)中的温度值 延时 显示温度值个位上的数值 通过查表指令得到对应的数码管的断码 先将十进制温度值(AL)送到(BL) 得到温度值各位上的数 通过查表指令得到 对应的数码管的断码 温度值设置子程序 键入温度值十位上的数值将它存于[DI] 键入温度值个位上的数值将它存于[DI+1] 将十位上的数值左移四位并与个位上的数值既得温度值 设置温度大于76℃ 将温度值存于[DI+1] 返回 声音报警并显示错误信息 返回 显示温度值十位上的数值 延时 返回 显示子程序 N Y 图 4-4 图 5-4温度值设置子程序流程图 6 系统调试 通过前一部分的介绍说明,我们对系统的工作情况有了大体的了解。为了进一步了解系统的工作过程,这里介绍一下系统调试过程及调试过程中出现的一些具体的问题。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76摄氏度,否则屏幕将会显示’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节温度。如果不先把PA0拨为0,它就是一直输入却不进行调节。另外,这里温度值的设定的次数没有限制。 7 结论 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。该系统的主要优点如下: 一、本系统本着简单可靠的原则完成了设计要求,尽量做到线路简单,充分利用软件编程,安装比较灵活而且价格较低。 二、在系统的硬件和软件设计中,都加有安全设计部分,避免加热过高造成设备的损坏。 同时,该系统在测量过程中会带来系统误差。 参考文献 [1] 戴梅蕚 《微型计算机技术及应用》2007 清华大学出版社 [2] 武锋 《单片机应用系统设计---系统配置与接口技术》1998.8 北京航空航天大学出版社 [3] 何克忠 《计算机控制系统》 2002 清华大学出版社 [4] 朱善君 《汇编语言程序设计》 1998.3 清华大学出版社 [5] 颜永军 《protel99电路设计与应用》2001.1 国防工业出版社 评分 评语: 本文档由香当网(https://www.xiangdang.net)用户上传

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    贡献于2021-07-21

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