畢業(yè)設計--基于8086的溫度測控系統(tǒng)設計

1、<p>　　基于8086的溫度測控系統(tǒng)設計</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采集溫度數據，用CPU控制溫度值穩(wěn)定在預設溫度。當溫度低于預設溫度值時系統(tǒng)啟動電加熱器，當這個溫度高于預設溫度值時斷開電加熱器。</p><p>　　關鍵詞：微處理器 溫度傳感器 A/D轉換器 控制系統(tǒng)</p>&l

2、t;p>　　1溫度控制系統(tǒng)的總體結構概況</p><p>　　溫度信息由溫度傳感器測量并轉換成微安級的電流信號，經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轉換器（ADC0809）轉換成數字信號輸入主機。數據經過標度轉換后，一方面通過數碼管將溫度顯示出來；另一方面，將該溫度值與設定的溫度值進行比較，調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，

3、提示采取相應的調整措施。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>　　2.1 系統(tǒng)擴展接口的選擇</p><p>　　本次設計采用的是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，8255

4、A的通用性強，適應靈活，通過它CPU可直接與外設相連接。</p><p>　　2.2溫度傳感器與A\D轉換器的選擇</p><p>　　本系統(tǒng)選用溫度傳感器AD590構成測溫系統(tǒng)。AD590是一種電壓輸入、電流輸出型集成溫度傳感器，測溫范圍為0℃~200℃，非線性誤差在±1℃，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+

5、T)uA。本設計中串聯(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—數字量轉化。</p><p>　　2.3 顯示接口芯片</p><p>　　為滿足本次設計溫度顯示的需要，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

6、和LED顯示控制兩種功能。</p><p>　　備注：系統(tǒng)硬件接線應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構</p><p>　　2.4.1 8086CPU的編程結構</p><p>　　編程結構：是指從程序員和使用者的角度看到的結構，亦可稱為功能結構。從功能上來看

7、，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的內部功能結構如圖2－1所示:</p><p>　　圖2-1 8086/8088CPU內部功能結構圖</p><p>　　2.4.2執(zhí)行部件（EU）</p><p>　　功能：負責指令的執(zhí)行。</p>

8、<p>　　組成：包括①ALU(算術邏輯單元)、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：負責與存儲器及I/O接口之間的數據傳送操作。具體來看，完成取指令送指令隊列，配合執(zhí)行部件的動作，從內存單元或I/O端口取操作數，或者將操作結果送內存單元或者I/O端口。</p>

9、;<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>　　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<

10、;/p><p>　　A\D590是AD公司生產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，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

11、為（273+T）uA×10K=（2.73+T/100）V，為了將電壓測量出來，又務必使電流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>　　由于一般電源供應多器件之后，電源是帶雜波的，因此使用穩(wěn)壓二極管作為穩(wěn)壓元件，再利用可變電阻分壓，其輸出電壓V1需調至2.73V。</p><p>　　差動放大器其輸出V0 為（100K/10K）×(V2-V

12、1)=T/10，如果現在為攝氏28℃，輸出電壓為2.8V。</p><p>　　輸出電壓接A\D轉換器，那么A\D轉換輸出的數字量就和攝氏溫度成線性比例的關系。</p><p>　　圖 3-1輸出電流的基本溫度敏感電路</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

13、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生的浪涌電壓。</p><p>　　圖 3-2溫度控制圖</p><p>　　3.2 ADC0809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轉換。為了減少輸入噪聲其他通

14、道直接接地。ADC0809的數據線D0-D7與8255的PB0-PB7相連接。其片選CS與8086的地址/數據總線AD14相連接。</p><p>　　圖 3-3 ADC0809與8255的連接圖</p><p>　　3.3 8086的可編程外設接口電路</p><p>　　8255的數據口D0-D7與CPU的6根控制線相連接，控制8255A內部的各種操作?？刂凭€

15、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的可編程外設接口電路圖</p><p>　　3.4 數據顯示部分</p><p>　　圖 3-4數據顯示圖</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&l

16、t;/p><p><b>　　4 軟件設計</b></p><p>　　設計的目的是以8086微處理器為控制器，將溫度傳感器輸出的小信號經過放大和低通濾波后，送至A/D轉換器；微控制器實時采集、顯示溫度值（要求以攝氏度顯示），同時系統(tǒng)還應可設定、控制溫度值，使系統(tǒng)工作在設定溫度 </p><p><b>　　5系統(tǒng)流程圖</b>

17、;</p><p><b>　　5.1 主程序</b></p><p>　　通過開始界面，顯示提示信息，調用溫度子程序，設置溫度。通過模數轉換器采集A\D值并求其平均值。調用BCD碼轉換子程序將其轉換為十進制溫度值；調用顯示子程序，如果溫度高于實際溫度，就加熱，反之撥動開關關閉，停止加熱。在此過程中，還可以重復設置溫度值。其流程圖如圖5-1所示。</p>

18、<p>　　圖 5-1系統(tǒng)流程圖</p><p>　　5.2 BCD碼轉換子程序</p><p>　　設定溫度為0攝氏度時變換放大電路送出的模擬量為0.0V，此時A/D輸出的數字量為00H；溫度為76.5℃時變換器送出對應電壓4.98V，此時A/D輸出的數字量為FFH，即每0.3℃對應1LSB的變化量，對應電壓值為19.5mV。</p><p>　　報

19、警溫度設定為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碼轉換子程序流程圖</p><p><b>　　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>

20、　　5.4 溫度值設置子程序</p><p>　　問了避免加熱溫度過高，在程序設計中加了一條，即設定值不能大于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溫度值設置子程序流程圖</p><p><b>　　6 系統(tǒng)調試</b></p><p>　　通過前一部分的介紹說明，我

21、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)調試過程及調試過程中出現的一些具體的問題。我們的實驗調試軟件運行于DOC環(huán)境下，其步驟如下：</p><p>　　一、根據硬件圖和原理圖連接好線路。</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)

22、行文件的文件名，系統(tǒng)就開始了工作過程。</p><p>　　1）這是DOC屏幕上會出現的一些提示信息，如</p><p>　　’ENTER ANY KEY TO BEGIN!’</p><p>　　’*** LET PA0=0 TO ADJUST THE TEMPERATURE VALUE!***’</p><p>　　’*** LET PA

23、0=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，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&g

24、t;　　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。（以后重新設定溫度時也是如此）</p><p>　　3）在正常情況下，敲入設定溫度后系統(tǒng)就開始進行控制調節(jié)，當實際溫度小魚設定值時，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)定到設定的溫度值；如果這是想重新設置一溫度，只要把8255的PA0讀取撥動開關撥到

25、1，屏幕上就會顯示：</p><p>　　‘INPUT A NEW TEMPERATURE:’</p><p>　　這里又得注意一下，在敲入一個新的設定溫度之前，得先把PA0讀取撥動開關撥到0，否則，在敲完設定溫度之后，屏幕上又會顯示同樣一條信息。因為它是根據PA0是0還是1來決定是去重新輸入設定溫度還是去調節(jié)溫度。如果不先把PA0撥為0，它就是一直輸入卻不進行調節(jié)。另外，這里溫度值的設定

26、的次數沒有限制。</p><p><b>　　7 結論</b></p><p>　　本設計采用的單片機是作為現代工業(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、價格低廉、可靠性高、靈活性好、易于推廣應用等顯著優(yōu)點，通過軟件邏輯控制實現對溫度的控制和調節(jié)。本文的溫度控制系統(tǒng)，只是單片機廣泛應用于各行各業(yè)中的一例。本設計中應用了許多單片機芯片和單

27、片機常用的外部設，單片機芯片如：ADC0809，8255等。單片機外部設備如：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計要求，盡量做到線路簡單，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)的硬件和軟件設計中，都加有安全設計部分，避免加熱過高造成設備的損壞。<