單片機用于溫度采集與控制系統的設計

1 引言
??? 針對傳統測溫元件(熱電偶、熱電阻)組成的溫度測量電路復雜，軟件調試繁瑣等缺點，設計基于MSC-51單片機及ADC0809的溫度采集控制系統。該系統利用單片機中空余的I／O接口，以中斷的方式實現溫度的實時采集與控制，充分利用CPU的資源空間，簡化了測量電路以及程序調試的復雜過程，方便了技術人員在實際中的開發和應用。
?2 硬件電路設計
??? 2．1 系統組成
??? 圖1為系統硬件組成框圖。外部傳感器將與溫度相對應的電信號傳至A／D轉換器，進行模數轉換，完成后將數據傳送至單片機，單片機進行數據處理后將數據送至譯碼器，最后在數碼管上顯示。當有鍵盤輸入控制溫度時，單片機內部比較此時得到的A／D轉換數據與控制設定溫度，若低于設定溫度，外部裝置加熱，LED單色燈亮；反之，則不加熱，LED單色燈熄滅。

???? 2．2 系統模塊設計
??? (1)主控制模塊 選用單片機MSC-51的最小系統作為主控制器件，且采用MSC-51單片機的最小主控制模塊，由于程序控制簡單，器件內部空間足夠存儲程序，無需外擴存儲器，選用P0、P1口作為輸出接口，P2口作為輸入接口。
??? (2)溫度采集模塊溫度采集模塊由外部傳感器、電熱器以及ADC0809器件組成。傳感器的測量范同是0℃～50℃。在理想情況下，A／D轉換器輸出的數值D與輸入的電壓信號V之間有以下關系式成立

???

?式中，Vmax為連接在器件Vref+引腳的“高基準電壓值”；Vmin為連接在器件Vref-引腳的“低基準電壓值”。DMAx為當輸入電壓為Vmax時，接口輸出的轉換數值。Dmin為當輸入電壓為Vmin時，接口輸出的轉換數值。
??? (3)溫度顯示模塊 溫度顯示模塊由8279器件與數碼管組成，8279內部的OUTA0～OUTA3、OUTB0～OUTB3與譯碼器74LS138連接，控制七段數碼管的顯示。
??? (4)溫度控制模塊溫度控制模塊由鍵盤、MSC-51器件、電熱器、A／D轉換器等組成。鍵盤數值的輸入也由8279器件通過行列掃描控制，再通過MSC-51的內部數值比較，電熱器控制溫度，進而達到保溫的目的。

??? 2．3 系統硬件連接
??? 系統選用MSC-51單片機作為主控制器件，進行數據的處理與傳輸。設計中將74LS273的引腳P0．4與外部電熱器的開關相連接，控制加熱。同時將 LED單色燈與74LS273的引腳P0．4口連接．以顯示外部電熱器的狀態。A／D轉換器ADC0809的引腳CS與編號為“8300H”的譯碼器輸出端連接，EOC信號接MSC-51的引腳P1．7，IN1與溫度傳感器相連接。數碼顯示控制器件8279的引腳CS與編號為“8700H”的譯碼器輸出端連接。圖2為鍵盤及數碼管顯示電路，圖3為A/D轉換電路。

?

??? 3軟件設計
??? 軟件采用MSC-51的單片機匯編語言編寫，運用單片機內部定時器的中斷實現中斷程序的調用以及5 s刷新數據的功能，從而大大節約CPU的資源，提高了工作效率。
??? 3．1 主程序流程
??? 在主程序開始之前設置偽指令，方便程序編寫時查找各個器件地址及初始化命令。主程序中設置定時器1的中斷程序，其定時產生中斷并進入中斷子程序。主程序入口地址是0000H，中斷入口地址是001BH。為避免程序的存儲位置與單片機預設的存儲位置發生沖突，在各個入口地址中只放置跳轉指令。主程序的存放地址從0500H開始。
??? 主程序以“START”開始，經設置堆棧棧底以及各接口器件的初始化程序后．啟動定時器1開始計時，當計數時間為50 ms時，定時器1產生中斷，轉入中斷子程序運行。主程序流程如圖4所示。

????? 主程序部分代碼如下：

???? 3．2 系統中斷子程序流程
??? 圖5是中斷子程序流程，其程序步驟如下：單片機響應定時器1的中斷，進入中斷子程序“FRESH”，設置50 ms的定時時間循環100次后，得到5 s的刷新時間，當到達5 s定時，隨即進人A／D轉換器的讀取數據。將A／D轉換器得到的數值與預設溫度值相比較。測量值低于預設溫度則啟動電熱器，L=ED亮；反之，繼續下一步。數碼管初始化，并將A／D轉換后的十六進制數值轉換為十進制數值并顯示輸出。

??? 4 結束語
??? 該方案具有節約接口資源，CPU利用率高，執行速度快，簡單易行等特點，具有推廣價值。但基于系統本身及器件轉換中存在誤差的缺點，該設計還需進一步提高控制精度，減小誤差，從而提高系統的整體性能。