基于8086微处理器的温度测控系统设计.doc

目录
1绪论....................................................................1
2温度控制系统的总体结构概况..............................................1
3系统器件选择............................................................2
3.1系统器件选择.......................................................2
3.2温度传感器与A/D转换器的选择.......................................2
3.3显示接口芯片.......................................................2
3.4 8086微处理器及其体系结构..........................................2
4系统各部分功能模块介绍..................................................3
4.1温度测量和控制部分.................................................3
4.2 ADC0809与8255的连接..............................................5
4.3 8086的可编程外设接口..............................................5
4.4 数据显示部分.......................................................6
4.5系统硬件原理图.....................................................7
5软件设计................................................................7
5.1系统流程图..........................................................7
5.2 主程序.............................................................7
5.3 BCD码转换子程序...................................................9
5.4显示子程序.........................................................9
5.5 温度值设置子程序...................................................9
6 结论...................................................................11
7 参考文献...............................................................11

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绪论
近年来，温度控制系统不仅在工业设计、工程建设中应用广泛，而且在人们日常生活中也常常需要用到温度控制。温度控制的应用随处可见，随着人们生活质量的提高及温度控制技术的成熟，温度控制将更好的服务于社会。随着电子技术的发展，特别是大规模集成电路的产生，给人们带来了根本性的变化，微型计算机的出现则是给现代工业控制领域带来了一次新的革命。目前，微处理器8086在工业控制系统诸多领域得到了广泛的应用，由于它具有较好的稳定性，更快和更准确的元算精度。
如今，微机测控系统的发展快，应用也很广泛，它由于体积小、功能强、性能稳定、价格低廉等优点，使其在工业控制系统等诸多领域得到了极为广泛的应用。在此基础上发展起来的智能仪器无论是在测量的准确度、灵敏度、可靠性、自动化程度、应用功能等方面或在解决测试技术问题的深度及广度方面都有了巨大的发展，以一种崭新的面貌展现在人们的面前。
2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2.1所示。
电压跟随器
运算放大电路路 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 2.1 系统原理框图
3系统器件选择
3.1 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。
3.2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，温度每升高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10KΩ，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。
3.3 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。
3.4 8086微处理器及其体系结构
3.4.1 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3.1所示:

图3.1 8086/8088CPU内部功能结构图
3.4.2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、③标志寄存器等，主要进行8位及16位的各种运算。
3.4.3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）、④6字节（8088为4字节）指令队列缓冲器组成。
4 系统各部分功能模块介绍
4.1温度测量和控制部分
4.1.1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 4.1输出电流的基本温度敏感电路
4.1.2 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4.2中，二极管的作用是吸收继电器断开时产生的浪涌电压。

图4.2温度控制图

4.2 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4.3 ADC0809与8255的连接图

4.3 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 4.4 8086的可编程外设接口电路图
4.4 数据显示部分

图4.5 数据显示图

4.5 系统硬件原理图

图 4.6系统硬件原理图
5 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。
5.1系统流程图
5.2 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5.2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=1
停止加热
8255 PC6=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
Y
N
图5.2系统流程图
5.3 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5.3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 5.3 BCD码转换子程序流程图
5.4 显示子程序
采用动态显示方式，其流程图如图5.4所示。
5.5 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5.5所示。

图5.5温度值设置流程图
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 5.4动态显示方式流程图

6 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.
在温度测试的过程中，刚开始的时候有很多东西都不懂，手忙脚乱，慢慢的经过一段时间的理解和老师的讲解，再做起来就比较顺手了。同时，该系统在测量过程中会带来系统误差,并不是十分精确，有很多地方还是需要改进的。
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