基于8086微处理器的温度测控系统设计1.doc

德州学院微机原理课程设计

论文题目：基于8086的温度测控系统设计
专业班级： 10电子信息工程本科
小组成员: 许庆帅 201000802048
张志伟 201000202087
左 攀 201000802113
指导老师： 唐荣霞
完成时间： 2012年6月17日

12

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的设计。它的功能是：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。方法是：将温度控制在某一特定值并保持稳定，同时还可以根据实际需要进行调节，当设置系统温度超过承受范围，系统就会报错并退出系统。
关键词：微处理器 温度传感器 A/D转换器 控制系统 报警
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，一方面经过译码然后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。如果在断开电加热器，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
温度传感器
A\D转换器
微
处
理
器
加 热 控 制
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。8255A的内部结构图，如图2-1所示

图2-1 8255A的内部接口
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℃，满量程范围在±0.30℃，其电流输出：1uA/K,正比于绝对温度（K为开尔文温度），其精度：用激光校准到±0.5℃。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（INTEL8279是一种可编程键盘/显示器接口芯片，它含有键盘输入和显示器输出两种功能。键盘输入时，它提供自动扫描，能与键盘或传感器组成的矩阵相连，接收输入信息。它能自动消除开关抖动并能对多键同时按下提供保护。显示输出时，它有一个16×8位显示RAM，其内容通过自动扫描，可由8或16位LED数码管显示。）。
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2－2所示:

图2-2 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。8086 有14个16位寄存器，这14个寄存器按其用途可分为(1)通用寄存器、(2)指令指针、(3)标志寄存器和(4)段寄存器等4类。(1)通用寄存器有8个, 又可以分成2组,一组是数据寄存器(4个),另一组是指针寄存器及变址寄存器(4个). 数据寄存器分为: AH&AL＝AX(accumulator)：累加寄存器，常用于运算;在乘除等指令中指定用来存放操作数,另外,所有的I/O指令都使用这一寄存器与外界设备传送数据.BH&BL＝BX(base)：基址寄存器，常用于地址索引；CH&CL＝CX(count)：计数寄存器，常用于计数；常用于保存计算值,如在移位指令,循环(loop)和串处理指令中用作隐含的计数器.DH&DL＝DX(data)：数据寄存器，常用于数据传递。他们的特点是,这4个16位的寄存器可以分为高8位: AH, BH, CH, DH.以及低八位：AL,BL,CL,DL。这2组8位寄存器可以分别寻址，并单独使用。另一组是指针寄存器和变址寄存器，包括：SP（Stack Pointer）：堆栈指针，与SS配合使用，可指向目前的堆栈位置；BP（Base Pointer）：基址指针寄存器，可用作SS的一个相对基址位置；SI（Source Index）：源变址寄存器可用来存放相对于DS段之源变址指针；DI（Destination Index）：目的变址寄存器，可用来存放相对于 ES 段之目的变址指针。这4个16位寄存器只能按16位进行存取操作，主要用来形成操作数的地址，用于堆栈操作和变址运算中计算操作数的有效地址。

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。其中4个段地址寄存器分别为：
CS：16位的代码段寄存器；
DS：16位的数据段寄存器；
ES：16位的附加段寄存器；
SS：16位的堆栈段寄存器。
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3-1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断开时产生的浪涌电压（电路在遭雷击和在接通、断开电感负载或大型负载时常常会产生很高的操作过电压，这种瞬时过电压称为浪涌电压）。

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51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 5-4
图 5-3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
本系统有三部分组成：1.温度数据采集部分，在模拟电子技术基础知识的基础上，设计了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)，当温度降低时，电流I会减小，测量电压V减小，通过电压跟随器输出到反相比例运算电路的正输入端，与负输入端参考电压共同作用输出电压信号的值，送入信号处理部分。2.信号处理部分：本部分由A\D转换器，8086ＣＰＵ微处理器，可编程并行通信接口8255A
组成，上一部分输入的模拟信号通过A\D转换器转换成数字信号，通过74LS148和74LS138分别进行编码和译码，译码后的信号输入到8086微处理器中（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），信号经处理后再通过外设接口电路传输并控制外设的工作状态。第三部分是执行控制信号部分：本部分包括加热装置，报警装置，显示装置。当温度降低时，加热装置启动加热是温度升高到标准值，
断开电加热器，如果在断开电加热器，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。各时刻的温度值是通过译码器对微处理器输出的8进制数译码转化为16进制数显示在数码管上的。同时该系统具有优点如下：
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