PIC单片机温敏电阻测温课程设计资料

一、设计目的、要求及方案选择1、设计目的随着社会的进步和工业技术的发展，人们越来越重视温度对产品的影响，许多产品对温度范围要求严格，目前市场上普遍存在的问题有温度信息传递不及时、精度不够的缺点，不利于工业控制者根据温度变化及时做出决定。

在这样的形式下，开发一种实时性高、精度高的温度采集系统就很有必要。

本课题用一种基于单片机的数据采集系统方案，该方案根据热敏电阻随温度变化而变化的特性，采用串联分压电路。

单片机采集热敏电阻的电压，通过A/D转换将模拟量电压信号转换成数字量电压信号，经过查表转换得到温度值，控制数码管实时显示温度值。

本系统中所器件是PIC16F877单片机、NTC热敏电阻和数码管。

2、设计要求热敏电阻温度测量系统设计任务要求：a、设计基于热敏电阻信号调理电路b、设计A/D转换电路c、设计数码管显示电路3、设计方案的选择本设计以PIC16F877单片机系统为核心，采用热敏电阻对温度进行检测；通过电容进行充放电进行A/D转换把温度信号调解转换为电压信号，计算出电阻，与PIC16F877单片机接口设置LED八段数码管实时显示温度值。

本设计包括热敏电阻选择、测量模块、数据传输模块、温度显示模块四个部分。

文中对每个部分功能、实现过程作详细介绍。

二、硬件系统各模块电路的设计1、单片机系统的设计PIC16F877单片机的基本功能区域的主要功能模块包括以下7部分1）程序存储器区域PIC16F877单片机带有Flash程序存储器结构，主要存放由用户预先编制好的程序和一些固定不变的数据。

程序存储器共有8K×14位程序单元空间，即0000H1FFFH，由程序计数器提供13条地址线进行单元选择，每个单元宽14位，能够存放一条PIC单片机系统指令。

在系统上电或其他复位情况下，程序计数器均从0000H地址单元开始工作。

如果遇到调用子程序或系统发生事件中断时，都将把当前程序断点处的地址送入8级×14位的堆栈区域进行保护。

堆栈是一个独立的存储区域，在子程序或中断服务程序执行完后，再恢复断点地址，使主程序得以继续执行。

通过14位程序总线，取出对应程序指令的机器码，送入指令寄存器，将组成的操作码和操作数进行有效分离。

如果操作数为地址，则进入地址复用器；如果操作数为数据，则进入数据复用器。

而操作码将在指令译码和控制单元中转化为相应的功能操作。

2）数据存储区域PIC16F877单片机数据存储器主要包括特殊功能寄存器和通用寄存器两部分，用于存取CPU在执行程序过程中产生的中间数据或预置的参数。

RAM数据存储器的每个存储单元除具备普通存储器功能之外，还能实现移位、置位、复位和位测试等通常只有寄存器才能完成的操作。

PIC16F877共有512字节单元空间（包括无效的地址单元），即000H1FFH.地址复用器组合9条地址线，实现512个数据存储器单元地址的有效选择。

对于不同的数据访问，地址复用器的组合方式也存在差异。

当采用直接寻址时，RAM地址的形成采用7加2模式，即7位数据来源于指令操作数，2位数据来源于STATUS状态寄存器RP1、RP0；而采用间接寻址时，RAM地址的形成采用8加1模式，即8位数据来源于文件选择寄存器FSR，1位数据来源于STATUS状态寄存器IRP 基本功能区域配置有地址和数据两种复用器，是一种信号的选择开关，可根据指令功能的不同而选择其中的一个通路。

3）E2PROM数据存储器模块PIC16F877单片机嵌入一个256×8位E2PROM数据存储器模块。

它与内部数据存储器最大的差异在于可在线擦/写，存储的内容掉电时不会丢失。

完成数据存取功能，PIC单片机指令集没有提供现成的机器指令，而必须采用特殊的程序段。

4）算术逻辑运算区域PIC16F877单片机中一个非常重要的部件就是算术逻辑单元ALU，主要实现算数运算和逻辑运算。

一般对于双目操作类指令，如“加”、“减”、“与”、“或”的两个操作数将来源于工作寄存器W和数据复用器。

而执行的结果可以送入工作寄存器W或返回数据总线（进入特定外围模块或给定的数据寄存器单元），同时会将运算结果的状态送入STATUS状态寄存器。

与算术逻辑运算区域关联的特殊功能寄存器有以下3种（1）工作寄存器W：相当于其它单片机中的“累加器A”，是数据传送的桥梁，是最为繁忙的工作单元。

在运算前，W可以暂存准备参加运算的一个操作数（成为源操作数）；（2）状态寄存器STATUS：反映最近一次算术逻辑运算结果的状态特征，如是否产生进位、借位、结果是否为零等，共涉及3个标志位（Z、DC和C）。

该寄存器在其他单片机中又称为标志寄存器或程序状态字（PAW）寄存器。

另外，状态寄存器还包括数据寄存器区域的选择信息（IRP、RP1和RP0）。

如图所示的状态寄存器STATUS指向数据存储器地址复用器的3条控制线，配合完成间接寻址（IRP）和直接寻址（RP1和RP0）。

（3）文件选择寄存器FSR：是与INDF完成间接寻址的专用主题寄存器，用于存放间接地址，即预先将要访问单元的地址存入该寄存器。

1）输入/输出端口模式PIC16F877单片机具有丰富的接口资源，共设置有5个输入/输出端口，分别为RA（6位）、RB（8位）、RC（8位）、RD（8位）和RE（3位），合计共有33个引脚。

大多数引脚除了基本I/O功能外，还配置有其他特殊功能，例如模拟量输入通道，串/并行通信线和MPLAB—ICD专用控制线等。

这些端口引脚在使用中存在着差异，特别是RA（6位）和RE（3位）中所涉及的输入/输出通道，只有当对ADCON1进行设置后才能用作为数字累输入/输出引脚。

另外，RB端口的高4位具有特殊的电平变化中断功能，为实时监控提供了很大方便。

RC端口拥有各类串行通信功能，包括主控同步串行通信MSSP（SPI、I2C）和通用同步/异步收发器USART2）多功能定时器模块PIC16F877单片机配置有3个功能较强的多功能定时器模块：TMR0（8位）、TMR1（16位）和TMR2（8位）。

他们都具有不同位宽的可编程定时器，出TMR2以外都可作为计数器使用。

每个定时器/计数器模块都配有不同比例的预分频器或后分频器。

另外，还有两个重要的专门用途；当设置在同步计数方式下，TMR1可与捕捉/比较/脉宽调制CCP模块配合实现脉宽调制输出功能。

3）核心模块PIC16F877单片机具有多种功能强大的系统复位模式：基于电容的效应，当系统芯片加电后，VDD电压会有一个逐渐上升的过程，只有达到1.51.8V后，上电复位电路将自动产生一个复位脉冲，使单片机复位；而为了保障系统程序安全，可靠运行，当VDD掉电跌落到VBOR(大约4V)的时间大于TBOR（大约100us）时，如果掉电复位功能处于使能方式，将自动产生一个复位信号并使芯片保持在复位状态；而此时如果VDD恢复到正常范围，上电延时电路再提供一个72ms延时，才使CPU从复位状态返回到原正常运行状态。

另外，核心模块还带有两种特殊的延时电路：上电延时和起振延时电路。

在芯片加电时，上电延时定时器PWRT提供一个固定的72ms正常上电延时。

上电延时电路采用RC振荡器方式工作。

当PWRT处于延时过程时，芯片就能一直保持在复位状态，以确保电源电压在这个固定延时内达到合适的芯片工作电压；在上电延时电路提供一个72ms延时后，起振定时器OST将提供1024个振荡周期的延迟时间，以确保晶体或陶瓷谐振器能够有合适的时间起振并产生稳定的时序波形。

PIC16F877单片机嵌入了一个具有较强功能的看门狗定时器WDT，能够有效防止因环境干扰而引起系统程序“飞溢”。

WDT的定时/计数脉冲是由芯片内专用的RC振荡器产生的。

它的工作既不需要任何外部器件，也与单片机的时钟电路无关。

这样，即使单片机的时钟停止，WDT仍能继续工作。

看门狗电路在实时控制系统有着重要的应用价值，可以在18ms基本定时基础上加入1:11:128的预分频比例，从而达到182304ms的定时。

一旦在程序中启用看门狗电路，定时的长短将直接与看门狗复位指令CLRWDT的设置有关。

其原则是：程序循环或程序段内插入CLRWDT，确保正常程序运行时看门狗电路执行复位（CLRWDT）的间隙时间小于看门狗电路设置的溢出时间。

PIC16F877单片机最具特色的内容之一就是具有强大的在线调试功能和低压编程功能，为初学者提供了一个友好的操作平台，在Microchip公司提供的集成开发环境MPLAB—IDE和实验板的支持下，完成在线调试程序的功能。

在对PIC16F877单片机进行在线串行编程时，该电路允许使用芯片工作电压VDD作为编程（即固化）电压，而不需要额外的高电压（如13V）2：PIC16F877单片机的专用功能模块PIC16F877单片机内部集成了多个专用功能模块，其功能和使用方法比较复杂。

PIC16F877单片机专用功能区域主要包括了6个充分体现PIC16F877单片机特色的专用功能模块。

1）串行通信和并行数据传送模块在RC端口汇集有多种串行数据传送方式，主要包括同步串行端口SSP和通用同步/异步收发器USART。

SSP具有SPI和I2C两种系统内部进行数据传送的工作方式，可实现多机或外接专用器件进行特殊通信。

USART是一种常规的二线式串行通信模式，在PC机和单片机中都有配置。

它可以定义为两种工作方式：半双工同步方式和全双工异步方式，以实现外接专用器件之间或远距离多机进行特殊通信。

另外，RD端口可作为并行从动端口PSP，是一条处于被动工作方式下数据传送的高速通道，并行数据总线的权限将由于其进行数据交换的另一方控制。

2）捕捉/比较/脉宽调制模块PIC16F877单片机配置有两个功能较强，颇具特色的功能模块CCP1和CCP2，分别能与TMR1和TMR2配合实现对信号的输入捕捉，输出比较和脉宽调制PWM 输出功能。

（1）输入捕捉功能：主要通过TMR1定时器，及时捕捉外加信号的边沿触发，用来间接测量信号周期，频率，脉宽等。

（2）输出比较功能：主要通过TMR1定时器和比较电路，输出宽度可调的方波信号，以驱动那些工作于脉冲型的电气部件。

（3）脉宽调制PWM输出功能：主要通过TMR2定时器，PR2周期寄存器和比较电路，输出周期和脉宽可调的周期性方波信号，以控制可控硅的导通状态，步进电机转动角度或调整发光器件亮度等。

3)A/D转换器（ADC）模块A/D转换器是专门功能区域重要的器件之一。

PIC16F877单片机本身就嵌入了一个10位分辨率的模/数转换器，最多可带有8个模拟量输入通道，用来将外部的模拟量变换成单片机可以接受和处理的数字量。

A/D转换器采用常规的逐次比较法，参考电压即可使用标准的VDD和VSS信号，也可使用外加参考电压的方式。