基于单片机的多路温度监测系统设计

序编写，它的优点是可移植性高。
3．1 主流程图
主流程图如图 3。单片机上电或
复位后， 先对变量、 定时器工作模
式 、 中 断 优 先 级 、8155 工 作 方 式 等
进行初始化处理； 然后就处于等待
中，当接收到中断时，就对接受到的
中断进行处理； 处理完中断后继续
等待。
3．2 定时中断流程图 定时中断流程图如图 4。 当定
从硬件设计角度来看分为 3 个部分， 第一部分为数码管显 示模块；第二部分为矩阵键盘输入模块；第三部分为温度采集与 处理模块。 从软件设计角度来看分为 4 个部分，第一部分为主函 数程序；第二部分为定时中断程序；第三部分为外部中断程序； 第四部分为子函数程序。 2 系统硬件设计 2．1 数码显示电路
1．65V（最大输出 3．3V 的一半），具体内容可参考后面的程序说明。
4 软件的实现
正 弦 波 是 靠 调 用 库 函 数 sinf（x）产 生 ，当 弧 度 在 0～2π 变 化
时，sinf（x）的值在－1～1 的范围内，将 sinf（x）的 值 乘 以 A（即 D ／
A 最大输出 的 一 半 ）， 即 将 波 形 放 大 并 将 0 点 偏 移 到 1．65V，波
程序，数码管显示时小数点全亮，表示进入外部中断。 然后不停
的对矩阵键盘进行扫描，直到数字 1 键、数字 2 键、数字 3 键、取
消键或取消报警键中任意一个按下，才进行相应的处理。
图 5 外部中断流程图 3．4 软件各模块仿真测试程序设计
定时中断仿真测试接线图如图 6，类似的，也可以进行外部 中 断 仿 真 测 试 程 序 设 计 、AD 转 换 仿 真 测 试 程 序 设 计 以 及 8155 仿真测试。 定时中断仿真测试的目的在于用定时中断来控制数码 管的动态显示。 在主程序中首先设定定时器 0 的工作模式为模式 0，然后开总中断、开定时器中断，启动定时器 0，把要显示数的千 位、百位、十位、个位分开，并且保存，之后就等待中断，当定时器 时间到时，产生中断。 在中断中依照先打开位选锁存器，然后送位 选信号、关闭位选锁存器、开段选锁存器、送段选信号、关闭段选
基于单片机的多路温度监测系统设计 图 4 定时中断流程图
图 2 温度采集电路设计
2．3．2 信号处理电路设计
K 型热电偶将温度信号转换成 mV 级电压信 号 输 入 给 多 路
选择器。 信号调理电路包括多路切换电路和热偶信号调理专用
电路 AD595。 AD595 内部具有放大、冷端补偿、冰点基准、温差
温度采集与处理模块由 K 型热电偶、多路开关 CD4051、热 电 偶 信 号 调 理 专 用 芯 片 AD595 与 A ／ D 转 换 芯 片 ADC0809 组 成，用于完成对热电偶温度信号的采集与处理，控制采集与处理 的程序将与数码管显示一起放在定时中断中。 温度采集放大电 路如图 2 所示。 温度通过 K 型热电偶转换为电信号，然后经过 多 路 选 择 器 CD4051 来 选 择 通 路 ， 再 经 过 数 据 保 持 放 大 器 AD595 将信号放大后进行模数转换。
图 4 驱动电路 2．3 功率放大电路
此时产生的正弦信号要经功率放大电路进行功率放大，不 然正弦信号经变压器耦合通过极板进入地层后， 将产生信号失 真。 前级产生的正弦信号经过 PA12 器件进行功率放大，具体电 路如图 5 所示。
图 5 功放电路
3 PWM 频率的计算
正弦波形成原理 ：C8051F060 的 开 发 环 境 提 供 了 数 学 运 算
最大值的一半）， 经 D ／ A 转
换 在 管 脚 DAC 输 出 ， 并 经
滤 波 后 就 可 以 从 管 脚 DAC
得到需要的正弦波。 通过改
图 6 正弦波
变时间间隔 t 可以改变正弦波的频率。
正 弦 波 信 号 包 括 正 负 半 周 （ 波 形 如 图 6 所 示 ）， 由 于
C8051F060 无 法 输 出 负 电 平 ， 所 以 将 正 弦 信 号 电 平 正 向 偏 移
Abstract This paper designs a multi－channel temperature monitoring system with wide range and high precision．Selecting K－type thermocouple as temperature sensor,using CD4051 and AD595 chip for the core of signal conditioning circuit,choosing ADC0809 for analog－to－digital conversion,because of the cost－effective．The type of single－chip microcomputer is AT89C52． This design used single－chip C language to programming and the simulation software of Proteus for testing and simulating． Keywords:single－chip microcomputer,temperature,monitor
单片机应用系统的硬件电路设计包含有两部分内容： 一是 系统扩展，即单片机内部的功能单元，如 RAM、ROM、I ／ O 口、定
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时 ／ 计数器、中断系统等容量不能满足应用系统的要求时，必须 在另外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路；二是系统 配 置 ，即 按 照 系 统 功 能 要 求 配 置 外 围 设 备 ，如 键 盘 、显 示 器 、A ／ D、D ／ A 转换器等，还要设计合适的接口电路。 2．3．1 温度采集电路设计
函数库 math．lib。利用函数中的 sinπf（floating＜[X]＞）函数，sinπf
（floating＜[X]＞）函 数 的 x 从 0～2π 变 化 时 ，就 是 一 个 完 整 的 正
弦波， 以时间间隔 t 求的波
形对应值 A*sinf （t）（注 ：A
是 C8051F060 的 D ／ A 输出
数码管显示模块由 3 组共 9 个数码管与锁存器、 译码器构 成，用于完成对检测到的温度的显示和矩阵键盘输入数的显示， 相应的程序放在定时中断中处理。 由于数码管个数较多，单片机 接口不够用， 所以使用可编程控制芯片 8155 拓展单片机的 P0 口， 由可编程 控 制 芯 片 8155 提 供 给 锁 存 器 74LS373、 译 码 器 74LS137 段选信号与位选信号， 再由锁存器与译码器把段选信 号和位选信号送给数码管，控制数码管的动态显示。 2．2 矩阵键盘电路
电 偶 故 障 报 警 等 电 路 。 被 测 温 度 与 AD595 输 出 电 压 的 关 系 是
10mV ／ ℃，芯片在＋5V～＋30V 范围内都可正常工作。 需注意的是
AD595 的第 1 脚要求接热电偶正极且接 地 ，模 拟 开 关 切 换 的 是
各热电偶的负极。
3 系统软件设计
本文应用单片机 C 语言进行程
监测 3 路温度信号，使用性价比较好的 K 型热电偶来采集温度 信号，经过多路选择开关 CD4051，由专用信号调理芯片 AD595 来对 K 型热电偶采样的信号进行补偿等处理 ，A ／ D 转换部分则 使用廉价且精度较 好 的 ADC0809 进 行 模 拟 量 与 数 字 量 之 间 的 转换， 考虑到 ADC0809 的输出为 8 位 ， 测 量 温 度 的 范 围 约 为 0－200℃，精度为 1℃，显示部分 使 用 8155 拓 展 单 片 机 的 接 口 ， 由 3 组 3 位的数码管来显示， 监测系统的报警温度设置由一个 矩阵键盘来输入，当检测的温度超过设定的报警温度时，对应的 发光二极管点亮。
矩阵键盘输入模块是一 个 4×4 的 矩 阵 键 盘 ，用 于 设 置 报 警 温度，对各路报警温度进行设置，处理矩阵键盘输入的程序将放 在 外 部 中 断 中 。 矩 阵 键 盘 接 P1 口 ，P1．4～P1．7 作 为 输 出 线 、 P1．0～P1．3 作为输入线。 P3．2 接一个按钮作为中断源。 2．3 单片机外围电路设计
《工业控制计算机》2010 年第 23 卷第 7 期
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基于单片机的多路温度监测系统设计
Multi－channel Temperature Monitoring System Based on MCU 张新荣 （淮阴工学院电子与电气工程学院，江苏 淮安 223001）
摘要 设计一个宽量程、 高精度的多路温度监测系统。 采用 K 型热电偶作为温度传感器， 信号调理电路采用多路开关 CD4051 和 AD595 芯片，模拟与数字信号的转换采用转换 器 ADC0809，单 片 机 则 采 用 性 价 比 较 高 的 AT89C52 型 号 单 片 机，使用单片机 C 语言进行编程，采用仿真软件 Proteus 进行测试仿真，通过编程、调试，所设计的多路温度监测软件系 统 工作稳定、测量精度高，具有一定的现实意义和应用价值。 关键词：单片机，温度，监测
图 6 定时中断仿真测试接线图
（下转第 98 页）
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基于单片机 C8051F060 的电成像系统激励信号源的设计
2．2 PWM 信号的驱动及滤波 由于单片机产生的 PWM 波形的幅值只有 3．3V， 不能驱动
后级的功放电路，所以应该在功放前加入驱动电路。 此时，其输 出是正弦波信号，需对其进行滤波解调，同时滤波器的性能也是 影响信号源的失真度和效率的主要部件。 具体驱动电路如图 4 所示。
Байду номын сангаас形对应 AD 值计算程序：
图 1 温度控制系统组成框图 系统组成原理如图 1 所示，整个系统由三部分组成：温度采 集及放大电路、AT89C52 单片机系统、 扩展 8155 及显示电路。 系统工作时，温度由 K 型热电偶通过 CD4051 选择后由 AD595 转 换 成 电 流 信 号 ， 经 运 放 放 大 至 0 ～5V 的 电 压 信 号 ， 由 ADC0809 转换成单片机所能接受的数字信号，此信号与温度的 给定值比较得到温度的偏差。 系统的给定值由键盘输入，并可以 随时修改，设置温度和采样温度可 同 时 显 示 在 LED 上 。 采 用 K 型温热电偶的输入回路部分是一平衡电桥，它与 AD595 配合使 用，实现温度零点迁移。 输出信号经 AD595 放大到 A ／ D 转换所 需标准信号，根据量程的不同，可选择和调整放大器的反馈电阻 以改变放大倍数，从而实现了温度标准信号的转换。 键盘与显示 器部分由九个共阴极数码管和一个驱动器组成， 其中显示器用 于温度显示以及支持键盘进行控制参数设定显示， 键盘与按键 完 成 参 数 设 定 与 系 统 的 启 动 、 停 止 操 作 。 通 过 8155 扩 展 I ／ O 口，PA 口和 PC 口控制 LED 数码管的显示。 本系统应用 51 系列单片机做一个多路温度监测系统，准备
图 3 主流程图
时器定时时间到产生中断时， 首先对热电偶的温度信号进行采
集，并且保存；然后把采集的温度用动态扫描的方式显示在相应
的数码管上；若采集的温度超过设定的报警温度，则对应的报警
指示灯亮， 然后中断返回； 若采集的温度没有超出设定报警温
度，则直接中断返回。
3．3 外部中断流程图
外部中断流程图如图 5。 当外部中断产生时，进入外部中断
本文设计一个多测量点、宽量程的智能温度测量应用系统。 为提高测量的分辨率，模拟、数字信号的转换采用 8 位分辨率、7 位精度的 8 位的 A ／ D 转换器 ADC0809，系统的 CPU 芯片采用 目前 最 大 众 的 、 低 价 位 的 但 技 术 成 熟 ， 由 ATMEL 公 司 生 产 的 AT89C52 型号单片机， 仪器的显示器采用 8155 扩展单片机的 I／O 接口连接，接口电路简单、实用，为了方便对报警温度的设 定，采用 4×4 矩阵键盘进行输入操作。 1 系统总体设计原理及方案