温度测量与报警系统
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计算机控制系统课程设计
一、课程设计题目
温度测量和报警系统
二、课程设计内容简介
由A/D转换电路测量外部的温度信号,将温度在LCD显示屏上实时显示;判断温度信号是否报警,根据结果驱动指示灯并在LCD上显示输出。
三、基本功能要求及加分项目
(1)由实验箱电位器旋钮模拟外部温度传感器(温度的测量范围为0~100摄氏度,输出0~5V电压信号)。
(2)在LCD屏上显示当前系统状态(报警或正常,如报警是何种类型的报警)和当前温度(精确到0.1度)。
(3)要求在测量过程中至少采用一种数字滤波算法。
(4)由发光二极管显示当前系统状态报警正常、如报警是何种类型的报警。
(5)通过键盘完成报警上下限的设定。
(6)在LCD屏上显示温度参数报警上、下限。
(7)使用越线报警方式。
(8)在LCD屏上显示系统累计运行的时间。
(9)使用C51语言进行程序设计。
四、系统功能分析
根据课程设计的具体要求和相关细节,对系统的功能进行分析。
(1)由实验箱电位器旋钮模拟外部温度传感器,需要A/D转换,将温度量转换成数字量,便于之后的数据处理操作。
(2)将数字量进行处理,运用滤波的方式处理。可以采用多种滤波方式,为了使实验效果更佳,采用复合的数字滤波,即算术平均值滤波和中值滤波结合。这样不仅对周期性的脉动采样值进行平滑的加工,还对于随机的脉动干扰进行了处理。
(3)通过键盘程控扫描的方式,进行报警上、下限的设定,其中包括基本的译码等。为了便于程序设计,报警上、下限的设定在程序最开始设定。
(4)根据此次课程设计的具体要求和实验器材的限制,采用普通的报警方式,采样值与上、下限相比较,进行报警功能的实现。
(5)采用基本的软件编码、译码对系统运行的时间进行累计,便于最终LCD的显示。(6)温度数据经过编码和译码以后在LCD屏幕上进行显示,同时系统时间数据和上下限均需要在LCD屏幕上显示。
(7)根据报警设定的要求,通过二极管灯进行输出显示,上下限报警显示不同的灯。同时报警在LCD屏幕上进行显示。
五、系统的总体设计
根据设计的功能分析和具体要求,对整个系统进行如下的设计:
(1)考虑到实验器材的相关要求,将实验中的大量数据存放在RAM中,方便调用和充分运用。在数据存储时,设定高位存在低地址单元。
(2)运用键盘输入报警上下限值,使用按键中的4个键,分别对温度上限的增、上限减,温度下限的增、下限减进行值的输入。
(3)通过电位器旋钮模拟外部温度传感器,将输出的模拟值输入到AD0801,通过查询的方式将模拟量转换成数字量,对模拟量采样10次,存储在制定的存储单元。
(4)数字量经过复合的数字滤波后进行数据的处理,由于温度的范围为0~100摄氏度,
数字量滤波的最大值为255,故每级对应的温度累加0.4摄氏度。即采样的数字量与
0.4相乘,变成温度值。按照设计要求温度显示值精确到0.1度,此次使用浮点数的
表达方式。
(5)通过数位分离,将数据量分成四位,分别存储在指定的数据单元中,便于LCD值的调用显示。
(6)以上为温度显示的部分,为了使系统开始运行时进行时钟的计数和显示,通过软件编码译码的方式将时钟显示在LCD屏幕中。输出的格式为00:00,通过译码将四个值存储在指定的数据单元中,便于LCD值的调用显示。
(7)LCD屏幕显示,结合设计和实验箱LCD的要求,屏幕显示为:第一行最左边显示“上限:上限温度(数字)”;第一行最右边显示运行时间“00:00”;第二行最左边显示“下限:下限温度(数字)”;第二行最右边显示状态,包括“过高”,“过低”,“正常”;两行中间显示当前温度“0.0”。具体的LCD显示硬件软件设计见之后的内容。(8)进行报警的设计,当低于低温设定时LED红灯亮,高于高温设定是LED红灯亮,正常时LED绿灯亮。
(9)具体的控制系统课程设计原理图
图1 控制系统课程设计的原理图
六、系统的硬件组成设计
1、EL—MUT—III型实验箱
本次设计的实验箱为EL—MUT—III,此型的微机教学实验系统由电源、系统板、可扩展的实验模板、微机串口通讯线、JTAG通讯线及通用连接线组成。系统板的结构简图见下图。
图2 系统板的结构简图
此次设计需要使用的硬件包括微处理器模块80c51、存储器、可编程并行接口8255、键盘8279、ADC0809转换电路、简单I/O口扩展电路锁存器74LS273、8位LED显示、液晶显示屏LCD显示。此系统板的时钟频率是6MHz。
2、根据设计的相关要求,对硬件部分作出如下部分的具体设计。
(1)硬件系统的选择
●根据设计的具体要求,选择微处理器80C51CPU,用C语言进行程序编程。
片选地址的设定:
CS0 片选信号,接CS8255 CS1 片选信号,接CS0809
PB0接右边红灯(下限),PB1接左边红灯(上限),PB2接中间的绿灯。
●AD转换选用ADC0809,通过查询的方式实现AD转换的功能。
ADC0809是逐次逼近型8位单片A/D转换芯片。片内有8路模拟开关,可输入八个模拟量。由一片DAC0832,一片74LS02组成,该电路中,ADC0809的参考电压,数据总线输出,通道控制线均以接好,其它信号线由插孔接入,ADC0809的片选信号为CS0809,转换结束标志输出插孔为VOUT和OUT,模拟量输入通道插孔为IN0-IN7。
●键盘的输入选择8279芯片,直接硬件译码,便于程序调用。
该电路由一片8279,74LS138组成,8279的数据口,地址,读写线,复位,时钟,片选控制线均已接好,显示输出,键盘行列扫描线军有插孔输出。
●选择液晶显示屏LCD显示,作为最后结果的输出。
●选择74LS273作为LED灯显示的驱动芯片,实现灯的亮灭。
(2)硬件系统的连线部分