51单片机用于温度采集与控制系统的设计

1 引言
    针对传统测温元件(热电偶、热电阻)组成的温度测量电路复杂，软件调试繁琐等缺点，设计基于MSC-51单片机及ADC0809的温度采集控制系统。该系统利用单片机中空余的I／O接口，以中断的方式实现温度的实时采集与控制，充分利用CPU的资源空间，简化了测量电路以及程序调试的复杂过程，方便了技术人员在实际中的开发和应用。
 2 硬件电路设计
    2．1 系统组成
    图1为系统硬件组成框图。外部传感器将与温度相对应的电信号传至A／D转换器，进行模数转换，完成后将数据传送至单片机，单片机进行数据处理后将数据送至译码器，最后在数码管上显示。当有键盘输入控制温度时，单片机内部比较此时得到的A／D转换数据与控制设定温度，若低于设定温度，外部装置加热，LED单色灯亮；反之，则不加热，LED单色灯熄灭。

     2．2 系统模块设计
    (1)主控制模块 选用单片机MSC-51的最小系统作为主控制器件，且采用MSC-51单片机的最小主控制模块，由于程序控制简单，器件内部空间足够存储程序，无需外扩存储器，选用P0、P1口作为输出接口，P2口作为输入接口。
    (2)温度采集模块温度采集模块由外部传感器、电热器以及ADC0809器件组成。传感器的测量范同是0℃～50℃。在理想情况下，A／D转换器输出的数值D与输入的电压信号V之间有以下关系式成立

 式中，Vmax为连接在器件Vref+引脚的“高基准电压值”；Vmin为连接在器件Vref-引脚的“低基准电压值”。DMAx为当输入电压为Vmax时，接口输出的转换数值。Dmin为当输入电压为Vmin时，接口输出的转换数值。
    (3)温度显示模块 温度显示模块由8279器件与数码管组成，8279内部的OUTA0～OUTA3、OUTB0～OUTB3与译码器74LS138连接，控制七段数码管的显示。
    (4)温度控制模块温度控制模块由键盘、MSC-51器件、电热器、A／D转换器等组成。键盘数值的输入也由8279器件通过行列扫描控制，再通过MSC-51的内部数值比较，电热器控制温度，进而达到保温的目的。

    2．3 系统硬件连接
    系统选用MSC-51单片机作为主控制器件，进行数据的处理与传输。设计中将74LS273的引脚P0．4与外部电热器的开关相连接，控制加热。同时将 LED单色灯与74LS273的引脚P0．4口连接．以显示外部电热器的状态。A／D转换器ADC0809的引脚CS与编号为“8300H”的译码器输出端连接，EOC信号接MSC-51的引脚P1．7，IN1与温度传感器相连接。数码显示控制器件8279的引脚CS与编号为“8700H”的译码器输出端连接。图2为键盘及数码管显示电路，图3为A/D转换电路。

    3软件设计
    软件采用MSC-51的单片机汇编语言编写，运用单片机内部定时器的中断实现中断程序的调用以及5 s刷新数据的功能，从而大大节约CPU的资源，提高了工作效率。
    3．1 主程序流程
    在主程序开始之前设置伪指令，方便程序编写时查找各个器件地址及初始化命令。主程序中设置定时器1的中断程序，其定时产生中断并进入中断子程序。主程序入口地址是0000H，中断入口地址是001BH。为避免程序的存储位置与单片机预设的存储位置发生冲突，在各个入口地址中只放置跳转指令。主程序的存放地址从0500H开始。
    主程序以“START”开始，经设置堆栈栈底以及各接口器件的初始化程序后．启动定时器1开始计时，当计数时间为50 ms时，定时器1产生中断，转入中断子程序运行。主程序流程如图4所示。

      主程序部分代码如下：

     3．2 系统中断子程序流程
    图5是中断子程序流程，其程序步骤如下：单片机响应定时器1的中断，进入中断子程序“FRESH”，设置50 ms的定时时间循环100次后，得到5 s的刷新时间，当到达5 s定时，随即进人A／D转换器的读取数据。将A／D转换器得到的数值与预设温度值相比较。测量值低于预设温度则启动电热器，L=ED亮；反之，继续下一步。数码管初始化，并将A／D转换后的十六进制数值转换为十进制数值并显示输出。

    4 结束语
    该方案具有节约接口资源，CPU利用率高，执行速度快，简单易行等特点，具有推广价值。但基于系统本身及器件转换中存在误差的缺点，该设计还需进一步提高控制精度，减小误差，从而提高系统的整体性能。