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基于51单片机的温度测量仪摘要：单片微型计算机(SingleChipMicrocomputer)简称单片机,又称MCU(MicroControllerUnit),是将计算机的基本部分微型化,使之集成在一块芯片上的微机.片内含有CPU、ROM、RAM、并行I/O、串行I/O、定时器/计数器、中断控制、系统时钟及系统总线等。随着科技的发展，单片机已不是一个陌生的名词，它的出现是近代计算机技术发展史上的一个重要里程碑，因为单片机的诞生标志着计算机正式形成了通用计算机系统和嵌入式计算机系统两大分支。单片机单芯片的微小体积和低的成本，可广泛地嵌入到如玩具、家用电器、机器人、仪器仪表、汽车电子系统、工业控制单元、办公自动化设备、金融电子系统、舰船、个人信息终端及通讯产品中，成为现代电子系统中最重要的智能化工具。本文所涉及的是市场占有率最高的是MCS—51系列，因为世界上很多知名的IC生产厂家都生产51兼容的芯片。生产MCS—51系列单片机的厂家如美国AMD公司、ATMEL公司、INTEL公司、WINBOND公司、PHILIPS公司、ISSI公司、TEMIC公司及南韩的LG公司、日本NEC、西门子公司等。到目前为止，MCS—51单片机已有数百个品种，还在不断推出功能更强的新产品。关键字：单片机A/D温度测控MCS-80C51目录一.选题背景………………………………………………………………11.单片机的历史………………………………………………………12.MCS-51单片机应用…………………………………………………43.芯片的介绍…………………………………………………………4二.方案论证………………………………………………………………61A/D转换原理………………………………………………………6（1）逐次逼近式转换原理………………………………………6（2）积分转换原理………………………………………………62A/D转换器的主要性能指标和参数………………………………8（1）分辨率(Resolution)………………………………………8（2）量化误差(QuantizingError)……………………………8（3）线性度(Linearity)…………………………………………9（4）绝对精度(AbsoluteAccuracy)……………………………9（5）转换时间(ConversionTime)………………………………93A/D转换器的基本工作原理及器件介绍…………………………9三.过程论述……………………………………………………………111.数据定标………………………………………………………………112.信号放大………………………………………………………………13四.结果分析……………………………………………………………14五.总结……………………………………………………………………15六.致谢……………………………………………………………………16七.附录…………………………………………………………………17八.参考文献……………………………………………………………..20一背景1单片机的历史自1971年美国INTEL公司制造出第一块4位微处理器以来，其发展十分迅猛，到目前为止，大致可分为以下五个阶段：（1）4位单片机（1971－1974）（2）低档8位单片机（1974－1978）（3）高档8位单片机（1978－1982）（4）16位单片机（1982－1990）（5）新一代单片机（90年代以来）2单片机的应用因单片机具有体积小、重量轻、价格便宜、功耗低、控制功能强及运算速度快等特点，故在国民经济建设、军事及家用电器等领域均得到广泛的应用。按照单片机的特点，单片机可分为单机应用和多机应用。在一个应用系统中，只用一个单片机，这是目前应用最多的方式，主要应用领域有：（1）单机应用：①测控系统。用单片机可构成各种工业控制系统、自适应系统、数据采集系统等。例如，温室人工气候控制、水闸自动控制、电镀生产线自动控制、汽轮机电液调节系统、车辆检测系统、机器人轴处理器等[2]。②智能仪表。用单片机改造原有的测量、控制仪表，能迥数字化、智能化、多功能化、综合化、柔性化发展。如温度、压力、流量、浓度等的测量、显示及仪表控制。通过采用单片机软件编程技术，使测量仪表中长期存在的误差修正、线性化处理等难题迎刃而解。③机电一体化产品。单片机与传统的机械产品结合，使传统机械产品结构简化，控制智能化。这类产品如：简易数控机床，电脑绣花机，医疗器械等。④智能接口。在计算机控制系统（特别是较大型的工业测控系统）中，普遍采用单片机进行接口的控制与管理，因单片机与主机是并行工作，故能大大提高了系统的运行速度。例如：在大型数据采集系统中，用单片机对ADC接口进行控制不仅可提高采集速度，而且还能对数据进行预处理，如数字滤波、线性化处理、误差修正等。⑤智能民用产品。在家用电器、玩具、游戏机、声像设备、电子秤、收银机、办公设备、厨房设备等产品中引入单片机，不仅使产品的功能大大增强，而且获得了良好的使用效果。（2）多机应用：单片机的多机应用系统可分为功能集散系统、并行多机处理及局部网络系统。①功能集散系统。多功能集散系统是为了满足工程系统多种外围功能的要求而设置的多机系统。例如：一个加工中心的计算机系统除完成机床加工运行控制外，还要控制对刀系统、坐标系统、刀库管理、状态监视、伺服驱动等结构。②并行多控制系统。并行多控制系统主要解决工程应用系统的快速问题，以便构成大型实时工程应用系统。典型的有快速并行数据采集、处理系统、实时图像处理系统等。③局部网络系统。单片机网络系统的出现，使单片机应用进入了一个新的水平。目前该网络系统主要是分布式测控系统，单片机主要用于系统中的通信控制，以及构成各种测控子级系统。典型的分布式测控系统有两种类型：树状网络系统与位总线网络系统。单片机是现代计算机、电子技术的新兴领域，无论是单片机本身还是单片机应用系统设计方法都会随时代不断发生变化。综上所述，单片机已成为计算机发展和应有的一个重要方面。另一方面，单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种用软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是对传统控制技术的一次革命。3设计的各种芯片介绍先对本次设计需要用到的芯片进行大致介绍。第一块芯片：图180C51的内部结构图280C51芯片P0RTO:P0.0-P0.7(39~32)端口0是一个8位宽的漏极开路双向输入输出端口，共有8位，P0.0表示位0，P0.1表示位1。（1）其他三个I/O端口(Pl、P2、P3)则不具有此电路结构，而是内部有一提升电路，P0在当作y0用时可以推动8个LS的ITL负载。如果当EA引脚为低电位时(即取用外部程序代码或随机存储器)，P0就以多工作方式提供地址总线(A0—A7)及数据总线(DO-D7)。设计者必须外加一个锁存器将端口O送出的地址锁存为AM，再配合端口（2）所送出的A8-A15合成一个完整的16位地址总线．而寻址到64K的外部内存空间。P1.0-P1.7（1-8）：P1是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。对EPROM编程和程序验证时，它接收低8位地址。P1能驱动4个LSTTL输入。P2.0-P2.7(21-28)：P2是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。在访问外部存贮器时，它送出高8位双向地址。在对EPROM编程和程序验证期间，它接收高位地址。P2可以驱动4个LSTTL输入。P3.0-P3.7(10-17)：P3是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。在MCS-51中，这8个引脚还用于专门功能。这些功能见表1－4。P3能驱动4个LSTTL输入。（如图3）P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7RxD，串行通信输入。TxD，串行通信输出。INTO外部中断o输入。INT1，外部中断1输入。T0，计时计数器0输入。T1，计时计数器I输入。WR，外部随机存储器的写入信号。RD，外部随机存储器的读取信号。图3第二块芯片74LS138：对于74LS138译码器来说，A.B.C口是用来控制Y0~Y7等8个口的输出的，而E1E2等都必须在低电频下才有效的。图4第三块芯片74LS373：图5用于连接MS-80C51和数码管的，在本设计中的实际作用是起到连通的作用的。二方案论证由于这个实验显示的是个电压值，而最终设计要求是测量人的体温。不是温度的变化量。所以要把这里电压的变化转化成温度的变化。所以对转化的参数进行介绍。要知道AD转换是把模拟量信号转化成与其大小成正比的数字量信号。A/D转换电路的种类很多，根据转换原理，目前常用的AD转换电路主要分成逐次逼近式和双积分式。1A/D转换原理（1）逐次逼近式转换原理逐次逼近式转换的基本原理是用一个计量单元使连续量整量化（简称量化），即用计量单位与连续量比较，把连续量变为计量单位的整数倍，略去小于计量单位的连续量部分。这样所得到的整数量即数字量。显然，计量单位越小，量化的误差也越小。可见，逐次逼近式的转换原理即“逐位比较”。常用的逐次逼近式A/D器件有ADC0809、AD574A等。（2）积分转换原理双积分A/D转换采用了间接测量原理，即将被测电压值Vx转换成时间常数，通过测量时间常数得到未知电压值。所谓双积分就是进行一次A/D转换需要二次积分。转换时，控制门通过电子开关把被测电压Vx加到积分器的输入端，积分器从零开始，在固定的时间T0内对Vx积分（称定时积分），积分输出终值与Vx成正比。接着控制门将电子开关切换到极性与Vx相反的基准电压VR上，进行反向积分，由于基准电压VR恒定，所以积分输出将按T0期间积分的值以恒定的斜率下降，当比较器检测积分输出过零时，积分器停止工作。反相积分时间T1与定值积分的初值（即定时积分的终值）成比例关系，故可以通过测量反相积分时间T1计算出Vx，即：Vx=(T1/T0)·VR反相积分时间T1由计数器对时钟脉冲计数得到。由于双积分方法的二次积分时间比较长，因此A/D转换速度慢，而精度可以做得比较高。对周期变化的干扰信号积分为零，抗干扰性能也比较好。为了得倒得结果准确性，我们在程序里也加了16进制到10进制转换，中断，保护现场等一系列得安全措施。其程序流程图如下：中断查询采集数据16进制转换十进制数据分别存储在寄存器送入显示缓存上次采集数据显示结果开中断中断初始化开启中断地址7FF8H保护现场查询八路端口送显存中断子程序中断子返回恢复现场图62A/D转换器的主要性能指标和参数（1）分辨率(Resolution)对于A/D转换器来说，分辨率反映了输出数字量变化一个相邻数码所需输入的模拟电压的变化量。分辨率定义为：分辨率=满刻度电压/2n—1其中：n是A/D转换器中对应的二进制代码的位数。（如图7）位数分辨率N分数%满刻度电压（近似）81/2550.491/5110.2101/10230.1111/20470.05121/40950.024131/81910.012141/163830.006151/327670.003161/655350.0015图7表中列出了不同位数与分辨率之间的关系。从表中可以看出，一个12位的转换器能分辨出满刻度电压的1/(212—1)或满刻度电压的0.024%。因此，一个满刻度电压为10V的12位A/D转换器能够分辨输入电压变化的最小值为2.4Mv。位数越多，分辨率越高。（2）量化误差(QuantizingError)当一个分辨率有限的A/D转换器在进行A/D转换时，必须把采样电压化为某个规定的最小数量单位（即量化单位，记为ULSB）的整数倍，这就是量化。实际上，ULSB是A/D转换关中断中断返回后的数字信号最低有效位1所能代表的数量。由于模拟电压在幅值上是连续的，因此它不一定能被ULSB整除，这样在量化过程中不可避免地会引入误差。对于有限分辨率的A/D转换器，在不考虑其他误差因素的情况下，其转换特性曲