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一、实训目的 熟悉常用温度传感器 AD590 的特性及接口电路的设计方法； 学会模块化程序设计方法 二、课题要求 制作一个水温自动控制系统，要求如下：

第 10 章 综合实训. 课题一 水温控制系统设计. 一、实训目的 熟悉常用温度传感器 AD590 的特性及接口电路的设计方法； 学会模块化程序设计方法 二、课题要求 制作一个水温自动控制系统，要求如下： 温度设定范围 40~90℃ ，最小区分度 1℃ ，标定误差≤ 1℃ 。 用十进制数码显示水的实际温度。 环境温度降低时，温度控制的静态误差≤ 1℃ 。. 三、背景知识 1 、 AD590 温度传感器简介

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一、实训目的 熟悉常用温度传感器 AD590 的特性及接口电路的设计方法； 学会模块化程序设计方法 二、课题要求 制作一个水温自动控制系统，要求如下：

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  1. 第10章 综合实训 课题一 水温控制系统设计 一、实训目的 • 熟悉常用温度传感器AD590的特性及接口电路的设计方法； • 学会模块化程序设计方法 二、课题要求 • 制作一个水温自动控制系统，要求如下： • 温度设定范围40~90℃，最小区分度1℃，标定误差≤1℃。 • 用十进制数码显示水的实际温度。 • 环境温度降低时，温度控制的静态误差≤1℃。

  2. 三、背景知识 1、AD590温度传感器简介 AD590是美国AD公司生产的单片集成两端感温电流源。它的测温范围为-55℃～+150℃，工作电压范围为4V～30V，可以承受44V正向电压和20V反向电压，输出电阻为710M。它产生的电流与绝对温度成正比，非线性误差为±0.3℃。图10—1为AD590的引脚图，表10—1为AD590温度与电流的关系表。 （a）引脚 （b）封装 （c）图形符号 图10—1 AD590引脚、封装及图形符号

  3. 表10—1 各温度与电流、电压参考关系表

  4. AD590是电流输出型器件，必须利用接口电路将AD590输出的电流信号转换成电压信号，再经A/D转换器转换成数字信号，提供给单片机处理。在AD590是电流输出型器件，必须利用接口电路将AD590输出的电流信号转换成电压信号，再经A/D转换器转换成数字信号，提供给单片机处理。在 2、AD590接口电路 表10—1中，列出了在不同温度值下的AD590的输出电流，通过图10—2的放大电路可将输出电流转换成0~5V的模拟电压。 图10—2 温度采集电路

  5. 四、硬件电路 • 硬件电路由单片机、温度检测模块、加热控制模块、键盘设定模块及数据显示模块构成。 1、单片机选择 由于系统对控制精度的要求不高，所以选用内部具有程序存储器芯片的AT89C51就可以满足要求了。 2、温度检测模块 温度检测模块由温度传感器、信号放大器及A/D转换器组成。由AD590将温度转换成电流信号再经信号放大器得到对应的模拟电压，再经ADC0809转换后接入单片机。如图10—3所示。

  6. 3、加热控制模块 加热控制信号经反相器反相后，驱动固态继电器（SSR）工作，从而接通或断开加热丝两端电源，实现对水的加热控制。加热控制电路如图10—3所示。 为了使加热控制更加精确，系统采用了三组加热电炉丝组合实现，当温差小于5ºC时，仅A组加热丝工作；当温差在5ºC~10ºC之间时，采用A、B两组加热控制；当温差大于10ºC时，采用A、B、C三组加热控制。 4、键盘设定及数据显示模块 键盘扫描由11个按键及3位LED共阳极显示器组成。通过P1、P2口直接驱动键盘，为了简化显示接口，这里采用了串行口扩展LED显示器。如图10—3所示。

  7. 图10—3 水温控制系统硬件原理图

  8. 五、软件设计 1、程序结构设计 （1）主程序 用于进行初始化处理，包括各端口的初始化，定时/计数器的设定、中断允许的设定等。同时进行键盘的扫描输入。图10—4为主程序流程图。 （2）定时中断服务程序 通过单片机内部的定时器T0进行50ms定时，再通过寄存器R6进行计数，以实现1s定时中断的要求。进入中断服务程序后，可进行当前温度的检测及显示，根据所测值与设定值比较进行温度控制等。图10—5为中断服务程序流程图。

  9. 图10—4 主程序流程图图10—5 定时中断服务程序流程图

  10. （3）温度检测程序 温度检测采用每1s定时采样的方式，为了实现温度的准确检测，采用了平均值滤波法抗干扰。即连续4次启动ADC0809进行A/D转换，求取转换结果的平均值，存入指定单元，以得到检测温度值。图10—6为温度检测程序流程图。 （4）温度控制程序 通过比较键盘设定值与温度检测值的差别，按照一定的控制规律，控制输出口线的状态，实现三组加热丝的控制。图10—7为温度控制程序流程图。 （5）温度显示程序 在每次温度检测后，进行一次温度显示刷新；在进行温度设定时，显示设定温度值。

  11. 2、主要程序模块清单 主程序： ORG 0000H AJMP MAIN ORG 000BH AJMP T0INT ORG 0030H MAIN： MOV SP，#60H MOV P1，#0FFH；关电炉，开显示 MOV SCON，#00H ；设置串行口工作 ;方式0，发送 MOV TMOD，#01H ；定时器初始化 MOV TH0，#3CH ；50ms定时初值

  12. MOV TL0，#0B0H MOV R6，#14H ；1s定时用（50ms20次） MOV 5DH，#00H ；显示缓冲区清零 MOV 5EH，#00H MOV 5FH，#00H ACALL DISP SETB ET0 SETB EA SETB TR0 LM0：ACALL KEYSCAN；调用键盘扫描子程序（略）， ;用于设定温度值 AJMP LM0

  13. 图10—7 温度控制程序流程图 图10—6 温度检测程序流程图

  14. 定时中断服务程序： T0INT： MOV TH0，#3CH MOV TL0，#0B0H DJNZ R6，T0END；1s未到，中断返回 CLR TR0 CLR EA MOV R6，#14H ；恢复R6初值 ACALL TADC ；调用温度检测子程序 ACALL XSCL ；调用标度转换子程序 ACALL DISP ；调用显示子程序 ACALL TCONT；调用温度控制子程序 SETB TR0 SETB EA T0END： RETI

  15. 温度检测子程序： TADC： MOV 50H，#00H ；清存检测值单元 MOV B，#00H MOV R7，#04H ；设置转换次数 MOV DPTR，#7FFFH；送ADC0809地址 TT0： MOVX @DPTR，A；启动A/D转换 JB P3.2，$ ；等待转换结束 MOVX A，@DPTR；读A/D转换数据 ADD A，50H MOV 50H，A JNC TT1；是否超出8位二进制范围 INC B

  16. TT1： DJNZ R7，TT0 ；4次转换是否完成 CLR C ；求4次A/D转换的平均值 XCH A，B RRC A XCH A，B RRC A CLR C XCH A，B RRC A XCH A，B RRC A MOV 50H，A ；平均值存50H RET

  17. 温度控制子程序： TCONT： MOV A，51H CLR C SUBB A，50H ；设定值—实测值 MOV R0，A JNC CCPR ；小于设定温度，接通相应加热器 MOV P1，#0FFH ；否则，关闭加热器 AJMP CONEND CCPR： MOV A，R0 SUBB A，#19H JC CCPR1

  18. MOV P1，#0F8H ；开三组加热器 AJMP CONEND CCPR1： MOV A，R0 SUBB A，#0CH JC CCPR2 MOV P1，#0FCH ；开两组加热器 AJMP CONEND CCPR2： MOV P1，#0FEH ；开一组加热器 CONEND： RET

  19. 显示子程序： DISP： MOV R2，#03H ；显示数据的个数 MOV R1，#5DH ；显示缓冲区首址 SETB P1.3 DL0： MOV A，@R1 ；取要显示的数 MOV DPTR，#TAB MOVC A，@A+DPTR ；查字型码 MOV SBUF，A ；送出数据 DL1： JNB TI，DL1 ；是否输完一个字节 CLR TI ；清发送完标志 INC R1 DJNZ R2，DL0 ；三个数是否都显示完？ RET TAB： DB 0C0H，0F9H，0A4H，0B0H，99H ；0~9字型码 DB 92H，82H，0F8H，80H，90H

  20. 六、总结与提高 设计、调试大型程序时，应该： • 先根据要求划分模块，优化结构； • 再根据各模块特点确定何为主程序，何为子程序，何为中断服务程序，相互间如何调用； • 接着根据各模块性质和功能将各模块细化，设计出程序流程图； • 最后根据各模块流程图编制具体程序。 调试时应先调主程序，实现最基本最主要的功能，在此基础上再将各模块功能往主程序上堆砌，直至各模块联调、统调，实现全部功能。

  21. 在这个课题中，采用了软件滤波方式提高检测环节的准确，并且采用了三组加热控制提高了温度变化的精度。在此基础上，还可以增加液面检测、缺水报警电路及打印电路等其它辅助电路的设计，使这个控制系统更完善。在这个课题中，采用了软件滤波方式提高检测环节的准确，并且采用了三组加热控制提高了温度变化的精度。在此基础上，还可以增加液面检测、缺水报警电路及打印电路等其它辅助电路的设计，使这个控制系统更完善。

  22. 课题二 用8×8点阵显示器制作电子显示屏 • 一、实训目的 • 熟悉8×8点阵显示器与单片机的接口电路及其设计方法； • 学会模块化程序设计方法。 • 二、课题要求 • 制作一个8×8点阵显示器。要求如下： • 1. 显示“电子设计”四个文字； • 2. 显示方式可由K1、K2和K3三个键选择： K1为逐字显示，K2为向上滚动显示，K3为向左滚动显示。

  23. 三、硬件电路 • 显示器采用AT89C51单片机作控制器，时钟频率为12MHz，8×8点阵显示器采用共阳极结构，其电路如图10—8所示。 • P0作为字符数据输出口， • P2为字符显示扫描输出口， • P1.0~P1.2口分别接开关K1、K2、K3， 通过改变电阻（270Ω）的大小可改变显示字符的亮度，驱动用9012三极管。

  24. 图10—8 硬件电路图

  25. 四、软件设计 1、程序结构设计 （1）主程序 主程序用于对系统进行初始化，扫描按键开关状态，由按键标志位值（00H、01H、02H）决定显示的方式。主程序流程图如图10—9所示。

  26. 图10—9 主程序流程图

  27. （2）初始化子程序 • 用于对端口进行复位操作，将显示用的字符数据从字符表中装入内存单元50H~6FH中。字符表中的每个文字占用8个地址单元。 • （3）显示子程序 • 显示子程序由显示功能选择程序和显示控制程序组成。 • 显示功能选择程序: 负责每次显示时的显示地址首址（在B寄存器中）、每个字的显示时间（由30H中的数据决定）和下一个显示地址的间隔（31H中的数据决定）的处理。

  28. 显示子程序: 负责对指定8个地址单元的数据进行输出显示。 显示一个完整文字的时间约为8ms。 在显示子程序中，1ms延时程序是用调用键扫描子程序的方法实现的。图10—10为逐字显示及向上滚动显示方式时的显示控制程序流程图。 • （4）按键扫描程序 • 用于将按键的状态扫描至20H单元的低三位（20H.0、20H.1、20H.2）中。同时在程序中利用按键扫描程序代替显示程序中的1ms延时程序，既可以提高按键的快速响应，又可以提高动态显示的扫描频率，减少文字显示时的闪烁现象。

  29. 图10—10 逐字显示及上移显示程序流程图

  30. 2、主要程序模块清单 主程序： START： MOV 20H，#00H ；20H内存单元清0 SETB 00H ；20H.0位置1 START1： LCALL CLEARMEN ；调用上电初始化子 ; 程序 JB 00H，FUN0 ；20H.0位为1，执行FUN0 JB 01H，FUN1 ；20H.1位为1，执行FUN1 JB 02H，FUN2 ；20H.2位为1，执行FUN2 AJMP START1

  31. 初始化程序： CLEARMEN： MOV A，#0FFH ；四端口置1 MOV P1，A MOV P2，A MOV P3，A MOV P0，A MOV DPTR，#TAB；取“电子设计”字 ;符表首址 CLR A MOV 21H，A ；21H-24H内存单元清0 MOV 22H，A MOV 23H，A MOV 24H，A MOV R3，A ；R3寄存器清0

  32. MOV R1，#50H ；设字符表移入内存 ;单元首址 MOV R2，#20H；设查表次数（32次） CLLOOP： MOVC A，@A+DPTR；查表字符数据移入 ;内存单元 MOV @R1，A MOV A，R3 INC A MOV R3，A INC R1 DJNZ R2，CLLOOP；是否已查表32 ;次，未完转CLLOOP RET

  33. TAB： DB 0EFH，83H，0ABH，83H，0ABH，83H，0EEH，0E0H ； 电 DB 0FFH，0C7H，0EFH，83H，0EFH，0EFH，0CFH，0EFH ； 子 DB 0B1H，0B5H，04H，0BFH，0B1H，0B5H，9BH，0A4H ； 设 DB 0BBH，0BBH，1BH，0A0H，0BBH，0BBH，9BH，0BBH ；计

  34. 键扫描子程序： KEYWORK：MOV P1，#0FFH；置输入状态 JNB P1.0，KEY1 ；P1.0为0（键按下）转KEY1 JNB P1.1，KEY2 ；P1.1为0（键按下）转KEY2 JNB P1.2，KEY3 ；P1.2为0（键按下）转KEY3 KEYRET： RET KEY1： LCALL DL10MS ；按键1功能处理，延 ;时10ms削抖动 JB P1.0，KEYRET ；是干扰转KEYRET结束 SETB 00H ；置逐字显示方式标志 ;（20H.0=1） CLR 01H CLR 02H RET ；子程序返回

  35. KEY2： LCALL DL10MS；按键2功能处理 JB P1.1，KEYRET SETB 01H ；置上移显示方式标志 ;（20H.1=1） CLR 00H CLR 02H RET KEY3： LCALL DL10MS ； 按键3功能处理 JB P1.2，KEYRET SETB 02H ；置左移显示方式标志 ;（20H.2=1） CLR 01H CLR 00H RET

  36. 显示功能选择程序： FUN0：MOV 30H，#80H；逐字显示，1帧显示时间 ;（约1s） MOV 31H，#08H ；换帧跳转步距为8 LJMP DISP1 ；转显示子程序DISP1 FUN1：MOV 30H，#0AH ；上移显示，1帧显示时间 ;（约80ms） MOV 31H，#01H ；换帧跳转步距为1 LJMP DISP1 ；转显示子程序DISP1 FUN2：LJMP DISP2 ；左移显示

  37. 显示控制程序： DISP1： MOV B，#50H ；显示数据首址 MOV R4，30H ；放入1帧显示时间控制数据 MOV R5，31H ；放入跳转步距控制数据 LOOP： LCALL DISPLAY ；调用显示子程序一次 DJNZ R4，LOOP ；1帧显示时间未到再转 ;LOOP循环 MOV R4，30H ；1帧显示时间到，重装初值 MOV A，B CJNE A，#68H，CONT；不是末地址转CONT AJMP START1 ；是末地址，一次显示结束 ;跳回START1 CONT：ADD A，R5 ；次帧扫描首址调整 MOV B，A AJMP LOOP ；转LOOP进行次帧扫描

  38. 显示子程序： DISPLAY： MOV A，#0FFH MOV P0，A ；关显示数据 MOV P2，A ；关扫描 MOV R6，#0FEH ；赋扫描字 MOV R0，B；赋显示数据首地址 MOV R7，#08H ；一次扫描8行 DISLOOP： MOV A，@R0 ；取显示数据 MOV P0，A ；放入P0口 MOV P2，R6 ；扫描输出（显示 ;某一行） LCALL DL1MS ；亮1毫秒 INC R0 ；指向下一行数据地址 MOV A，R6 ；扫描字移入A

  39. RL A ；循环左移一位 MOV R6，A ；放回R6 DJNZ R7，DISLOOP ；8行扫描未完转 DISLOOP ;继续 RET ；8行扫描结束 1毫秒延时子程序： DL1MS： MOV R3，#64H ；100×（10+2）μs LOOPK： LCALL KEYWORK DJNZ R3，LOOPK RET

  40. 五、总结与提高 该课程设计中，可以看出LED点阵显示的控制是在七段LED数码管显示控制的基础上扩展实现的，二者都是采用动态扫描方式进行设计，从原理上是完全相同的。在这个课题的基础上，还可扩展多个LED点阵显示以实现更加复杂的分批显示模式及中文字幕的显示。

  41. 课题三 电子万年历的设计与制作 • 一、实训目的 • 熟悉DS12887时钟日历芯片的特性及设置方法，DS12887芯片与单片机的接口电路及其设计方法； • 学会模块化程序设计方法。

  42. 二、课题要求 • 制作一个可调万年历。要求如下： • 内定时间为2000年1月1日12点00分00秒，提供给新产品或换电池时使用。 • 时间调整：开机时，光标停在“年”，移动光标依次修改年、月、日、时、分、秒。 • 每按P1.0一次，光标依年、月、日、时、分、秒顺序移动。 • 每按P1.1一次，光标所在位置的值加1。 • 每按P1.2一次，光标所在位置的值减1。 • 采用LCD液晶显示器显示。

  43. 三、背景资料 时钟日历芯片DS12887： • 能够自动产生年、月、日、时、分、秒等时间信息， • 芯片内部带有锂电池，外部掉电时，其内部时间信息能够保持10年之久； • 有12小时制和24小时制两种工作模式； • 时间的表示方法有两种：二进制数表示和BCD码表示。 • 用户可对DS12887进行编程以实现多种方波输出， • 用户可对其内部的三路中断通过软件进行屏蔽。

  44. 1、引脚说明 • Vcc：直流电源+5V输入 • 当Vcc输入为+5V时，用户可以访问DS12887内RAM中的数据，并可对其进行读、写操作； • 当Vcc的输入小于+4.25V时，禁止用户对内部RAM进行读、写操作，此时用户不能正确获取芯片内的时间信息； • 当Vcc的输入小于+3V时，DS12887会自动将电源切换到内部自带的锂电池上，以保证内部的电路能够正常工作。 图10—11 DS12887引脚图

  45. GND：地 • MOT：总线模式选择 当MOT接Vcc时选用Motorola总线模式，当MOT接GND时选用Intel总线模式。 • SQW：方波输出 当供电电压Vcc大于4.25V时，SQW脚可进行方波输出，此时用户可以通过对控制寄存器编程来得到13种方波信号的输出。 • AD0~AD7：双向地址/数据总线。 • AS：地址有效输入。 • DS/ ：数据选通/读允许 当MOT接Vcc时作为数据选通；当MOT接GND时，作为读允许输入。

  46. R/ ：读/写允许输入。 若MOT接Vcc，该引脚为高电平时读操作，为低电平时写操作；若MOT接GND，该引脚作为写允许输入。 • ：片选输入。低电平有效。 • ：中断请求输出。低电平有效。 • ：复位端。低电平有效，复位操作不影响时钟日历工作。 • NC：空引脚。

  47. 2、存储器分配与设置 DS12887片内RAM与寄存器地址分配见图10—12。 DS12887带有128字节片内RAM： • 10字节的时标寄存器：用来存储时间信息，地址00H~09H CPU可以通过读取时标寄存器获得时间与日历值，也可以编程设置其初值，时标寄存器的值可以用二进制或BCD码表示。 • 4字节的控制寄存器：用来存储控制信息，地址0AH~0DH 用户可通过对控制寄存器编程实现从SQW引脚输出多种不同频率的方波，并可对其内部的三路中断通过软件进行屏蔽。 • 114字节作为通用RAM供用户使用，地址为0EH~7FH。

  48. 10—12 片内RAM与寄存器地址分配

  49. 时标寄存器的数据格式,见下表所示。

  50. 控制寄存器的格式 ①寄存器A用于选择时钟频率、中断周期和SQW输出频率，格式如下：

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