C51温度采集与控制实验.docx
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C51温度采集与控制实验.docx
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C51温度采集与控制实验
电子科技大学学院
实验报告
实验名称现代电子技术综合实验
姓名:
学号:
评分:
教师签字
电子科技大学教务处制
温度采集控制的设计与实现
2
电子科技大学
实验报告
学生姓名:
学号:
指导教师:
实验地点:
331实验时间:
(双周)周二9、10、11节
一、实验室名称:
电子技术综合实验室
二、实验项目名称:
温度采集控制的设计与实现
三、实验学时:
32
四、实验目的与任务:
1、熟悉系统设计与实现原理
2、掌握KEILC51的基本使用方法
3、熟悉SMARTSOPC实验箱的应用
4、连接电路,编程调试,实现各部分的功能
5、完成系统软件的编写与调试
五、实验器材
1、PC机一台
2、示波器、SMARTSOPC实验箱一套
六、实验原理、步骤及内容
1、数码管动态扫描原理
七段式LED数码管是常见的电子设备显示器件,能够显示数字0~9以及字
母a~f,外加一个小数点,作为第八段。
数码管有静态和动态之分,每一类又有共阳和共阴之分。
静态数码管驱动
方法简单、亮度高,但是连线比较多,而动态数码管常常以多位联体的形式提
供,连线较少,但是要用动态扫描的方法驱动,为了获得足够的亮度,限流电
温度采集控制的设计与实现
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阻取值常常比较小。
动态数码管扫描的具体过程如下,先把第1个数码管的显示数据送到
abcdefg和dp,同时选通com1,而其它数码管的com信号禁止;延时一段时
间(通常不超过10ms),再把第2个数码管的显示数据送到abcdefg和dp,同
时选通com2,而其它数码管的comd信号禁止;延时一段时间,再显示下一
个。
当扫描整个数码管的频率应当保证在50Hz以上时,就不会看到明显的闪
烁,肉眼观察,看上去是一起亮的。
原理图如下:
图1数码管的动态扫描原理图
2、蜂鸣器工作原理
蜂鸣器发声原理是电流通过电磁线圈,使电磁线圈产生磁场来驱动振动
膜发声的,因此需要一定的电流才能驱动它,单片机IO引脚输出的电流较小,
单片机输出的TTL电平基本上驱动不了蜂鸣器,因此需要增加一个电流放大
的电路。
原理图见图:
图2蜂鸣器的原理图
如图2所示,蜂鸣器的负极经电阻R3接地,蜂鸣器的正极接到三极管的
温度采集控制的设计与实现
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集电极C,三极管的基级B经过限流电阻R2后由单片机的P1.3引脚控制,当
P1.3输出高电平时,三极管Q1截止,没有电流流过线圈,蜂鸣器不发声;当
P1.3输出低电平时,三极管导通,这样蜂鸣器的电流形成回路,发出声音。
因此,我们可以通过程序控制P1.3脚的电平来使蜂鸣器发出声音和关闭。
程
序中改变单片机P1.3引脚输出波形的频率,就可以调整控制蜂鸣器音调,产
生各种不同音色、音调的声音。
另外,改变P1.3输出电平的高低电平占空比,
则可以控制蜂鸣器的声音大小。
3、I2C工作原理
1)I2C总线概述
I2C总线是PHLIPS公司推出的一种串行总线,是具备多主机系统所需
的包括总线裁决和高低速器件同步功能的高性能串行总线。
2)I2C信号线
I2C总线只有两根双向信号线。
一根是数据线SDA,另一根是时钟线SCL。
I2C总线通过上拉电阻接正电源。
当总线空闲时,两根线均为高电平。
连到
总线上的任一器件输出的低电平,都将使总线的信号变低,即各器件的SDA
及SCL都是线“与”关系。
图3I2C总线框图
3)I2C总线的数据传送
a)数据位的有效性规定
I2C总线进行数据传送时,时钟信号为高电平期间,数据线上的数据必
须保持稳定,只有在时钟线上的信号为低电平期间,数据线上的高电平或
低电平状态才允许变化。
图4SDA与SCL的工作时序图
温度采集控制的设计与实现
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b)起始和终止信号
SCL线为高电平期间,SDA线由高电平向低电平的变化表示起始信号
SCL线为高电平期间,SDA线由低电平向高电平的变化表示终止信号。
起
始和终止信号都是由主机发出的,在起始信号产生后,总线就处于被占用的
状态;在终止信号产生后,总线就处于空闲状态。
c)I2C总线的数据传送速率
I2C总线的通信速率受主机控制,能快能慢,最高速率限制为100Kb/s
d)I2C总线的数据传送格式
主机向从机发送数据
从机向主机发送数据
图5I2C总线的数据传送格式
S:
起始位SA:
从机地址,7位
W/:
写标志位,1位R:
读标志位,1位
A:
应答位,1位A/:
非应答位,1位
D:
数据,8位P:
停止位
阴影:
主机产生的信号无阴影:
从机产生的信号
4)总线的寻址
I2C总线协议有明确的规定:
采用7位的寻址字节(寻址字节是起始信号
后的第一个字节)。
寻址字节的位定义
D7~D1位组成从机的地址。
D0位是数据传送方向位,为“0”时表示主机
向从机写数据,为“1”时表示主机由从机读数据。
温度采集控制的设计与实现
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主机发送地址时,总线上的每个从机都将这7位地址码与自己的地址进行
比较,如果相同,则认为自己正被主机寻址,根据R/位将自己确定为发送器或
接收器。
从机的地址由固定部分和可编程部分组成。
在一个系统中可能希望接入多
个相同的从机,从机地址中可编程部分决定了可接入总线该类器件的最大数目。
如一个从机的7位寻址位有4位是固定位,3位是可编程位,这时仅能寻址8
个同样的器件,即可以有8个同样的器件接入到该I2C总线系统中。
4、LM75特征及应用
LM75A是一个使用了内置带隙温度传感器和模数转换技术的温度-数字转换
器I2C总线接口。
工作温度范围-55oC~+125oC,精度可达0.125oC。
LM75A可设置成工作在两种模式:
正常工作模式或关断模式。
在正常工作模
式中,每隔100ms执行一次温度-数字的转换,Temp寄存器保存着最后一次更新
的结果;但是,在该模式下,器件的I2C接口仍然有效,寄存器读/写操作纠结
执行。
器件的工作模式通过配置寄存器可编程位B0业设定。
当器件上电或从关
断模式进入正常工作模式时启动温度转换。
LM75A可配置成不同的工作条件。
它可设置成在正常工作模式下周期性地对
环境温度进行监控或进入关断模式来将器件功耗降至最低。
OS输出有2种可选
的工作模式:
OS比较器模式和OS中断模式。
OS输出可选择高电平或低电平有
效。
图表6LM75A工作原理图
温度寄存器(Temp)
Temp寄存器存放着每次A/D转换的或监控到的数字结果。
包含2个8位的
数据字节,由一个高数据字节(MS)和一个低数据字节(LS)组成。
其中,只
有11位用来存放分辨率为0.125oC的Temp数据(以二进制补码数据的形式)
对于正的温度值,D10=0T=Temp*0.125oC
对于负的温度值,D10=1T=-Temp的补码*0.125oC
温度采集控制的设计与实现
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LM75A主要应用于系统温度管理、个人计算机、电子设备和工业控制器等地
方,典型应用实例为:
图7LM75A典型应用
5、步进电机驱动原理
步进电机是一种将电脉冲转化为角位位移的执行机构。
通俗一点讲:
当步进驱动器接收到一个脉冲从头到尾,它就驱动步进电机按设定的方向转
动一个固定的角度(即步进角)。
所以,我们可以通过控制脉冲个数来控制角
位移量,从而达到准确定位的目的,同时也可以通过控制脉冲频率来控制电
机转动的速度和加速度,从而达到调整的目的。
本实验中驱动电机的信号仍
由PWM脉冲方波控制。
原理图如图8所示。
图8步进电机驱动原理图
6、程序框图
温度采集控制的设计与实现
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主程序
初始化
SysInit()开启16位定时器T0
DispInit()数据管显示初始化
开启中断T1
I2C_Init()I2C总线协议初始化
设定PWM,温度初值
读取温度
显示温度
扫描键盘
判断是否有键按下
‘+’,温度cnt++
更新DispBuf
设置延时标志flag的值
中断时间到蜂鸣器响0.5s
‘-‘,温度cnt--
判断k
更新温度值
判断是否有键抬起
扫描键盘
有
无
无
每1ms进入一次中断(T1)
中断服务程序开始
有
更新扫描数据
判断延时标志flag
为0,BUZZER取反
比较cnt与temp,设置
PwmValue值为差的绝
对值
若
大
则
致
热
灯
亮
若
小
则
致
冷
灯
亮
相
等
则
送
风
灯
亮
中断服务程序结束
PwmValue的值
控制脉冲宽度
t>PwmValue
PWM=0
t PWM=1 t>PWM_MAX t=0 温度采集控制的设计与实现 9 思考题: 设定温度的按键改用外部中断模式,电路如何修改 (画示意图)? 程序如何修改,写出中断服务程序。 答: 将KEY1与KEY2键通过跳线分别接到INT0与INT1接口上。 开启中断: SysInit() {… EA=0;//禁止总中断 EX1=1;//使能/INT1中断 EX0=1;//使能/INT0中断 EA=1;}//使能总中断 中断服务程序: voidINT0SVC()interrupt0 { if(cnt<=31)cnt++;} voidINT1SVC()interrupt2 { if(cnt>=17)cnt--;}示意图 七、总结及心得体会 通过本实验课程,我对中断和定时有了较深入的了解,对单片机的认识也 进一步的提高。 在编程的过程中,遇到了一些问题,本质原因是因为对单片 机的认识不足,对工作机理不清楚,望文生义,从而导致一些程序行不通, 不过最终还是在老师和同学的帮助下,顺利的完成了实验。 我想,对于语言 来说,要想机器懂你,就必须遵守规则,所以,先弄懂是怎么运行的,再着 手编程,会更顺理成章一点。 八、对本实验过程及方法、手段的改进建议 无 九、附录 1、学号+秒表+按键+电机的程序 2、温度采集控制(数码管+直流电机)程序 温度采集控制的设计与实现 10 附录1: 学号+秒表+按键+电机的程序 /* main.c 加减计数器 */ #include #include #include //定义按键 sbitKEY1=P2^0;//按键1 sbitKEY2=P2^1;//按键2 sbitBUZZER=P3^2; sbitPWM=P3^3; //定义PWM最大级数 #definePWM_MAX50 //定义PWM级数,分为0~PWM_MAX-1级 unsignedcharcnt=18;//定义计数器变量 intflag=1; unsignedcharPwmValue; unsignedcharsec=0; unsignedintcount=998; codeunsignedcharTab[]= {//定义0123456789AbCdEF的数码管字型数据 0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07, 0x7F,0x6F }; unsignedcharDispBuf[8]; /* 函数: KeyScan() 功能: 键盘扫描 返回: 扫描到的键值 */ unsignedcharKeyScan() { unsignedchark='\0'; if(KEY1==0)k='+'; if(KEY2==0)k='-'; returnk; } 温度采集控制的设计与实现 11 /* 函数: T1INTSVC() 功能: 定时器T1的中断服务函数 */ voidT1INTSVC()interrupt3 { codeunsignedcharcom[]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80}; staticunsignedcharn=0; staticunsignedchart=0; TR1=0; TH1=0xFC; TL1=0x66; TR1=1; P1=0xFF;//暂停显示 XBYTE[0xE800]=~DispBuf[n];//更新扫描数据 P1=~com[n];//重新显示 n++;t++; n&=0x07; if(flag==0) { BUZZER=! BUZZER;} if(n==8){n=0;} {count++;//统计毫秒 //pwmcnt++;} if(count==999)//一秒时间到 { sec++;count=0; DispBuf[4]=Tab[sec/10];//分离十位 DispBuf[3]=Tab[sec%10];//分离个位 if(sec==30){sec=0;} } if(cnt>sec) PwmValue=cnt-sec; else PwmValue=sec-cnt; if(t>=PWM_MAX)t=0; if(t<=PwmValue) PWM=1; else PWM=0; } 温度采集控制的设计与实现 12 /* 函数: DispClear() 功能: 清除数码管的所有显示 */ voidDispClear() { unsignedchari; for(i=0;i<8;i++) { DispBuf[i]=0x00;}} /* 函数: DispChar() 功能: 在数码管上显示字符 参数: x: 数码管的坐标位置(0~7) c: 要显示的字符(仅限16进制数字和减号) dp: 是否显示小数点,0-不显示,1-显示 /* 函数: DispInit() 功能: 数码管扫描显示初始化 */ voidDispInit() { DispClear();//初始为全灭 EA=0; TMOD&=0x0F; TMOD|=0x10; TH1=0xFC; TL1=0x66; TR1=1; ET1=1; EA=1;} /* 函数: Delay() 功能: 延时0.01~2.56s 参数: t>0时,延时(t*0.01)s t=0时,延时2.56s 说明: 晶振用11.0592MHz */ 温度采集控制的设计与实现 13 voidDelay(unsignedchart) { do { TH0=0xDC; TL0=0x00; TR0=1; while(! TF0); TR0=0; TF0=0; }while(--t! =0);} /* 函数: SysInit() 功能: 系统初始化 */ voidSysInit() { TMOD&=0xF0; TMOD|=0x01;//设置定时器T0为16位定时器 DispInit();//数码管扫描显示初始化 PwmValue=PWM_MAX/2;//设置PWM初值 PWM=1;}//PWM管脚为高 voidmain() { unsignedchark;//定义键值变量 SysInit();//系统初始化 DispBuf[7]=Tab[1]; DispBuf[6]=Tab[5]; DispBuf[1]=Tab[cnt/10]; DispBuf[0]=Tab[cnt%10]; for(;;) {for(;;) {Delay(5);//延时50ms k=KeyScan();//键盘扫描 if(k! ='\0') { flag=0; Delay(50); flag=1; }break;} switch(k)//判断键值,执行具体功能 {case'+': 温度采集控制的设计与实现 14 if(cnt<25) cnt++; break; case'-': if(cnt>16) cnt--; break; default: break; } DispBuf[1]=Tab[cnt/10]; DispBuf[0]=Tab[cnt%10]; for(;;) { Delay(5);//延时50ms if(KeyScan()=='\0')break;//如果按键抬起,退出循环 } } } 温度采集控制的设计与实现 15 附录2: 温度采集控制(数码管+直流电机)程序 /* main.c LM75A数字温度计 */ #include"I2C.h" #include #include #include #include //定义按键 sbitKEY1=P2^0;//按键1 sbitKEY2=P2^1;//按键2 sbitBUZZER=P3^2; sbitPWM=P3^3; sbitLED0=P2^2; sbitLED1=P2^3;//定义LED由P0.0控制//定义LED由P0.0控制 sbitLED2=P2^4;//定义LED由P0.0控制 #definePWM_MAX50 //定义PWM级数,分为0~PWM_MAX-1级 unsignedcharPwmValue; unsignedcharcnt=25;//定义计数器变量 intflag=1; unsignedinttemp; codeunsignedcharTab[]= {//定义0123456789AbCdEF的数码管字型数据 0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07, 0x7F,0x6F}; unsignedcharDispBuf[8]; /* 函数: KeyScan() 功能: 键盘扫描 返回: 扫描到的键值 */ unsignedcharKeyScan() { unsignedchark='\0'; if(KEY1==0)k='+'; if(KEY2==0)k='-'; returnk; } 温度采集控制的设计与实现 16 /* 函数: T1INTSVC() 功能: 定时器T1的中断服务函数 */ voidT1INTSVC()interrupt3 { codeunsignedcharcom[]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80}; staticunsignedcharn=0; staticunsignedchart=0; TR1=0; TH1=0xFC; TL1=0x66; TR1=1; P1=0xFF;//暂停显示 XBYTE[0xE800]=~DispBuf[n];//更新扫描数据 P1=~com[n];//重新显示 n++;t++; n&=0x07; if(flag==0) { BUZZER=! BUZZER;} if(cnt==temp/8) {LED2=0; LED1=1; LED0=1;} if(cnt>temp/8) {PwmValue=cnt-temp/8; if(PwmValue>1) {LED0=0; LED1=1; LED2=1;}} if(cnt {PwmValue=temp/8-cnt; if(PwmValue>1) {LED1=0; LED2=1; LED0=1;}} if(t>=PWM_MAX)t=0; if(t<=PwmValue) PWM=1; else PWM=0; } 温度采集控制的设计与实现 17 /* 函数: DispClear() 功能: 清除数码管的所有显示 */ voidDispClear() { unsignedchari; for(i=0;i<8;i++) { DispBuf[i]=0x00; }} /* 函数: DispChar() 功能: 在数码管上显示字符 参数: x: 数码管的坐标位置(0~7) c: 要显示的字符(仅限16进制数字和减号) dp: 是否显示小数点,0-不显示,1-显示 /* 函数: DispInit() 功能: 数码管扫描显示初始化 */ voidDispInit() { DispClea
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- C51 温度 采集 控制 实验