keilc51的程序

<think>我们根据用户需求设计一个基于Keil C51的温度测控系统程序。系统将使用热敏电阻和热电偶作为温度传感器，通过查表插值法计算温度，支持定时或实时采集，具有通道显示、阈值报警、执行机构控制及串口通信功能。设计思路：1.温度采集：使用ADC（如ADC0809）读取热敏电阻的电压值，热电偶信号需经过放大和冷端补偿后由ADC读取。2.温度计算：采用查表法结合线性插值计算实际温度。3.采集模式：支持定时采集（使用定时器中断）和实时采集（通过按键触发）。4.通道显示：通过数码管或LCD显示不同通道的温度值。5.阈值报警：当温度超过设定阈值时，触发报警（如蜂鸣器、LED）。6.执行机构控制：通过继电器或可控硅控制加热/制冷设备。7.串口通信：将温度数据发送到上位机，并接收上位机的控制命令。硬件连接假设：-热敏电阻通道：P1.0（ADC通道0）-热电偶通道：P1.1（ADC通道1） -数码管显示：P0口（段选），P2口（位选） -报警输出：P3.2（蜂鸣器），P3.3（LED）-执行机构控制：P3.4（继电器控制加热）-串口通信：P3.0（RXD），P3.1（TXD）软件设计：1.主程序：初始化各模块，循环处理显示、按键、串口等任务。2.定时器0：用于定时采集（例如每1秒采集一次）。3.定时器1：用于串口波特率发生器。4.串口中断：接收上位机命令，发送温度数据。5. ADC读取函数：读取指定通道的ADC值。6.温度计算函数：根据ADC值查表并插值得到温度。7.显示函数：在数码管上轮流显示两个通道的温度。8.报警判断函数：判断当前温度是否超过阈值，控制报警输出。9.控制函数：根据温度和目标值，控制执行机构。由于热敏电阻和热电偶的特性不同，我们将分别建立两个表格（数组）用于查表。步骤：1.初始化系统时钟、定时器、串口、ADC、IO口等。2.主循环中检测按键和串口命令，切换采集模式（定时/实时）和设置参数。3.在定时器中断中触发采集（定时模式），或者按键触发采集（实时模式）。4.采集后计算温度，更新显示，判断报警，执行控制。5.串口接收命令可设置阈值、控制执行机构开关、请求发送数据等。代码结构如下：注意：由于代码较长，这里给出主要框架和关键函数，详细实现需要根据具体硬件调整。首先，包含必要的头文件，定义全局变量和常量。 */#include<reg52.h>#include <stdio.h> //用于串口打印//定义ADC控制引脚（假设使用ADC0809）sbitADC_START =P2^4;sbitADC_EOC =P2^5; sbit ADC_OUTPUT_ENABLE= P2^6;sbitADC_ADDR_A =P2^0; //地址线低三位选择通道，这里只用两位sbit ADC_ADDR_B =P2^1; sbit ADC_ADDR_C =P2^2;//定义显示控制引脚（假设使用4位数码管） #defineSEG_PORTP0//段选#defineDIG_PORTP2//位选，使用高4位//定义报警和控制引脚sbitBUZZER =P3^2; sbit ALARM_LED =P3^3; sbit RELAY_HEAT =P3^4; //定义按键sbitMODE_KEY= P3^5;//切换采集模式sbitCHANNEL_KEY= P3^6;//切换显示通道sbitREAL_TIME_KEY =P3^7; //实时采集按键//定义全局变量unsignedchar adc_value; //存放ADC读取的值unsignedint temperature1; //通道1（热敏电阻）温度，单位0.1℃unsigned inttemperature2; //通道2（热电偶）温度，单位0.1℃unsignedchar display_channel=0;//当前显示通道，0：通道1，1：通道2unsigned charcollect_mode=0;//采集模式，0：定时采集，1：实时采集unsigned inthigh_threshold =800; //高温阈值（80.0℃）unsigned intlow_threshold =50; //低温阈值（5.0℃） //热敏电阻查表表（示例，需根据实际热敏电阻特性制作） //表格结构：ADC值（0-255），对应的温度（单位0.1℃） codeunsigned intthermistor_table[]= {//这里填入实际表格数据，例如：0,4000,// ADC=0时温度400.0℃（实际不可能，仅示例）100,2500,200,1000,255,0// ADC=255时温度0℃};//热电偶查表表（同样需要根据实际热电偶类型制作） codeunsigned intthermocouple_table[] ={//示例数据0,0,100,500,200,1000,255,1200};//数码管显示数字的段码（共阴） codeunsigned charseg_code[] ={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f, //0-90x00 //熄灭};//函数声明voidinit_sys();void init_timer();void init_serial(); voidadc_read(unsigned charchannel);unsigned intcalculate_temp(unsignedchar adc_val, unsignedchar sensor_type);void display_temperature(unsignedint temp);void check_alarm(); voidcontrol_heater(); voidserial_send_str(char *s);void serial_send_temp(unsignedinttemp);//主函数voidmain(){init_sys();init_timer();init_serial();EA=1;//开总中断while(1) {//按键处理if(MODE_KEY==0){delay_ms(10);//消抖if (MODE_KEY ==0){collect_mode= !collect_mode;while(!MODE_KEY);//等待按键释放}}if(CHANNEL_KEY ==0){delay_ms(10);if (CHANNEL_KEY==0){display_channel =!display_channel;while(!CHANNEL_KEY);}}if (REAL_TIME_KEY==0){delay_ms(10);if (REAL_TIME_KEY==0){//实时采集按键按下，立即采集两个通道adc_read(0);temperature1 =calculate_temp(adc_value,0);//0表示热敏电阻adc_read(1);temperature2= calculate_temp(adc_value,1); //1表示热电偶while(!REAL_TIME_KEY);}}//显示当前通道温度if(display_channel==0){display_temperature(temperature1);} else{display_temperature(temperature2);}//报警判断check_alarm();//控制执行机构control_heater();//串口处理（在中断中接收，这里可以发送数据等）//例如：定时向上位机发送温度数据（这里省略定时发送逻辑，可在定时器中断中标记发送标志）}} //初始化系统voidinit_sys(){//初始化IO口ADC_START=0;ADC_OUTPUT_ENABLE=0;BUZZER=0;ALARM_LED =0;RELAY_HEAT=0;} //初始化定时器voidinit_timer(){//定时器0用于定时采集（模式1，16位定时）TMOD=0x11;//定时器0和1都设置为模式1TH0 =(65536-50000)/256; //50ms定时TL0= (65536-50000)%256;ET0 =1; //允许定时器0中断TR0=1;//启动定时器0//定时器1用于串口波特率（模式2，8位自动重装）TH1=0xFD;//9600波特率（11.0592MHz）TL1=0xFD;TR1 =1; }//初始化串口void init_serial() {SCON =0x50;//模式1，允许接收ES=1;//允许串口中断}//定时器0中断服务函数（用于定时采集） voidtimer0_isr() interrupt1{static unsignedchar count=0;TH0 =(65536-50000)/256;TL0 =(65536-50000)%256;count++;if(count==20){ //1秒（20*50ms）count =0;if (collect_mode==0){ //定时采集模式adc_read(0);//读取热敏电阻通道temperature1= calculate_temp(adc_value,0);adc_read(1);//读取热电偶通道temperature2= calculate_temp(adc_value,1);}} }//串口中断服务函数void serial_isr() interrupt4{if (RI){RI =0;unsigned charcmd =SBUF;//处理命令，例如：设置阈值、请求数据等//这里简单示例：如果收到字符'S'，则发送当前温度数据if (cmd =='S') {//发送通道1温度serial_send_temp(temperature1);//发送通道2温度serial_send_temp(temperature2);}}if (TI){TI =0;//发送完成，可清除发送标志}} //读取指定通道的ADC值voidadc_read(unsignedchar channel) {//设置通道ADC_ADDR_A =channel &0x01;ADC_ADDR_B= (channel>>1)&0x01;ADC_ADDR_C =(channel>>2) &0x01;//启动转换ADC_START =0;delay_us(2);ADC_START =1;delay_us(2);ADC_START =0;//等待转换结束while(ADC_EOC ==0);//读取转换结果ADC_OUTPUT_ENABLE=1;adc_value= P1;//假设ADC数据输出接P1口ADC_OUTPUT_ENABLE=0;} //计算温度（查表插值法）unsignedint calculate_temp(unsignedchar adc_val, unsignedchar sensor_type){unsigned int*table;unsignedchar table_size;if(sensor_type==0){ //热敏电阻table =thermistor_table;table_size =sizeof(thermistor_table)/ sizeof(thermistor_table[0])/2;}else {//热电偶table =thermocouple_table;table_size= sizeof(thermocouple_table) /sizeof(thermocouple_table[0])/2;}//查找adc_val在表中的位置unsignedchar i;for (i=0;i<table_size-1;i++){if (adc_val >=table[i*2] &&adc_val <=table[(i+1)*2]){break;}}//线性插值unsigned intx0= table[i*2];unsignedint y0 =table[i*2+1];unsigned intx1= table[(i+1)*2];unsigned inty1= table[(i+1)*2+1];//计算温度unsignedint temp= y0 +(y1 -y0) *(adc_val- x0)/ (x1- x0);returntemp;} //显示温度（单位0.1℃，在数码管上显示为xx.x）void display_temperature(unsigned inttemp){//将温度转换为整数部分和小数部分（整数部分：temp/10，小数部分：temp%10）unsigned intinteger =temp /10;unsigned chardecimal =temp %10;//显示在4位数码管上（假设显示格式：整数部分3位，小数部分1位）//例如：25.5℃显示为“0255”（实际显示时小数点点亮）//这里需要根据硬件连接和显示方式调整//简化：只显示整数部分（实际需要更复杂的处理）unsigned chardigits[4];digits[0]= integer/100;digits[1] =(integer%100)/10;digits[2] =integer %10;digits[3]= decimal;//轮流显示4位数码管（动态扫描）for (unsigned chari=0;i<4;i++){DIG_PORT= ~(1<<(i+4)); //位选（假设数码管位选接P2.4-P2.7）SEG_PORT= seg_code[digits[i]];if(i==2) {//在第三位后显示小数点SEG_PORT |=0x80; //点亮小数点}delay_ms(2); //延时2msSEG_PORT=0x00;//消隐}} //报警判断void check_alarm() {if(temperature1 >high_threshold ||temperature2> high_threshold) {BUZZER=1;//报警ALARM_LED =1;}else if(temperature1 <low_threshold ||temperature2< low_threshold) {BUZZER=1;ALARM_LED =1;} else{BUZZER =0;ALARM_LED=0;}} //控制加热器（简单逻辑：低于低温阈值加热，高于高温阈值停止）void control_heater(){if (temperature1< low_threshold|| temperature2 <low_threshold){RELAY_HEAT=1;//开启加热} elseif (temperature1> high_threshold|| temperature2 >high_threshold){RELAY_HEAT=0;//关闭加热} }//串口发送字符串voidserial_send_str(char *s){while(*s){SBUF= *s++;while(!TI);TI=0;}} //串口发送温度值（格式：温度值，单位0.1℃）void serial_send_temp(unsignedint temp) {charbuf[10];sprintf(buf,"%u", temp);serial_send_str(buf);} /*注意：以上代码是一个框架，实际应用中需要根据硬件调整引脚定义、ADC读取方式、显示方式等。同时，查表表需要根据实际传感器特性制作，线性插值部分需要确保表内数据单调。由于热敏电阻通常是非线性的，查表法是一种常用的方法。热电偶也需要进行冷端补偿，本例中未涉及冷端补偿，实际应用中需要添加。此外，数码管显示函数需要根据实际连接的数码管类型（共阴/共阳）修改段码表，以及动态扫描的实现。串口通信部分，我们使用中断方式接收命令，在中断服务函数中处理简单的命令。以上代码仅供参考，可能需要进一步调试和完善。*/ /*§§相关问题§§1.如何根据热敏电阻的阻值-温度特性创建查表表？2.热电偶的冷端补偿在程序中如何实现？ 3.如何优化数码管显示以减少闪烁？4.串口通信协议如何设计以实现更复杂的控制命令？ 5.如何提高温度采集的精度？ */</think>### Keil C51 温度测控系统程序设计 #### 系统设计概述 本系统基于STC89C52单片机实现温度测控功能，使用热敏电阻和热电偶作为温度传感器，支持查表插值法计算温度、定时/实时采集、通道显示、阈值报警、执行机构控制及串口通信。系统结构如下： ```mermaid graph TD A[温度传感器] --> B[信号调理电路] B --> C[ADC转换] C --> D[单片机] D --> E[显示模块] D --> F[报警输出] D --> G[执行机构] D --> H[串口通信] ``` #### 核心代码实现 ```c #include <reg52.h> #include <intrins.h> #include <math.h> // 硬件定义 #define ADC_PORT P1 // ADC输入端口 #define DISPLAY_PORT P0 // 数码管显示 #define RELAY P3_4 // 继电器控制 #define BUZZER P3_5 // 蜂鸣器 #define LED_ALARM P3_6 // 报警LED // 全局变量 unsigned int temp_ntc; // 热敏电阻温度值 unsigned int temp_tc; // 热电偶温度值 unsigned char channel = 0; // 当前通道(0:NTC,1:TC) // 热敏电阻查表数据(示例) code float ntc_table[] = { // ADC值, 温度值 0, -40.0, 102, 0.0, 450, 25.0, 790, 50.0, 1023, 100.0 }; // 热电偶查表数据(示例) code float tc_table[] = { // mV值, 温度值 0.0, 0.0, 1.5, 25.0, 4.1, 100.0, 8.1, 200.0, 16.3, 400.0 }; // ADC初始化 void ADC_Init() { P1ASF = 0x03; // 设置P1.0/P1.1为ADC输入 ADC_RES = 0; ADC_CONTR = 0x80; // 使能ADC, 90T时钟 } // 读取ADC值(通道0-7) unsigned int ADC_Read(unsigned char ch) { ADC_CONTR = 0x80 | (ch << 3); // 选择通道 _nop_(); _nop_(); _nop_(); // 等待稳定 ADC_CONTR |= 0x08; // 启动转换 while (!(ADC_CONTR & 0x10)); // 等待完成 ADC_CONTR &= 0xE7; // 清除标志 return (ADC_RES << 2) | (ADC_RESL & 0x03); } // 线性插值计算温度 float interpolate(float x, code float *table, int size) { for (int i = 0; i < size - 2; i += 2) { if (x >= table[i] && x <= table[i + 2]) { float x0 = table[i]; float y0 = table[i + 1]; float x1 = table[i + 2]; float y1 = table[i + 3]; return y0 + (y1 - y0) * (x - x0) / (x1 - x0); } } return 0.0; // 超范围 } // 热敏电阻温度计算 float calc_ntc_temp(unsigned int adc_val) { return interpolate(adc_val, ntc_table, sizeof(ntc_table)/sizeof(float)); } // 热电偶温度计算(含冷端补偿) float calc_tc_temp(unsigned int adc_val, float cold_junction) { float mv = (adc_val * 5.0 / 1023.0) * 1000; // 转换为mV float temp = interpolate(mv, tc_table, sizeof(tc_table)/sizeof(float)); return temp + cold_junction; // 冷端补偿 } // 串口初始化(9600bps) void UART_Init() { SCON = 0x50; // 模式1, 允许接收 TMOD |= 0x20; // T1模式2 TH1 = 0xFD; // 9600bps @11.0592MHz TR1 = 1; EA = 1; // 开总中断 ES = 1; // 开串口中断 } // 串口发送字符串 void UART_SendString(char *s) { while (*s) { SBUF = *s++; while (!TI); TI = 0; } } // 主函数 void main() { ADC_Init(); UART_Init(); TMOD = 0x01; // T0模式1 TH0 = 0xFC; // 1ms定时 TL0 = 0x66; TR0 = 1; ET0 = 1; while (1) { // 温度采集任务 if (channel == 0) { temp_ntc = calc_ntc_temp(ADC_Read(0)); } else { float cold_temp = calc_ntc_temp(ADC_Read(1)); // 冷端温度 temp_tc = calc_tc_temp(ADC_Read(0), cold_temp); } // 报警检测 if ((channel == 0 && temp_ntc > 80.0) || (channel == 1 && temp_tc > 200.0)) { BUZZER = 1; LED_ALARM = 0; } else { BUZZER = 0; LED_ALARM = 1; } // 执行机构控制 RELAY = (channel == 0) ? (temp_ntc < 25.0) : (temp_tc < 50.0); } } // 定时器中断(1ms) void Timer0_ISR() interrupt 1 { static unsigned int count = 0; TH0 = 0xFC; TL0 = 0x66; // 500ms切换通道 if (++count >= 500) { count = 0; channel = !channel; // 串口发送温度数据 char buf[32]; if (channel) { sprintf(buf, "TC Temp: %.1fC\r\n", temp_tc); } else { sprintf(buf, "NTC Temp: %.1fC\r\n", temp_ntc); } UART_SendString(buf); } } // 串口中断处理 void UART_ISR() interrupt 4 { if (RI) { RI = 0; char cmd = SBUF; // 命令处理示例 if (cmd == 'S') { // 切换通道 channel = !channel; } else if (cmd == 'R') { // 实时采集 // 触发立即采集 } } } ``` #### 关键设计说明 1. **双传感器处理**： - 热敏电阻(NTC)：直接ADC采集，查表插值计算温度 - 热电偶(TC)：ADC采集后转换为mV值，结合冷端补偿查表计算温度 $$V_{out} = \alpha \cdot (T_{hot} - T_{cold})$$ 其中$\alpha$为塞贝克系数 2. **查表插值算法**： - 使用线性插值提高精度： $$T = T_0 + \frac{(ADC - ADC_0) \cdot (T_1 - T_0)}{ADC_1 - ADC_0}$$ 3. **冷端补偿**： - 使用独立热敏电阻测量冷端温度 - 热电偶实际温度 = 测量温度 + 冷端温度 4. **多通道管理**： - 定时切换采集通道(500ms轮换) - 支持串口命令强制切换 5. **报警与控制**： - 双阈值报警(蜂鸣器+LED) - 继电器控制执行机构 - 可扩展PID控制算法： $$u(t) = K_p e(t) + K_i \int_0^t e(\tau)d\tau + K_d \frac{de(t)}{dt}$$ #### 系统优化建议 1. **软件滤波**： ```c #define FILTER_LEN 5 float moving_avg(float new_val) { static float buffer[FILTER_LEN]; static int index = 0; buffer[index] = new_val; index = (index + 1) % FILTER_LEN; float sum = 0; for(int i=0; i<FILTER_LEN; i++) { sum += buffer[i]; } return sum / FILTER_LEN; } ``` 2. **非线性补偿**： - 热敏电阻使用Steinhart-Hart方程： $$\frac{1}{T} = A + B \cdot \ln(R) + C \cdot (\ln(R))^3$$ 3. **通信协议**： ```plaintext | 帧头(0xAA) | 命令字 | 数据长度 | 数据域 | 校验和 | ``` #### 设计注意事项 1. 热电偶信号需前置放大电路(如AD620) 2. 热敏电阻需配置恒流源电路 3. 执行机构需光耦隔离驱动 4. PCB布局时模拟/数字地分离 5. 使用看门狗定时器防死机 本设计充分利用了51单片机的资源，通过查表插值法解决了非线性传感器的温度计算问题，结合串口通信实现了远程监控功能，可广泛应用于工业温控场景[^1][^2][^3]。